陰雨寡照災(zāi)害對云南烤煙的種植風(fēng)險預(yù)測

韓 敏，楊鵬武，何雨芩，胡雪瓊，朱 勇

（1元江縣氣象局，云南 玉溪 653100；2云南省氣候中心，昆明 650034）

0 引言

云南是優(yōu)質(zhì)煙葉原料供應(yīng)的中流砥柱。云南是烤煙的核心原料保障基地，2018年云南烤煙種植面積40.158萬hm2，占全國烤煙種植面積的40%，產(chǎn)量82.29萬t，占全國烤煙產(chǎn)量的39%[1]，對發(fā)展云南經(jīng)濟有非常重要的支撐作用。云南地形多屬丘陵山區(qū)，區(qū)域氣候特色明顯，氣候特征使得不同海拔地區(qū)呈現(xiàn)氣候差異。云南處低緯高原，受亞熱帶季風(fēng)控制，7—8月的大氣環(huán)流季節(jié)轉(zhuǎn)換，造成頻繁南下的冷空氣與季風(fēng)帶來的西南暖濕氣流相遇，致使烤煙生長大田期易遭受陰雨寡照天氣，嚴重影響烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)，若陰雨寡照程度較強或長期處于陰雨天氣，烤煙甚至?xí)霈F(xiàn)死亡?？梢娫颇峡緹熽幱旯颜諡?zāi)害已成為危害烤煙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的阻力之一，迫切需要對烤煙氣象災(zāi)害風(fēng)險進行系統(tǒng)性評估[2-3]。

IPCC（The Intergovernmental Panel on Climate Change）第五次評估報告（The Fifth Assessment Report，AR5）指出，未來全球氣候?qū)⒗^續(xù)增暖[4]。氣候變暖使農(nóng)業(yè)熱量資源增加，同時農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害加重，大部分地區(qū)極端氣候事件頻發(fā)、強度增強[5-6]。氣候變化影響未來風(fēng)險變化，而農(nóng)業(yè)風(fēng)險的適應(yīng)和減緩對鄉(xiāng)村振興至關(guān)重要，需要提高對易發(fā)頻發(fā)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的風(fēng)險評估來維持可持續(xù)發(fā)展。胡雪瓊等[7]研究發(fā)現(xiàn)，未來云南烤煙可種植區(qū)域?qū)⒊手饾u增加的趨勢，其可能遭受的氣象災(zāi)害也將有所變化。高云等[8]研究發(fā)現(xiàn)，烤煙生長中后期遭遇陰雨寡照能導(dǎo)致煙葉有機物累積下降、品質(zhì)降低。黃中艷等[9]分析并闡明，云南烤煙區(qū)別于國外優(yōu)質(zhì)煙的氣候劣勢是大田中后期寡照多雨。胡雪瓊等[10]研究也表明，云南烤煙種植區(qū)域的氣候類型劣勢多為低溫陰雨寡照。談豐、陳家金等[11-12]基于GIS的烤煙災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃，多停留于傳統(tǒng)“空間靜態(tài)性”作物災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃，未來氣候變化可能對云南烤煙的影響，以及不同RCPs[13]排放情景下災(zāi)害的變化的探討少有涉及。

為更深入了解氣候變化情景下云南烤煙陰雨寡照氣象風(fēng)險，以及各不同年代段烤煙種植潛在的風(fēng)險程度，本研究使用全球氣候模式HadGEM2-ES驅(qū)動的區(qū)域氣候模式RegCM4.0的模擬輸出結(jié)果，對烤煙陰雨寡照災(zāi)害“空間+時間動態(tài)性”氣象風(fēng)險進行精細化評估，以期為當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)事業(yè)發(fā)展提供科學(xué)的參考，建立健全氣象為農(nóng)服務(wù)“兩個體系”的建立，避免或減小因氣象災(zāi)害造成的烤煙經(jīng)濟損失。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

引用的基礎(chǔ)資料包括：（1）歷史氣象數(shù)據(jù)，來源于云南省1981—2010年連續(xù)30年125個國家氣象站的資料，采用多元回歸和“距平逼近”插值，統(tǒng)計整理獲得各氣候要素的均值信息，建立各氣候要素精細化空間推算模型。（2）未來模擬數(shù)據(jù)，2021—2050年為未來模擬時段，選取全球氣候模式HadGEM2-ES[14]的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5 3種典型濃度路徑RCPs（Representative Concentration Pathways）[15]。筆者利用高分辨率區(qū)域氣候模式RegCM4.0[16]對低分辨率全球氣候模式進行動力降尺度。研究表明，對區(qū)域尺度的降水和氣溫分布的模擬，區(qū)域氣候模式嵌套全球模式的輸出結(jié)果分辨率高于單一使用全球模式[17-18]，區(qū)域氣候模式有更精細的地形強迫，對具有復(fù)雜地形的地區(qū)結(jié)果也更可靠[19-21]。將評價指標的資料進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后柵格計算得到未來分辨率為0.25°×0.25°空間數(shù)據(jù)。（3）地理信息數(shù)據(jù)，云南省1:250000數(shù)字高程，提取海拔、經(jīng)緯度、坡度和河網(wǎng)密度等地形水文柵格，作為地理因子影響指標，然后根據(jù)風(fēng)險模型計算得到風(fēng)險區(qū)劃。

