新疆阿克蘇地區(qū)棉花苗期低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及區(qū)劃研究

摘要：【目的】低溫災(zāi)害是新疆阿克蘇地區(qū)棉花苗期的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，嚴(yán)重限制棉花生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。明確阿克蘇地區(qū)棉花苗期低溫災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，可以有效提升該地區(qū)應(yīng)對(duì)低溫災(zāi)害的防御能力?！痉椒ā炕诎⒖颂K地區(qū)1961―2020年的氣象資料，利用氣候傾向率分析了阿克蘇地區(qū)棉花苗期日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫和2種低溫災(zāi)害（寒潮、晚霜凍）發(fā)生頻次的變化趨勢(shì)，并分析了4－5月寒潮和晚霜凍發(fā)生的時(shí)間分布特征。通過分析低溫致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性指數(shù)，結(jié)合承災(zāi)體暴露度指數(shù)和防災(zāi)減災(zāi)能力，構(gòu)建低溫災(zāi)害的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并進(jìn)行棉花苗期低溫災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。【結(jié)果】1961―2020年阿克蘇地區(qū)棉花苗期日最低氣溫、日最高氣溫和日平均氣溫均呈顯著升高趨勢(shì)，寒潮和晚霜凍發(fā)生頻次呈減少趨勢(shì)，寒潮在4月10日之后和晚霜凍在4月12日之后的發(fā)生率均低于20%。阿克蘇地區(qū)春季低溫致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性等級(jí)呈現(xiàn)出“北高南低、西高東低”的空間分布特征。綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果表明，阿克蘇地區(qū)中部和中東部的阿拉爾市、阿克蘇市中部、阿瓦提縣東北部、柯坪縣東部邊緣、新和縣東部、庫車市西南部與中部、沙雅縣北部和溫宿縣東南部是低溫災(zāi)害的高等級(jí)、較高等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。【結(jié)論】盡管阿克蘇地區(qū)春季氣溫升高，寒潮和晚霜凍的發(fā)生頻次減少，但阿克蘇地區(qū)的中部和中東部植棉區(qū)仍面臨較高的低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，需采取針對(duì)性措施以減輕低溫災(zāi)害對(duì)棉花生產(chǎn)的影響。

關(guān)鍵詞：棉花；寒潮；晚霜凍；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；區(qū)劃；苗期；阿克蘇地區(qū)

Risk assessment and regionalization of low temperature disaster at cotton seedling stage in Aksu Prefecture， Xinjiang

Tang Xuelian1， Huo Xunguo2*， Wang Xuejiao2， 3， Wang Sen2， 3， Zhang Lizhen1， Zhang Yutong1， 3， Guo Yanyun2， 3， Zhang Shanqing2*， Sun Shuai3， 4*， Li Shun’ao3， 4， Paerhati Maimaiti5

（1. College of Resources and Environmental Sciences， China Agricultural University， Beijing 100083， China; 2. Information Center of Xinjiang Xingnong Net/Xinjiang Agrometeorological Observatory， Urumqi 830002， China; 3. Wulanwusu Ecology and Agrometeorology Observation and Research Station of Xinjiang， Shihezi， Xinjiang 832000， China; 4. Institute of Desert Meteorology， China Meteorological Administration， Urumqi 830002， China; 5. Institute of Industrial Crops， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Research Center of National Cotton Engineering and Technology， Urumqi 830091， China）

