長沙市主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

邱麗靜 朱家亮 許海軍

摘要 ? ?本文采用長沙地區(qū)4個國家氣象站1981—2010年逐日氣象資料與長沙地區(qū)地形高程資料（DEM），對影響長沙的6種氣象災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險等級區(qū)劃分析，以期為長沙市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣象災(zāi)害防御提供依據(jù)。結(jié)果表明，長沙市大部分地區(qū)為高溫?zé)岷Ω唢L(fēng)險區(qū)，干旱災(zāi)害、倒春寒災(zāi)害中等風(fēng)險區(qū)，洪澇災(zāi)害、五月低溫災(zāi)害、寒露風(fēng)災(zāi)害低風(fēng)險區(qū);大圍山、連云山、偽山為洪澇災(zāi)害、倒春寒災(zāi)害、五月低溫災(zāi)害、寒露風(fēng)災(zāi)害次高或高風(fēng)險區(qū)，干旱災(zāi)害、高溫?zé)岷Φ惋L(fēng)險區(qū);連云山與大圍山之間的峽谷地帶為洪澇災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)，長沙市區(qū)南部湘江河谷地帶為倒春寒災(zāi)害高風(fēng)險區(qū);通過K-means聚類分析，長沙市農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害氣候風(fēng)險可劃分為高溫?zé)岷?、干旱，較高的倒春寒的氣候風(fēng)險區(qū)等6個區(qū)。

關(guān)鍵詞 ? ?農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害;分級;風(fēng)險區(qū)劃;湖南長沙

中圖分類號 ? ?P429 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）22-0158-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract ? ?This paper used daily meteorological data of four national meteorological stations in Changsha area from 1981 to 2010 and topographic elevation data （DEM） in Changsha area to analyze the risk grade division of six kinds of meteorological disasters affecting Changsha， so as to provide the basis for the meteorological disaster prevention of agricultural production in Changsha. The results showed that， most areas of Changsha was high-risk area of high temperature and heat damage， moderate risk area of drought disaster， cold disaster of fall spring， low risk area of flood disaster， low temperature disaster of May， cold dew wind disaster; Dawei Mountain， Lianyun Mountain and Wei Mountain were secondary high-risk or high-risk areas of flood and waterlogging disasters， cold in late spring disasters， low temperature disasters in May and cold dew wind disaster， low risk areas of drought disaster， high temperature and heat hazard disasters; the valley zone between Lianyun Mountain and Dawei Mountain were high-risk areas of flood disaster， and the Xiangjiang River Valley in the southern part of Changsha were high-risk areas of cold in late spring disaster. Through K-means cluster analysis， the climate risk of agrometeorological disaster in Changsha could be divided into six regions， such as high temperature heat hazard， drought and high climate risk area of cold in late spring， etc.

Keywords ? ?agrometeorological disaster; classification; risk zonation; Changsha Hunan

農(nóng)業(yè)是氣候影響最敏感的領(lǐng)域之一。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害已成為最主要的農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害，由于其頻率高、強度大，每年均給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟損失，已成為各地政府決策者重點關(guān)注和研究的對象。在全球氣候變暖背景下，極端氣候事件頻發(fā)，氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)的不利影響越來越受到社會的普遍關(guān)注。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃作為氣象災(zāi)害防御規(guī)劃的依據(jù)，是構(gòu)建防災(zāi)減災(zāi)體系的基礎(chǔ)，日益引起學(xué)者和政策制定者的關(guān)注。許多學(xué)者對氣象災(zāi)害風(fēng)險評估進(jìn)行了深入的研究，在自然災(zāi)害評估框架體系的建立[1-3]、洪水災(zāi)害模型與區(qū)域水災(zāi)的風(fēng)險評估[4]、自然災(zāi)害經(jīng)濟損失函數(shù)[5]、臺風(fēng)災(zāi)害的風(fēng)險評估[6]等方面取得了一些進(jìn)展。在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估方面，近年來有學(xué)者在農(nóng)業(yè)生態(tài)地區(qū)法的基礎(chǔ)上建立了華南果樹生長風(fēng)險分析模型[7]。

長沙屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季較分明，夏、冬兩季長，春、秋兩季短。春末夏初多雨，夏末秋季多旱;春溫多變，夏秋多晴，嚴(yán)冬期短，暑熱期長。在此氣候背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因氣象災(zāi)害造成的損失嚴(yán)重。洪澇、干旱、高溫、倒春寒、五月低溫、寒露風(fēng)是影響最大的6種氣象災(zāi)害。為此，本文針對以上6種氣象災(zāi)害的危險性進(jìn)行風(fēng)險等級區(qū)劃分析，為長沙市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣象災(zāi)害防御提供依據(jù)。

1 ? ?資料與方法

1.1 ? ?資料來源

采用長沙地區(qū)4個國家氣象站1981—2010年日降水量、日最高氣溫、日平均氣溫、日最低氣溫等逐日氣象資料及長沙地區(qū)地形高程資料（DEM）。

1.2 ? ?氣象災(zāi)害分級方法

氣象災(zāi)害等級根據(jù)2005年頒發(fā)的《湖南氣象災(zāi)害述語和分級》地方標(biāo)準(zhǔn)劃分。

1.2.1 ? ?洪澇。輕度洪澇（1級），4—9月任意10 d內(nèi)降水總量為200～250 mm;中度洪澇（2級），4—9月任意10 d內(nèi)降水總量為251～300 mm;重度洪澇（3級），4—9月任意10 d內(nèi)降水總量為301 mm以上。

