氣候變化背景下鄂西煙草種植氣象風險評價與區劃

孟 丹，陳正洪，李建平，陽 威，何 飛，陳振國

（1.湖北省氣象服務中心，武漢 430205；2.湖北省煙草科學研究院，武漢 430030）

氣候變化背景下鄂西煙草種植氣象風險評價與區劃

孟 丹1，陳正洪1，李建平2，陽 威1，何 飛1，陳振國2

（1.湖北省氣象服務中心，武漢 430205；2.湖北省煙草科學研究院，武漢 430030）

為了確定湖北西部植煙區的氣象災害風險程度，根據災害學系統理論，從致災因子、孕災環境、承災體和防災減災能力4個子系統出發，綜合考慮氣候條件、地理地形、社會經濟狀況等多個因素，利用GIS平臺對鄂西煙草種植氣象災害風險進行評價與區劃。結果表明，鄂西北地區氣象災害危險性東高西低，南北向無明顯規律，而鄂西南地區是南高北低；鄂西南巴東和恩施煙草易損性較小，而鄂西北的棗陽和丹江口市易損性較大；鄂西南北部地區的氣象風險低于南部地區，而鄂西北南部地區氣象風險較小，東部氣象風險最大；神農架局部地區和鶴峰、丹江口市東部等地的氣象風險最嚴重。總體而言，鄂西地區適宜種植煙草，盡管存在風險，但是大部分地區風險等級在中等及中等以下，這對指導當地合理規劃煙草種植和生產具有重要意義。

鄂西；氣象災害；風險；評價；區劃

全球氣候變化已導致大部分地區極端氣候事件頻發、強度增強。為此，IPCC第五次評估報告強調了氣候風險管理的概念，以提高對易發頻發災害的預警能力，加強氣候影響的評估，增強適應氣候變化的能力。

我國是煙草生產大國，20世紀60年代農業部門根據地域分布首次將我國劃分為六大煙區［1］。2003年，最新一輪的煙草區劃按烤煙生態適宜性將我國劃分為烤煙種植最適宜區、適宜區、次適宜區和不適宜區［2］。湖北在全國煙草生產中占有重要地位［3］，其煙草主產區被歸類為最適宜區和適宜區。湖北省煙草主產區在西部。鄂西地形多屬丘陵山區［4-5］，區域氣候特色明顯［6］，山體氣候特征使得不同海拔地區呈現氣候差異。氣候變化背景下，近年來煙草種植高度不斷上移，鄂西煙草種植可能遭受的氣象災害也有所變化，凸顯出氣象災害風險評估的迫切性。

目前，已有許多關于災害風險評估的研究，例如黃中艷等［7］在GIS平臺下將統計模型推算與空間插值技術方法有機結合，突破傳統“空間靜態性”作物氣候區劃，實現了“空間＋時間動態性”作物種植氣候精細化分區評估。羅培［8］在分析重慶干旱災害氣候背景和經濟環境的基礎上，建立模型運用MapInfo得到干旱災害的風險評估與區劃。但針對鄂西煙草種植氣象風險的精細化評估研究較少，因此，本文擬定量分析氣候變化背景下鄂西植煙區氣象風險的具體分布，摸清各地煙草種植潛在的風險程度，有利于當地煙草生產合理布局，加強氣象災害防御體系建設，從而避免或減小氣象災害損失。

1 材料與方法

1.1 數據收集與指標確定

1.1.1 資料收集 本文引用的基礎資料包括：（1）氣象數據：1961—2010年鄂西植煙區和鄰近縣（市）共65個氣象站的地面觀測資料，包括日平均氣溫、最高氣溫、降水量、日照時數等。（2）基礎地理信息數據：鄂西煙區邊界圖及1:25萬DEM數據，分辨率為90 m×90 m。（3）社會經濟數據：來源于2013年《湖北省統計年鑒》，主要利用了地區農業生產總值。（4）煙草相關數據：整理統計1991—2012年《湖北農村統計年鑒》關于湖北省煙草種植的數據，主要包括1949年以來鄂西各縣（市）煙草種植面積、總產量等數據。

