十堰烤煙洪澇等級(jí)指標(biāo)及其災(zāi)害特征

劉少霞，姚道強(qiáng)，王霞，史志藏，李德銀，任恒

（十堰市氣象局，湖北十堰 442000）

煙葉作為一種高經(jīng)濟(jì)作物，其生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中受自然環(huán)境制約很大，對(duì)氣象條件的依賴性較高。近年來(lái)，大量研究表明氣象條件與煙葉生育期、質(zhì)量與品質(zhì)之間有著密切關(guān)聯(lián)性［1］。專家學(xué)者認(rèn)為煙葉具有廣泛的適應(yīng)性，但煙葉又對(duì)環(huán)境十分敏感，氣候因素是引起煙葉產(chǎn)量高低的重要生態(tài)環(huán)境因素之一［2］。

十堰市地處湖北省西北部，秦巴山區(qū)東部、漢江中上游，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，整體氣候溫和、降水量豐富，獨(dú)特的氣候條件較適宜煙葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展。十堰煙葉有多年種植歷史，煙區(qū)分布廣，烤煙產(chǎn)量大，是十堰市農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，為當(dāng)?shù)厝罕娫鍪罩赂惶峁┝丝煽勘Ｕ?。煙葉在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中需要適量降水，但煙葉本身的耐澇性能較差，暴雨洪澇災(zāi)害會(huì)對(duì)煙葉根系的通氣條件帶來(lái)不良影響，伸根期內(nèi)的澇漬不利于根系的形成以及發(fā)育，根系會(huì)因?yàn)榉e水而缺氧，煙株自下而上出現(xiàn)葉片畸形或非正常落黃，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重的腐爛現(xiàn)象；成熟期的洪澇災(zāi)害會(huì)使煙葉脫落，影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)在全球氣候變化背景下，由氣候變化所導(dǎo)致的極端天氣事件也頻繁發(fā)生［3-6］，十堰市極端降水天氣逐漸增多，暴雨洪澇災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)煙葉生產(chǎn)造成不利影響。因此，開展十堰烤煙洪澇等級(jí)指標(biāo)研究和確定，分析和探明煙葉洪澇災(zāi)害分布特征，為監(jiān)測(cè)發(fā)布精細(xì)化洪澇災(zāi)害預(yù)警信息、防災(zāi)減災(zāi)等提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 資料和方法

1.1 資料

本研究采用十堰烤煙主產(chǎn)區(qū)20個(gè)煙葉自動(dòng)氣象站及區(qū)域自動(dòng)氣象站2011—2020年逐日降水量，所有降水資料均經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制；煙葉洪澇災(zāi)情資料來(lái)源于十堰市煙草公司煙葉生產(chǎn)科，包括2011—2020年歷年煙葉種植面積、洪澇受災(zāi)面積、成災(zāi)面積、絕收面積，受災(zāi)農(nóng)戶數(shù)及煙葉產(chǎn)量損失。

1.2 研究方法

1）基于鄂西北洪澇災(zāi)害指標(biāo)的增減調(diào)整。

表1為鄂西北洪澇災(zāi)害指標(biāo)［7］。對(duì)表1中過(guò)程降水量臨界值進(jìn)行幅度為-30～＋30 mm的增減，步長(zhǎng)為5 mm，獲取十堰烤煙主產(chǎn)區(qū)各指標(biāo)逐年洪澇指數(shù)。R為一次連續(xù)降水過(guò)程累計(jì)降水量（包括1 d），且其中有1 d降水量大于50 mm，多于1 d過(guò)程期間出現(xiàn)降水量不小于0.1 mm，多于6 d的過(guò)程降水劃為6 d。

表1 鄂西北洪澇災(zāi)害指標(biāo) mm

2）洪澇指數(shù)。

在研究十堰烤煙洪澇指標(biāo)過(guò)程中，為表征洪澇災(zāi)害綜合發(fā)生強(qiáng)度，定義十堰煙區(qū)逐年洪澇指數(shù)：在某一指標(biāo)下，統(tǒng)計(jì)所有站點(diǎn)某一年漬澇、輕澇、中澇、重澇發(fā)生次數(shù)，用它們的加權(quán)之和作為該年洪澇指數(shù)，用公式表示為［8］

其中，Mi為逐年洪澇指數(shù)；Nij為第j年所有站點(diǎn)第i個(gè)等級(jí)洪澇的發(fā)生次數(shù)之和；wi為各等級(jí)洪澇對(duì)應(yīng)的權(quán)重；k為洪澇等級(jí)個(gè)數(shù)，本研究中k取4。