Abstract： [Objective] Low temperature is one of the main agrometeorological disasters during the cotton seedling period in Aksu Prefecture of Xinjiang， which seriously limits the stability and safety of cotton production. Clarifying the risk areas of cotton low temperature disaster during cotton seedling period in Aksu Prefecture can effectively improve the defense ability of this region to cope with low temperature. [Methods] Based on the meteorological data of Aksu Prefecture from 1961 to 2020， the changing trends of daily maximum temperature， daily minimum temperature， daily average temperature， and the changing frequency of low temperature disasters （cold wave and late frost injury） during the seedling period of cotton were analyzed by using the climatic tendency rate. The time distribution characteristics of cold wave and late frost injury in April to May were also analyzed. A comprehensive risk assessment model for low temperature disaster was established， and the risk regionalization of low temperature disaster during cotton seedling stage was carried out by analyzing the hazard index of low temperature disaster-inducing factors， and combining the exposure index of the hazard-bearing body， and local the disaster prevention and mitigation capacity. [Results] From 1961 to 2020， the daily minimum temperature， daily maximum temperature， and daily average temperature during the cotton seedling period in Aksu Prefecture showed a significant increasing trend， and the frequency of cold wave and late frost injury showed a decreasing trend. The incidence of cold wave and late frost injury in Aksu Prefecture is below 20% after 10 April and 12 April， respectively. The risk level of spring low temperature disaster-causing factors in Aksu Prefecture showed the spatial distribution characteristics of “high in the north and low in the south， high in the west and low in the east”. The results of comprehensive risk regionalization indicated that the central and east-central areas of Aksu Prefecture， which including Aral City， the central part of Aksu City， the north-eastern part of Awati County， the eastern edge of Kalpin County， the eastern part of Xinhe County， the south-western and central part of Kuqa City， the northern part of Xayar County， and the south-eastern part of Wensu County are the highest or higher level risk zones of low temperature disaster. [Conclusion] Although the spring temperature increased， and the frequency of cold wave and late frost injury decreased in Aksu Prefecture， the risk of low temperature disaster is still high in the central and east-central cotton growing areas in Aksu Prefecture， and targeted measures are needed to be taken to mitigate the impact of low temperature disasters on cotton production.

Keywords： cotton; cold wave; late frost injury; risk assessment; regionalization; seedling stage; Aksu Prefecture

阿克蘇地區(qū)位于中國(guó)西北內(nèi)陸，是新疆最大的優(yōu)質(zhì)棉主產(chǎn)區(qū)[1]。2023年，阿克蘇地區(qū)棉花播種面積為49.3萬hm2，占新疆棉花播種面積的20.8%，棉花總產(chǎn)量為114.7萬t，占新疆棉花總產(chǎn)量的22.4%[2-4]。確保阿克蘇地區(qū)棉花生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)于維持新疆棉花產(chǎn)能，提升我國(guó)棉花在國(guó)際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要戰(zhàn)略意義。

在全球氣候變暖背景下，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)且影響加劇[5]。阿克蘇地區(qū)的棉花生產(chǎn)長(zhǎng)期遭受低溫災(zāi)害影響，低溫災(zāi)害影響范圍廣、危害程度重，成為制約當(dāng)?shù)孛藁ㄔ霎a(chǎn)和農(nóng)民增收的主要障礙之一[6-8]。低溫災(zāi)害是指棉花在生長(zhǎng)發(fā)育期間遭遇的環(huán)境溫度低于特定生育時(shí)期所需的溫度下限，從而引發(fā)的一系列不利影響的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害[9]。其中，寒潮和晚霜凍是較常見的2種低溫災(zāi)害形式。寒潮是由于強(qiáng)冷空氣侵襲，造成大范圍的急劇降溫過程；晚霜凍是在初春氣溫回暖期間，主要由于寒潮南下導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)氣溫驟降至0 ℃以下，或者受寒潮影響后，在天氣由陰轉(zhuǎn)晴的當(dāng)晚，因地面強(qiáng)烈輻射降溫，造成植物受害的現(xiàn)象[10-12]。苗期是棉花有效花芽分化的重要時(shí)期[13]，在此期間遭受低溫天氣，將直接威脅到幼苗的正常發(fā)育。新疆春季氣溫波動(dòng)性大，低溫事件極易對(duì)棉苗產(chǎn)生災(zāi)難性影響，表現(xiàn)為幼苗萎蔫、干枯甚至大量死亡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致缺苗斷壟，不得不采取重播措施，進(jìn)而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失[14-18]。以2023年為例，阿克蘇地區(qū)庫車市春季遭受了連續(xù)的低溫冷害：4月初的低溫冷害造成已播種的棉花種子和幼苗受損率達(dá)60%，經(jīng)濟(jì)損失超過61.62萬元；不久之后的寒潮伴隨降水引發(fā)立枯病，50%的棉田被迫毀種重播；5月初的罕見霜凍更是重創(chuàng)了剛出苗的棉花，死苗率創(chuàng)下歷史新高，進(jìn)一步加劇了生產(chǎn)困境[7]。因此，開展阿克蘇地區(qū)棉花低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究對(duì)于提高該地區(qū)棉花應(yīng)對(duì)低溫災(zāi)害的能力、提高棉花的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)具有重要作用，有助于阿克蘇地區(qū)乃至整個(gè)新疆棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

