四川省主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害分析及其對(duì)糧食產(chǎn)量的影響

胡德鴻，甄 英，寇海軍，羅 淼

(內(nèi)江師范學(xué)院 地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 內(nèi)江 641199)

1 引言

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)致農(nóng)作物顯著減產(chǎn)的不利天氣或氣候異常的總稱，包括旱災(zāi)、洪澇災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)、低溫冷凍災(zāi)等[1]。已有不少學(xué)者對(duì)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的變化特征和趨勢(shì)[2～4]、農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[5～9]、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)糧食產(chǎn)量的影響[10·15]進(jìn)行了研究，這些結(jié)果對(duì)科學(xué)有效地控制農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，建立合理有效的農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)體系，保障糧食安全起到了重要作用。

四川省為亞熱帶季風(fēng)氣候，雨熱同期，糧食種植歷史悠久，是我國(guó)糧食大省之一。由于地處我國(guó)西部腹地，地跨中國(guó)地勢(shì)的一、二級(jí)階梯，地理環(huán)境復(fù)雜，由于受秦嶺與青藏高原的阻隔，川內(nèi)自然災(zāi)害頻發(fā)且嚴(yán)重。本文通過(guò)分析1979～2018年四川省干旱、洪澇、風(fēng)雹和低溫四種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率的變化特征及其對(duì)糧食作物及水稻、小麥、玉米三大農(nóng)作物單產(chǎn)的影響，為了解四川省氣象災(zāi)害的變化規(guī)律，為防災(zāi)減災(zāi)等提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料來(lái)源

本文以四川省為本次的研究單元，選擇四川省1979～2018年農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害干旱、洪澇、風(fēng)雹、低溫四種主要?dú)庀鬄?zāi)害的受災(zāi)面積數(shù)據(jù)，作為分析其對(duì)糧食產(chǎn)量的依據(jù)。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《四川農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》和《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部》網(wǎng)站(http://zdscxx.moa.gov.cn:8080/nyb/pc/index.jsp)。同時(shí)段的水稻、小麥、玉米和糧食作物單產(chǎn)數(shù)據(jù)，主要來(lái)自《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》和《四川農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》。

由于播種面積每年都有變化，為了比較氣象災(zāi)害造成的相對(duì)損失或?yàn)?zāi)害的危害程度，采用災(zāi)情率分析災(zāi)情，確定農(nóng)作物受災(zāi)面積與總播種面積之比為災(zāi)情率[16]。

2.2 方法

2.2.1 R/S分析

R/S分析法，也稱為重標(biāo)極差分析法。R/S分析能對(duì)數(shù)據(jù)的持續(xù)性或反持續(xù)性給予證明，并對(duì)持續(xù)性(反持續(xù)性)成分的強(qiáng)度進(jìn)行定量比較，在應(yīng)用大量連續(xù)觀測(cè)資料進(jìn)行科學(xué)預(yù)報(bào)時(shí)有重要意義。

具體過(guò)程如下[17]：考慮一個(gè)時(shí)間序列差分{ξ(t)}，式中ξ(t)=B(t)-B(t-1)，B(t)為時(shí)刻t的觀測(cè)值，t=1,2,…。(1)對(duì)于任意正整數(shù)τ，定義均值序列<ξ>t、累計(jì)離差X(t)、極差R(τ)、標(biāo)準(zhǔn)差S(τ)分別為公式(1)～(4)：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中t=1，2，…代表滯時(shí)。

如果采用標(biāo)準(zhǔn)差除極差，相當(dāng)于將極差“標(biāo)準(zhǔn)化”，消除量綱的影響，于是得到極差與標(biāo)準(zhǔn)差的比值：

(5)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的理論分析和模擬試驗(yàn)研究，Hurst發(fā)現(xiàn)如下經(jīng)驗(yàn)標(biāo)度關(guān)系：

R(τ)/S(τ)=(π/2)H

(6)

式(6)中，H為Hurst指數(shù)。不同的H值范圍代表序列的不同含義：H=0.5，說(shuō)明時(shí)間序列是完全獨(dú)立、隨機(jī)分布的，前后的變化沒(méi)有相關(guān)性；0.5

2.2.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，用來(lái)揭示各因素之間關(guān)系的強(qiáng)弱。其基本思想是根據(jù)系列曲線的幾何形狀的相似性來(lái)判斷關(guān)系是否密切。曲線越近，對(duì)應(yīng)序列之間的相關(guān)性越大，反之亦然[19，20]。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害變化趨勢(shì)

由圖1旱、澇受災(zāi)率的變化趨勢(shì)圖可知，近40a四川省旱、澇受災(zāi)率分別以1.746%/10a、0.201%/10a的速率呈不顯著的下降和上升趨勢(shì)(P旱=0.057、P澇=0.921)，但卻具有一定的階段性特征。

圖1 四川省1979～2018年干旱和洪澇受災(zāi)率變化趨勢(shì)曲線

近40a四川省風(fēng)雹受災(zāi)率的線性趨勢(shì)表明(圖2)，風(fēng)雹災(zāi)害率以0.813%/10a的速率顯著降低(p=0.00)，低溫受災(zāi)率以0.122%/10a的速率呈不顯著上升趨勢(shì)(P=0.474)。

