黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險(xiǎn)設(shè)計(jì)

余 蘭 ，鐘化然

（1.海倫市氣象局，黑龍江 海倫 152300；2.安達(dá)市氣象局，黑龍江 安達(dá) 151400）

1 引言

黑龍江省地處吉林玉米種植帶區(qū)域，以種植春玉米為主[1]。截至2018年，黑龍江省玉米總產(chǎn)量達(dá)3982萬(wàn)噸，種植面積達(dá)6317千公頃 （國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，2018）。玉米是一種極具代表性的喜溫作物，它在整個(gè)生育期對(duì)低溫都極為敏感[2]。黑龍江省地處我國(guó)中高緯度地區(qū)，玉米生長(zhǎng)季熱量資源嚴(yán)重不足，低溫冷害頻繁發(fā)生。自1980年以來，黑龍江省的氣候明顯變暖，近50 a內(nèi)氣溫上升幅度高達(dá)1.0℃[3]，原來的玉米種植區(qū)低溫冷害的發(fā)生頻率及強(qiáng)度也隨之下降[4，5]。然而，氣候變化并非是一成不變的，溫度年際變化頻繁發(fā)生，上述因素不僅在一定程度上抵消了積溫增加的效應(yīng)，而且大大增加了低溫冷害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)概率[1]。因此，低溫冷害仍是威脅玉米正常生長(zhǎng)發(fā)育和糧食安全生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一。

天氣指數(shù)保險(xiǎn)是保險(xiǎn)合同以指數(shù)為基礎(chǔ)，這種指數(shù)表示單一或者多個(gè)氣象要素對(duì)農(nóng)作物的損害程度，如果指數(shù)達(dá)到一定水平且對(duì)農(nóng)產(chǎn)品造成一定影響，投保人就能得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的賠償[6]。作為一種新型的保險(xiǎn)模式，天氣指數(shù)保險(xiǎn)具有客觀性、科學(xué)性、及時(shí)性等特性[7]。由于我國(guó)氣象災(zāi)害頻發(fā)、重發(fā)，同時(shí)農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)市場(chǎng)態(tài)勢(shì)較好，各地的天氣指數(shù)保險(xiǎn)快速發(fā)展[7]。天氣指數(shù)保險(xiǎn)既有利于規(guī)避農(nóng)業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，又有利于提高防災(zāi)減災(zāi)和災(zāi)后恢復(fù)能力，自上世紀(jì)90年代以來國(guó)內(nèi)外研究人員逐漸重視這一領(lǐng)域，同時(shí)進(jìn)行了許多研究工作。然而，目前并未見到有關(guān)黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險(xiǎn)的文章。因此，本文依據(jù)黑龍江省玉米生長(zhǎng)季低溫冷害造成的玉米產(chǎn)量損失和氣象要素之間存在的關(guān)系，建立玉米低溫冷害保險(xiǎn)的賠付標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)分布情況，設(shè)計(jì)不同保險(xiǎn)費(fèi)，從而完成黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險(xiǎn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

2 資料與方法

2.1 研究資料

本研究選取了黑龍江省22個(gè)玉米農(nóng)業(yè)氣象站（圖 1）1981－2016 年 5－9 月逐日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)、各站點(diǎn)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，來源于黑龍江省氣象局。本文所選用的玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)，為氣象部門建有玉米農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站的22個(gè)縣 （市）1981－2016年的玉米單產(chǎn)數(shù)據(jù)，來源于黑龍江省統(tǒng)計(jì)局。

圖1 黑龍江省玉米農(nóng)業(yè)氣象站點(diǎn)分布

利用Excel和SPSS軟件對(duì)玉米低溫冷害天氣指數(shù)和單產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2.2 玉米低溫冷害天氣指數(shù)選取

