浙江省油菜花期降水量風(fēng)險評估

劉熔熔，吳利紅，王增武

(1.浙江省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，浙江 杭州 310017； 2.浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017； 3.成都信息工程大學(xué)，四川 成都610225)

油菜是我國乃至整個世界最主要的油料作物之一[1]。油菜既可端上餐桌，也可榨油食用，大面積的油菜花種植還頗具觀賞性。在長江中下游地區(qū)，影響油菜產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期是油菜花期，溫度、光照、降水量等氣候條件又是決定農(nóng)作物生長及產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一[2]。浙江省屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，在油菜生育期，降水量時空分布極不均勻，易受低溫連陰雨、干旱等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害影響而造成減產(chǎn)[3]。前人對油菜種植方面的研究主要集中于油菜的適應(yīng)性種植區(qū)劃[4]、油菜生產(chǎn)與氣象條件的關(guān)系及油菜的氣象災(zāi)害分析[5-8]、油菜產(chǎn)量的預(yù)測模型[9-11]等。張永泰等[12]認(rèn)為油菜開花期的降水量是導(dǎo)致并加重菌核病的決定因素，張文英等[13]研究表明，油菜花果期間持續(xù)受漬時間長會導(dǎo)致油菜產(chǎn)量下降。涉及油菜花期各級降水量風(fēng)險及其與油菜產(chǎn)量的關(guān)系、油菜花期降水量閾值等研究相對較少。

本文以降水量為主要研究因子，統(tǒng)計分析油菜花期的降水量對油菜產(chǎn)量的影響，在此基礎(chǔ)上建立油菜花期降水對油菜產(chǎn)量的風(fēng)險評估。自2009年開始，浙江省全面推廣油菜作為政策性農(nóng)業(yè)保險的參保品種之一，正確評估浙江省油菜花期各級降水量風(fēng)險水平的分布及其與產(chǎn)量之間的關(guān)系，可為保險部門制定油菜保險區(qū)劃及氣象指數(shù)保險產(chǎn)品設(shè)計等研究提供科學(xué)依據(jù)。此外，由于近年來油菜觀賞旅游業(yè)的快速發(fā)展，本文研究分析結(jié)果也可為有關(guān)部門合理調(diào)整油菜種植結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支持。

1 資料與方法

1.1 資料來源

統(tǒng)計分析浙江省66個縣市(區(qū))1971—2014年降水量和油菜種植產(chǎn)量等相關(guān)資料。降水量資料來自浙江省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心質(zhì)量控制后的歷史數(shù)據(jù)庫；油菜種植面積、總產(chǎn)量、單產(chǎn)量(kg·667m-2)資料來自浙江省統(tǒng)計局及《浙江省統(tǒng)計年鑒》。

1.2 方法

主要采用信息擴(kuò)散模型[14-15]進(jìn)行油菜花期降水量風(fēng)險研究。統(tǒng)計浙江省66個縣市(區(qū))1971—2014年油菜花期(3月11日至4月20日)的降水量，采用信息擴(kuò)散理論模型時，充分考慮累年平均降水量的變化范圍，并考慮油菜花期需水量(50～100 mm)的要求，對于降水量指標(biāo)X={x1，x2，...，xn}，把一維實數(shù)空間上的集合[50，600]作為xi的論域，取12個點，構(gòu)成離散論域：U=(u1，u2，...，u12)=(50，100，150，200，...，600)，研究66個縣市(區(qū))油菜花期降水量在各級別降水量(50，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600 mm)下的超越概率[16]。

農(nóng)作物實際產(chǎn)量可以分離為趨勢產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量和隨機(jī)噪聲[17]?？紤]油菜生長的特點，花期連陰雨是影響油菜產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，分離油菜氣象產(chǎn)量采用較為成熟的滑動平均方法[17]，用5年滑動平均法將歷史產(chǎn)量序列的實際產(chǎn)量分離成氣象產(chǎn)量和趨勢產(chǎn)量序列：

Y=Yt+Yw+ΔY。

(1)