圖2 四川省1979～2018年風(fēng)雹和低溫受災(zāi)率變化趨勢(shì)曲線

3.2 R/S分析農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害未來(lái)趨勢(shì)

對(duì)四川省1979～2018年洪澇、干旱、風(fēng)雹及低溫4種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的受災(zāi)率數(shù)據(jù)進(jìn)行了R/S分析，得到它們的Hurst指數(shù)，預(yù)測(cè)其未來(lái)短時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，四川省四種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)比均呈現(xiàn)較明顯的Hurst現(xiàn)象。其中，干旱與風(fēng)雹的受災(zāi)比在過(guò)去40a中分別以1.746%/10a和0.813%/10a的速率呈輕微減少趨勢(shì)(圖2)，兩者的Hurst指數(shù)分別為0.533、0.8545，決定系數(shù)均達(dá)0.90以上，說(shuō)明該地區(qū)未來(lái)受災(zāi)比的變化趨勢(shì)與過(guò)去有一致性。洪澇與低溫的受災(zāi)比Hurst指數(shù)分別為0.6868、0.6941，表明對(duì)過(guò)去變化的趨勢(shì)有較強(qiáng)的持續(xù)性；洪澇與低溫的受災(zāi)比在過(guò)去40a的變化趨勢(shì)中較為相似，兩者均呈增加的變化趨勢(shì)且整體波動(dòng)較小，說(shuō)明未來(lái)短時(shí)間內(nèi)兩者仍將持續(xù)這種變化趨勢(shì)。

圖3 四川省四種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率R/S分析表1 四川省農(nóng)作物產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)面積的灰色關(guān)聯(lián)分析

3.3 糧食產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的灰色關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析方法以及四川省主要農(nóng)作物生產(chǎn)情況，將1979～2018年稻谷、小麥和玉米三大農(nóng)作物及糧食作物單產(chǎn)(kg/hm2)作為參考數(shù)列，將影響農(nóng)作物產(chǎn)量的四大農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的受災(zāi)面積數(shù)據(jù)(hm2)作為比較數(shù)列，經(jīng)計(jì)算后得出了各農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)作物單產(chǎn)的影響程度(表1)。

由表1可知，四川省糧食產(chǎn)量和三大農(nóng)作物單產(chǎn)與4種氣象災(zāi)害的關(guān)聯(lián)序列均為：低溫>風(fēng)雹>洪澇>干旱災(zāi)害，說(shuō)明在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中，影響四川省糧食產(chǎn)量的主要災(zāi)害是低溫災(zāi)害。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)四川省1979～2018年四類農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害和三類主要農(nóng)作物及糧食產(chǎn)量的分析研究，得出如下結(jié)論。

(1)四川省1979～2018年四種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率變化趨勢(shì)為洪澇>低溫>風(fēng)雹>干旱，洪澇和低溫受災(zāi)比呈輕微上升趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代前期洪澇受災(zāi)率高于干旱受災(zāi)率；20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始到2007年干旱受災(zāi)率整體高于洪澇受災(zāi)率；2008～2018年期間洪澇受災(zāi)率整體又高于干旱受災(zāi)率。干旱和風(fēng)雹受災(zāi)比呈輕微下降趨勢(shì)，在1979～2001年風(fēng)雹受災(zāi)率均高于低溫受災(zāi)率且變化劇烈，說(shuō)明此階段風(fēng)雹對(duì)農(nóng)作物影響相對(duì)較強(qiáng)；2002年以后霜凍的受災(zāi)率開(kāi)始有較大波動(dòng)，低溫受災(zāi)率略高于風(fēng)雹受災(zāi)率。

(2)四川省四種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率均呈現(xiàn)較明顯的Hurst現(xiàn)象。其中，洪澇與低溫的受災(zāi)率Hurst指數(shù)分別為0.6868、0.6941，且過(guò)去40a兩者受災(zāi)率呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明未來(lái)短時(shí)間內(nèi)兩者仍呈持續(xù)上升趨勢(shì)。干旱與風(fēng)雹的Hurst指數(shù)分別為0.533、0.8545，且過(guò)去40a兩者受災(zāi)率呈下降趨勢(shì)，表明四川未來(lái)受災(zāi)率持續(xù)下降。

災(zāi)害糧食 稻谷 小麥 玉米關(guān)聯(lián)度權(quán)重關(guān)聯(lián)度權(quán)重關(guān)聯(lián)度權(quán)重關(guān)聯(lián)度權(quán)重干旱0.7960.2290.7920.2290.7850.2260.8130.234洪澇0.8310.2390.8210.2380.8310.2390.8460.243風(fēng)雹0.9250.2660.9170.2650.9220.2650.9010.259低溫0.9270.2660.9260.2680.940 0.270 0.9140.263

(3)四川省糧食產(chǎn)量和三大農(nóng)作物單產(chǎn)與四種氣象災(zāi)害的關(guān)聯(lián)序列為低溫>風(fēng)雹>洪澇>干旱災(zāi)害，說(shuō)明在四川省的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中，低溫災(zāi)害起主要作用。