河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估

樂章燕，石茗化，李 德，霍治國，杜子旋，檀艷靜

（1.中國氣象局/河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450003；2.河北省廊坊市氣象局，河北 廊坊 065000；3.安徽省宿州市氣象局，安徽 宿州 234000；4.中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081；5.河南省氣象科學(xué)研究所，河南 鄭州 450003；6.河南省周口市氣象局，河南 周口 466000）

引言

設(shè)施農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化最直接表現(xiàn)形式之一，是河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展方向，也是鄉(xiāng)村振興的主要產(chǎn)業(yè)［1］，據(jù)《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒（縣市卷）》［2］統(tǒng)計(jì)，截至2017年底河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達(dá)2000 km2。目前，河南省各地設(shè)施農(nóng)業(yè)類型多樣，既有塑料大棚又有日光溫室，均以非加溫為主，其內(nèi)部溫度高低主要依賴于外界天氣條件。冬季在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)施內(nèi)常因強(qiáng)降溫天氣出現(xiàn)低溫逆境［3］，如2018年1月上旬河南省出現(xiàn)大范圍的暴雪寒潮天氣，致使設(shè)施蔬菜發(fā)生不同程度的低溫災(zāi)害，受災(zāi)面積達(dá)107.1 km2［4］。低溫災(zāi)害已成為河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要災(zāi)害之一［5-6］，因此了解設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中冬季不同低溫災(zāi)害指標(biāo)發(fā)生的時(shí)空分布規(guī)律，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估具有重要意義。

中國幅員遼闊，各地氣候差異較大，且設(shè)施類型的后墻和覆蓋材料不同，抗低溫的能力也不盡相同，尤其在冬季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，最低氣溫的高低決定設(shè)施農(nóng)業(yè)類型、運(yùn)行成本及設(shè)施作物是否健康生長發(fā)育［7］。目前國內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究主要集中在兩方面：一是針對單一設(shè)施類型的低溫風(fēng)險(xiǎn)，如研究發(fā)現(xiàn)北方以日光溫室低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)為主［8-11］，南方以塑料大棚低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)為主［12］；二是針對設(shè)施內(nèi)具體作物的風(fēng)險(xiǎn)，多以不同地區(qū)的日光溫室黃瓜［13-14］和番茄［15］等設(shè)施果菜研究為主。受氣候和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平影響，設(shè)施農(nóng)業(yè)低溫風(fēng)險(xiǎn)研究成果應(yīng)用具有一定的地域局限性，如外界氣溫低于-9℃時(shí)，山東省日光溫室黃瓜可能發(fā)生低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)［3］，而天津市日光溫室黃瓜［16］和河南省塑料大棚黃瓜［17］則可能發(fā)生低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)。在河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，以往單一設(shè)施農(nóng)業(yè)類型風(fēng)險(xiǎn)評估研究不能對設(shè)施形式的布局進(jìn)行選擇［18-19］，出現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型與當(dāng)?shù)貧夂驐l件不適宜的現(xiàn)象，致使設(shè)施內(nèi)作物生長過程中發(fā)生不同程度低溫災(zāi)害，對其品質(zhì)和產(chǎn)量有一定影響。因此本文針對河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)類型多樣性的生產(chǎn)實(shí)際，利用河南省113個(gè)國家自動(dòng)氣象站近37 a觀測資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對河南省主要設(shè)施農(nóng)業(yè)類型的低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，以期為各地因地制宜選擇設(shè)施農(nóng)業(yè)類型、減少或避免冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)及科學(xué)合理利用氣候資源提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料

所用資料為中國氣象局提供的河南省113個(gè)國家氣象站（圖1）1981—2018年冬季（12月至翌年2月）逐日最低氣溫觀測資料；中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所發(fā)布的2015年全球30 m精細(xì)地表覆蓋產(chǎn)品，產(chǎn)品編號為XDA19090201_001（http：//data.casearth.cn/），利用ArcGIS提取耕地類型數(shù)據(jù)，用于繪制低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖；2016—2018年河南省冬季低溫災(zāi)情數(shù)據(jù)（指因低溫災(zāi)害引發(fā)設(shè)施作物受災(zāi)數(shù)據(jù)，包括持續(xù)時(shí)間、發(fā)生區(qū)域和危害程度）來源于服務(wù)過程中記錄、文獻(xiàn)收集［4，20］以及媒體報(bào)道。

