農業干旱風險研究進展與發展趨勢

摘要 隨著農業旱災對農業系統造成的損失日益加劇，增大了對區域資源的壓力，造成一系列環境問題，農業干旱風險分析逐漸成為近年一個新的研究領域；這一研究不僅是農業旱災風險管理的基礎和前提，也是農業干旱風險區劃和災前損失預評估的理論基礎。目前，針對農業干旱風險的研究大多是通過模擬特定干旱指標與作物生物量之間的關系，對作物因旱損失進行微觀風險評價，因此在閱讀大量文獻的基礎上，分別對農業干旱、農業干旱風險的定義，以及對基于降水指數的農業干旱風險的研究進展進行了綜述。

關鍵詞 農業干旱；干旱風險；降水指數

中圖分類號 S423 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）17-05455-04

Abstract The loss aggravating of agricultural drought to agricultural system increased the pressure on regional resources， and resulted in a range of environmental problems， so the analysis of agricultural drought risk has become a new research focus in recent years. The analysis of agricultural drought risk is not only the prerequisite of drought risk management， but also the theoretical basis of risk division and of the damages. Today， study on agricultural drought risk is mostly by stimulated the relationship between the special drought index and crop biomass to make the micro assessment of crop losses due to drought. Based on literature reading， this paper will systematically explain the definition of agricultural drought， agricultural drought risk， and summarize the research progress of agricultural drought risk based on the precipitation index.

Key words Agricultural drought； Drought risk research； SPI

干旱作為一種慢性自然災害，在全球范圍內頻繁發生，對社會生活和經濟發展的影響之大、范圍之廣、持續之久、危害之深，超出了其他任何自然災害，對人類賴以生存的糧食、水和生態環境造成了嚴重的威脅。在全球范圍內干旱主要發生在非洲中部、印度半島、中亞以及我國（圖1）；而在我國干旱區主要分布于西南與西北地區，尤其以新疆、云南和貴州等省分布面積最廣。

據測算，全球因干旱造成的經濟損失遠遠超過了其他自然災害，每年高達60億～80億美元[1]；并且由于全球人口數量的增加導致需水量的增加和氣候的變化和多樣性導致降水量的不確定性，使得干旱有可能變得越來越嚴重[2-4]。在我國，2013 年全國農作物因旱受災1.12×107hm2、成災6.93×106hm2、絕收150.47萬hm2，造成糧食損失2 064萬t、經濟作物損失404億元，直接經濟損失1 256億元[5]；而處于內陸的新疆地區由于其特殊的地理位置和氣候特點，近年來旱災的發生尤為嚴重（表1）。根據參數的不同、應用上的需要及確定的干旱因素，美國氣象學會將干旱分為氣象干旱、農業干旱、水文干旱和社會經濟干旱四大類[6-7]。近年來農業干旱發生的頻率和嚴重程度都在隨著全球氣候的變化和人類活動的加劇而升高，而我國干旱災害也呈現出發生頻率高、持續時間長、影響范圍廣的特點，1951～1990年40年間出現重大干旱事件8年，發生頻率為20.0%；1991～2000年10年間出現重大干旱事件5年，發生頻率為50.0%；而2001～2012年12年間出現重大干旱事件8年，發生頻率達到66.7%[8]，由圖2可以看出，干旱頻繁發生給人民的生活和生產造成了嚴重損失。聯合國政府間氣候變化專業委員會（IPCC）的評估報告也指出，未來干旱風險呈不斷加強趨勢，這意味著農業干旱風險將對未來社會經濟發展造成巨大的挑戰[9-11]。

