基于非一致頻率分析方法的農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)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(duì)區(qū)域水資源產(chǎn)生較為明顯的影響，使得區(qū)域干旱程度逐步加劇。近些年來(lái)，遼寧西部作為北方地區(qū)典型受旱區(qū)，受災(zāi)面積和成災(zāi)比例都呈現(xiàn)較為明顯的上升趨勢(shì)。近些年來(lái)，對(duì)于農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)頻率的研究大都還是基于平穩(wěn)系列進(jìn)行分析，但農(nóng)業(yè)干旱影響的因素較多，農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)數(shù)據(jù)系列滿足非平穩(wěn)變化的數(shù)據(jù)系列，因此采用平穩(wěn)系列的方式來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)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(qū)域?yàn)檠芯繉?shí)例，對(duì)其受農(nóng)業(yè)干旱影響下的成災(zāi)率進(jìn)行分析，分析成果對(duì)于受旱條件下的農(nóng)業(yè)受災(zāi)保護(hù)措施具有參考價(jià)值。

1 干旱成災(zāi)非一致性分析方法

干旱成災(zāi)主要表現(xiàn)在對(duì)農(nóng)業(yè)糧食方面造成的損失，因此干旱成災(zāi)率非一致性分析主要結(jié)合農(nóng)業(yè)糧食單位面積成災(zāi)率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

I=S/A×100%

(1)

式中，S—受旱影響的成災(zāi)面積，萬(wàn)hm2；A—區(qū)域農(nóng)作物播種的面積，萬(wàn)hm2。

在具體分析時(shí)，需要對(duì)干旱成災(zāi)率進(jìn)行非一致的線性疊加特性分析，計(jì)算公式為：

Xt=Yt+Pt+St

(2)

式中，Yt—干旱成災(zāi)率的確定性成分；Pt—干旱成災(zāi)率的不確定性成分；St—干旱成災(zāi)率的隨機(jī)成分。

在干旱成災(zāi)率分析時(shí)，需要對(duì)干旱強(qiáng)度進(jìn)行分析和劃分。首先需要進(jìn)行干旱指標(biāo)的分析，干旱指標(biāo)的計(jì)算公式為：

(3)

式中，X—區(qū)域的干旱指標(biāo)；xi—不同站點(diǎn)的不同尺度的干旱指數(shù)。

考慮到農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率的分析，建立農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積與干旱指數(shù)的變化關(guān)系如下：

Ii=Si/Di

(4)

式中，Si—第i受干旱影響的農(nóng)業(yè)受災(zāi)的面積；Di—受干旱影響年份農(nóng)作物播種的面積；Ii—第i受干旱影響的百分比指數(shù)。

結(jié)合干旱影響程度，需要對(duì)農(nóng)業(yè)干旱程度進(jìn)行定量分析，計(jì)算公式為：

(5)

式中，Q—干旱強(qiáng)度；其他變量含義同上。

2 研究結(jié)果

2.1 區(qū)域概況

本文以遼寧西部旱區(qū)為研究實(shí)例，該區(qū)域年平均降水量439～684mm，最大可能蒸發(fā)量為677～1121mm。研究區(qū)3—9月份的降雨越多，則發(fā)生農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)就越小，故降雨因子與干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)性。將3—9月份多年平均降水量等間隔分為10類，相應(yīng)的降雨量最大區(qū)域賦最小值1，降雨量最少的區(qū)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(shù)據(jù)集，如圖1所示。易旱面積比例越大，則災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大，據(jù)此將易旱面積比例最大的縣區(qū)賦值為10，最小的賦值1，其他縣區(qū)單元進(jìn)行等間隔劃分，得到易旱面積比例數(shù)據(jù)集重分類圖。

圖1 研究區(qū)域降雨及作物成災(zāi)面積空間分布

2.2 干旱強(qiáng)度與成災(zāi)比例之間的相關(guān)性分析

對(duì)研究區(qū)不同等級(jí)干旱強(qiáng)度下的成災(zāi)比例進(jìn)行相關(guān)分析，繪制了不同強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)面積比率曲線，分析結(jié)果見(jiàn)表1和圖2。