文中附圖涉及河南省及其市（縣）行政邊界均基于自然資源網(wǎng)政務(wù)服務(wù)平臺（測繪地理信息）下載的審圖號為GS（2019）1822號的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。

1.2 方法

1.2.1冬季低溫災(zāi)害指數(shù)

冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，從經(jīng)濟(jì)回報(bào)效益和能源消耗考慮，若一地出現(xiàn)某種設(shè)施農(nóng)業(yè)類型不能抵御冬季某一低溫災(zāi)害指標(biāo)的氣候概率P≥0.80時(shí)，說明此地不適宜發(fā)展該設(shè)施農(nóng)業(yè)類型［7］。采用信息擴(kuò)散理論［21］計(jì)算某一低溫災(zāi)害指標(biāo)的氣候概率時(shí)，當(dāng)樣本容量較小時(shí)，簡單正態(tài)分布優(yōu)于指數(shù)分布和對數(shù)正態(tài)分布，因此利用正態(tài)擴(kuò)散模型計(jì)算該低溫災(zāi)害指標(biāo)的氣候概率。

假設(shè)某地n年內(nèi)年最低氣溫的記錄集為X={x1,x2,…,xn}，以 此 來 確 定 離 散 論 域U={u1,u2,…,un}，年最低氣溫觀測樣本點(diǎn)x按照公式（1）將所攜帶的信息擴(kuò)散至U中所有點(diǎn)［21］。

式中：uj為離散論域U中第j個(gè)點(diǎn)；h為擴(kuò)散系數(shù)，可以根據(jù)某一低溫災(zāi)害樣本最大值b、最小值a及樣本數(shù)量確定［22］，當(dāng)樣本數(shù)量n≥11時(shí)［21］，h=[2.6851×(b-a)]/(n-1)。

年最低氣溫標(biāo)準(zhǔn)差（σ）反映某地歷年的年最低氣溫?cái)?shù)據(jù)離散程度（或稱波動(dòng)程度）［23］，標(biāo)準(zhǔn)差越大，冬季年低溫波動(dòng)程度越大，對當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)影響也越大；低溫發(fā)生頻率（F）指某地歷年出現(xiàn)某一低溫災(zāi)害指標(biāo)的年數(shù)與總年數(shù)之比，反映受低溫風(fēng)險(xiǎn)影響程度［7］；低溫發(fā)生強(qiáng)度（k）是指某地冬季某一設(shè)施農(nóng)業(yè)類型遭受低溫災(zāi)害的強(qiáng)度［7］，具體公式為k=d/N，其中d為某地歷年冬季出現(xiàn)某一低溫災(zāi)害指標(biāo)的平均日數(shù)，N為該地歷年冬季平均日數(shù)。

1.2.2冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

低溫氣候概率（P）、標(biāo)準(zhǔn)差（σ）、發(fā)生頻率（F）、發(fā)生強(qiáng)度（k）在一定程度上能反映冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)受低溫災(zāi)害影響的程度，對上述4個(gè)指數(shù)（P、σ、F、k）進(jìn)行歸一化處理，且用等權(quán)重法計(jì)算低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（M），具體公式［7］如下：

式中：Yij為第i站、第j個(gè)低溫災(zāi)害指數(shù)的歸一化值，i＝1，2，3，…，113，j＝1，2，3，4；yij為第i站、第j個(gè)低溫災(zāi)害指數(shù)值；yjmax和yjmin分別為113站第j個(gè)低溫災(zāi)害指數(shù)的最大值和最小值；Mi為第i站低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同設(shè)施類型的低溫災(zāi)害指標(biāo)