防災(zāi)減災(zāi)實(shí)踐證明，風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是提高災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力的關(guān)鍵策略[19]。加拿大自20世紀(jì)70年代起，通過編制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖并實(shí)施嚴(yán)格的土地使用規(guī)劃，有效限制了高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的開發(fā)活動(dòng)，顯著降低了潛在經(jīng)濟(jì)損失，并促進(jìn)了保險(xiǎn)業(yè)的精細(xì)化管理[20]。美國(guó)及眾多歐洲國(guó)家通過精準(zhǔn)繪制地震區(qū)劃圖，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地震風(fēng)險(xiǎn)的有效規(guī)避，極大緩解了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的壓力[21]。近年來，我國(guó)在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃領(lǐng)域的研究亦取得顯著進(jìn)展。齊月等[22]基于綜合干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，對(duì)甘肅省小麥干旱災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃，為該地區(qū)小麥生產(chǎn)的安全管理和防災(zāi)策略制定提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支撐。王春乙等[23]運(yùn)用自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了東北地區(qū)玉米生產(chǎn)面臨的干旱和冷害威脅，為保障當(dāng)?shù)赜衩椎陌踩a(chǎn)提供科學(xué)參考。

關(guān)于棉花災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究已有相關(guān)報(bào)道。張永紅等[24]開展了陜西省關(guān)中地區(qū)棉花吐絮收獲期連陰雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究。尹圓圓等[25]繪制了安徽省棉花冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。目前關(guān)于棉花苗期低溫災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃尚未見報(bào)道。本研究聚焦于新疆阿克蘇地區(qū)棉花苗期低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃，通過構(gòu)建阿克蘇地區(qū)棉花低溫氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，繪制風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃圖，明確標(biāo)識(shí)不同等級(jí)低溫災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，為當(dāng)?shù)卣?guī)避風(fēng)險(xiǎn)、科學(xué)制定防災(zāi)減災(zāi)政策提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

阿克蘇地區(qū)（78°03′～84°07′E，39°30′～42°41′N）位于新疆維吾爾自治區(qū)中部，地勢(shì)北高南低、西高東低（附圖1），北鄰天山山脈中段南麓，南部是塔克拉瑪干沙漠，中部為山麓礫質(zhì)扇形地、沖積平原區(qū)、戈壁、綠洲相間[19]。阿克蘇地區(qū)屬于暖溫帶干旱氣候區(qū)，氣候干燥，降水量少，光熱資源充足，年無霜期為200～220 d[26-27]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