天氣指數(shù)通常由一個(gè)或幾個(gè)氣象條件構(gòu)成[7]。需具備客觀性、可驗(yàn)證性及穩(wěn)定性。指數(shù)可以利用已經(jīng)頒布的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)[7]，因此本研究利用最新的玉米低溫冷害國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]，選擇玉米生長(zhǎng)季5－9月逐月平均氣溫之和的距平（△T）為玉米低溫冷害天氣指數(shù)。玉米低溫冷害強(qiáng)度等級(jí)[8]見表1。

玉米低溫冷害天氣指數(shù)的計(jì)算公式為

表1 黑龍江省玉米低溫冷害強(qiáng)度等級(jí)

式中，△T為玉米低溫冷害天氣指數(shù) （℃），Tt為當(dāng)年5－9月逐月平均氣溫之和（℃），T為5－9月逐月平均氣溫之和的多年平均值（℃）。

2.3 玉米單產(chǎn)減產(chǎn)率的計(jì)算

利用歷年的單產(chǎn)數(shù)據(jù)和步長(zhǎng)為5 a的滑動(dòng)平均法[9]，模擬趨勢(shì)產(chǎn)量Yt，進(jìn)而分離出氣象產(chǎn)量，從而依據(jù)式（2）計(jì)算相對(duì)氣象產(chǎn)量Yw：

式中，Y為農(nóng)作物實(shí)際產(chǎn)量[7]。若Yw＜0，則意味著氣象條件對(duì)作物生長(zhǎng)不利，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，視－Yw≥5%的年份為減產(chǎn)年[10]，－Yw即為減產(chǎn)率。

2.4 玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險(xiǎn)費(fèi)的計(jì)算

依據(jù)張韻啟[11]的研究，保險(xiǎn)公司的賠付率為保險(xiǎn)公司期望賠償?shù)慕痤~與保險(xiǎn)費(fèi)的比值，農(nóng)戶的損失為不發(fā)生賠付時(shí)需投入的保險(xiǎn)費(fèi)。將這兩個(gè)指標(biāo)之和設(shè)為目標(biāo)函數(shù)D，當(dāng)D最小時(shí)，保險(xiǎn)公司的賠付額和農(nóng)戶的損失相對(duì)最小，就得出了最優(yōu)保險(xiǎn)費(fèi)，則目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算公式為

式中，B為保險(xiǎn)金額，P為災(zāi)害概率，M為保險(xiǎn)費(fèi)，L為玉米類保險(xiǎn)投保人負(fù)擔(dān)比[11]。由于農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)費(fèi)不宜過高，假設(shè)約束條件為：0＜M＜100 (單位：元/666.7m2)。依據(jù)黑龍江省農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)保費(fèi)補(bǔ)貼管理辦法的相關(guān)規(guī)定，玉米類保險(xiǎn)中央、省、市縣財(cái)政補(bǔ)貼分別為40%、25%和15%，投保人負(fù)擔(dān)20%，所以L為0.2。

2.5 玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

通常可以利用氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果來修訂天氣指數(shù)保險(xiǎn)的保險(xiǎn)費(fèi)率。玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)大小既受天氣影響，又與種植區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、地理環(huán)境、抗災(zāi)能力等因素有關(guān)[12]。因此，各種植區(qū)風(fēng)險(xiǎn)程度不同，應(yīng)實(shí)施不同費(fèi)率，本文依據(jù)不同種植區(qū)低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果來修訂保險(xiǎn)費(fèi)率，以實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域差別費(fèi)率。致災(zāi)因子危險(xiǎn)性是本文玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要考慮因素[13]。

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性通常用來表示發(fā)生災(zāi)害的可能性。該指數(shù)越大，表示發(fā)生玉米低溫冷害的可能性越大，從而對(duì)玉米產(chǎn)量的影響程度也就越大；反之亦然。本文用玉米低溫冷害頻率和強(qiáng)度乘積的絕對(duì)值來表示玉米低溫冷害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性，

依據(jù)式（5）對(duì)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)做無(wú)量綱化處理，進(jìn)而得到黑龍江省玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)[12]。

