黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險設計

余 蘭 ，鐘化然

（1.海倫市氣象局，黑龍江 海倫 152300；2.安達市氣象局，黑龍江 安達 151400）

1 引言

黑龍江省地處吉林玉米種植帶區(qū)域，以種植春玉米為主[1]。截至2018年，黑龍江省玉米總產(chǎn)量達3982萬噸，種植面積達6317千公頃 （國家統(tǒng)計局，2018）。玉米是一種極具代表性的喜溫作物，它在整個生育期對低溫都極為敏感[2]。黑龍江省地處我國中高緯度地區(qū)，玉米生長季熱量資源嚴重不足，低溫冷害頻繁發(fā)生。自1980年以來，黑龍江省的氣候明顯變暖，近50 a內(nèi)氣溫上升幅度高達1.0℃[3]，原來的玉米種植區(qū)低溫冷害的發(fā)生頻率及強度也隨之下降[4，5]。然而，氣候變化并非是一成不變的，溫度年際變化頻繁發(fā)生，上述因素不僅在一定程度上抵消了積溫增加的效應，而且大大增加了低溫冷害發(fā)生的風險概率[1]。因此，低溫冷害仍是威脅玉米正常生長發(fā)育和糧食安全生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災害之一。

天氣指數(shù)保險是保險合同以指數(shù)為基礎，這種指數(shù)表示單一或者多個氣象要素對農(nóng)作物的損害程度，如果指數(shù)達到一定水平且對農(nóng)產(chǎn)品造成一定影響，投保人就能得到相應標準的賠償[6]。作為一種新型的保險模式，天氣指數(shù)保險具有客觀性、科學性、及時性等特性[7]。由于我國氣象災害頻發(fā)、重發(fā)，同時農(nóng)業(yè)保險市場態(tài)勢較好，各地的天氣指數(shù)保險快速發(fā)展[7]。天氣指數(shù)保險既有利于規(guī)避農(nóng)業(yè)生產(chǎn)風險，又有利于提高防災減災和災后恢復能力，自上世紀90年代以來國內(nèi)外研究人員逐漸重視這一領域，同時進行了許多研究工作。然而，目前并未見到有關黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險的文章。因此，本文依據(jù)黑龍江省玉米生長季低溫冷害造成的玉米產(chǎn)量損失和氣象要素之間存在的關系，建立玉米低溫冷害保險的賠付標準，并根據(jù)玉米低溫冷害風險分布情況，設計不同保險費，從而完成黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險產(chǎn)品的設計。

2 資料與方法

2.1 研究資料

本研究選取了黑龍江省22個玉米農(nóng)業(yè)氣象站（圖 1）1981－2016 年 5－9 月逐日平均氣溫數(shù)據(jù)、各站點經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，來源于黑龍江省氣象局。本文所選用的玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)，為氣象部門建有玉米農(nóng)業(yè)氣象觀測站的22個縣 （市）1981－2016年的玉米單產(chǎn)數(shù)據(jù)，來源于黑龍江省統(tǒng)計局。

圖1 黑龍江省玉米農(nóng)業(yè)氣象站點分布

利用Excel和SPSS軟件對玉米低溫冷害天氣指數(shù)和單產(chǎn)數(shù)據(jù)進行處理分析。

2.2 玉米低溫冷害天氣指數(shù)選取

天氣指數(shù)通常由一個或幾個氣象條件構成[7]。需具備客觀性、可驗證性及穩(wěn)定性。指數(shù)可以利用已經(jīng)頒布的農(nóng)業(yè)氣象災害標準[7]，因此本研究利用最新的玉米低溫冷害國家標準[8]，選擇玉米生長季5－9月逐月平均氣溫之和的距平（△T）為玉米低溫冷害天氣指數(shù)。玉米低溫冷害強度等級[8]見表1。

玉米低溫冷害天氣指數(shù)的計算公式為

表1 黑龍江省玉米低溫冷害強度等級

式中，△T為玉米低溫冷害天氣指數(shù) （℃），Tt為當年5－9月逐月平均氣溫之和（℃），T為5－9月逐月平均氣溫之和的多年平均值（℃）。

2.3 玉米單產(chǎn)減產(chǎn)率的計算

利用歷年的單產(chǎn)數(shù)據(jù)和步長為5 a的滑動平均法[9]，模擬趨勢產(chǎn)量Yt，進而分離出氣象產(chǎn)量，從而依據(jù)式（2）計算相對氣象產(chǎn)量Yw：

式中，Y為農(nóng)作物實際產(chǎn)量[7]。若Yw＜0，則意味著氣象條件對作物生長不利，導致作物減產(chǎn)，視－Yw≥5%的年份為減產(chǎn)年[10]，－Yw即為減產(chǎn)率。

2.4 玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險費的計算

依據(jù)張韻啟[11]的研究，保險公司的賠付率為保險公司期望賠償?shù)慕痤~與保險費的比值，農(nóng)戶的損失為不發(fā)生賠付時需投入的保險費。將這兩個指標之和設為目標函數(shù)D，當D最小時，保險公司的賠付額和農(nóng)戶的損失相對最小，就得出了最優(yōu)保險費，則目標函數(shù)的計算公式為

