中國農業氣象災害定量評估

杜會石++秦旭升++陳智文

摘要：利用1949—2012年中國農業氣象災害資料，采用數值分析方法，計算干旱、洪澇、風雹和低溫冷害等氣象災害的成災率，并對各類氣象災害分級賦值；采用灰色關聯分析法，計算各類氣象災害與總災害的關聯度，進而確定其對農業生產的影響權重和影響程度，并分析其時空演變特征。結果表明，64年來，中國農業氣象災害平均成災率、各類災害平均成災率均呈增加趨勢，以干旱平均成災率增長最快，達0.98 %/10年；干旱占氣象災害影響權重最高，并主要分布在中國北方地區；農業氣象災害總體以Ⅲ級災害為主；特別是近10年，Ⅴ級災害發生頻率升高。研究結果為分析農業氣象災害時空演變、農業防災減災、糧食生產穩產提供科學參考。

關鍵詞：農業氣象災害；定量評估；灰色關聯分析

中圖分類號： S42文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0442-05

收稿日期：2015-05-03

基金項目：國家自然科學基金（編號：41401002）；吉林省社會科學基金（編號：2014B127）；吉林師范大學研究生科研創新計劃（編號：2013006）。

作者簡介：杜會石（1983—），男，吉林伊通人，博士，講師，主要從事農業遙感研究。E-mail：duhs@163.com。

通信作者：陳智文，教授，主要從事生態農業與新型肥料研究。Tel：（0434）3291890；E-mail：sdczw4489@126.com。全球氣候變化是國際科學研究的焦點問題，對各國的可持續發展具有重要影響[1-2]。氣候變化對農業的影響具有多尺度、多層次、正負影響并存的特征[3]。氣候變暖使世界部分地區的糧食生產得到了發展，但與此同時，極端天氣又對農業產生損失[4-5]，造成農業結構、糧食產量的大幅度變化[6-10]。中國是農業國家，地處東亞季風區，氣象條件年際波動較大，農業氣象災害多發，氣象災害發生頻率約占全部自然災害的70%[11-12]，年均受災面積約占作物播種面積的31%。中國農業氣象災害具有明顯的地域性和季節性，50年來，華北和東北地區的旱災、東南和長江中下游地區的洪澇呈增加趨勢[1]。作物因氣候變暖而發育期提前、抗寒性減弱，致使中國南方冬季冰凍和春季霜凍的危害放大，農業生產在一定程度上受到威脅[4]。定量評估農業氣象災害特征及其時空變異，對我國糧食安全及社會可持續發展具有重要意義。

隨著學科的發展及相互交叉，國內學者從氣象災害對農業生產的影響[6]、氣象災害與農業生態 [4]、氣象災害演變[13]、氣象災害預警與防御[14]等諸多方面進行了研究，但這些研究多限于省級行政單位范圍內，缺少宏觀、長時間序列評估，有關農業氣象災害定量評估的報道較少。本研究選取4種對農業生產影響較大的氣象災害，定量評估其發生特點，探討變化規律，以期為農業可持續發展、農業防災減災提供科學參考。

2結果與分析

2.1中國氣象災害致災程度變化特征

中國農業氣象災害平均成災率為11.93%，呈增長趨勢，變化率1.54%/10年（圖1）。1950—1959年，各年成災率均低于歷年平均值，氣象災害對農業生產造成影響程度偏輕。1960年以來，58.49%的年份成災率高于平均值，農業生產受氣象災害影響較大。其中，1970年成災率僅為2.30%，為64年中最小值，該年氣象災害對農業生產影響最小；2000年成災率為21.97%，為64年中最大值，氣象災害影響程度最嚴重，主要原因是2000年中國發生大面積嚴重干旱，中國 17.12% 的農田面積發生干旱。

4種農業氣象災害中，干旱平均成災率最大，為6.39%；洪澇次之，為3.63%；風雹再次之，為1.19%；低溫冷害最小，為0.73%。64年中，不同災害成災率均呈上升趨勢。其中，干旱增加趨勢最為明顯， 增長率為0.98%/10年；風雹增加較

快，增長率為0.31%/10年；低溫冷害增長率為0.18%/10年；洪澇增長率較低，為0.04%/10年。可見，干旱對農業生產影響越來越嚴重。

2.2氣象災害影響權重空間分布特征

中國農業氣象災害中，以干旱的影響權重最大，達到 26.05%；風雹和低溫冷害權重較接近，分別為24.99%、 24.88%；洪澇權重最小，為23.98%。4類災害影響權重在不同地區的分布趨勢各不相同（圖2）。按區域劃分，中國東北、華北、西北、西南、中南地區干旱權重占主要地位，而華東、華南地區以洪澇權重占主要地位。

2.3氣象災害影響權重時間變化特征

根據64年各類災害影響權重變化可知（圖3），中國洪澇影響權重呈減少趨勢，平均減少9.15%/10年。其他災害權重呈增加趨勢。其中，風雹影響權重增加趨勢最明顯，為161.20%/10年；干旱影響權重增加6.83%/10年；低溫冷害波動增加4.13%/10年。1959、1967年干旱影響權重較大，均超過0.80；1949、1950、1954年權重較小，均小于0.10。1949、1950、1954年洪澇影響權重較大，均超過0.90；1972、1978年洪澇權重較小，均小于0.10。