式中，Y為實際產(chǎn)量，Yt為趨勢產(chǎn)量，Yw為氣象產(chǎn)量，ΔY為隨機(jī)噪聲。氣象產(chǎn)量Yw主要由油菜生育期間氣象條件決定，Yw為正值表示氣象條件有利于油菜生長，為豐產(chǎn)；反之為減產(chǎn)。趨勢產(chǎn)量Yt是指在各地平均土壤、氣候條件下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐步提高的結(jié)果。

趨勢產(chǎn)量Yt采用5年滑動平均法求得，氣象產(chǎn)量Yw=Y-Yt。相對氣象產(chǎn)量Si=(Y-Yt)/Yt×100%。當(dāng)Si為負(fù)值時，其絕對值定義為減產(chǎn)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜花期累年平均降水量時空分布特征

將浙江省66個縣市(區(qū))1971—2014年油菜花期(3月11日至4月20日)的降水量進(jìn)行統(tǒng)計，獲得累年降水量平均值為126.3～298.4 mm。各地的降水量時空分布不均勻，部分地區(qū)有些年份降水異常偏多，易造成漬害；有些年份卻偏少，易造成缺水現(xiàn)象。

如表1所示，在空間分布上，浙江省油菜花期降水量基本上從西南向東北方向逐漸減少，浙東北最少，在160 mm以下，如岱山，降水量累年平均值為126.3 mm；浙西南最多，在240 mm以上，如慶元，降水量累年平均值達(dá)298.4 mm。

在時間分布上，浙江省油菜花期降水量分布存在年際分布不均勻性，1971—2014年浙江省各縣市(區(qū))油菜花期降水量最多年份和最少年份差值為202.2～477.2 mm。圖1列出了部分代表性縣市(區(qū))油菜花期降水量時間分布趨勢。慶元油菜花期最多累積降水量為545.6 mm，出現(xiàn)在1981年，最少累積降水量只有68.4 mm，出現(xiàn)在1971年。海島地區(qū)降水明顯少于內(nèi)陸地區(qū)，如嵊泗油菜花期最少累積降水量只有26.9 mm，出現(xiàn)在2011年，最多累積降水量也只有281.8 mm，出現(xiàn)在1992年。

表1浙江省油菜花期降水量累年平均值分布

Table1Distribution of annual mean priciptation at the rape’s flower period in Zhejiang Province

降水量Preciptation/mm縣市(區(qū))Counties or districts120～140嘉興、嘉善、嵊泗、岱山Jiaxing, Jiashan, Shengsi, Daishan140～160長興、安吉、湖州、德清、海寧、桐鄉(xiāng)、海鹽、平湖、慈溪、北侖、三門Changxing, Anji, Huzhou, Deqing, Haining, Tongxiang, Haiyan, Pinghu, Cixi, Beilun, Sanmen160～180臨安、紹興、杭州、蕭山、余姚、定海、上虞、新昌、嵊州、天臺、鄞州、奉化、寧海、石浦、普陀、仙居、臨海、洪家、大陳、玉環(huán)Linan, Shaoxing, Hangzhou, Xiaoshan, Yuyao, Dinghai, Shangyu, Xinchang, Shengzhou, Tiantai, Yingzhou, Fenghua, Ninghai, Shipu, Putuo, Xianju, Linhai, Hongjia, Dachen, Yuhuan180～200富陽、諸暨、義烏、東陽、麗水、樂清、青田、溫嶺、洞頭Fuyang, Zhuji, Yiwu, Dongyang, Lishui, Yueqing, Qingtian, Wenling, Dongtou200～220桐廬、浦江、金華、武義、永康、縉云、永嘉、溫州、文成、平陽、瑞安Tonglu, Pujiang, Jinhua, Wuyi, Yongkang, Jinyun, Yongjia, Wenzhou, Wencheng, Pingyang, Ruian220～240淳安、建德、蘭溪、云和 Chunan, Jiande, Lanxi, Yunhe240～260遂昌、泰順Suichang, Taishun260～280龍游、衢州、龍泉Longyou, Quzhou, Longquan280～300開化、常山、江山、慶元Kaihua, Changshan, Jiangshan, Qingyuan