1.2.2 ? ?干旱。選擇4—9月降水量距平百分率指標(biāo)Pa作為氣象干旱指標(biāo)。輕度氣象干旱（1級），-30%

1.2.3 ? ?高溫?zé)岷?。輕度高溫?zé)岷Γ?級），日最高氣溫≥35 ℃連續(xù)5～10 d;中等高溫?zé)岷Γ?級），日最高氣溫≥35 ℃連續(xù)11～15 d;重度高溫?zé)岷Γ?級），日最高氣溫 ≥35 ℃連續(xù)16 d或以上。

1.2.4 ? ?倒春寒。3月中旬至4月下旬任意10 d平均氣溫低于歷史同期平均值2 ℃或以上，并低于前10 d平均氣溫，則該10 d為倒春寒。輕度倒春寒（1級），ΔTi> -3.5 ℃;中度倒春寒（2級），-5.0 ℃<ΔTi≤-3.5 ℃;重度倒春寒（3級），ΔTi>-5.0 ℃或多段（含2段）出現(xiàn)倒春寒。

1.2.5 ? ?五月低溫。5月連續(xù)3 d或以上日平均氣溫≤20 ℃達(dá)到五月低溫標(biāo)準(zhǔn)。輕度五月低溫（1級），日平均氣溫為18～20 ℃連續(xù)5～6 d;中度五月低溫（2級），日平均氣溫18～20 ℃連續(xù)7～9 d或日平均氣溫為15.6～17.9 ℃連續(xù)7～8 d;重度五月低溫（3級），日平均氣溫18～20 ℃連續(xù)10 d或以上或日平均氣溫≤15 ℃連續(xù)5 d或以上。

1.2.6 ? ?寒露風(fēng)。9月日平均氣溫≤20 ℃連續(xù)3 d或以上達(dá)到寒露風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。輕度寒露風(fēng)（1級），日平均氣溫為18.5～20.0 ℃連續(xù)3～5 d;中等寒露風(fēng)（2級），日平均氣溫17.0～18.4 ℃連續(xù)3～5 d;重度寒露風(fēng)（3級），日平均氣溫≤17 ℃連續(xù)3 d或以上或日平均氣溫≤20 ℃連續(xù)6 d或以上。

1.3 ? ?農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害氣候風(fēng)險指數(shù)

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害氣候風(fēng)險指數(shù)是根據(jù)低溫冷害、高溫?zé)岷Φ戎饕r(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)及氣象干旱、洪澇災(zāi)害指標(biāo)，分別統(tǒng)計各災(zāi)害強度及其發(fā)生頻率，以災(zāi)害氣候風(fēng)險指數(shù)I（某種災(zāi)害的不同強度指數(shù)S及其相應(yīng)出現(xiàn)頻率P的函數(shù)）作為災(zāi)害區(qū)劃指標(biāo)，其表達(dá)式為：

式（1）中，i為災(zāi)害強度（i=1為輕度災(zāi)害，i=2為中度災(zāi)害，i=3為重度災(zāi)害）;Si為災(zāi)害強度指數(shù);P為災(zāi)害發(fā)生頻次;j為災(zāi)害類別。

在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)專家評分法給定式（1）中各個等級的P值，則可得：

洪澇氣候風(fēng)險指數(shù)=（1級頻次×1/6+2級頻次×2/6+3級頻次×3/6）×100/年份;

干旱氣候風(fēng)險指數(shù)=（1級頻次×1/10+2級頻次×2/10+3級頻次×3/10+4級頻次×4/10）×100/年份;

高溫?zé)岷夂蝻L(fēng)險指數(shù)=（1級頻次×1/6+2級頻次×2/6+3級頻次×3/6）×100/年份;

五月低溫氣候風(fēng)險指數(shù)=（1級頻次×1/6+2級頻次×2/6+3級頻次×3/6）×100/年份;

倒春寒氣候風(fēng)險指數(shù)=（1級頻次×1/6+2級頻次×2/6+3級頻次×3/6）×100/年份;

寒露風(fēng)氣候風(fēng)險指數(shù)=（1級頻次×1/6+2級頻次×2/6+3級頻次×3/6）×100/年份。

1.4 ? ?K-means分析方法

K-means法又稱快速聚類法，是由Mac Queen于1967年提出的，它將數(shù)據(jù)看成K維空間上的點，以距離作為度量個體“親疏程度”的指標(biāo)。一般地，K-means法易于產(chǎn)生指定類別數(shù)的聚類結(jié)果，而類數(shù)的確定離不開實踐經(jīng)驗的積累。聚類分析算法的基本步驟[8]如下：①指定聚類數(shù)目K;②確定K個初始的聚類中心;③根據(jù)最近原則進(jìn)行聚類，分別計算每個樣本到各個聚類中心的距離，將對象分配到距離最近的聚類中心所代表的類中;④所有對象分配完成后，重新計算K個聚類的中心;⑤與前一次計算得到的K個聚類中心比較，如果聚類中心發(fā)生變化，轉(zhuǎn)③，否則轉(zhuǎn)⑥;⑥重復(fù)上述過程，當(dāng)質(zhì)心不發(fā)生變化時停止并輸出聚類結(jié)果。

一般地，針對連續(xù)屬性數(shù)據(jù)，使用誤差平方和SSE作為度量聚類質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)，對于2種不同的聚類結(jié)果，選擇誤差平方和較小的作為分類結(jié)果。記Ei表示第i類樣本集合，ei表示第i類樣本中心，連續(xù)屬性的SSE計算公式為：

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?洪澇