風險分析作為研究具有不確定性系統的有效技術工具，20 世紀中期被逐步引入了自然災害這一研究領域[12]，最初國外有學者認為災害風險包括“偶然發生的傷害或損失的暴露性”[13]；隨后UNDHA 將自然災害風險定義為特定區域和時間段中特定災害的期望損失（包括人員的傷亡，財產損失和對經濟活動的干擾等），因此基于數學統計，風險就是災害和脆弱性的產品[14]。農業旱災作為一種漸發性災害，影響因素除自然條件外，社會經濟和人類活動也起著至關重要的作用，因此農業旱災風險存在著多影響因素和較大的不確定性[15]。而且農業干旱災害現象極其復雜，涉及的因素眾多，有較高的不確定程度，因此將風險理論用于農業干旱災害研究，對農業干旱災害應用風險量化、風險評價技術進行研究，對有效的干旱災害管理具有重要的意義[16]。綜上可知，針對于農業干旱風險的研究已變得非常迫切，干旱風險對農業的影響評估與風險區劃分已逐步成為新的發展趨勢，因此將對于農業干旱風險的研究進展做一綜述。

1 農業干旱風險研究進展

1.1 農業干旱的定義

農業干旱是一種相對的狀況，每一次干旱在空間范圍、強度、持續時間上都不同，所以農業干旱到目前為止沒有廣泛接受的統一定義。表2綜合介紹了不同時期、不同學者提出的農業干旱定義。

由表2可以看出，不同學者由于研究角度不同和農業干旱的研究涉及到不同的氣象干旱特征（如降雨稀缺、土壤水分的短缺）對農業的影響，因此對于農業干旱有不同定義。但可以發現雖然不同學者對農業干旱有不同的定義，但都認為水分是重要的影響因素；MUHAMMAD ASHRAF[26]也認為干旱的定義有很多，但水分的虧缺是農業干旱發生最大的一個影響因子。因此在實際研究與應用中，應根據研究和應用的需要選擇不同的農業干旱定義。

1.2 農業干旱風險的定義

“風險”的概念最早于19世紀末出現在西方經濟領域中，由美國學者 J.Haynes在他的著作《Risk as An Economic Factor》中提出，隨后風險的概念被相繼提出[27-28]。目前風險的概念已廣泛應用于經濟學、社會學、工程科學、環境科學和災害學等領域，但對于農業干旱風險仍沒有統一的定義，國內外學者基于不同的研究領域，對其定義也不同。KUNTSON等[29]認為干旱風險是一種潛在的負面影響，是由干旱頻度、危險強度及承載體脆弱性綜合作用產生的；美國國家干旱減災中心的主任WILHITE等[7]則將農業干旱風險定義為農業系統由于承災體的脆弱性，在外部致災因子影響下導致自身遭受干旱損失的可能性。國內學者史培軍等[30]認為農業干旱風險是指區域農業發生旱災，對農業生產、農民生活造成損失的可能性概率；唐明等[31]認為旱災風險應當包含2層含義：第一層含義屬于自然的范疇，是指干旱這種自然現象發生的可能性，即某些干旱強度指標的概率分布；第二層含義屬于社會經濟的范疇，則是指通過與孕災環境和承災體的相互作用后，干旱事件所導致損失（稱之為旱災損失）發生的可能性，即旱災損失的概率分布。顧穎等[32]將農業干旱風險分析概括為農業干旱事件識別、旱災可能損失估算和農業干旱風險評價這3個相互聯系的主要技術環節。何斌等[24]的觀點與KUNTSON等[29]基本一致，認為農業干旱風險是干旱危險強度、頻度及與農業相關的社會、經濟、環境脆弱性綜合作用產生的潛在負面影響。姚玉璧等[8]將農業干旱災害風險定義為干旱的發生和發展對社會、經濟及自然環境系統造成影響和危害的可能性。綜上，旱災風險的定義基本都強調了旱災發生的可能性和造成的可能性損失，而旱災風險的本質取決于3個因素：干旱致災因子的危險性、承災體的暴露性和脆弱性，某個區域旱災風險的大小是這3個因素綜合作用的結果。