20世紀50年代，中國農業氣象災害以洪澇為主，平均權重為53.93%；干旱次之，為37.20%；低溫冷害權重為 8.66%；風雹為1.21%。從20世紀60年代開始，氣象災害以干旱為主，洪澇次之，風雹再次之，低溫冷害權重最低。但是，干旱的權重由20世紀60年代的57.77%緩慢減少到21世紀以來的52.45%，洪澇的權重由20世紀60年代的35.08%迅速減少到21世紀以來的23.86%，風雹的權重由20世紀60年代的 4.69% 快速增加到21世紀以來的12.89%，低溫冷害的權重由20世紀60年代的2.47%迅速增加到21世紀以來的10.80%。

2.4氣象災害綜合評估

根據表1等級劃分標準，分別對1949—2012年中國干旱、洪澇、風雹和低溫冷害的災情等級進行劃分和歸類（表4）。4種氣象災害中，低溫冷害出現Ⅰ級和Ⅱ級災害累計年份最多，風雹出現Ⅰ級和Ⅱ級災害累計年份最少；風雹出現Ⅳ級和Ⅴ級災害累計年份最多，低溫冷害出現Ⅳ級和Ⅴ級災害累計年份最少。總體來看，中國有52.46%的年份，農業氣象災害等級為Ⅲ級和Ⅳ級，糧食生產受制于氣象災害。根據表3的分級標準，對中國64年氣象災害進行綜合評估，Ⅲ級災害年份數最多，為17年；Ⅱ級、Ⅳ級災害年份數次之，各為15年。

分析1949—2012年災情指數發現，2003年災情指數最大，為5.61；1951年和1970年災情指數最小，分別為0.38和0.34（圖4）。災情指數總體呈增加趨勢，增長率為0.45/10年，表明氣象災害對中國農業生產危害程度越來越重，特別是2 000年以來，Ⅴ級災害發生1年，Ⅳ級災害發生4年，分別占相應級別發生年數的100.00%和26.67%，Ⅴ級災害年份發生頻率明顯升高。

2006—2012年，災情指數呈現明顯下降趨勢，但是否表明處于農業氣象災害的減少時期，尚需長時間序列氣象數據跟蹤監測，以便總結農業氣象災害發生規律，更好地為農業生產服務。

3討論與結論

中國各類農業氣象災害有明顯增加趨勢，并以干旱災害增長最為顯著，對農業發展影響程度最大，成為影響農業穩定和糧食安全的主要因素，與王春乙等研究結果[6，18]一致。20世紀80年代以來，中國降水呈現南多北少、分布不均的態勢 [19]，進一步加重了南方洪澇、北方干旱缺水等災害頻發的局面。

洪澇災害主要分布在中國東南部、長江和黃淮河流域[18]。20世紀90年代以來，波動性洪澇災害明顯增加[3-4]，如1991年淮河、太湖流域，1998年長江、松花江、嫩江流域，2003年淮河流域都發生了特大洪澇災害。

風雹災害盡管發生面積較小，但由于地域性分布明顯，且受災區域集中，故累積損失程度仍較大。在氣候變化背景下，我國多地區平均風速有所下降[1]、平均氣溫有所提高，但風雹災害主要受局地強對流天氣系統的影響[8]，尚需開展持續監測研究。

低溫冷害主要分布在我國北方地區，相關學者認為，自20世紀80年代以來，因氣候變暖，我國北方地區低溫冷害呈減少趨勢[20]，但本研究并未發現強度和頻率下降趨勢。下一步，可針對全球環境變化背景下，中國低溫冷害的空間分布及發生頻率做進一步定量研究。

相關學者指出，糧食單產變化受控于自然因素[21]（圖5），但技術和社會因素，如新品種、新栽培技術的推廣和改進，仍可導致產量發生顯著短期波動。因此，農業生產系統是否最終成災，還取決于農業生產系統對氣象災害的抵抗和適應能力[22-24]。

本研究利用中國64年農業氣象災害資料，對影響農業生產的4種氣象災害的成災率、變異值及其影響權重進行了分析，定量研究各類氣象災害的影響程度，并分析其時空演變特征，所得結論如下：（1）在氣候變暖背景下，農業氣象災害危害程度加重、發生頻繁，特別是極端氣候事件已威脅中國糧食生產安全。中國農業氣象災害平均成災率為11.93%，呈現上升趨勢。各單災種氣象災害均呈上升趨勢，干旱成災率上升趨勢最顯著。（2）中國農業氣象災害以干旱的影響權重最大，低溫冷害影響權重最小；洪澇影響權重呈下降趨勢，其他災害權重呈增加趨勢。中國各地區各類災害權重各異，尚需跟蹤監測各地農業氣象災害的變化規律。（3）中國農業氣象災害以Ⅲ級為主，對農業生產影響較重。災情指數呈增加趨勢，說明氣象災害對全國農業生產危害程度越來越嚴重，特別是2000年以后，Ⅴ級災害的發生頻率明顯升高。

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