河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)類型主要以塑料大棚和日光溫室為主，但部分地區(qū)仍采用塑料小拱棚生產(chǎn)。根據(jù)設(shè)施栽培的技術(shù)要點(diǎn)［24-26］和設(shè)施農(nóng)業(yè)類型特點(diǎn)［27］，冬季出現(xiàn)低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-5℃（-3℃）的氣候概率大于等于0.80的地區(qū)不能采用單層塑料大（?。┕芭镞M(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)不同設(shè)施農(nóng)業(yè)類型采取不同覆蓋方式的增溫幅度［28］和作物生長發(fā)育溫度的界限指標(biāo)，得出不同設(shè)施農(nóng)業(yè)類型的外界低溫災(zāi)害指標(biāo)It（表1）。

表1 塑料大（?。┕芭锖腿展鉁厥也煌卮胧┫峦饨绲蜏貫?zāi)害指標(biāo)Tab.1 The low temperature disaster index for large（small）plastic greenhouses and solar greenhouses under different insulation measures

2.2 不同低溫災(zāi)害指標(biāo)下低溫災(zāi)害指數(shù)的時(shí)空分布特征

圖2為1981—2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-3.0℃、-5.0℃的氣候概率、發(fā)生頻率、發(fā)生強(qiáng)度及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢的時(shí)空分布?？梢钥闯?，河南省各地低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-3.0℃的氣候概率和發(fā)生頻率均達(dá)到1.00；低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-3.0℃的發(fā)生強(qiáng)度（k）呈南弱北強(qiáng)趨勢，其中信陽（除了息縣北部和市轄區(qū)北部外）、南陽西峽縣南部和淅川縣北部的小部分地區(qū)k≤0.20，駐馬店中南部、南陽中南部和周口西南部0.20＜k≤0.30，南陽北部和鎮(zhèn)平縣、駐馬店北部、漯河、許昌大部、周口大部、商丘西南部和夏邑縣中東部及永城市西部、開封中西部、鄭州大部、洛陽中東部和焦作中部0.30＜k≤0.40，平頂山中西部、許昌鄢陵縣北部和襄城縣西部、洛陽西北部和東部、三門峽中部和東部、濟(jì)源、焦作西部和東部、新鄉(xiāng)、開封尉氏縣中部和北部、商丘中西部和東南部0.40＜k≤0.50，三門峽西部和澠池縣西部、安陽（除滑縣南部外）、鶴壁和濮陽k＞0.50；低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-3.0℃的出現(xiàn)日數(shù)整體呈顯著減少或極顯著減少趨勢（F檢驗(yàn)［29］，極顯著、顯著分別表示通過α＝0.01、α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)，不顯著表示未通過檢驗(yàn)。下同），信陽中南部和南陽東南部呈增加趨勢，但變化趨勢不顯著。因此即使在氣候變暖背景下，各地也不能采用單層的塑料大（?。┕芭镄问竭M(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，只能通過提高設(shè)施保溫能力生產(chǎn)耐寒蔬菜。

河南省各地低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-5.0℃的氣候概率和發(fā)生頻率均超過0.86；其發(fā)生強(qiáng)度仍呈南弱北強(qiáng)趨勢，其中信陽、駐馬店南部、南陽淅川縣西部、鄧州東北部及新野縣西部發(fā)生強(qiáng)度k≤0.10，南陽大部、駐馬店中北部、漯河、周口、商丘西南部、開封中西部、許昌大部、平頂山南部和北部、鄭州大部、洛陽東北部、濟(jì)源北部、焦作中部等地區(qū)0.10＜k≤0.20，平頂山中部、洛陽西部、三門峽中部、濟(jì)源東部、焦作西部、新鄉(xiāng)、鶴壁南部、安陽南部、開封東部和商丘大部0.20＜k≤0.30，三門峽西北部和東部、鶴壁中北部、安陽大部和濮陽區(qū)域k＞0.30；除信陽南部外各地低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-5.0℃的出現(xiàn)日數(shù)仍呈減少趨勢，且大部分地區(qū)出現(xiàn)日數(shù)呈極顯著減少趨勢。因此河南南部采用塑料大棚形式生產(chǎn)耐寒蔬菜時(shí)，也需覆蓋3層膜提高保溫能力，同時(shí)生產(chǎn)中應(yīng)常備草苫等必要的保溫材料，應(yīng)對強(qiáng)降溫天氣。