1.2 烤煙指標

1.2.1 烤煙種植適宜性指標 云南垂直差異顯著、地理地貌復(fù)雜。在緯度低、海拔高的地理條件綜合影響下，煙區(qū)各地夏季平均氣溫比國內(nèi)其他地區(qū)顯著偏低；在季風(fēng)環(huán)流的不穩(wěn)定性和不同天氣系統(tǒng)的影響下，云南氣象災(zāi)害較多，烤煙生長大田中后期持續(xù)的陰雨寡照不利于高品質(zhì)烤煙的增產(chǎn)。參考胡雪瓊等[7]研究的云南烤煙種植適宜性，得到其適宜性指標（表1）。

表1 烤煙種植適宜性指標

1.2.2 烤煙陰雨寡照指標 烤煙陰雨寡照指標采用行業(yè)標準《烤煙陰雨寡照等級》（QX/T 363—2016）[22]，按持續(xù)陰雨日數(shù)（R）將烤煙陰雨寡照災(zāi)害分為3個等級（表2）。

表2 烤煙陰雨寡照等級劃分

1.3 研究方法

1.3.1 未來氣候數(shù)據(jù)精細化推算 評估未來不同時段云南烤煙陰雨寡照氣象災(zāi)害風(fēng)險，首先需要對未來的氣候要素進行精細化空間推算，再應(yīng)用ArcMAP空間分析功能進行區(qū)劃。采用虛擬氣候變暖（Pseudo-Global Warming，PGW）的方法[23]得到未來時期氣候要素的空間精細化分布。為獲得未來氣候預(yù)估的數(shù)據(jù)，對比氣候預(yù)估格點要素數(shù)據(jù)未來和基準年代的差異，疊加在基準時期的氣候要素空間精細分布值上。此方法可以校正全球氣候模型預(yù)估結(jié)果的系統(tǒng)性偏差，保留當(dāng)前氣候的大氣事件信息，并且處理過程較簡單[24-26]。

1.3.2 風(fēng)險區(qū)劃模型 采用層次分析法（AHP）[27-28]及當(dāng)?shù)責(zé)煵菪袠I(yè)專家的打分分析烤煙陰雨寡照氣象災(zāi)害風(fēng)險，因子層為致災(zāi)因子危險性、承災(zāi)體易損性和孕災(zāi)環(huán)境敏感性3個因素，副因子層為烤煙種植適宜性、地形、河網(wǎng)密度和降水量，最后對各層評價指標的加權(quán)分析得到綜合災(zāi)害風(fēng)險。

（1）致災(zāi)因子危險性。旺長后期—成熟采烤期（7—8月）陰雨寡照對烤煙影響最大，將陰雨寡照危險性2個影響因子歸一化乘以權(quán)重后求和得到陰雨寡照危險性指數(shù)。由于云南地形和氣候復(fù)雜，用一個模型在滇西北誤差很大，因此將云南分為2個區(qū)，滇西北的麗江、迪慶、大理、楚雄、怒江（蘭坪）為一個區(qū)，并模擬得到危險性方程D1，其余地區(qū)得到模擬方程D2（表3）。方程總體回歸趨勢相關(guān)性較好，都通過顯著水平0.05的顯著性檢驗。

表3 烤煙陰雨寡照危險性方程

（2）孕災(zāi)環(huán)境敏感性。孕災(zāi)環(huán)境與地形、遮蔽以及水文條件等宏觀或區(qū)域性環(huán)境條件密切相關(guān)[29]。坡向與接受光照和分配太陽輻射量息息相關(guān)，坡度等級高的區(qū)域持水能力越弱，利于排漬排濕以降低陰雨危害[30]。河流密集地區(qū)強降水后地下水位隨著水體水位上升，導(dǎo)致植物根系長期處于過濕狀態(tài)，加重連陰雨帶來的積澇及漬害影響。用坡度、坡向和河網(wǎng)密度作為孕災(zāi)環(huán)境敏感性的評價指標（表4），并賦予各指標不同權(quán)重，如式（1）所示。

表4 陰雨寡照敏感性評價指標體系

（3）承災(zāi)體易損性。烤煙適宜種植區(qū)隨氣候變化而變化，適宜性越高，種植烤煙可能性越大，其可能承受的損害越明顯。將同年代的烤煙適宜性分為4個評價等級（表5），適宜性越高，承災(zāi)體易損性越大，而不適宜區(qū)則看作非可種植區(qū)，無需再討論其災(zāi)害風(fēng)險。