1.1.2 確定影響因子 參考前人對云南、湖南、貴州等植煙大省的煙草種植區劃和災害研究［9-14］，以及當地煙草行業專家的打分，確定影響鄂西煙草種植的氣象災害為干旱、連陰雨、低溫冷害、冰雹、暴雨、高溫熱害和大風。考慮到冰雹和大風是突發型的區域性災害，發生幾率小，持續時間短，受災范圍相對較小，因此本文未將二者列入綜合的致災因子危險性指標。

（1）干旱：連續15 d無有效降水（過程中允許出現一次降雨量＜5 mm的中斷，當日不計入持續天數）就會發生水分脅迫。選取的煙草干旱災害影響因子為：5—8月降水距平百分率＜-20%的年數、連續無有效降水最長持續天數，分別代表干旱平均狀況和極端狀況。

（2）低溫冷害：煙草在移栽、伸根期和成熟期容易受到低溫冷害的影響。選取前期低溫冷害影響因子：5月下旬—6月上旬，日平均氣溫≤13℃的累計天數；后期低溫冷害影響因子：9月份日平均氣溫≤18 ℃的累計天數。

（3）連陰雨：設定5—9月連續7 d或7 d以上日降水量＞1 mm且日照時數＜0.5 h的天氣過程為一次連陰雨。以連陰雨發生次數和最長持續天數分別代表連陰雨發生的頻率和強度。

（4）暴雨：5—9月最大日降水量和年均暴雨日數。

（5）高溫熱害：7月中旬—8月上旬，日最高氣溫≥35 ℃的累計天數。

1.2 研究方法

1.2.1 空間數據分析 由于氣象災害風險評估涉及到研究對象在地理地形、氣候特征及社會經濟等方面的區域差異，所以文中采用空間屬性以恰當描述。利用ArcGIS空間分析平臺［15-16］的反距離加權插值、多元回歸插值、柵格計算和自然斷點分級等方法來完成鄂西煙草種植氣象災害風險評價與區劃。

1.2.2 風險評價模型 根據災害系統理論，綜合考慮致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力四個方面［10］，構建煙草氣象災害綜合風險指數，建立如下所示的風險模型。

其中， Ichilling為煙草氣象災害綜合風險指數，H、S、V、R分別代表氣象災害綜合危險性、敏感性、易損性和防災減災能力為第i種災害的危險性指數，αi為第i種災害的權重，其值由專家打分結合層次分析法確定。考慮到鄂西煙草種植實況，最終賦予鄂西主要致災因子權重分別為：干旱0.35、低溫冷害0.25、連陰雨0.20、暴雨0.10、高溫熱害0.10。

1.2.3 主要致災因子危險性指數 由于氣溫與海拔、經緯度之間存在密切聯系，計算低溫冷害和高溫熱害危險性影響因子時，直接利用經緯度和海拔高度對其進行空間插值。因此，對其影響因子歸一化處理即為高溫熱害危險性指數；對于低溫冷害，前期煙草遭受低溫可通過田間管理措施進行補救，而后期低溫則直接影響煙草質量，因此后期低溫冷害對煙草的影響更嚴重，先對其影響因子歸一化處理，再分別賦予前期0.4后期0.6的權重進行GIS柵格疊加，得到低溫冷害危險性指數分布。

干旱、連陰雨和暴雨災害的危險性影響因子與海拔高度均有一定的相關性。以干旱為例，用上述干旱危險性兩個影響因子歸一化后的平均值代表干旱危險性指數，再用該指數與經度、緯度、海拔高度進行多元線性回歸，得到模擬方程（詳見表1）。將各站點實際求得的干旱危險性指數與方程模擬值y相減，得到各站點的模擬誤差d，并將d進行反距離加權插值到各個柵格點上得到誤差圖層d’。運用模擬方程將各站點的模擬值插值到各個柵格點上，再與d’圖層進行疊加，最終得到鄂西煙草干旱災害危險性指數分布圖。