將單站24 h內(nèi)降溫幅度≥8 ℃，或48 h內(nèi)降溫幅度≥10 ℃，或72 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃，且日最低氣溫≤4 ℃的冷空氣（其中48 h、72 h內(nèi)的日最低氣溫必須是連續(xù)下降的）判定為1次寒潮過程[28]；將日最低氣溫≤0 ℃判定為1次霜凍過程。1961―2020年阿克蘇地區(qū)棉花苗期（4月11－6月11日）[29]的氣象資料來源于新疆維吾爾自治區(qū)氣象信息中心，包括阿克蘇地區(qū)10個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站的日最高氣溫、日最低氣溫和日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)以及逐年寒潮和晚霜凍資料，其中包含寒潮的降溫幅度、低溫持續(xù)日數(shù)、極端最低氣溫，晚霜凍的極端最低氣溫、平均氣溫、低溫持續(xù)日數(shù)等。2020年阿克蘇地區(qū)棉花種植面積與耕地面積資料來源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒2021》[30]。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（gross domestic product， GDP）數(shù)據(jù)來源于新疆維吾爾自治區(qū)自然資源普查辦公室。

1.3 氣候傾向率計(jì)算

采用線性回歸方程定量描述阿克蘇地區(qū)棉花苗期氣溫以及晚霜凍、寒潮發(fā)生頻次隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，方程中的回歸系數(shù)用最小二乘法計(jì)算得出[31]，線性回歸方程如下：

y＝ax＋b" " （1）

式中，y為要素值，x為年份，a為回歸系數(shù)，b為常數(shù)項(xiàng)。當(dāng)a為正值時(shí)，說明要素隨著年份的增加呈遞增趨勢(shì)；a為負(fù)值時(shí)，說明要素隨年份的增加而降低。

1.4 寒潮和晚霜凍發(fā)生率計(jì)算

特定日期寒潮或晚霜凍發(fā)生率（F）計(jì)算公式[5]為：

F＝×100%" "（2）

式中，n為阿克蘇地區(qū)某一日期寒潮或晚霜凍發(fā)生年份數(shù)，N為1961―2020年總年數(shù)，N＝60。

1.5 模型構(gòu)建

采用加權(quán)綜合評(píng)估法構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。加權(quán)綜合評(píng)估法是考慮到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響程度不同，采用科學(xué)的方法預(yù)先分配各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，將權(quán)重系數(shù)與各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值相乘后再逐項(xiàng)相加得到評(píng)估模型的方法[32]。

1.5.1 歸一化處理。為了保證評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的統(tǒng)一性和可比性，需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)因子進(jìn)行歸一化處理，以消除各指標(biāo)的量綱差異。歸一化處理的計(jì)算公式為[33]：

x'＝" "（3）

式中，x'為歸一化后的數(shù)據(jù)，大小為0～1，x為樣本數(shù)據(jù)，xmin為樣本數(shù)據(jù)中的最小值，xmax為樣本數(shù)據(jù)中的最大值。

1.5.2 信息熵賦權(quán)法。在多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中，熵權(quán)法可以客觀反映各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。對(duì)于某個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，概率越大，信息熵越小，權(quán)重系數(shù)越大，表明其在整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越大[34]。

設(shè)評(píng)價(jià)體系是由a個(gè)指標(biāo)b個(gè)對(duì)象構(gòu)成的系統(tǒng)，首先計(jì)算第n項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)對(duì)象的指標(biāo)值fni所占比重Pni [34]：

Pni＝" "（4）

由熵權(quán)法計(jì)算第n個(gè)指標(biāo)的熵值Sn：

Sn＝－∑PnilnPni" （5）

確定第n個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重Wn：

Wn＝" （6）

公式（4）～（6）中，n＝1、2、……、a；i＝1、2、……、b。

1.5.3 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算。致災(zāi)因子是指可能導(dǎo)致災(zāi)害的因素[35]。將低溫持續(xù)時(shí)間、平均氣溫和極端最低氣溫作為晚霜凍危險(xiǎn)性的評(píng)估指標(biāo)，將低溫持續(xù)時(shí)間、降溫幅度和極端最低氣溫作為寒潮危險(xiǎn)性的評(píng)估指標(biāo)。計(jì)算公式為：

H＝wi x" "（7）

式中，H為低溫致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)，n為某評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)數(shù)，x為第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，通過信息熵賦權(quán)法計(jì)算獲得。