1.3 基于降水指數的農業干旱風險研究進展

20世紀中期，風險研究被引入農業干旱災害這一研究領域；20世紀90年代末，國內出現了較系統的自然災害風險概念，農業旱災風險由此衍生出來[33]。目前，隨著自然災害風險理論與方法的不斷發展，農業干旱風險研究也取得了長足的進步，對于農業干旱風險的研究從內容上逐漸由簡單到復雜，從方法上也逐漸由單一的指標演化為多種指標的綜合研究。但由于干旱自身的緩發性特點，且農業干旱災害風險是由多因素綜合作用產生的結果，任一影響因子的變化都會影響其干旱災害風險的發生及強度，因此目前尚沒有廣泛認可的風險分析指數。國際上對于旱災風險的研究多強調水分因素尤其是自然降水因素的影響，認為干旱是由于自然降水不足或變率大而導致的結果，研究成果多是通過觀測自然降水變異的觀測統計資料進行的[34]。1994年，標準化降水指數（SPI指數）被廣泛應用于美國的干旱風險監測；此后美國國家干旱減災中心和西部區域氣候中心還應用該指數監測美國各州的氣候干旱分異水平[35]。

農業干旱風險基于降水指數的分析主要包括對降水距平、標準降雨指數（SPI）等的研究[36]。如張皓等[37]通過對以玉米為代表的農作物的月蒸發量、月需水量、降水量等參數進行分析，研究了通遼市發生農業干旱的可能性，并繪制了農業干旱風險圖。劉蘭芳等[38]則利用湖南省和衡陽盆地的降水量、蒸發量、水利化程度等9個指標，綜合對這一區域的農業旱災脆弱性進行了定量評價。曹永強等[39]利用降水短缺引起的致災程度計算出了大連市2000～2007年的農業干旱風險指數，發現農業干旱風險的評價方法可以為區域農業干旱評價提供一種考慮多因素的綜合方法。付麗娟等[40]用單位評價期內的降水距平百分率反映缺雨程度，用生態系統和作物不同季節的缺雨敏感度反映干旱影響的季節性差異，并以干旱持續期內單位時段旱災風險的累加反映其累積效應，從而建立旱災風險的識別指數，并應用此指數對60年來內蒙古的旱災風險進行了初步評估，給出了各級旱災發生的概率，并統計出各級旱災對應的后果。劉少華等[11]采用泰森多邊形法計算面積權重得到1961～2010年河南省的降水量和氣溫數據，并根據人工神經網絡構建了農業干旱風險分析模型，并將其應用于河南省農業干旱風險分析。王連喜等[41]根據標準降水指數（SPI）結合災害學系統理論，對寧夏農業干旱風險進行了評價及區劃，發現寧夏地區的農業干旱風險在降水因子的影響下呈現出明顯的南北差異。YAMOAH等[42]通過對美國內布拉斯加州玉米產量和標準化降水量指數（SPI）進行統計分析，進 而評價了這一地區玉米受農業干旱的風險。朱自璽等[43]應用降水負距平來表示冬小麥在不同生育時期的干旱強度指標，對華北地區冬小麥干旱風險進行了評估分區。楊小利等[44]應用小波分析方法，綜合考慮水分虧缺率、持續時間、作物水分敏感度等幾個因素，分析了隴東地區冬小麥、玉米生育期不同時段旱災指數的多時間尺度特征。

2 農業干旱風險研究中存在的問題

雖然在農業干旱風險評估方法與分析方面專家學者們取得了許多卓有成效地研究成果，但總體來看，在農業干旱災害風險評估研究方面還存在以下一些問題需要在今后的研究工作中加以關注。

（1）在農業干旱風險研究中，防災減災能力是風險分析和風險評價的一個重要環節，而在目前的自然災害風險分析中，對于這方面的研究還很薄弱。目前對于農業干旱風險的研究主要是針對已經發生的農業干旱進行研究和驗證，對干旱的預防和監測力度重視不夠，往往是被動抗旱，以致造成更大的損失和影響。要改變這種被動抗旱狀態，要做好農業干旱風險的評價和預測預警，變被動為主動，從而有效降低干旱風險[45]。