圖3為1981—2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-8.0℃、-10.0℃的氣候概率、發(fā)生頻率、發(fā)生強(qiáng)度及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢的時(shí)空分布?？梢钥闯觯蜏貫?zāi)害指標(biāo)小于等于-8.0℃的氣候概率和發(fā)生頻率，除了信陽、駐馬店中南部和南陽中西部在0.70以下，其他地區(qū)均在0.70以上；河南省低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-8.0℃的發(fā)生強(qiáng)度總體不強(qiáng)，除濮陽、安陽大部和鶴壁北部發(fā)生強(qiáng)度k＞0.10外，其他地區(qū)基本上k≤0.10，鄭州中西部、洛陽大部、平頂山西部和許昌西部k≤0.05且冬季低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-8.0℃的出現(xiàn)日數(shù)呈顯著減少趨勢，這些地區(qū)在暖冬年份可以通過“1層氈布+2層膜”的塑料大棚方式進(jìn)行設(shè)施蔬菜生產(chǎn)；信陽市轄區(qū)、息縣以南、南陽淅川縣和鄧州市部分區(qū)域低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-8.0℃的氣候概率和發(fā)生頻率均在0.50以下，發(fā)生強(qiáng)度在0.05以下，這些區(qū)域的設(shè)施農(nóng)業(yè)類型可采取“1層氈布+2層膜”的塑料大棚方式進(jìn)行設(shè)施作物生產(chǎn)。

圖2 1981—2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-3.0℃（a、b、c、d）、-5.0℃（e、f、g、h）的氣候概率（a、e）、發(fā)生頻率（b、f）、發(fā)生強(qiáng)度（c、g）及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢（d、h）的時(shí)空分布Fig.2 Temporal and spatial distribution of climate probability（a，e），occurrence frequency（b，f），occurrence intensity（c，g）and climate trends of occurrence days（d，h）of low temperature disaster index less than or equal to-3.0℃（a，b，c，d）and-5.0℃（e，f，g，h）in Henan Province in winter during 1981-2018

圖3 1981—2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-8.0℃（a、b、c、d）、-10.0℃（e、f、g、h）的氣候概率（a、e）、發(fā)生頻率（b、f）、發(fā)生強(qiáng)度（c、g）及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢（d、h）的時(shí)空分布Fig.3 Temporal and spatial distribution of climate probability（a，e），occurrence frequency（b，f），occurrence intensity（c，g）and climate trends of occurrence days（d，h）of low temperature disaster index less than or equal to-8.0℃（a，b，c，d）and-10.0℃（e，f，g，h）in Henan Province in winter during 1981-2018

信陽的固始縣和商城縣、南陽淅川縣、內(nèi)鄉(xiāng)縣和鄧州市低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-10.0℃的氣候概率P≤0.20，信陽大部和南陽新野縣0.20＜P≤0.30，信陽市轄區(qū)南部和息縣南部、南陽中東部、駐馬店大部、周口中南部、漯河?xùn)|南部、平頂山北部、許昌西北部、洛陽大部、三門峽市轄區(qū)、濟(jì)源中西部、焦作北部和東南部、鄭州中西部0.30＜P≤0.50，其他地區(qū)P＞0.50，其中鶴壁、安陽和濮陽高達(dá)0.80以上；信陽、南陽、駐馬店、周口大部、商丘柘城縣西南部、漯河?xùn)|南部、平頂山大部、許昌東北部、洛陽大部、三門峽市轄區(qū)和陜縣北部、濟(jì)源大部、焦作大部、鄭州大部、開封通許縣低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-10.0℃的發(fā)生頻率F≤0.50，其他地區(qū)F＞0.50；各地低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-10.0℃的發(fā)生強(qiáng)度k＜0.10，其中安陽西北部和東北部、濮陽大部k＞0.05，其他地區(qū)k≤0.05；河南大部分地區(qū)低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-10.0℃的出現(xiàn)日數(shù)呈減少趨勢，但大部分地區(qū)減少趨勢未通過α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)，隨著氣候變暖，極端天氣增多，駐馬店、南陽等地的部分地區(qū)低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-10.0℃的出現(xiàn)日數(shù)呈增加趨勢，但未通過α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)。因此低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-10.0℃的氣候概率和發(fā)生頻率均在0.50以下的地區(qū)可以考慮塑料大棚形式生產(chǎn)，需覆蓋“1層氈布+2層膜”，在生產(chǎn)中應(yīng)關(guān)注強(qiáng)降溫、寒潮和持續(xù)性低溫天氣；低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-10.0℃的氣候概率和發(fā)生頻率均在0.50以上的地區(qū)需發(fā)展日光溫室進(jìn)行設(shè)施作物生產(chǎn)。