1.5.4 承災(zāi)體暴露度指數(shù)計(jì)算。承災(zāi)體暴露度是指暴露在致災(zāi)因子不利影響范圍內(nèi)的承災(zāi)體的數(shù)量或面積[36]。承災(zāi)體暴露度指數(shù)（I）計(jì)算公式為：

I＝" （8）

式中，Sm為阿克蘇地區(qū)各縣或各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的棉花種植面積，S為阿克蘇地區(qū)各縣或各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地面積。

1.5.5 防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)。防災(zāi)減災(zāi)能力是指受災(zāi)區(qū)域在災(zāi)害來臨前的預(yù)防和應(yīng)對(duì)能力，以及災(zāi)后的恢復(fù)和重建能力。區(qū)域內(nèi)防災(zāi)減災(zāi)能力越強(qiáng)，承災(zāi)體所受的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)就越低。而防災(zāi)減災(zāi)工程的建設(shè)與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)財(cái)政情況密切相關(guān)，因此本研究將阿克蘇地區(qū)的GDP作為防災(zāi)減災(zāi)能力的評(píng)估指標(biāo)[37]。

1.5.6 綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型構(gòu)建。綜合致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露度和防災(zāi)減災(zāi)能力建立低溫災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型：

R＝H×WH＋I(xiàn)×WI＋（1－V）×WV" （9）

式中，R為低溫災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指數(shù)，H為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)，I為承災(zāi)體暴露度指數(shù)，V為阿克蘇地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)（GDP柵格數(shù)據(jù)），WH、WI和WV分別為各指數(shù)的權(quán)重，采用信息熵賦權(quán)法確定，各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)見附表1。

1.6 區(qū)劃圖的繪制

自然斷點(diǎn)法是1種地圖分級(jí)算法。該方法主要用于空間數(shù)據(jù)分類，將數(shù)據(jù)分為若干個(gè)類別，使得每個(gè)類別內(nèi)部的數(shù)據(jù)相似度較高，而類別之間的差異較大[38]。公式為：

Si－j＝∑A[k]2－" （10）

式中，Si－j為第i個(gè)元素到第j個(gè)元素的累積平方差之和，A是1個(gè)長(zhǎng)度為N（1≤i＜j≤N）的數(shù)組，k為i、j中間的數(shù)，表示A組中的第k個(gè)元素。

利用ArcMap 10.8.1軟件的自然斷點(diǎn)法分別將低溫致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)、承災(zāi)體暴露度指數(shù)、防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)以及低溫災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指數(shù)劃分為5個(gè)等級(jí)（附表2），繪制阿克蘇地區(qū)棉花苗期低溫致災(zāi)因子危險(xiǎn)性等級(jí)分布圖、棉花暴露度等級(jí)分布圖、防災(zāi)減災(zāi)能力等級(jí)分布圖以及低溫災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用RStudio （R4.3.1）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯著性檢驗(yàn)，用Microsoft Excel 2013繪制折線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 阿克蘇地區(qū)棉花苗期氣溫變化特征

1961―2020年阿克蘇地區(qū)棉花苗期日最高氣溫和日平均氣溫均呈顯著升高趨勢(shì)（P＜0.05），日最低氣溫呈現(xiàn)極顯著升高趨勢(shì)（P＜0.01）。阿克蘇地區(qū)棉花苗期日平均最高氣溫為26.45 ℃，氣候傾向率為0.17 ℃·（10 a）－1（圖1A）；日平均最低氣溫為11.88 ℃，氣候傾向率為0.16 ℃·（10 a）－1（圖1B）；日平均氣溫的平均值為19.07 ℃，氣候傾向率為0.13 ℃·（10 a）－1（圖1C）。

2.2 阿克蘇地區(qū)棉花苗期寒潮和晚霜凍發(fā)生特征

1961―2020年阿克蘇地區(qū)棉花苗期寒潮和晚霜凍發(fā)生頻次均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，但變化不顯著，平均每年發(fā)生寒潮2.70次、晚霜凍1.37次，氣候傾向率分別為－0.01次·（10 a）－1、－0.20次·（10 a）－1（圖2A～B）。