表5 陰雨寡照易損性評價指標體系

（4）災(zāi)害風(fēng)險模型。綜合考慮3個層次，并選取了7個評價指標，建立如式（2）所示的烤煙陰雨寡照氣象災(zāi)害風(fēng)險模型。

其中，RR為陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)，D為陰雨寡照危險性，E為陰雨寡照敏感性，C為陰雨寡照易損性。

2 結(jié)果與分析

2.1 基準年代云南烤煙陰雨寡照風(fēng)險區(qū)劃

根據(jù)云南烤煙的陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃模型，得到基準年代和2021—2030、2031—2040、2041—2050年3種RCPs氣候情景下云南烤煙陰雨寡照災(zāi)害區(qū)劃圖（圖1）。基準年代云南烤煙陰雨寡照災(zāi)害哀牢山西側(cè)大于東側(cè)地區(qū)，低風(fēng)險區(qū)主要分布在滇東南，占國土面積12.66%（表6）；中等風(fēng)險區(qū)在全省范圍分布較廣，主要分布在哀牢山以東，占國土面積30.4%；較高風(fēng)險區(qū)主要分布在哀牢山以西和滇西北，占國土面積21.29%；高風(fēng)險區(qū)分布最少，主要在滇西和滇中局地，占國土面積2.21%；不適宜種植區(qū)域所占面積最大，但規(guī)律分布集中在滇西北、滇東北、滇西南及滇南的邊緣地帶，占國土面積33.47%?？梢姷嵛鞯貐^(qū)的陰雨寡照氣象災(zāi)害風(fēng)險最大，這是因為哀牢山的阻擋作用使滇西降雨量較多，發(fā)生災(zāi)害的可能性高。

圖1 基準年代（1981—2010年）云南烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖

2.2 未來云南烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險

2021—2050年云南烤煙陰雨寡照在不同氣候變化情景下未來各級災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃結(jié)果見圖2。云南烤煙陰雨寡照不同災(zāi)害風(fēng)險等級的年代際變化（表6），反映了其災(zāi)害發(fā)生的時空變化軌跡。

表6 不同時期不同氣候情景云南烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃面積分類統(tǒng)計

（1）RCP2.6情景下烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險變化。2021—2050年烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險較基準年代低風(fēng)險減少，而高風(fēng)險增加，滇中、昭通中部、曲靖和普洱中部風(fēng)險增加，普洱西部、西雙版納中西部風(fēng)險減少，高風(fēng)險區(qū)北抬集中在德宏到普洱北部。2021—2030年低等級風(fēng)險區(qū)減少，而高風(fēng)險區(qū)增幅度最大為1.29%。2031—2040年中等以下風(fēng)險區(qū)減少幅度較小不足1%。2041—2050年風(fēng)險區(qū)減少而高風(fēng)險區(qū)增加。

（2）RCP4.5情景下烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險變化。2021—2050年烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險區(qū)較基準年代變化總體低風(fēng)險區(qū)減少，高風(fēng)險區(qū)增加，滇中風(fēng)險增加，高風(fēng)險區(qū)集中在普洱到德宏地區(qū)，低風(fēng)險主要在紅河中部到文山東部。2021—2030年較高風(fēng)險區(qū)增幅大于5%，高風(fēng)險東移，滇中風(fēng)險降低。2031—2040年高風(fēng)險區(qū)略減少，高風(fēng)險主要集中在普洱北部到德宏地區(qū)，不適宜區(qū)減少幅度最小為2.56%。2041—2050年較高和高風(fēng)險區(qū)增加明顯，較高風(fēng)險區(qū)分布廣，滇中到滇東均有增加，普洱中部風(fēng)險增加。

（3）RCP8.5情景下烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險變化?？緹熽幱旯颜諡?zāi)害風(fēng)險變化劇烈，高風(fēng)險區(qū)主要是哀牢山以西北抬東擴，滇中和昭通到曲靖南部風(fēng)險增加，紅河中部和文山中部風(fēng)險降低。2021—2030年不適宜區(qū)減少最明顯，減幅為5.38%，滇中和昭通中部到曲靖南部風(fēng)險增加，并表現(xiàn)為高風(fēng)險區(qū)東擴，紅河中部和文山中部風(fēng)險降低。2031—2040年中等風(fēng)險以下減少明顯，較高風(fēng)險以上風(fēng)險增加幅度最大為8.73%，哀牢山西側(cè)高風(fēng)險區(qū)東擴，且哀牢山東側(cè)風(fēng)險增加，特別是昭通中部到曲靖南部風(fēng)險增加明顯。2041—2050年代高風(fēng)險區(qū)減少最大為0.18%，滇中和昭通中部到曲靖南部風(fēng)險增加，普洱西南部、西雙版納、紅河中部風(fēng)險降低。