從分析結(jié)果可看出，區(qū)域的高頻率干旱強(qiáng)度與成災(zāi)率呈現(xiàn)正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)逐步增加，而在低頻干旱強(qiáng)度與成災(zāi)率的相關(guān)性較低，這主要是因?yàn)榈皖l干旱強(qiáng)度下農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率影響的因素較多。從相關(guān)性分析結(jié)果可以看出，干旱強(qiáng)度與農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)率總體相關(guān)性不高，但總體均為正相關(guān)。從農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)率面積曲線可看出，隨著干旱強(qiáng)度的逐級(jí)增加，農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)率面積曲線呈現(xiàn)一定的非線性正態(tài)分布，這也表明農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)率的非一致的波動(dòng)變幅的狀態(tài)。

表1 不同程度干旱強(qiáng)度與成災(zāi)比例之間的關(guān)系

圖2 不同干旱強(qiáng)度下的農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)率面積曲線

2.3 干旱強(qiáng)度與成災(zāi)比例時(shí)空分布關(guān)系分析

對(duì)各區(qū)域干旱強(qiáng)度和成災(zāi)比例進(jìn)行時(shí)空分布關(guān)系的分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各區(qū)域干旱強(qiáng)度下的成災(zāi)比例分析

注：R0表示重旱成災(zāi)比例，R1表示特旱成災(zāi)比例

從表2中可以看出，8#區(qū)域各干旱強(qiáng)度下的成災(zāi)比例高于其他區(qū)域，原因是8#區(qū)域是農(nóng)業(yè)產(chǎn)值大區(qū)，干旱強(qiáng)度下的農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)比例與區(qū)域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)作物生長(zhǎng)屬性有著較為明顯的相關(guān)關(guān)系。從不同干旱強(qiáng)度下的成災(zāi)比例分布可以看出，干旱成災(zāi)比例總體呈現(xiàn)南大北小的分布特征，這主要是農(nóng)業(yè)種植種類和結(jié)構(gòu)分布影響。因此要降低區(qū)域不同干旱強(qiáng)度，特別是重旱和特旱強(qiáng)度下的成災(zāi)比例，需要合理調(diào)整農(nóng)業(yè)種植種類和種植結(jié)構(gòu)。

2.4 干旱受災(zāi)率與干旱受災(zāi)指數(shù)的關(guān)系分析

分析了各典型區(qū)域農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率與干旱受災(zāi)指數(shù)的關(guān)系變化曲線，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 各區(qū)域干旱受災(zāi)指數(shù)與干旱受災(zāi)概率相關(guān)曲線分析

從圖3可以看出，干旱指數(shù)在10%～50%之間變化時(shí)，區(qū)域農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率呈現(xiàn)鋸齒形變幅，而在干旱指數(shù)超過(guò)50%后，其干旱受災(zāi)率呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的變化過(guò)程，這主要是因?yàn)樵?0%～50%干旱受災(zāi)指數(shù)下，農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率影響的因素較多，因此在這一段過(guò)程中，農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率變幅較大，而到干旱指數(shù)超過(guò)50%后，農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率影響因素較少，因此其變幅逐步趨于穩(wěn)定。

2.5 干旱受災(zāi)率綜合評(píng)估結(jié)果

對(duì)各區(qū)域的農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率進(jìn)行綜合評(píng)估，評(píng)估分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各區(qū)域不同干旱等級(jí)下的受災(zāi)率綜合評(píng)估結(jié)果

從表3可以看出，發(fā)生嚴(yán)重和特大干旱的受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)率相比于輕度和中度干旱有所減少，這主要是因?yàn)閰^(qū)域抗旱措施實(shí)施力度逐年加大，許多抗旱措施逐步發(fā)揮效益，區(qū)域農(nóng)作物的布局和種類也根據(jù)旱區(qū)的特性進(jìn)行一定程度的調(diào)整。輕度和中度干旱的受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)率呈現(xiàn)一定程度的上升變化趨勢(shì)，這主要是因?yàn)樵趨^(qū)域發(fā)生輕度和中度干旱發(fā)生的頻率較高，在60%以上，因此發(fā)生區(qū)域輕度和中度干旱的成災(zāi)率要高于嚴(yán)重干旱和特大干旱。

3 結(jié)論

總體而言，遼寧西部典型旱區(qū)農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)率在高頻段有所降低，而在低頻段有所增加，農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)率總體增加2.5%，特大干旱條件下的干旱成災(zāi)率降低1.5%。

抗旱措施和農(nóng)業(yè)種植種類的優(yōu)化布局，總體上降低了特大和嚴(yán)重干旱等級(jí)下農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)率，而由于輕旱和中旱頻率的增加，相應(yīng)的成災(zāi)率上升明顯。