1961―2020年的4－5月，寒潮的平均發(fā)生率是4.34%，其中4月10日的寒潮發(fā)生率為28%，其他日期的寒潮發(fā)生率均低于20%（圖2C）；晚霜凍的平均發(fā)生率為9.34%，4月1－12日晚霜凍發(fā)生率均高于20%（4月10日除外），其中4月2日的發(fā)生率最高，達(dá)到72%（圖2D）。

2.3 低溫致災(zāi)因子危險(xiǎn)性等級(jí)分布特征

1961―2020年，阿克蘇地區(qū)棉花苗期低溫致災(zāi)因子危險(xiǎn)性等級(jí)總體呈現(xiàn)出“北高南低、西高東低，由東南向西北方向逐漸升高”的特點(diǎn)。北部天山山脈為低溫致災(zāi)因子危險(xiǎn)性高等級(jí)區(qū)，南部的塔里木盆地為較低等級(jí)和低等級(jí)區(qū)，柯坪縣大部、烏什縣中部和東南部、溫宿縣中部、拜城縣南部和庫車市中部為較高等級(jí)區(qū)，中部的阿拉爾市、阿克蘇市、新和縣以及庫車市的部分區(qū)域?yàn)橹械燃?jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（圖3A）。

2.4 棉花暴露度分布特征

由圖3B可知，阿克蘇地區(qū)的棉花主要種植在中部和東部地區(qū)，其中阿拉爾市、阿克蘇市的中部、溫宿縣棉花種植區(qū)的東部邊緣區(qū)域、新和縣植棉區(qū)的西部、沙雅縣的北部以及庫車市的中部為暴露度高等級(jí)、較高等級(jí)區(qū)域，受災(zāi)后易產(chǎn)生較大的損失。

2.5 防災(zāi)減災(zāi)能力分布特征

阿克蘇地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力的高等級(jí)、較高等級(jí)分布區(qū)主要位于阿克蘇市北部、阿拉爾市中部、沙雅縣北部、庫車市中西部以及拜城縣南部的小部分區(qū)域，中等級(jí)區(qū)域集中分布在阿克蘇市的西部以及阿拉爾市大部，其余大部為防災(zāi)減災(zāi)能力的較低等級(jí)和低等級(jí)區(qū)域（圖3C）。

2.6 阿克蘇地區(qū)棉花苗期低溫災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

阿克蘇地區(qū)棉花苗期低溫災(zāi)害的高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)主要分布在阿拉爾市、阿克蘇市的中部、阿瓦提縣的東北部、柯坪縣的東部邊緣一帶區(qū)域、新和縣的東部、庫車市西南部與中部、沙雅縣的北部和溫宿縣的東南部。中等級(jí)及較低等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中分布在阿克蘇市的西部、阿拉爾市中部、阿瓦提縣北部、溫宿縣南部、柯坪縣中東部、沙雅縣北部、庫車市的西南部及南部區(qū)域。阿瓦提縣的北部部分區(qū)域、新和縣的東部邊緣地區(qū)、庫車市的中西部以及沙雅縣棉花種植區(qū)的南部為低溫災(zāi)害的低等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（圖3D）。

3 討論

在全球氣候變暖背景下，雖然春季氣溫上升，但劇烈降溫或晚霜凍災(zāi)害的潛在風(fēng)險(xiǎn)卻在加大[39]。劉海蓉等[7]研究指出，21世紀(jì)20年代初期阿克蘇地區(qū)春季低溫災(zāi)害的發(fā)生頻次增多、強(qiáng)度增大，與此同時(shí)，極端天氣事件加劇，對(duì)棉花安全生產(chǎn)構(gòu)成較大威脅。苗期是棉花生長(zhǎng)的關(guān)鍵階段，低溫會(huì)影響棉花生理代謝，形成僵苗、弱苗，還會(huì)增加棉花遭受病蟲害侵襲的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重危害幼苗生長(zhǎng)[40-41]。