圖4為1981—2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-12.0℃、-15.0℃時(shí)的氣候概率、發(fā)生頻率、發(fā)生強(qiáng)度及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢的時(shí)空分布?？梢钥闯?，三門峽西部和東北部、洛陽西北部、焦作溫縣東部、商丘大部、開封東北部、新鄉(xiāng)中東部、鶴壁、安陽和濮陽低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-12.0℃的氣候概率P＞0.30，其他地區(qū)P≤0.30，其中安陽和濮陽P＞0.50；從低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-12.0℃的發(fā)生頻率看，商丘的永城、虞城縣（市）轄區(qū)東部和睢縣東部、開封東部、三門峽西部和東部、新鄉(xiāng)中東部、鶴壁、安陽和濮陽等地發(fā)生頻率F＞0.30，其他地區(qū)F≤0.30，其中鶴壁東部、安陽大部和濮陽全境區(qū)域F＞0.70，但低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-12.0℃的發(fā)生強(qiáng)度均在0.03以下，且低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-12.0℃的出現(xiàn)日數(shù)趨勢大多呈減少趨勢（未通過α＝0.05顯著性檢驗(yàn)）。根據(jù)作物生長基本溫度指標(biāo)和不同設(shè)施農(nóng)業(yè)類型的保溫能力，低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-12.0℃的氣候概率在0.30以下的區(qū)域可以采用“1層氈布+1層膜”的日光溫室類型，但氣候概率在0.30以上的區(qū)域，冬季若進(jìn)行設(shè)施喜溫作物的生產(chǎn)，需提高設(shè)施的保溫能力，常備增溫材料或加溫設(shè)備。

除三門峽中部、商丘東部、鶴壁北部、安陽大部和濮陽外，河南省大部分地區(qū)低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-15.0℃的P≤0.10，其中安陽內(nèi)黃縣和濮陽這些區(qū)域的氣候概率較高，P＞0.20；從低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-15.0℃的發(fā)生頻率和發(fā)生強(qiáng)度來看，1981—2018年河南大部分地區(qū)未出現(xiàn)小于等于-15.0℃的低溫；從低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-15.0℃的出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢看，整體呈減少趨勢。因此在低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-15.0℃的氣候概率較高的區(qū)域，需采用“1層棉被+1層氈布+1層膜”日光溫室的設(shè)施農(nóng)業(yè)類型提升保溫能力，方能抵御強(qiáng)低溫的危害。

2.3 冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估和對策

對河南省主要適宜發(fā)展的塑料大棚和日光溫室2種設(shè)施農(nóng)業(yè)類型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，考慮不同等級低溫災(zāi)害指標(biāo)的低溫災(zāi)害指數(shù)時(shí)空分布和設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中投資成本，綜合表1中塑料大（?。┕芭锖腿展鉁厥也煌卮胧┫峦饨绲蜏貫?zāi)害指標(biāo)，確定塑料大棚和日光溫室發(fā)展的界限溫度指標(biāo)分別為-5℃和-10℃，利用有序樣本聚類法［30］并結(jié)合災(zāi)害年調(diào)查驗(yàn)證［7］方法，得到塑料大棚和日光溫室的低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級（表2）。

