贛南臍橙低溫凍害天氣指數保險設計

張韻啟

(贛州市氣象局，江西贛州 341000)

臍橙產業屬于贛南特色主導產業，也是贛南地區的一大品牌。經過幾十年的發展，贛南臍橙種植面積居世界第一，是全國最大的臍橙產區，但低溫凍害等氣象災害影響臍橙的產量，制約著臍橙產業的發展，影響果農的經濟收入[1]。如1999年12月出現嚴重凍害，次年產量和產果面積均減少一半以上[2]。早在2012年，國務院《關于支持贛南等原中央蘇區振興發展的若干意見》指出要開展臍橙保險[3]。2016年贛州市人民政府辦公廳下發了《關于加快推進全市農業保險的通知》(贛市府辦字〔2016〕156號)，通知要求積極開展農業特色產業保險，開辦臍橙、煙葉、肉牛等商業保險險種，服務農業特色產業發展。開展贛南臍橙天氣指數保險研究，不僅可以為建立和完善臍橙政策性農業保險方案提供技術支撐，也可為開展其他作物政策性農業保險提供參考依據。

天氣指數保險(Index-based weather insurance)是指把一個或幾個氣象條件對農作物損害程度指數化，保險合同以這種指數為基礎，當指數達到一定水平并對農產品造成一定影響時，投保人即可獲得相應標準的賠償[4]。天氣指數保險作為一種新型的農業保險，具有客觀性、獨立性、指數結果可重復性、賠付的簡便性等特點[5-7]。近年來，天氣指數保險模式已經在美國、加拿大等發達國家及印度、墨西哥、馬拉維等一些發展中國家研究試點成功[4]。我國近年來也有關于天氣指數保險的研究。楊太明[8-9]等設計了夏玉米干旱天氣指數保險及水稻高溫熱害天氣指數保險，以反映降水量、高溫熱害對作物減產的影響，構建了天氣指數模型，提出了賠付標準。孫擎[10]等用Weibull分布模擬不同地區發生早稻高溫逼熟的概率，結合減產率來確定早稻高溫逼熟氣象災害指數的保險費率。婁偉平[11-13]等設計了柑桔天氣指數及茶葉霜凍天氣指數，以反映溫度對作物產量的影響，為保險費率的設定提供依據。根據贛南臍橙越冬期低溫凍害導致的臍橙產量損失與氣象因子存在的關系，提出臍橙低溫凍害保險的賠付標準，并結合臍橙低溫凍害的風險分布，設定不同的保險費，從而設計出贛南臍橙低溫凍害天氣指數保險產品。

1 資料與方法

1.1 資料

氣象資料來自贛州17縣(市、區)氣象站，包括1961—2016年逐年年極端最低氣溫及出現日期。臍橙產量資料來自贛州市統計局，包括17 縣(市、 區) 1999—2014 年臍橙單產及掛果面積。地理信息數據來自江西省氣候中心，包括贛州市DEM地理信息、土地利用資料和植被數據等。社會經濟資料來自政府門戶網站，包括以縣(市、區)為單元的行政區年末實際耕地面積、GDP等。

1.2 臍橙低溫凍害天氣指數保險指標設計

凍害是影響贛南臍橙種植的主要氣象災害之一[14]。國內學者[15]在研究浙江桔區柑桔受凍指標時提出，影響柑桔凍害的主要因子是低溫強度和持續時間，凍害的溫度指標可以用極端最低氣溫來表示。

考慮到天氣指數要計算簡單，便于理解和推廣，基于17縣( 市、 區)氣象站的氣象數據及農業資料，通過分析越冬期極端氣溫與臍橙單產減產率的關系，選取臍橙越冬期的極端最低氣溫作為凍害天氣指數(T)。

1.3 臍橙低溫凍害天氣指數保險費計算

綜合考慮保險公司和農戶的利益，保險公司的賠付額及農戶的損失都要降到最低,可以建立一個指標框架來進行評價，用LINGO軟件來求解規劃問題。為方便計算，將保險公司期望賠償金額和保險費的比值作為賠付率，農戶的損失以不發生賠付要投入的保險費來計算。將以上指標變為目標函數，來表示保險公司的賠付率和農戶的損失。當目標函數D最小時，保險公司的賠付及農戶的損失相對最小，便求解出了最優保險費，則目標函數可表示為

Dmin=BP/M+M(1-P)L，

(1)

式中，B表示保險金額，P表示災害概率，M表示保險費，L表示柑橘類保險投保人負擔比。考慮到農業保險費不宜過高，假定一個100元/666.7 m2的上限,則約束條件為：0(元/666.7 m2)