表1 多元回歸插值方程Table 1 Polynomial regression interpolation equation

2 鄂西煙草種植氣象災害風險評價與區劃

2.1 氣象災害綜合危險性評價

根據各災害的危險性指數及其相應的權重，借助ArcGIS中的柵格計算器得到鄂西煙草種植氣象災害綜合危險性指數分布圖。

從圖1可以看出，鄂西北和鄂西南的氣象災害危險性分布規律不同：鄂西北地區氣象災害危險性東高西低，南北向無明顯規律；而鄂西南地區是南高北低。從縣域分布來看，鄂西地區鶴峰縣氣象災害危險性最大，鶴峰地區連陰雨、暴雨危險性都很大，致使鶴峰地區危險性特高；危險性較小的地區主要為南漳縣、丹江口市、鄖縣和咸豐縣以及房縣、恩施和長陽等地區；巴東縣北部、鄖西縣、十堰市區、興山和保康縣、秭歸、建始、利川的部分地區氣象災害危險性最小。

2.2 孕災環境敏感性評價

地形地貌導致熱量、雨量在一定范圍內再分配，與煙株生長發育及煙草質量有著密切關系。當氣候條件相同時，氣象災害與各地孕災環境的地形地貌配合之下，在很大程度上加大或者減弱了致災因子的作用。由于危險性影響因子已考慮了海拔的影響，因此，這里選取高程標準差和坡向作為敏感性指標。

高程標準差表達了地形的起伏狀況［17］，其值越大，高程波動的范圍就越大，表明附近地形越不平坦，小氣候也越復雜多變，越易遭受氣象災害的影響。

坡向是決定地表不同部分接受光照并重新分配太陽輻射量的重要地形因子之一［18］。坡向影響著山地的日照時數和太陽輻射強度。南坡或西南坡最暖和，而北坡或東北坡最寒冷，即使處于同一海拔高度，極端溫度差可達3～4 ℃。東坡與西坡的溫度差異介于南坡與北坡之間。按照不同坡向對氣象要素的影響程度，利用正弦函數和去量綱公式，把正北360°和正南180°坡向作為對敏感性貢獻最大和最小的點提取出來，定義相應的影響度值，得到坡向影響度分布情況。

將高程標準差和坡向影響度圖層歸一化處理，等權疊加后再對其影響度進行定區間處理，得到鄂西孕災環境敏感性指數分布圖（圖2）。

2.3 承災體易損性評價

除了從自然環境角度分析氣象災害對煙草的影響外，煙草遭受災害影響的程度還與其易損性有關。易損性主要是從社會屬性角度考慮，整個社會經濟系統易于遭受災害威脅或損失的性質與狀態。本文的承災體主要考慮的是煙草，而煙草易損性是在不同強度的災害作用下可能導致的損失程度，所以此處煙草氣象災害承災體易損性分析只考慮煙草的種植區劃和種植效果。受可獲資料的限制，文中選擇煙草氣象產量標準差作為承災體易損性的指標。氣象產量標準差可以表示煙區受災程度，標準差越大，說明煙草產量波動越大，易損性也越大。

由圖3可知，鄂西南巴東和恩施煙草易損性較小，而鄂西北的棗陽和丹江口市易損性較大。

2.4 防災減災能力評價

危險性、敏感性、易損性僅僅是從災害的發生和影響視角來討論災害風險，災害發生時人的主觀能動性和防災減災措施也是重要因素。本文防災減災能力指標選取了地區生產總值和煙草種植面積。從社會經濟實力角度來分析鄂西各縣（市）防災減災能力情況，地區生產總值能夠反映一個地區的經濟發展水平，地區生產總值愈大，說明當地經濟發展水平愈高，防災減災能力愈強；反之亦然。

由圖4可知，鄂西北防災減災能力分布是東部大于西部，鄂西南防災減災能力分布為北部大于南部。

2.5 鄂西煙草種植氣象風險評價與區劃

利用ArcGIS平臺中的多層面復合分析，對上述四個因子指數值進行統一區間處理后，按照風險評價模型，把煙草致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力因子柵格圖層相乘，得到氣象災害風險指數（表2），自然段點分級后得到鄂西地區煙草氣象災害風險區劃圖（圖5）。

圖1 鄂西地區氣象災害綜合危險性指數分布Fig. 1 The meteorological disaster comprehensive dangerousness index distribution in western Hubei