未來云南烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險分布哀牢山西側(cè)大于東側(cè)，中等風(fēng)險區(qū)分布較廣，較高風(fēng)險區(qū)位于哀牢山以西，高風(fēng)險區(qū)集中在普洱北部到保山中部。未來哀牢山西部的普洱北部、臨滄、保山和德宏地區(qū)高風(fēng)險區(qū)增加，昭通到曲靖風(fēng)險增加，主要表現(xiàn)為中等風(fēng)險向較高風(fēng)險轉(zhuǎn)變，普洱南部、西雙版納、紅河和文山風(fēng)險降低，滇西邊緣和滇南邊緣風(fēng)險區(qū)隨不適宜種植區(qū)的變化而改變。滇中北部不適宜區(qū)減少，但相應(yīng)的高風(fēng)險區(qū)增加，風(fēng)險分布較為分散，主要是高緯度高海拔地區(qū)的種植制度改變，導(dǎo)致風(fēng)險增加。滇中南部風(fēng)險穩(wěn)定，以中等或低風(fēng)險為主。哀牢山西側(cè)明顯為風(fēng)險增加，也表現(xiàn)為高風(fēng)險區(qū)域最大。未來云南烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險總體變化趨勢為低風(fēng)險減少、高風(fēng)險增加，且高風(fēng)險中心北抬東擴。

3 結(jié)論

受氣候變化和人類活動影響，未來云南烤煙陰雨寡照災(zāi)害發(fā)生隨時間和空間變化。筆者利用烤煙陰雨寡照災(zāi)害模型，分析了基準年代和HadGEM2-ES模式RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下云南2021—2030、2031—2040、2041—2050年烤煙陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險的變化規(guī)律。

（1）在未來3種情景下，未來氣候變暖將增加云南烤煙的適宜種植區(qū)，但也將增加災(zāi)害的風(fēng)險性?？緹熽幱旯颜諡?zāi)害大部分時期高風(fēng)險到較高風(fēng)險增加，而中等以下風(fēng)險均降低，并且未來低等級向高等級轉(zhuǎn)變。哀牢山西側(cè)總體表現(xiàn)為風(fēng)險增加，也是高風(fēng)險集中區(qū)，且風(fēng)險中心較基準時段均有北抬東擴趨勢。昭通和曲靖在未來風(fēng)險增加明顯，普洱南部、西雙版納、紅河和文山表現(xiàn)為風(fēng)險降低，滇中北部不同時期風(fēng)險有差異，而滇中南部風(fēng)險較穩(wěn)定。

（2）未來災(zāi)害風(fēng)險在3種情景下和3個年代間有明顯的差異。RCP8.5排放情景下風(fēng)險變化劇烈，表現(xiàn)為不適宜種植區(qū)最大，高風(fēng)險在不同年代間有增有減，而較高風(fēng)險增幅最大。低風(fēng)險和中等風(fēng)險在2021—2030年的RCP2.6排放情景下減少量明顯；較高風(fēng)險在2031—2040年的RCP8.5排放情景下增幅最大；高風(fēng)險在2031—2040年的RCP4.5排放情景下和2041—2050年的RCP8.5情景下略有減少，其他時期增加，但增加幅度較小；不適宜區(qū)2021—2030年的RCP8.5排放情景下減少明顯。RCP2.6和RCP4.5排放情景下2031—2040年和2041—2050年變化相似。

（3）未來不適宜區(qū)降幅大于高風(fēng)險區(qū)增幅，原非可種植區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榭煞N植區(qū)，但遭受陰雨寡照災(zāi)害的可能性更大。同樣，未來低風(fēng)險降低，而高風(fēng)險有明顯增幅，可見未來低風(fēng)險向高一等級風(fēng)險轉(zhuǎn)化。

4 討論

未來云南煙區(qū)烤煙旺長期的陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險變化表現(xiàn)為時間和空間上的增加和差異，災(zāi)害風(fēng)險的位移和風(fēng)險的轉(zhuǎn)變使云南不同烤煙種植區(qū)面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和規(guī)劃部門加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是非常有必要的。建議在低至中等陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險區(qū)增加烤煙種植面積，高風(fēng)險區(qū)必須通過優(yōu)化烤煙種植結(jié)構(gòu)，合理規(guī)避陰雨寡照災(zāi)害風(fēng)險。此外，筆者僅采納了單一氣候模式，由于模型本身的不確定性，對未來氣候模擬結(jié)果仍不可避免地存在一定偏差，今后可用更新的全球氣候模式和多模式結(jié)合分析，以降低研究結(jié)果的不確定性。