結(jié)合圖5（a）和表2可知，各地在塑料大棚生產(chǎn)中，均會遭受不同程度低溫災(zāi)害，其中大部分塑料大棚種植區(qū)遭受低溫災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)值超過0.52，為重度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，可采用“1層氈布+2層膜”的形式生產(chǎn)耐寒蔬菜，尤其1月要備好保溫材料提升設(shè)施保溫能力，應(yīng)對強(qiáng)降溫、寒潮和持續(xù)性低溫天氣；安陽、濮陽、商丘東南部及三門峽部分區(qū)域塑料大棚的低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值大于0.76，為特重風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，說明這些地區(qū)冬季不適宜采取塑料大棚形式進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，與實(shí)際生產(chǎn)基本相符；信陽大部和南陽淅川縣、鄧州市、周口太康縣、西華縣和鄲城縣遭受的低溫災(zāi)害為中度風(fēng)險(xiǎn)，可采用覆蓋3層膜的塑料大棚形式生產(chǎn)耐寒蔬菜，若生產(chǎn)喜溫作物需采用“1層氈布+2層膜”的塑料大棚形式；信陽固始縣和商城縣低溫災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)值小于0.33，為輕度風(fēng)險(xiǎn)，在生產(chǎn)中可采用3層膜的塑料大棚形式。

結(jié)合圖5（b）和表2可知，南陽淅川縣和鄧州市綜合風(fēng)險(xiǎn)值小于0.18，即冬季采用日光溫室進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)基本無低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，但考慮日光溫室投資成本等因素，即使無風(fēng)險(xiǎn)，這些地區(qū)也不宜發(fā)展日光溫室。日光溫室輕度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在3個(gè)區(qū)域：信陽大部、南陽中西部和駐馬店南部，平頂山汝州市、鄭州西部和焦作中部，洛陽嵩縣、宜陽縣中東部、新安縣南部、市轄區(qū)西部、偃師市南部和伊川大部，這些地區(qū)可以采取1層氈布的日光溫室形式生產(chǎn)蔬菜，在冷冬年份，需提高保溫能力進(jìn)行生產(chǎn)。中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中3個(gè)區(qū)域：南陽東部、駐馬店、漯河南部、周口大部、商丘西南部和開封南部，平頂山大部、許昌東北部、鄭州東部、焦作東部和新鄉(xiāng)西部，三門峽中部和東北部、濟(jì)源和洛陽東北部，這些地區(qū)可采取“1層氈布+1層薄膜”進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。漯河北部、許昌中東部、周口東北部、開封大部、新鄉(xiāng)大部、鶴壁南部、安陽南部和商丘大部等這些區(qū)域在日光溫室生產(chǎn)過程中遭受低溫災(zāi)害等級為重度風(fēng)險(xiǎn)，可采用“1層氈布+1層膜”的日光溫室形式生產(chǎn)。鶴壁東部、安陽大部地區(qū)和濮陽的日光溫室低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)（特重）達(dá)到最高，需采取“1層棉被+1層氈布+1層膜”方式生產(chǎn)作物。中度和特重風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，均需關(guān)注1月的強(qiáng)降溫、寒潮和持續(xù)性低溫天氣，常備保溫材料（如保溫塊、棉被等），提升設(shè)施保溫能力。

圖4 1981—2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標(biāo)小于等于-12.0℃（a、b、c、d）、-15.0℃（e、f、g、h）的氣候概率（a、e）、發(fā)生頻率（b、f）、發(fā)生強(qiáng)度（c、g）及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢（d、h）的時(shí)空分布Fig.4 Temporal and spatial distribution of climate probability（a，e），occurrence frequency（b，f），occurrence intensity（c，g）and climate trends of occurrence days（d，h）of low temperature disaster index less than or equal to-12.0℃（a，b，c，d）and-15.0℃（e，f，g，h）in Henan Province in winter during 1981-2018

表2 河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級Tab.2 The grade classification of low temperature disaster risk index of facility agriculture in winter in Henan Province