2.2 油菜花期各級別降水量風(fēng)險評估

2.2.1 油菜花期超越各級別降水量風(fēng)險值分布

浙江省油菜花期需水量為50～100 mm[9]，各地由于地理環(huán)境等因子不同，蓄水能力也不同。考慮到降水流失等情況，一般油菜所在區(qū)域花期同等降水量與需水量相比，降水量必須大于需水量，油菜花期才能獲得正常生長。浙江省大部分地區(qū)多數(shù)年份油菜花期的降水量大于需水量，因此，大部分地區(qū)不會出現(xiàn)油菜花期缺水的情況。采用信息擴(kuò)散理論模型，計算得到浙江省66個縣市(區(qū))油菜花期降水量在各級別降水量(50，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600 mm)下的超越概率，表2為浙江省油菜花期降水量的風(fēng)險值區(qū)間。分析油菜花期超越各級別降水量的風(fēng)險分布，發(fā)現(xiàn)浙江省油菜花期的降水量超越50 mm的概率均為1.0，隨著降水量級別的上升，超越的概率逐步下降，降水量達(dá)100 mm后，風(fēng)險值小于1，降水量達(dá)300 mm后，風(fēng)險值更低?？紤]篇幅有限，本文只介紹油菜花期超越降水量100 mm和300 mm風(fēng)險值的分布情況。

圖1 部分縣市油菜花期降水量時間分布趨勢圖Fig.1 Time series curves of rape flower period’s precipitation in several counties

表2浙江省油菜花期降水量的風(fēng)險值(超越概率)

Table2Risk value of preciptation during rape’s flower period in the Zhejiang Province (exceeding probability)

降水量Preciptation/mm風(fēng)險值Risk value501.01000.8976～0.99881500.5257～0.96612000.2041～0.89842500.0440～0.75873000～0.55083500～0.38114000～0.26824500～0.15225000～0.06235500～0.02016000～0.0029

2.2.2 油菜花期降水量超越100 mm的概率

浙江省油菜花期降水量超越100 mm的概率為0.897 6～0.998 8，從東北向西南方向逐漸增大。其中，超越100 mm概率最低的是嵊泗縣，為0.897 6，其次是北侖區(qū)、寧海縣，這幾個地方容易出現(xiàn)缺水現(xiàn)象。浙西南大部分地區(qū)油菜花期降水量超越100 mm的概率大于0.985 0，缺水的可能性較小。因此，寧波部分地區(qū)和舟山地區(qū)存在缺水的可能性。

2.2.3 油菜花期降水量超越300 mm的概率

浙江省油菜花期降水量超越300 mm的概率為0～0.550 8，從浙東北向西南方向逐步增大。概率較大的區(qū)域主要集中在浙西南地區(qū)，有慶元、常山、開化、江山、衢州、龍游等地，基本為2年一遇，最大值出現(xiàn)在慶元，為0.550 8。概率較小的區(qū)域主要集中在浙北地區(qū)，有海鹽、海寧、長興、湖州、慈溪、嘉興、嘉善等地，最小值出現(xiàn)在嘉善，為0，這些地方出現(xiàn)油菜花期降水量超越300 mm的可能性幾乎沒有。因此，浙西南地區(qū)油菜花期降水量超越300 mm的可能性明顯高于浙東北地區(qū)。

2.3 各級降水量風(fēng)險值與油菜產(chǎn)量變化的關(guān)系

本文利用66個縣市1992—2012年的油菜單產(chǎn)資料，采用5年滑動平均法將歷史產(chǎn)量序列的實際產(chǎn)量分離成氣象產(chǎn)量和趨勢產(chǎn)量，通過計算獲得相對氣象產(chǎn)量Si，即獲得由于氣象條件的影響導(dǎo)致油菜產(chǎn)量的增減量變化序列。

