1976-2015年中國主要農業氣象災害的變化特征

劉 笑，何學敏，游松財

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1976-2015年中國主要農業氣象災害的變化特征

劉 笑1,2，何學敏3，游松財1**

(1.中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，北京 100081；2.中國農業科學院研究生院，北京 100081；3.沈陽農業大學，沈陽 110866)

根據1976-2015年受災、成災和絕收面積等統計數據，計算中國主要農業氣象災害包括洪澇、干旱、風雹和低溫災害的受災率、成災率、絕收率和損失率，并對其變化趨勢、災害損失和災害等級的變化特征進行分析。結果表明：（1）總體上，1976-2015年中國主要農業氣象災害的受災率呈顯著減小的趨勢，而成災率和絕收率變化趨勢則不顯著。干旱與農業氣象災害總體變化趨勢相一致；洪澇受災率、成災率和絕收率存在階段性的變化特征，1986-2005年各項均值最大；風雹災害下降趨勢顯著，受災率、成災率均顯著減小；而低溫災害各項指標的年代均值逐漸增加。（2）研究期內四大災害總體損失率的上下限呈先增加后減小的趨勢，平均災害損失率為7.1%～15.7%。洪澇和干旱災害損失率的上下限變化趨勢與農業氣象災害總體一致，其平均損失率分別為2.0%～4.2%、3.8%～8.6%；而風雹災害損失率的上下限呈減小的趨勢，平均損失率為0.8%～1.7%；低溫災害損失率的上下限呈增加趨勢，平均損失率為0.5%～1.1%。（3）研究期間洪澇重災發生次數最多，為突發性災害；干旱、風雹中災和重災發生次數之和最多，為常態性災害。

農業氣象災害；變化特征；損失率；災害等級

中國是易災、多災與災情嚴重的國家，自然災害造成的直接經濟損失的多年平均高達全國GDP的3%～6%[1]。其中，氣象災害及其衍生災害占60%以上[2]，70%的農業災害損失來自氣象災害[3]。因此分析農業氣象災害的變化特征，掌握災害事件發生規律，對于防范災害性天氣對農業生產的影響具有科學的指導和實踐意義。農業氣象災害是農業生產過程中能夠對農業生物與設施造成危害和經濟損失的不利天氣或氣候條件的總稱[4]。中國農業氣象災害類型多樣，其中對農業生產影響較大的是干旱和洪澇災害[5]。研究表明，1978年以來農業氣象災害的災情日趨嚴重，除了風雹災害略減輕，其它災害均明顯加強[6-8]。

前人研究多集中在各類災害的趨勢變化[9-11]和空間變化特征[12-13]，對災害強度、災害損失率、災害波動性分析較少，且已有文獻對2010年以前的農業氣象災害研究較多[6-8]，近10a的災害研究報道有所減少。因此，本文利用更新至2015年的災害統計數據，分析在氣候變化背景下中國農業氣象災害總體形勢以及洪澇、干旱、風雹和低溫災害的面積、波動性、損失率以及等級的變化特征，以期為農業救災減災和災害預防提供依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源及處理

所用數據包括《中國統計年鑒》、《中國農業統計資料》中1976-2015年農作物播種面積、受災面積、成災面積和絕收面積。

1976、1977、1980和1981年各類災害的絕收面積缺失，利用受災面積或成災面積與絕收面積的關系進行數據補齊。統計相關性表明絕收面積與成災面積具有更高的相關性，因此統計1982-2015年洪澇、干旱、風雹和低溫絕收面積與成災面積的比例均值，分別為0.28、0.20、0.22、0.18，用比例均值乘以成災面積得出缺失年份的絕收面積。

1.2 研究方法

1.2.1 受災率、成災率和絕收率

由于每年農作物播種面積不同，為消除農作物播種面積年際變化對災害趨勢變化的影響，計算各類災害的受災率、成災率和絕收率。即

（2）

（3）

式中，Ai、Bi、Ci分別表示第i年的受災率、成災率和絕收率，i=1976，1977，…，2015，H1i、H2i、H3i分別表示第i年的受災、成災和絕收面積，Si表示第i年的農作物播種面積。

1.2.2 損失率

參照文獻[14]對受災、成災和絕收面積的定義及它們對糧食產量下降影響程度的上限值（分別為29%、79%和100%）、下限值（分別為10%、30%和80%），定義本文損失率的上限和下限，即將受災率、成災率和絕收率按上限比例加權為全部絕收的比率為損失率的上限，將受災率、成災率和絕收率按下限比例加權為全部絕收的比率為損失率的下限。計算式分別為

（5）

式中，Dupper,i及Dlower,i分別為第i年損失率的上限和下限，Ai、Bi、Ci分別為第i年災害受災率、成災率和絕收率。

1.2.3 災害變異系數

災害變異系數表示災害比率的變化幅度偏離其平均值的程度，是標準差與平均值之比，表示面積的波動程度[15]，即

CVm=Sm×100% （6）

式中，m=1、2、3時，CVm分別表示受災、成災和絕收率的變異系數，Sm分別表示受災、成災和絕收率的標準差，分別表示受災、成災和絕收率的平均值。變異系數越大，則災害的波動性越大。