3）灰色關(guān)聯(lián)度法確定權(quán)重。

灰色關(guān)聯(lián)分析方法是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行量化比較分析，利用因子間的幾何接近，診斷和確定因子對(duì)系統(tǒng)主體行為的影響程度［9］，為便于比較洪澇災(zāi)害造成的相對(duì)損失量或危害程度，定義當(dāng)年煙葉受災(zāi)面積與總播種面積的比值為成災(zāi)率，它可以反映災(zāi)害的致災(zāi)程度。各等級(jí)洪澇權(quán)重以煙葉洪澇受災(zāi)率為參考序列，歷年所有站漬澇、輕澇、中澇、重澇次數(shù)序列為比較序列，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度確定。

因各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的洪澇次數(shù)與受災(zāi)率單位不同，為消除差異和影響，需對(duì)序列數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化（即量綱一）處理，標(biāo)準(zhǔn)化法采用最常用的zscore法：

其中，Zik為經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)；xik為原始數(shù)據(jù)，為第i組數(shù)據(jù)的平均值；Si為標(biāo)準(zhǔn)差。本研究中i取0、1、2、3、4，分別表示受災(zāi)率、所有站漬澇次數(shù)、輕澇次數(shù)、中澇次數(shù)、重澇次數(shù)，k取1～10，表示每一個(gè)序列都有10年數(shù)據(jù)。

根據(jù)式（2）計(jì)算各比較序列與參考序列在各年份下的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

其中，ξi（k）為關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ為分辨系數(shù)，取ρ＝0.5.

關(guān)聯(lián)度即權(quán)重的計(jì)算公式如下：

其中，i取1～4；ri表示受災(zāi)率與各等級(jí)洪澇次數(shù)的關(guān)聯(lián)度，即各等級(jí)洪澇權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 各等級(jí)洪澇權(quán)重

對(duì)原指標(biāo)（表1）過(guò)程降水量臨界值進(jìn)行幅度為-30～＋30 mm的增減，步長(zhǎng)為5 mm，如原始指標(biāo)臨界值＋30 mm時(shí)，1 d過(guò)程降水量的漬澇臨界值下限由61.4 mm變?yōu)?1.4 mm；臨界值上限由72.4 mm變?yōu)?02.4 mm；其他輕、中、重澇臨界值上下限以同樣的方法進(jìn)行同步增減，得到1組指標(biāo)［10］；在原指標(biāo)0 mm的基礎(chǔ)上每次增加或減少5、10、15……30 mm，重復(fù)上述步驟，共得到各等級(jí)洪澇對(duì)應(yīng)的13個(gè)洪澇指標(biāo)，分別統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)下歷年漬澇、輕澇、中澇、重澇發(fā)生次數(shù)，利用灰色關(guān)聯(lián)度法計(jì)算每個(gè)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的等級(jí)洪澇權(quán)重（表2）。

表2 各指標(biāo)下等級(jí)洪澇權(quán)重

2.2 洪澇指數(shù)與災(zāi)損率相關(guān)性

根據(jù)表（2）結(jié)果和公式（1）分別計(jì)算各指標(biāo)下逐年洪澇指數(shù)，其值越大，表明洪澇災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度越大，以各指標(biāo)逐年洪澇指數(shù)序列為自變量、洪澇受災(zāi)率序列為因變量進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)性越顯著，表明所對(duì)應(yīng)指標(biāo)下洪澇指數(shù)越能反映洪澇災(zāi)害對(duì)十堰烤煙的影響，指標(biāo)可信度越高。相關(guān)性結(jié)果（表略）表明，-25和-30 mm洪澇指標(biāo)與受災(zāi)率呈顯著性正相關(guān)，其它指標(biāo)均不相關(guān)。

2.3 洪澇指標(biāo)檢驗(yàn)及修訂

選取兩個(gè)相關(guān)性顯著的-25和-30 mm對(duì)應(yīng)指標(biāo)作為煙區(qū)洪澇修訂指標(biāo)，分別與歷年煙區(qū)洪澇災(zāi)情記錄進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證分析，若煙區(qū)實(shí)際洪澇災(zāi)害發(fā)生區(qū)域、時(shí)間、強(qiáng)度與同期洪澇災(zāi)害指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值一致，則說(shuō)明該指標(biāo)可靠性較強(qiáng)、吻合度較高。從表3、表4檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，-30 mm洪澇指標(biāo)歷史記錄災(zāi)害等級(jí)與該指標(biāo)下災(zāi)害等級(jí)存在不符合項(xiàng)；而-25 mm洪澇指標(biāo)從災(zāi)害地點(diǎn)、災(zāi)害等級(jí)都與歷史災(zāi)情記錄基本吻合。由此可見，在原始指標(biāo)臨界值的基礎(chǔ)上減少25 mm作為修訂后的十堰烤煙洪澇災(zāi)害指標(biāo)（表5）更具有合理性和準(zhǔn)確性。

