基于非一致頻率分析方法的農業干旱成災率研究

林 越

(鐵嶺市防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧 鐵嶺 112000)

全球氣候變化對區域水資源產生較為明顯的影響，使得區域干旱程度逐步加劇。近些年來，遼寧西部作為北方地區典型受旱區，受災面積和成災比例都呈現較為明顯的上升趨勢。近些年來，對于農業干旱成災頻率的研究大都還是基于平穩系列進行分析，但農業干旱影響的因素較多，農業干旱成災數據系列滿足非平穩變化的數據系列，因此采用平穩系列的方式來進行農業干旱成災頻率的分析適用性不高，為此本文采用在水文非一致性分析效果較好的頻率分析方法，以遼寧西部干旱區域為研究實例，對其受農業干旱影響下的成災率進行分析，分析成果對于受旱條件下的農業受災保護措施具有參考價值。

1 干旱成災非一致性分析方法

干旱成災主要表現在對農業糧食方面造成的損失，因此干旱成災率非一致性分析主要結合農業糧食單位面積成災率進行計算，計算公式為：

I=S/A×100%

(1)

式中，S—受旱影響的成災面積，萬hm2；A—區域農作物播種的面積，萬hm2。

在具體分析時，需要對干旱成災率進行非一致的線性疊加特性分析，計算公式為：

Xt=Yt+Pt+St

(2)

式中，Yt—干旱成災率的確定性成分；Pt—干旱成災率的不確定性成分；St—干旱成災率的隨機成分。

在干旱成災率分析時，需要對干旱強度進行分析和劃分。首先需要進行干旱指標的分析，干旱指標的計算公式為：

(3)

式中，X—區域的干旱指標；xi—不同站點的不同尺度的干旱指數。

考慮到農業干旱受災率的分析，建立農業受災面積與干旱指數的變化關系如下：

Ii=Si/Di

(4)

式中，Si—第i受干旱影響的農業受災的面積；Di—受干旱影響年份農作物播種的面積；Ii—第i受干旱影響的百分比指數。

結合干旱影響程度，需要對農業干旱程度進行定量分析，計算公式為：

(5)

式中，Q—干旱強度；其他變量含義同上。

2 研究結果

2.1 區域概況

本文以遼寧西部旱區為研究實例，該區域年平均降水量439～684mm，最大可能蒸發量為677～1121mm。研究區3—9月份的降雨越多，則發生農業干旱災害的風險就越小，故降雨因子與干旱災害風險呈負相關性。將3—9月份多年平均降水量等間隔分為10類，相應的降雨量最大區域賦最小值1，降雨量最少的區域賦最大值10，得到3—9月份多年平均降水量因子圖層的重分類數據集，如圖1所示。易旱面積比例越大，則災害風險越大，據此將易旱面積比例最大的縣區賦值為10，最小的賦值1，其他縣區單元進行等間隔劃分，得到易旱面積比例數據集重分類圖。

圖1 研究區域降雨及作物成災面積空間分布

2.2 干旱強度與成災比例之間的相關性分析

對研究區不同等級干旱強度下的成災比例進行相關分析，繪制了不同強度的農業干旱成災面積比率曲線，分析結果見表1和圖2。

從分析結果可看出，區域的高頻率干旱強度與成災率呈現正相關性，相關系數逐步增加，而在低頻干旱強度與成災率的相關性較低，這主要是因為低頻干旱強度下農業干旱受災率影響的因素較多。從相關性分析結果可以看出，干旱強度與農業干旱成災率總體相關性不高，但總體均為正相關。從農業干旱成災率面積曲線可看出，隨著干旱強度的逐級增加，農業干旱成災率面積曲線呈現一定的非線性正態分布，這也表明農業干旱成災率的非一致的波動變幅的狀態。

表1 不同程度干旱強度與成災比例之間的關系

圖2 不同干旱強度下的農業干旱成災率面積曲線

2.3 干旱強度與成災比例時空分布關系分析

對各區域干旱強度和成災比例進行時空分布關系的分析，分析結果見表2。

表2 各區域干旱強度下的成災比例分析

注：R0表示重旱成災比例，R1表示特旱成災比例

從表2中可以看出，8#區域各干旱強度下的成災比例高于其他區域，原因是8#區域是農業產值大區，干旱強度下的農業干旱成災比例與區域農業種植結構和農作物生長屬性有著較為明顯的相關關系。從不同干旱強度下的成災比例分布可以看出，干旱成災比例總體呈現南大北小的分布特征，這主要是農業種植種類和結構分布影響。因此要降低區域不同干旱強度，特別是重旱和特旱強度下的成災比例，需要合理調整農業種植種類和種植結構。

2.4 干旱受災率與干旱受災指數的關系分析

分析了各典型區域農業干旱受災率與干旱受災指數的關系變化曲線，分析結果如圖3所示。

圖3 各區域干旱受災指數與干旱受災概率相關曲線分析

從圖3可以看出，干旱指數在10%～50%之間變化時，區域農業干旱受災率呈現鋸齒形變幅，而在干旱指數超過50%后，其干旱受災率呈現較為平穩的變化過程，這主要是因為在10%～50%干旱受災指數下，農業干旱受災率影響的因素較多，因此在這一段過程中，農業干旱受災率變幅較大，而到干旱指數超過50%后，農業干旱受災率影響因素較少，因此其變幅逐步趨于穩定。

2.5 干旱受災率綜合評估結果

對各區域的農業干旱受災率進行綜合評估，評估分析結果見表3。

表3 各區域不同干旱等級下的受災率綜合評估結果

從表3可以看出，發生嚴重和特大干旱的受災風險率相比于輕度和中度干旱有所減少，這主要是因為區域抗旱措施實施力度逐年加大，許多抗旱措施逐步發揮效益，區域農作物的布局和種類也根據旱區的特性進行一定程度的調整。輕度和中度干旱的受災風險率呈現一定程度的上升變化趨勢，這主要是因為在區域發生輕度和中度干旱發生的頻率較高，在60%以上，因此發生區域輕度和中度干旱的成災率要高于嚴重干旱和特大干旱。

3 結論

總體而言，遼寧西部典型旱區農業干旱成災率在高頻段有所降低，而在低頻段有所增加，農業干旱成災率總體增加2.5%，特大干旱條件下的干旱成災率降低1.5%。

抗旱措施和農業種植種類的優化布局，總體上降低了特大和嚴重干旱等級下農業干旱受災率，而由于輕旱和中旱頻率的增加，相應的成災率上升明顯。