本研究發(fā)現(xiàn)，1961―2020年阿克蘇地區(qū)棉花苗期寒潮和晚霜凍災(zāi)害的發(fā)生頻次均有所降低，與艾雅雯等[42]、羅繼等[43]關(guān)于北疆春季低溫災(zāi)害時(shí)空分布特征的研究結(jié)果一致。阿克蘇地區(qū)的低溫災(zāi)害發(fā)生頻次減少，降低了棉花生產(chǎn)面臨的低溫風(fēng)險(xiǎn)，有利于早期棉花的生長(zhǎng)，為提升棉花的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)創(chuàng)造了有利的氣象條件。1961―2020年阿克蘇地區(qū)棉花苗期日最低氣溫、日最高氣溫與日平均氣溫均呈顯著升高趨勢(shì)，這與左敏等[44]的研究結(jié)果相符。由于氣候變暖導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)氣溫升高，熱量資源增多，減少了低溫災(zāi)害的發(fā)生[45]。本研究結(jié)果表明1961―2020年4月10日之后阿克蘇地區(qū)的寒潮發(fā)生率均低于20%，晚霜凍集中發(fā)生在4月1－12日，4月12日之后晚霜凍發(fā)生率均較低。因此，將當(dāng)?shù)孛藁ǖ牟シN期定在4月12日之后，可以在較大程度上避免霜凍和寒潮的影響。

本研究揭示了阿克蘇地區(qū)春季低溫致災(zāi)因子危險(xiǎn)性等級(jí)的空間分布特征，具體表現(xiàn)為由東南向西北方向逐漸升高。這一獨(dú)特格局與該地區(qū)的地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度）及地形、海拔緊密相關(guān)。阿克蘇地區(qū)地處天山山脈南坡中段與塔里木盆地北緣，地貌特點(diǎn)鮮明，北部海拔明顯高于南部，導(dǎo)致北部溫度較低。張俊嵐等[46]研究了阿克蘇地區(qū)地理因素對(duì)氣候的影響，發(fā)現(xiàn)海拔每升高100 m，平均氣溫下降0.5 ℃；此外，研究區(qū)緯度每向北偏移1°，氣溫下降1 °C左右，反映出緯度增加對(duì)低溫風(fēng)險(xiǎn)的增強(qiáng)作用。相比之下，經(jīng)度變化對(duì)該地區(qū)春季氣溫的影響較為有限，每向東跨越1°，氣溫呈現(xiàn)出不超過0.25 °C的小幅上升趨勢(shì)。

本研究通過綜合分析，發(fā)現(xiàn)阿克蘇地區(qū)的中部、中東部多個(gè)區(qū)域（包括阿拉爾市、阿克蘇市的中部、阿瓦提縣東北部、柯坪縣東部邊緣區(qū)域、新和縣東部、庫車市西南部與中部、沙雅縣北部以及溫宿縣東南部的棉花種植區(qū)）屬于棉花苗期低溫災(zāi)害的高等級(jí)與較高等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。這些區(qū)域特征顯著，不僅有較高的棉花暴露度，且普遍位于中等級(jí)低溫致災(zāi)因子的危險(xiǎn)區(qū)域，加之防災(zāi)減災(zāi)體系不夠健全，一旦遭遇低溫天氣，可能導(dǎo)致極為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。棉花苗期低溫災(zāi)害中等級(jí)及較低等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要集中在阿克蘇市的西部、阿拉爾市的中部、阿瓦提縣北部、溫宿縣南部、柯坪縣中東部、沙雅縣北部、庫車市的西南部及南部的棉花種植區(qū)。盡管這些地區(qū)棉花暴露度等級(jí)較低，但大部分處于低溫致災(zāi)因子的中等級(jí)危險(xiǎn)區(qū)，故仍面臨不容忽視的低溫災(zāi)害威脅。此外其余植棉區(qū)雖然在防災(zāi)減災(zāi)能力方面表現(xiàn)出一定的脆弱性，但由于棉花暴露度等級(jí)低，且大多位于低溫致災(zāi)因子的較低等級(jí)危險(xiǎn)區(qū)域，綜合評(píng)判下，這些區(qū)域被歸類為低溫災(zāi)害低等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