1.4 臍橙低溫凍害天氣指數保險費的修訂

氣象要素存在著空間差異，各地區臍橙受到的低溫凍害強度和頻率也都存在差異，不同地區的作物種植面積、高程和植被等也是影響作物產量的重要因素。利用氣象、地理、土地利用和社會經濟數據，從低溫凍害危險性、環境脆弱性、風險敏感性、防災減災能力4個方面構建贛南臍橙低溫凍害風險評價模型[3]，從而對不同風險區域設定合理的保險費。

1.4.1 致災因子危險性評價 影響臍橙低溫凍害程度的因子主要有凍害的強度和概率。利用凍害頻次與損失量的乘積來表示致災因子的危險性。公式為

H=FS,

(2)

式中，H表示致災因子危險性指數，F表示凍害頻次，S為損失量。F越大，則該地區遭受低溫凍害的風險越大。凍害頻次的統計方法:只要該地區某一年份出現日極端最低氣溫≤-3 ℃的凍害,便記為出現一次凍害。損失量S可用來分析災害強度分布的地域差異，S越大，表示該地區歷史上遭受災害的強度越大，反之越小。

實際產量可分離成氣象產量和趨勢產量，若y表示實際產量，yt表示趨勢產量，yi表示氣象產量，則相對氣象產量y＇i表示為

y＇i=yi/yt=(y-yt)/yt。

(3)

當相對氣象產量為負值時，表示氣象條件不利于作物的生長，造成作物減產，則可用其絕對值表示該年減產率。實際產量用單產來表示，趨勢產量的計算采用二次曲線法來模擬。損失量定義為受災年減產率的平均值，用平均減產率表示。

首先對凍害頻次及損失量進行計算，然后對致災因子危險性進行評價，并將評價進行歸一化處理。插值采用反距離權重法，分級方法采用自然斷點分級法(以下等級劃分方法類同)，共分為低、中、高3個危險等級。

1.4.2 孕災環境敏感性評價 從臍橙低溫凍害的機理分析，選取高程及土地利用類型來表示孕災環境敏感性，公式為

E=aQ+bK，

(4)

式中,E表示孕災環境敏感性指數，Q表示高程，K表示土地利用類型，a和b為權重系數，其中a=0.7，b=0.3。

首先對高程及土地利用類型進行歸一化處理，然后進行孕災環境敏感性評價，采用自然斷點分級法將孕災環境敏感性進行區劃，分為低敏感區、中等敏感區和高敏感區。

1.4.3 承災體脆弱性評價 承災體是災害風險作用的對象，是蒙受災害的實體。即低溫凍害只有作用于承災體造成損失時，才形成災害。其易損程度與單產有關，采用臍橙的單產變異系數來表示易損性。選取作物種植面積比來構成作物的暴露性，即臍橙種植面積越多，當有災害發生時，可能受到的損失就越大。公式[8]如下

V=CW，

(5)

式中,V表示承災體脆弱性指數，C表示作物種植面積比率，W表示產量變異系數。

先計算出作物種植面積比例及產量變異系數，然后進行低溫凍害脆弱性評價與分析。作物種植面積比例的計算公式為

C=C1/C2，

(6)

式中,C1表示某縣臍橙種植面積，C2表示某縣耕地面積(單位均為666.7 m2)。產量變異系數計算公式為

(7)

1.4.4 防災減災能力評價 防災減災能力是對臍橙低溫凍害的預防和應對的能力，反映了社會經濟能力在抵御災害方面所起的作用。主要考慮人均GDP對防災減災能力的影響，防災減災能力指數用R來表示，選取贛南各縣的人均GDP數據，繪制贛南地區人均GDP分布圖，并進行歸一化處理，用自然斷點分級法進行劃分，共分為低、中、高三個防災減災能力區。

1.4.5 綜合災害風險評價 根據贛南臍橙低溫凍害風險與凍害危險性、環境脆弱性、風險敏感性、防災減災能力的關系，構建贛南臍橙低溫凍害風險指數，公式為

A=mH+nE+pV+q(1-R)，

(8)

式中，A表示贛南臍橙低溫凍害風險指數，H、E、V、R分別表示致災因子危險性指數、孕災環境敏感性指數、承災體脆弱性指數、防災減災能力指數。m、n、p、q為各評價因子的權重系數，分別為0.6、0.2、0.1、0.1。