（2）對區域旱災風險的評估方法，多基于旱災常發區統計資料的概率進行統計分析和區域特性分析，而較少涉及旱災發生頻率較小地區的研究。對旱災風險評估的方法研究多針對區域旱災的發生風險評估，即區域旱災發生的可能性程度，而較少涉及旱災損失風險估算方法的研究，如社會經濟及人類在面臨一定程度旱災時的損失風險評估方法和模型研究等。

（3）目前，不同地區、不同部門采取各自的農業干旱評估指標，農業干旱評估指標沒有統一的標準。如何使研究結果具有時間和空間的可比性，又能結合研究區的生態氣候特點和干旱發生規律，建立符合當地實際的評估模型，是今后研究中有待解決的問題。

3 農業干旱風險研究展望

3.1 加強農業干旱風險的預警、預報

研究農業干旱風險的最終目的不是評估災害而是獲得決策方案，而是希望能以最小的經濟代價換得最大的安全保障。因此研究農業干旱風險應在為決策者提供豐富信息的基礎上結合災害學，建立適合研究區的農業干旱災害風險管理體系，并通過對干旱發生機理和風險管理內涵的解析，從現代干旱氣候災害風險管理的目標入手，建立面向適應區的干旱災害風險評估機制，為農業干旱的發生提供預警、預報。

3.2 農業干旱風險的研究應針對不同的農業區建立不同的研究模型

不同的地域有不同的地形地貌、氣候氣象、土壤水質、植被生物等，影響一個地區農業發展的因素也不同，因此應該根據區域的不同建立不同的干旱風險研究模型。由于農業干旱包括了多層面的內容，一些氣象指標和水文指標也被應用于農業干旱風險的研究。如對于雨養農業和灌溉農業而言，指標的選取也有一定的區別：雨養農業指單純依靠天然降水為水源的農業生產，因此雨養農業干旱風險評價的主要指標是降水量指標，有些水文指標如地下水、地表徑流等則不適用；灌溉農業除天然降雨外，還要利用地下水、地表徑流和水庫等水源進行補充灌溉，因此這些水文指標也是重要的評價指標之一。此外，土壤含水率等直接涉及作物生長的指標在農業干旱評價中也需考慮，因此在研究一個地區農業干旱風險時應綜合考慮當地的各種自然因素和人文因素，建立不同的研究模型和方法。

3.3 農業干旱災害風險與信息技術結合是未來研究的必要手段

隨著遙感技術和計算機技術的發展，數據監測的精度和廣度也隨之增加，因此將高新技術手段加入農業干旱監測和管理中將會使農業干旱管理和預警達到更好的效果，從而減少旱災損失。因此在進行農業干旱風險研究時可以利用GIS、RS、GPS等先進技術，提高農業干旱風險研究的正確性、直觀性。如可以利用遙感技術結合GIS將不同的干旱致災因子以柵格圖層的形式在空間上進行疊加表達，通過 GIS 屬性數據庫操作和運算，獲得區域災害風險分級空間分布圖。干旱風險圖常被用于進行干旱風險區劃，是抗旱預案的一項重要內容，能較好地對旱災進行空間關系的描述和空間實體表達，并能直觀反映不同干旱等級的受旱范圍、受旱面積、旱情發展態勢以及干旱造成的損失，為抗旱決策提供必要的依據，是指導抗旱工作的重要手段。

4 結論與討論

農業旱災風險分析是從系統層面出發的綜合研究，是提高農業應對風險能力、保證農業系統可持續發展必要和迫切的要求。總體上，近年來研究學 者們對于農業干旱災害風險的研究以定性與理論分析為主，定量化的農業旱災風險評估體系相對較少；而且對農業干旱風險采用的定量方法在實際干旱分析中取得了良好效果，不過在結果的準確性與可靠性上仍有提升空間；因此在以后的研究進程中，更加注意農業干旱風險的評估需要深入認識農業干旱影響的機理和過程，突出農業干旱風險研究在實際工作中的應用。

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