圖5 河南省冬季塑料大棚（a）、日光溫室（b）低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布Fig.5 The risk distribution of low temperature disaster in plastic greenhouses（a）and solar greenhouse（b）in winter in Henan Province

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

在河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)施內(nèi)部溫度高低主要依賴于外界氣象條件，常因強(qiáng)降溫天氣出現(xiàn)低溫災(zāi)害，杜子旋等［17］曾以日最低氣溫為致災(zāi)指標(biāo)，對河南省單一設(shè)施類型塑料大棚主要種植的蔬菜黃瓜和西紅柿低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，認(rèn)為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在河南南部，本文對塑料大棚風(fēng)險(xiǎn)區(qū)評估結(jié)論與其基本一致。

由于在河南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，設(shè)施類型多樣，本文綜合4個(gè)低溫災(zāi)害指數(shù)對河南省2種主要設(shè)施類型的低溫災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，雖然較已有單一設(shè)施類型低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究［11］有所改進(jìn)，但在確定低溫災(zāi)害指標(biāo)時(shí)僅考慮不同覆蓋方式的保溫效果，實(shí)際上設(shè)施內(nèi)溫度還與覆蓋物質(zhì)量、管理水平、后墻材質(zhì)［31］等因素有關(guān)，因而，本文給出的低溫災(zāi)害指標(biāo)可隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高進(jìn)行修正。同時(shí)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不同作物各個(gè)生育期遭受低溫災(zāi)害的下限指標(biāo)并不相同，如番茄在苗期遇小于等于5℃的低溫和花果期遇小于等于8℃的低溫則易受低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，而甜椒在苗期遇小于等于10℃的低溫和花果期遇小于等于12℃的低溫則易受低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)［19，25-26］，因此在今后的研究中還應(yīng)結(jié)合不同作物的生育期進(jìn)行具體風(fēng)險(xiǎn)分析，增強(qiáng)研究和成果應(yīng)用的針對性。

此外，在低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)，耦合了地表覆蓋數(shù)據(jù)中的耕地?cái)?shù)據(jù)，但由于河南省地形復(fù)雜，局地小氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有一定影響，因此在今后研究中也應(yīng)考慮地形［32］等因素的影響，以期為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局提供更具體更優(yōu)化的方案。

3.2 結(jié)論

根據(jù)河南省主要設(shè)施農(nóng)業(yè)類型的不同覆蓋方式所能抵御低溫界限指標(biāo)和作物生長發(fā)育對溫度的基本要求，綜合得出冬季生產(chǎn)中主要設(shè)施農(nóng)業(yè)類型低溫災(zāi)害指標(biāo)，進(jìn)而提出河南省適宜各地發(fā)展的設(shè)施農(nóng)業(yè)類型，更接近生產(chǎn)實(shí)際。具體結(jié)論如下：

（1）河南省各地均不適宜發(fā)展塑料小拱棚，塑料大棚與日光溫室應(yīng)是河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要生產(chǎn)形式。信陽大部、南陽部分地區(qū)、鄭州中西部、洛陽大部、平頂山西部和許昌西部可采取“1層氈布+2層膜”的塑料大棚形式進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。北部的鶴壁、安陽和濮陽需發(fā)展日光溫室才能保證設(shè)施作物生長。濮陽和安陽以日光溫室的設(shè)施類型進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，還應(yīng)儲備一定的保溫材料，避免因出現(xiàn)強(qiáng)降溫、寒潮和持續(xù)性低溫天氣對作物造成低溫危害。

（2）在現(xiàn)有的氣象要素監(jiān)測時(shí)段內(nèi)，河南省冬季各地不同等級的低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)有一定的區(qū)域性，中南部主要以塑料大棚的形式進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其中信陽固始縣和商城縣為低溫災(zāi)害輕度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，信陽大部、南陽部分地區(qū)和周口為中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其他地區(qū)為重度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；北部以日光溫室的形式進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，濮陽、安陽和鶴壁的部分地區(qū)為低溫災(zāi)害特重風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。