表3 -25 mm洪澇指標(biāo)驗(yàn)證結(jié)果

表4 -30 mm洪澇指標(biāo)驗(yàn)證結(jié)果

表5 十堰烤煙洪澇災(zāi)害指標(biāo) mm

2.4 煙區(qū)洪澇災(zāi)害特征

根據(jù)修訂確定的十堰烤煙洪澇災(zāi)害指標(biāo)（表5），統(tǒng)計(jì)煙區(qū)各站2011—2020年煙葉大田生育期4—9月漬澇、輕澇、中澇、重澇次數(shù)，對(duì)歷年洪澇災(zāi)害頻次年際和地域分布特征進(jìn)行分析。十堰烤煙洪澇災(zāi)害頻次年際變化（圖1）顯示，近10年煙區(qū)洪澇災(zāi)害總體變化趨勢(shì)不顯著，2011年出現(xiàn)洪澇災(zāi)害頻次最多，共39次，其中漬澇28次，2016和2019年出現(xiàn)最少，僅13次。2013年輕澇出現(xiàn)最多，中澇頻次最多的是2012年，2020年重澇出現(xiàn)最多，同時(shí)中澇頻次位列歷年第2，災(zāi)害導(dǎo)致全年106戶煙農(nóng)遭受不同程度損失，災(zāi)損率達(dá)18.36%，災(zāi)損強(qiáng)度較大，是近年來(lái)洪澇災(zāi)害損失最為嚴(yán)重的一年。

圖1 2011—2020年十堰煙區(qū)洪澇災(zāi)害頻次年際變化

2011—2020年十堰煙區(qū)洪澇災(zāi)害頻次地域分布如圖2所示。從圖2可以看出，房縣的九道出現(xiàn)洪澇災(zāi)害頻次最多，達(dá)33次；其次是向壩27次，大廟和萬(wàn)峪出現(xiàn)最少，僅6次。中澇出現(xiàn)最多的柳林、桃源和店子，重澇出現(xiàn)最多的是向壩；其次是青峰、湖北口。一般而言，中澇和重澇出現(xiàn)頻次較多，造成的災(zāi)害損失相應(yīng)較大，但從實(shí)際災(zāi)害損失程度來(lái)看，向壩、湖北口等煙區(qū)洪澇災(zāi)損率不足1%，而青峰災(zāi)損率高達(dá)34.6%，出現(xiàn)洪澇災(zāi)害頻次與實(shí)際災(zāi)情不相吻合情況，可能跟煙區(qū)所處的地形地貌及土壤結(jié)構(gòu)有關(guān)，向壩、湖北口煙區(qū)海拔都在1 000 m以上，青峰海拔僅712 m，由此可見，中高山坡地排水較快不易發(fā)生澇害［11］，煙區(qū)洪澇災(zāi)害受地理位置影響較大，海拔越高越不易形成澇災(zāi)，地勢(shì)較低，洼地洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較高。

圖2 2011—2020年十堰煙區(qū)洪澇災(zāi)害頻次地域分布

3 結(jié)論

1）修訂確定的十堰烤煙洪澇等級(jí)指標(biāo)為在原始指標(biāo)臨界值基礎(chǔ)上-25 mm，修訂指標(biāo)計(jì)算得到煙葉洪澇指數(shù)與洪澇受災(zāi)率呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.81（P＜0.01），經(jīng)驗(yàn)證，修訂后指標(biāo)與實(shí)際災(zāi)情吻合度較高。

2）2011—2020年，十堰煙葉洪澇災(zāi)害頻次出現(xiàn)最多的是2011年，共出現(xiàn)39次，2016和2019年出現(xiàn)最少，各出現(xiàn)13次。輕澇頻次最多的是2013年，中澇出現(xiàn)最多的是2012年，2020年重澇出現(xiàn)頻次位列歷年第1，中澇排歷年第2，全年災(zāi)損率達(dá)18.36%，為近10年來(lái)洪澇災(zāi)損最嚴(yán)重年。

3）近10年，九道出現(xiàn)洪澇頻次最多，共33次，大廟和萬(wàn)峪出現(xiàn)最少，各6次。中澇出現(xiàn)最多的是柳林、桃源和店子，重澇出現(xiàn)最多的是向壩；其次是青峰、湖北口，青峰災(zāi)損強(qiáng)度明顯高于向壩和湖北口，表明重澇出現(xiàn)頻次與災(zāi)損強(qiáng)度不一定成正比，主要跟煙區(qū)海拔高度有關(guān)，地勢(shì)較低，洼地更易形成澇災(zāi)。