風險指數較大，則臍橙出現低溫凍害的風險大，凍害風險指標較高的區域為風險Ⅰ區，因此設定該區的費率浮動系數大；剩下為風險Ⅱ區。

2 結果與分析

2.1 臍橙低溫凍害風險評估

贛南臍橙低溫凍害致災因子危險性分布如圖1a所示，致災因子危險性的高風險中心有三個，興國、石城的大部分地區處于高風險中心，崇義縣中部有一個高風險中心。由圖1b可知，孕災環境的高敏感區各縣均有分布。從圖1c可看出，承災體脆弱性的高風險中心有一個，位于尋烏、安遠的大部分地區及會昌南部地區。由圖1d可知，龍南、崇義、定南、大余、全南、南康、贛縣的防災減災能力較強。如圖2所示，贛南臍橙低溫凍害綜合風險的高風險區主要分布在北部的石城、興國，此外西部的崇義及東南部的安遠各有一個高風險中心；尋烏縣全境及大余、上猶、全南、定南的大部分地區處于中等風險區。將上述區域設為風險Ⅰ區，其他區域設為風險Ⅱ區。根據風險評估的結果，依據經驗，設置風險Ⅰ區的費率浮動系數為1.2，風險Ⅱ區的費率浮動系數為1.0。

圖1 贛南臍橙低溫凍害綜合風險各指標分布

圖2 贛南臍橙低溫凍害綜合風險空間分布

2.2 凍害天氣指數與減產率的關系

根據17縣(市、區)氣象站低溫凍害的發生情況，統計出各站的凍害天氣指數與減產率，并分析兩者的相關性，運用回歸分析法，可得到回歸方程

X=0.047-0.07T，

(9)

式中，X表示減產率(%)。

極端最低氣溫每下降1 ℃，減產率就增加7%。贛南臍橙越冬期低溫凍害天氣指數保險的理賠依據為凍害天氣指數與臍橙經濟損失之間的關系。利用公式(9)得出贛南臍橙低溫凍害天氣指數與減產率的關系(見表1)。

表1 贛南臍橙低溫凍害天氣指數與減產率的關系 %

2.3 臍橙低溫凍害天氣指數保險賠付標準

贛南地區臍橙產量可達1～1.5 t/666.7 m2，按照市場平均價格6 000元/t推算，豐收時產值可以達到6 000 元/666.7 m2以上，保障水平取50%，則保險金額為3 000元/666.7m2。設定當極端最低氣溫≤-3 ℃時開始賠付。將極端最低氣溫代入式(9)中可得減產率，則賠償金額=保險金額×減產率。將保險金額B=3 000元/666.7m2，災害概率P=0.47，L=0.6代入公式(1)中，在LINGO11.0中運行得出保險費M為67元/666.7 m2。則某地區保險費Mi可以由保險費率浮動系數和保險費M的乘積來求得，經計算得到風險Ⅰ區保險費為80.4元/666.7 m2，風險Ⅱ區保險費為67元/666.7 m2。

3 結論與討論

(1)根據贛州臍橙種植區17個氣象站點逐年年極端最低氣溫及出現日期、臍橙單產等資料，建立了贛南臍橙低溫凍害天氣指數保險的賠付標準，發現越冬期極端最低氣溫(T)每下降1 ℃，減產率就增加7%，并依此作為賠付損失的依據。基于自然災害風險理論對贛南臍橙低溫凍害風險進行評估，對風險Ⅰ區和風險Ⅱ區分別設定1.2、1.0的費率浮動系數。運用數學模型，采用LINGO求解規劃方程，得出保險費為67元/666.7 m2。

(2)天氣指數保險中的基差風險難以避免，但如何減小基差風險是設計產品的關鍵。基于自然災害風險理論對贛南臍橙低溫凍害風險進行了評估，針對不同風險地區采用不同的費率浮動系數，并依此修訂了保險費，減小了基差風險。

(3)對于傳統的農業保險，在經營中存在著系統風險、道德風險等弊端，天氣指數保險將災害損失指數化，投保人根據每個天氣指數對應的減產情況得到相應的賠償，避免了逆向選擇和道德風險。目前贛南地區的傳統臍橙政策性農險，保險金額按平均2 000元/ 666.7 m2確定，保險費為40元/ 666.7 m2，理賠時需要現場查勘和定損。本研究設計的天氣指數保險金額為3 000元/ 666.7 m2，保險費為67元/666.7 m2，比現行的保險金額更高，保險費也相應更高一些，但定損時只需根據相應的極端最低氣溫來核定賠償金額，規避了逆向選擇和道德風險。

(4)未來，如何讓農戶理解和接受天氣指數保險是值得深入探討的。農戶的家庭收入、柑橘收入比重、農戶對保險的認可度與農戶購買天氣指數保險的支付意愿如何都有著重要的關系。