式中，B為保險金額，P為災害概率，M為保險費，L為玉米類保險投保人負擔比[11]。由于農(nóng)業(yè)保險費不宜過高，假設約束條件為：0＜M＜100 (單位：元/666.7m2)。依據(jù)黑龍江省農(nóng)業(yè)保險保費補貼管理辦法的相關規(guī)定，玉米類保險中央、省、市縣財政補貼分別為40%、25%和15%，投保人負擔20%，所以L為0.2。

2.5 玉米低溫冷害風險評估

通?？梢岳脷庀鬄暮︼L險評估的結果來修訂天氣指數(shù)保險的保險費率。玉米低溫冷害風險大小既受天氣影響，又與種植區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、地理環(huán)境、抗災能力等因素有關[12]。因此，各種植區(qū)風險程度不同，應實施不同費率，本文依據(jù)不同種植區(qū)低溫冷害風險評估結果來修訂保險費率，以實現(xiàn)不同區(qū)域差別費率。致災因子危險性是本文玉米低溫冷害風險評估的主要考慮因素[13]。

致災因子危險性通常用來表示發(fā)生災害的可能性。該指數(shù)越大，表示發(fā)生玉米低溫冷害的可能性越大，從而對玉米產(chǎn)量的影響程度也就越大；反之亦然。本文用玉米低溫冷害頻率和強度乘積的絕對值來表示玉米低溫冷害致災因子危險性，

依據(jù)式（5）對致災因子危險性指數(shù)做無量綱化處理，進而得到黑龍江省玉米低溫冷害風險指數(shù)[12]。

式中，H′為無量綱化值，H為原始值，Hmin為最小值，Hmax為最大值。風險指數(shù)越大，表示玉米低溫冷害出現(xiàn)的風險越大，設定風險Ⅰ區(qū)為風險指數(shù)較高區(qū)域，該區(qū)費率浮動系數(shù)較大；其余為風險Ⅱ區(qū)。

3 結果與分析

3.1 玉米低溫冷害天氣指數(shù)與減產(chǎn)率的關系

將22個站點玉米低溫冷害明顯發(fā)生且導致玉米發(fā)生減產(chǎn)的樣本作為典型的低溫冷害樣本，利用SPSS軟件，分析黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)與玉米單產(chǎn)減產(chǎn)率的相關性，并利用線性回歸分析法得到兩者的回歸方程

式中，X為減產(chǎn)率（%）。當玉米低溫冷害天氣指數(shù)減少1℃時，減產(chǎn)率增加5.85%。根據(jù)式（6）計算得到表2，即不同玉米低溫冷害天氣指數(shù)對應的玉米單產(chǎn)減產(chǎn)率。

表2 黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)與減產(chǎn)率的關系

3.2 玉米低溫冷害風險評估

利用ArcGIS反距離權重法插值，采用自然斷點法將黑龍江省玉米低溫冷害風險等級分為3級，即高風險區(qū)、中等風險區(qū)和低風險區(qū)，詳見圖2。黑龍江省玉米低溫冷害高風險區(qū)位于西部的龍江，以及西南部的哈爾濱和雙城；中等風險區(qū)位于中部的勃利和集賢、東部的饒河，以及北部和西部大部分地區(qū)。設定以上地區(qū)為風險Ⅰ區(qū)，其余為風險Ⅱ區(qū)。根據(jù)經(jīng)驗，設定風險Ⅰ區(qū)和風險Ⅱ區(qū)的費率浮動系數(shù)分別為 1.2和 1.0。

圖2 黑龍江省玉米低溫冷害風險空間分布

3.3 玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險的賠付標準

按照目前玉米市場平均價格1.7元/kg推算，在正常情況下黑龍江省玉米畝產(chǎn)值可以達到850元，保障水平取70%，即保險金額B為595元/666.7m2。當玉米低溫冷害天氣指數(shù) （△T）≤－5℃時起賠。將△T代入式（6）中即得減產(chǎn)率，賠償金額則為保險金額與減產(chǎn)率的乘積。將B=595元/666.7m2，災害概率P=0.08，L=0.2代入式（3）中，利用 LINGO 軟件得到保險費M=16元/666.7m2。不同地區(qū)保險費為保險費率浮動系數(shù)與M的乘積，則風險Ⅰ區(qū)和風險Ⅱ區(qū)的保險費分別為19.2元/666.7m2和16元/666.7m2。

4 結論和討論

本文依據(jù)中國氣象局 《農(nóng)業(yè)保險氣象服務指南—天氣指數(shù)設計》的規(guī)定，利用最新的玉米低溫冷害國家標準，選擇5-9月逐月平均氣溫之和的距平作為黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)，通過分析黑龍江省22個玉米農(nóng)業(yè)氣象站的氣溫數(shù)據(jù)和玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件得到了黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)與減產(chǎn)率的關系模型，從而構建了黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險的賠付標準，并利用黑龍江省玉米低溫冷害風險評估結果修訂了保險費。

通過統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)，本文建立了黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)模型，在理論上設計了黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險產(chǎn)品，今后還有待開展試點應用來驗證和修訂有關參數(shù)。