圖2 鄂西孕災環境敏感性指數分布Fig. 2 The distribution of disaster-pregnant environment sensitivity index in western Hubei

圖3 鄂西承災體易損性分布Fig. 3 The disaster-affected body vulnerability distribution in western Hubei

圖4 鄂西地區防災減災能力分布Fig. 4 The capability of natural disaster prevention and reduction distribution in western Hubei

表2 鄂西煙草氣象風險等級劃分Table 2 The classification of tobacco meteorological disasters risk in western Hubei

圖5 鄂西煙區氣象風險等級分布Fig. 5 The meteorological disaster risk grade distribution in western Hubei tobacco region

整體來看，鄂西地區煙草氣象災害風險的分布特征為：從鄂西南北部主煙區利川、恩施、建始縣，經中部巴東、秭歸縣，到鄂西北興山、保康和南漳縣形成了鄂西地區煙草輕度風險帶；鄂西南北部地區的氣象風險低于南部地區；而鄂西北南部地區氣象風險較小，東部氣象風險最大。

從地區來看，除上述的輕度風險帶外，鄖西縣東部地區也是輕度風險區；竹山、房縣、南漳、長陽東部、巴東北部和宣恩北部等地的氣象風險較低；鄂西北的北部地區、鄂西南的咸豐和宣恩等地屬于中等風險區，這些地區發生的各種氣象災害都不突出；嚴重風險區主要分布在來鳳、丹江口、老河口和棗陽局部地區；神農架局部地區和鶴峰、丹江口市東部等地的氣象風險最嚴重。鄂西北東部地區氣象風險大是因為當地遭受干旱和高溫熱害的危險較大。從氣象角度來看，鄂西南地區鶴峰縣的氣象災害風險最大，這是因為鶴峰縣降雨量較多，連陰雨和暴雨災害發生的可能性高，再加上地形小環境的影響，煙草種植面積在鄂西南清江源煙區相對較小，其他災害危險性也不是很低，因此鶴峰在鄂西南的災害風險最嚴重。

3 小 結

（1）鄂西南北部地區向中部發展直至鄂西北南部地區，為鄂西煙草種植主要輕度風險帶。鄂西南北部地區的氣象風險低于南部地區，而鄂西北南部地區氣象風險較小，東部氣象風險最大。必須嚴格監控氣象風險高值區煙草大田期的氣象條件，關注其主要氣象災害類型，趨利避害。

（2）氣象災害的發生往往不是單一災種，常常伴隨著次生災害。由于災害發生的復雜性，并且缺乏具體的煙草災損資料，文中風險級別由自然斷點法劃分，評價結果只是植煙區氣象風險的相對比較，尚難做到與實際情況完全吻合。在災害指標的選擇上，參考了農業氣象災害指標和煙草生長的極端條件，其對于各地煙草種植氣象風險評估的適用性有待進一步驗證。今后的研究中，還可以根據不同地域的地貌、土地利用類型等對煙草氣象災害指標作出訂正與完善。

（3）總體而言，鄂西地區適宜種植煙草，盡管存在風險，但大部分地區屬于中等及中等以下等級。近年來鄂西煙草發生的災情基本符合文中區劃結果，因此，只要在煙草種植生長過程中，針對各地主要氣象災害類型，做好相應的預防和及時應對措施，仍能保證煙草的高質高產。

［1］ 全國農業自然資源調查和農業區劃委員會，《全國綜合農業區劃》編寫組. 全國綜合農業區劃報告［M］. 1980.

［2］ 王彥亭，謝劍平，李志宏，等. 中國煙草種植區劃［M］.北京：科學出版社，2010.

［3］ 許自成，黎妍妍，畢慶文，等．湖北煙區烤煙氣候適生性評價及與國外煙區的相似性分析［J］．生態學報，2008，28（8）：3832-3838．

［4］ 陳益銀．海拔等因素對鄂西南煙葉發育及品質影響的研究［D］．鄭州：河南農業大學．2008．

［5］ 梁榮．湖北煙區生態因素分析［J］． 安徽農業科學，2008，36（5）：1902-1904．

［6］ 鐘華．湖北省不同生態型煙區煙草優化灌溉制度研究［D］. 南京：河海大學，2005．

［7］ 黃中艷. 基于GIS的云南烤煙種植氣候動態分區評估［J］．地理研究，2011，3（8）：1439-1448.