1.2.4 災害強度及等級劃分

損失率反映了災害的致災程度，采用下式計算歷年損失率變異值[16]，即

式中，Zi為第i年損失率變異值，Ri為第i年損失率中值（損失率上限和下限的平均值）的平均值，為多年損失率中值的平均值，S為研究期間40a損失率的標準差。

計算1976-2015年全國干旱、洪澇、風雹以及低溫的歷年損失率變異值，基于上述計算結果，結合前人的分級標準[16]，將各類農業氣象災害劃分為重災（Z≥1.5）、中災（0.5≤Z＜1.5）、輕災（Z＜0.5）3個等級。

2 結果與分析

2.1 主要農業氣象災害受災程度變化特征

2.1.1 受災率

經計算，1976-2015年洪澇、干旱、風雹和低溫災害的多年平均受災面積占農作物總受災面積的96.7%，是農業生產的四大主要氣象災害。分析歷年主要農業氣象災害受災率的變化趨勢可知（圖1a），總體上看，研究期內（1976-2015年）農作物受災率存在極顯著的減小趨勢（P＜0.01），其中，干旱和風雹受災率的變化與此相符，而洪澇和低溫的變化趨勢不顯著。比較受災面積的變異系數可知（表1），低溫、洪澇受災率的波動性大于干旱和風雹。由圖1b可見，研究期內1976-1985年平均受災率相對較小，1986-2005年逐漸增大，2006-2015年又顯著減小，是40a間平均受災率最小的10a，其中洪澇平均受災率的變化趨勢與此相符，而低溫平均受災率在分析期內逐漸增加。

注：**表示變化趨勢極顯著，*表示顯著。T、F、D、WH和LT分別表示總體災害、洪澇、干旱、風雹和低溫。圖2、圖3和圖4同

Note:**indicates extremely significant,*indicates significant. T，F，D，WH and LT indicate total, flood, drought, wind, and low temperature disasters, respectively. The same as Fig.2, Fig.3 and Fig.4

2.1.2 成災率

由圖2a可知，總體上，分析期內（1976-2015年）農作物總成災率的變化趨勢不顯著，而風雹成災率呈顯著減小的趨勢，洪澇、干旱和低溫成災率的變化趨勢均不顯著，存在階段性的變化特征。由年代平均成災率可知（圖2b），總成災率變化具有明顯的階段性特征，1976-1985年平均成災率相對較小，1986-2005年明顯增大，2006-2015年又顯著減小，洪澇和干旱成災率的變化與此相符，而低溫平均成災率在分析期內逐漸增加。

2.1.3 絕收率

分析歷年主要農業氣象災害絕收率變化趨勢可知（圖3a），總體上，分析期內（1976-2015年）農作物絕收率的線性趨勢不顯著，其中，洪澇、干旱、風雹和低溫絕收率的變化趨勢均不顯著，存在階段性的變化特征。由圖3b可知，總絕收率變化具有明顯的階段性特征，與總成災率的階段性特征相同。其中，1976-1985年洪澇、干旱和風雹平均絕收率相對較小，1986-2005年明顯增大，2006-2015年又顯著減小；而低溫平均絕收率在分析期內逐漸增加。

比較受災率、成災率和絕收率的變異系數可見（表1），4種災害的絕收率的變異系數最大，其次是成災率，受災率的變異系數最小，說明災害越嚴重，其波動性越大。

表1 四種災害受災率、成災率和絕收率的變異系數（%）

2.2 主要農業氣象災害損失率變化特征

農作物產量的波動受農業氣象災害的影響[7]，損失率反映了災害對作物產量的影響，體現了農作物的易損性、脆弱性等特征。由多項式擬合的結果可知（圖4），分析期內（1976-2015年）四大災害總體損失率的上限和下限呈先增加后減小的趨勢，平均損失率為7.1%～15.7%；洪澇和干旱損失率的上限和下限變化趨勢與之一致，洪澇和干旱平均損失率分別為2.0%～4.2%、3.8%～8.6%，1976-1985年平均損失率的上限和下限相對較小，1986-2005年明顯增大，2006-2015年又顯著減小；而風雹損失率的上限和下限呈減小的趨勢，平均損失率為0.8%～1.7%，分析期內損失率上限和下限分別下降了0.5%和0.2%；低溫損失率的上限和下限則呈增加趨勢，平均損失率為0.5%～1.1%，分析期內損失率上限和下限分別增加了0.8%和0.5%。