綜合棉花苗期低溫災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果，鑒于中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面臨的低溫挑戰(zhàn)，推薦采用具有耐寒特性的棉花品種。此外，引入早熟棉花品種能夠有效縮短棉花生長(zhǎng)周期，減輕低溫冷害對(duì)棉株生長(zhǎng)的不利影響。在低溫來臨前2～3 d，實(shí)施適度灌溉，利用水的熱容效應(yīng)增加土壤及根部微環(huán)境的熱能存儲(chǔ)，有助于維持地面溫度穩(wěn)定，從而減輕低溫冷害對(duì)棉花的影響[47]。若遇到0 ℃以下的低溫，可在棉田周圍采用秸稈煙熏，能顯著提升地表溫度，為作物提供即時(shí)的保溫屏障。低溫冷害發(fā)生后，應(yīng)及時(shí)調(diào)整養(yǎng)分管理方案，通過增加施肥量及改變施肥模式（如葉面噴施含氮、磷、鉀的復(fù)合肥料），以提升養(yǎng)分吸收效率，加速作物恢復(fù)至正常生長(zhǎng)狀態(tài)，增強(qiáng)其對(duì)低溫災(zāi)害的耐受性。此外，還應(yīng)及時(shí)中耕松土，增強(qiáng)土壤通透性與保溫性能，這不僅能提高土壤微生物活性，促進(jìn)養(yǎng)分的有效轉(zhuǎn)化，利于棉花對(duì)養(yǎng)分的高效吸收，還能有效抑制種子腐爛、棉苗爛根。綜合運(yùn)用以上策略能夠明顯提升棉花在低溫環(huán)境下的生存與生產(chǎn)能力，減少低溫災(zāi)害帶來的經(jīng)濟(jì)損失，利于保障阿克蘇地區(qū)棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

1961―2020年，阿克蘇地區(qū)棉花苗期日最低氣溫、日最高氣溫與日平均氣溫均呈顯著升高趨勢(shì)，晚霜凍、寒潮發(fā)生頻次均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，4月10日寒潮的發(fā)生率高于20%，4月1－12日晚霜凍的發(fā)生率普遍高于20%。春季低溫致災(zāi)因子危險(xiǎn)性等級(jí)整體呈現(xiàn)出“北高南低、西高東低”的特點(diǎn)。阿拉爾市、阿克蘇市中部、阿瓦提縣東北部、柯坪縣東部邊緣、新和縣東部、庫車市西南部與中部、沙雅縣北部和溫宿縣東南部為低溫災(zāi)害高等級(jí)、較高等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

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（責(zé)任編輯：王小璐" " 責(zé)任校對(duì)：王國(guó)鑫）

第一作者簡(jiǎn)介：唐雪蓮（1999―），女，碩士研究生，1596518387@qq.com。

*通信作者：火勛國(guó)，275598255@qq.com；張山清，zhangshanqing－66@163.com；孫帥，1987509853@qq.com

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“新疆糧棉氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律研究及防控智慧化平臺(tái)建設(shè)”（2022B02001-1）；新疆維吾爾自治區(qū)“天山英才”培養(yǎng)計(jì)劃“三農(nóng)”骨干人才培養(yǎng)項(xiàng)目“棉花苗期氣象災(zāi)害預(yù)警及災(zāi)后管理數(shù)字化技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”（2023SNGGGCC023）；新疆維吾爾自治區(qū)“天山英才”培養(yǎng)計(jì)劃“棉花輕簡(jiǎn)高效栽培技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”（2023TSYCTD004）