式中，H′為無(wú)量綱化值，H為原始值，Hmin為最小值，Hmax為最大值。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越大，表示玉米低溫冷害出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)越大，設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)Ⅰ區(qū)為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高區(qū)域，該區(qū)費(fèi)率浮動(dòng)系數(shù)較大；其余為風(fēng)險(xiǎn)Ⅱ區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 玉米低溫冷害天氣指數(shù)與減產(chǎn)率的關(guān)系

將22個(gè)站點(diǎn)玉米低溫冷害明顯發(fā)生且導(dǎo)致玉米發(fā)生減產(chǎn)的樣本作為典型的低溫冷害樣本，利用SPSS軟件，分析黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)與玉米單產(chǎn)減產(chǎn)率的相關(guān)性，并利用線性回歸分析法得到兩者的回歸方程

式中，X為減產(chǎn)率（%）。當(dāng)玉米低溫冷害天氣指數(shù)減少1℃時(shí)，減產(chǎn)率增加5.85%。根據(jù)式（6）計(jì)算得到表2，即不同玉米低溫冷害天氣指數(shù)對(duì)應(yīng)的玉米單產(chǎn)減產(chǎn)率。

表2 黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)與減產(chǎn)率的關(guān)系

3.2 玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

利用ArcGIS反距離權(quán)重法插值，采用自然斷點(diǎn)法將黑龍江省玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為3級(jí)，即高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，詳見圖2。黑龍江省玉米低溫冷害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于西部的龍江，以及西南部的哈爾濱和雙城；中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于中部的勃利和集賢、東部的饒河，以及北部和西部大部分地區(qū)。設(shè)定以上地區(qū)為風(fēng)險(xiǎn)Ⅰ區(qū)，其余為風(fēng)險(xiǎn)Ⅱ區(qū)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)Ⅰ區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)Ⅱ區(qū)的費(fèi)率浮動(dòng)系數(shù)分別為 1.2和 1.0。

圖2 黑龍江省玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)空間分布

3.3 玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險(xiǎn)的賠付標(biāo)準(zhǔn)

按照目前玉米市場(chǎng)平均價(jià)格1.7元/kg推算，在正常情況下黑龍江省玉米畝產(chǎn)值可以達(dá)到850元，保障水平取70%，即保險(xiǎn)金額B為595元/666.7m2。當(dāng)玉米低溫冷害天氣指數(shù) （△T）≤－5℃時(shí)起賠。將△T代入式（6）中即得減產(chǎn)率，賠償金額則為保險(xiǎn)金額與減產(chǎn)率的乘積。將B=595元/666.7m2，災(zāi)害概率P=0.08，L=0.2代入式（3）中，利用 LINGO 軟件得到保險(xiǎn)費(fèi)M=16元/666.7m2。不同地區(qū)保險(xiǎn)費(fèi)為保險(xiǎn)費(fèi)率浮動(dòng)系數(shù)與M的乘積，則風(fēng)險(xiǎn)Ⅰ區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)Ⅱ區(qū)的保險(xiǎn)費(fèi)分別為19.2元/666.7m2和16元/666.7m2。

4 結(jié)論和討論

本文依據(jù)中國(guó)氣象局 《農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)氣象服務(wù)指南—天氣指數(shù)設(shè)計(jì)》的規(guī)定，利用最新的玉米低溫冷害國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選擇5-9月逐月平均氣溫之和的距平作為黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)，通過分析黑龍江省22個(gè)玉米農(nóng)業(yè)氣象站的氣溫?cái)?shù)據(jù)和玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件得到了黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)與減產(chǎn)率的關(guān)系模型，從而構(gòu)建了黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險(xiǎn)的賠付標(biāo)準(zhǔn)，并利用黑龍江省玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果修訂了保險(xiǎn)費(fèi)。

通過統(tǒng)計(jì)分析歷史數(shù)據(jù)，本文建立了黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)模型，在理論上設(shè)計(jì)了黑龍江省玉米低溫冷害天氣指數(shù)保險(xiǎn)產(chǎn)品，今后還有待開展試點(diǎn)應(yīng)用來驗(yàn)證和修訂有關(guān)參數(shù)。