2.3 主要農業氣象災害強度變化特征

為了反映各類災害的強度，計算全國干旱、洪澇、風雹和低溫災害的歷年損失率變異值（Z），基于計算結果，結合工作實踐，將各類災害分為重災、中災和輕災3個等級，具體標準為重災（Z≥1.5），中災（0.5≤Z＜1.5），輕災（Z＜0.5）。根據該標準，對1976-2015年全國干旱、洪澇、風雹和低溫災害的災害等級進行劃分（表2），由表2可見，四類災害發生輕災的次數較接近；干旱和風雹發生中災的次數分別為9、8次，明顯多于洪澇和干旱；而洪澇災害發生重災的次數最多，其次是風雹，最后是洪澇和低溫。對比各類災害不同等級的發生次數可知，洪澇為突發性災害，致災強度大。干旱、風雹為常態性災害，其發生頻率高。

表2 1976-2015年不同等級災害發生次數統計

3 結論與討論

3.1 結論

總體上看，1976-2015年中國主要農業氣象災害的受災率呈極顯著減小的趨勢，而成災率和絕收率變化趨勢不顯著。干旱受災率呈極顯著的減小趨勢，而成災面積和絕收面積存在階段性變化特征。洪澇受災率、成災率和絕收率線性變化趨勢不顯著，1976-1985年其各項災害指標相對較小，1986-2005年明顯增大，2006-2015年又顯著減小，這是由于洪澇災害波動性大。在分析期內風雹受災率、成災率呈顯著減小的趨勢，且其波動性最小。而低溫的受災率、成災率和絕收率的線性變化趨勢雖不顯著，但各項指標的年代平均逐漸增加。

研究期內四大災害總體損失率的上下限呈先增加后減小的趨勢，其平均損失率為7.1%～15.7%。洪澇和干旱的上下限均呈先增加后減小的變化趨勢，而風雹呈減小的趨勢，低溫呈增加的趨勢；洪澇、干旱、風雹和低溫近40a平均損失率分別為2.0%～4.2%、3.8%～8.6%、0.8%～1.7%和0.5%～1.1%。

四類災害等級劃分結果表明，洪澇為突發性災害，致災強度大，干旱、風雹為常態性災害，災害發生頻率高。這與以往研究結果相吻合，干旱主要發生在北方，風雹以山前為重，兩種災害在兩類地區基本是常態，如北方許多地區都有十年九旱之說。

3.2 討論

近40a全國主要農業氣象災害總體上受災面積顯著減少，但成災和受災面積變化趨勢不顯著。這是由于一方面在氣候變化背景下極端天氣氣候事件增多[17-18]，另一方面農業減災能力的增強使輕災面積下降，但對于重大災害的抗御能力仍然不足。

除低溫災害外，其它災害在近10a顯著減輕，有效灌溉面積的增加，節水與旱作技術的進步與推廣[19]，以及降水的區域特征顯著，西北干旱區降水增加，使得干旱面積縮小[20]。而風雹面積減小是由于全球變暖高緯度甚于低緯度，南北氣壓差縮小[21]。低溫災害各項面積的年代平均呈增加趨勢，主要是由于氣候變暖使得熱量條件改善，東北地區更換偏晚熟的品種、向高緯度高海拔過度擴種、春季過早播種等[22]增加了遭遇低溫災害的概率。

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Characteristics of Agricultural Meteorological Disasters in China from 1976 to 2015

LIU Xiao1, 2, HE Xue-min3, YOU Song-cai1

(1.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;3.Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

Based on the statistical data from 1976 to 2015, the disaster rate, loss rate and levels of major agricultural meteorological disasters were calculated and analyzed, including flood, drought, hail and low temperature. The results revealed that, (1) in general, disaster-induced rate of major agricultural meteorological disasters decreased from 1976 to 2015 in China, while the trend of disaster-affected rate and no harvest rate were not significant. Drought was almost the same as the overall trend. The flood-induced rate, flood-affected rate and no harvest rate showed the characteristics of stage change, and the average of those three indicators from 1986-2005 was the largest. The hail falling trend was remarkable, and disaster-induced rate and disaster-affected were significantly reducing. However, the low temperature disaster rate of the 10-year average gradually increased. (2) The upper and lower limits of the overall loss rate increased first and then decreased, with an average loss rate of 7.1%-15.7%. Drought and flood showed the trends of increased first and then decreased, hail showed decreasing trend, while low temperature showed increasing trend. The average loss rate of drought, flood, hail and low temperature were 2.0%-4.2%, 3.8%-8.6%, 0.8%-1.7% and 0.5%-1.1% respectively. (3) The number of times of flood at severe level was the most, thus flood was a sudden disaster. Drought and hail were normal disasters with a high frequency.

Agricultural meteorological disasters; Characteristics; Loss rate; Disaster level

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.08.002

2016-12-09

。E-mail: yousongcai@caas.cn

重點研發計劃項目（2017YFD0300400）；中國清潔發展機制基金贈款項目（2014109）

劉笑（1993-），女，碩士生，研究方向為氣象災害與減災。E-mail: smilefanf@126.com

劉笑,何學敏,游松財.1976-2015年中國主要農業氣象災害的變化特征[J].中國農業氣象,2017,38(8):481-487