因為各縣市(區(qū))超越50 mm的風(fēng)險值均為1，因此，將各縣市(區(qū))各級降水量的風(fēng)險值序列分別與對應(yīng)的各縣市(區(qū))平均相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計時，直接從降水量100 mm序列開始，至600 mm結(jié)束，共11個序列。

由圖2可知：各縣市(區(qū))11個降水級別的風(fēng)險值和其累年平均相對氣象產(chǎn)量序列的相關(guān)系數(shù)(r)為0.07～0.81。降水量低于300 mm時，降水量各級風(fēng)險值與累年平均相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.07～0.23，相關(guān)性不顯著。降水量在300 mm及以上時，降水量各級風(fēng)險值與累年平均相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.27～0.81，呈顯著相關(guān)。

圖2 各級降水量風(fēng)險值與油菜累年平均相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分布Fig.2 Distribution of correlation coefficient between priciptation risk value at each level and annual mean relative meteorological output

油菜累年平均相對氣象產(chǎn)量與超越250 mm及以下降水量風(fēng)險值相關(guān)性不顯著，這說明浙江省油菜花期250 mm降水量及以下對油菜相對氣象產(chǎn)量的影響不明顯，油菜花期基本正常生長。主要原因如下：1)浙江省雨水充沛，水資源比較豐富，即使在干旱年份，不能滿足油菜花期的需水量時，也能得到科學(xué)灌溉。浙東沿海的島嶼即使缺水灌溉，但油菜種植面積很小，對全省的整體影響可以忽略不計。2)不缺水的年份，即使降水量高于油菜需水量(50～100 mm)，由于各地環(huán)境和土壤蓄水能力不同，實際油菜獲得的水分會低于降水量，因此250 mm及以下的降水也不容易導(dǎo)致漬害。

油菜累年平均相對氣象產(chǎn)量與超越300 mm及以上降水量風(fēng)險值顯著相關(guān)，說明浙江省油菜花期300 mm及以上降水量對油菜相對氣象產(chǎn)量的影響較明顯，超越300 mm以后的風(fēng)險值越大的縣市，減產(chǎn)就越明顯。其中，超越550 mm出現(xiàn)的風(fēng)險值與油菜累年平均相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為0.81，說明油菜花期降水量明顯偏多時，會導(dǎo)致油菜產(chǎn)量下降。油菜花期降水量300 mm是油菜是否減產(chǎn)的閾值，即當(dāng)油菜花期降水量達(dá)到或超過300 mm時，油菜顯著減產(chǎn)，且降水量越大，相關(guān)系數(shù)越大，減產(chǎn)也越多。

3 結(jié)論

本文基于信息擴(kuò)散的風(fēng)險評估模型，研究浙江省油菜花期降水量在不同降水等級下的超越概率，通過浙江省油菜花期各級降水量的風(fēng)險值與油菜產(chǎn)量變化的相關(guān)分析，獲得如下結(jié)論：浙江省油菜花期降水量累年平均值均大于油菜花期需水量，但各縣市(區(qū))累年平均降水量時空分布不均勻；浙江省各縣市(區(qū))油菜花期降水量嚴(yán)重過剩的風(fēng)險高值區(qū)主要位于浙西南地區(qū)，以慶元、江山、開化、龍泉、衢州、常山、建德等地的風(fēng)險最大，油菜花期降水過多，容易遭受漬害，導(dǎo)致花期過短，影響花期觀賞及產(chǎn)量損失，不適宜大面積種植；浙江省各縣市(區(qū))油菜花期降水量短缺風(fēng)險高值區(qū)主要位于浙江省沿海島嶼及寧波的部分縣市，這些地方油菜花期降水偏少，缺水的風(fēng)險最大，因此不利于大力發(fā)展油菜種植；油菜花期降水量短缺不會導(dǎo)致油菜明顯減產(chǎn)，但降水量在300 mm及以上時，油菜減產(chǎn)明顯，且降水量越大，減產(chǎn)越多。油菜花期降水量300 mm是油菜是否減產(chǎn)的閾值。