［8］ 羅培. 基于GIS的重慶市干旱災害風險評估與區劃［J］. 中國農業氣象，2007，28（1）：100-104.

［9］ 蔡長春，鄧環，趙云飛，等．湖北省植煙區生態氣候因子的主成分分析和區域劃分［J］．煙草科技，2011（2）：64-69．

［10］ 董謝瓊，徐虹，楊曉鵬，等．基于 GIS的云南省烤煙種植區劃方法研究［J］．中國農業氣象，2005，26（1）：16-19．

［11］ 肖漢乾，陸魁東，張超，等．基于GIS的湖南煙草可種植區域精細化研究［J］．湖南農業大學學報，2007，33（4）：427-430．

［12］ 莫建國，汪對洪，谷曉平．基于GIS的貴州烤煙種植氣候區劃研究［J］．上海農業學報，2011，27（3）：64-69．

［13］ 李家文，柒廣萍，吳炫柯．基于GIS的廣西賀州市春煙種植區劃［J］．安徽農業科技，2008，36（32）：14324-14325．

［14］ 陳海生，吳玲洪，劉國順，等．基于地統計和GIS的河南省煙草大田生長期降水量和蒸發量空間變異性分析［J］．農業系統科學與綜合研究，2008，24（4）：470-475．

［15］ 張京紅，田光輝，蔡大鑫．基于GIS技術的海南島暴雨洪澇災害風險區劃［J］．熱帶作物學報，2010，31（6）：1014-1019．

［16］ 何燕，譚宗琨，李政，等．基于GIS的廣西甘蔗低溫凍害區劃研究［J］. 西南大學學報：自然科學版，2007，29（9）：81-85．

［17］ 隋剛，郝兵元，彭林．利用高程標準差表達地形起伏程度的數據分析［J］．太原理工大學學報，2010，41（4）：381-401．

［18］ 張洪亮，倪紹祥，鄧自旺，等．基于DEM的山區氣溫空間模擬方法［J］．山地學報，2002，20（3）：360-346．

Meteorological Risk Assessment and Tobacco Planting Regionalization in Western Hubei under the Background of Climate Change

MENG Dan1， CHEN Zhenghong1， LI Jianping2， YANG Wei1， HE Fei1， CHEN Zhenguo2
（1. Hubei Meteorological Service Center， Wuhan 430205， China； 2. Hubei Academy of Tobacco Science， Wuhan 430030， China）

Based on previous disaster science researches， we assessed and regionalized meteorological disasters via GIS in order to identify the degree of meteorological disaster risk in tobacco-planting areas of western Hubei. The assessment process was composed of four subsystems including disaster inducing factors， disaster-forming environment， disaster-bearing body and the capability of natural disaster prevention and reduction. The results showed that the risk of meteorological disaster in the eastern areas is higher than the western areas in northwest Hubei. In southwest Hubei meteorological disaster risk is high in the south but low in the north. The vulnerability of tobacco planting is lower in southwest Hubei Badong and Enshi city and higher in northwest Hubei Zaoyang and Danjiangkou city. The meteorological risk in the north is lower than in the south of southwest Hubei. In northwest Hubei，meteorological risk is lower in southern regions and higher in eastern regions. Meteorological risk is the highest in some regions of Shennongjia and Hefeng， eastern Danjiangkou city. Overall， western Hubei is suitable for planting tobacco with risk levels at or below medium in most regions. Results from this study are important for planting reginaliation and production of tobacco.

western Hubei； meteorological disaster； risk； assessment； regionalization

S572.01

1007-5119（2015）04-0050-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.04.009

湖北省煙草公司科技創新重點項目“氣候變化背景下鄂西煙草種植氣象風險評估研究”（027Y2013-008）

孟 丹（1989-），女，助理工程師，主要從事農業氣象研究。E-mail：604026294@qq.com

*通信作者，E-mail：chenzh64@126.com

2014-12-29

2015-07-31