云南小?？Х雀珊碉L險評估

李蒙 竇小東 張明達 魯韋坤 周建琴 朱勇

(1 云南省氣候中心 云南昆明 650034;2 云南省氣象服務中心 云南昆明 650034)

咖啡為多年生喬木，畏寒、喜濕潤、溫涼、庇蔭或半庇蔭環境［1］。全世界咖啡種植主要以小粒咖啡為主。中國種植咖啡已有一個多世紀的歷史，種植種主要為小粒咖啡。云南既是小粒咖啡種植最早的省份［2］，也是中國最大的咖啡種植基地，種植面積和產量均超過全國的98%［1］，且咖啡品質位居世界一流水平。云南小粒咖啡的產地主要集中在南部、西南部以及干熱河谷地帶。這些地區干濕季分明，干季降水僅占全年的15%左右，是我國干旱發生頻繁的地區之一［3］。干旱嚴重影響小?？Х仍诟靼l育期，尤其是開花期的植物光合生理過程，制約小?？Х鹊纳L，導致小?？Х鹊漠a量和品質下降［4-7］。2009 年云南特大干旱導致全省絕收的小粒咖啡面積多達4 000 hm2，新種植的咖啡幼苗枯死率高達50%。特大旱災不僅造成2009 年的小粒咖啡減產，品質也受到了嚴重的影響，還持續影響了2010 年以及2011 年度的產量。研究表明［8］，21 世紀以來，云南降水減少，高溫干旱事件有增強增多趨勢，由2～3年一遇變為1～2 年一遇，因此，云南小粒咖啡產業的發展面臨更大的干旱風險和挑戰，而干旱災害風險評估是科學預防干旱災害，控制和降低干旱災害風險的重要基礎性研究和重要途徑［9-10］，可通過干旱災害風險管理更有效地減緩干旱災害的影響［11］。

隨著自然災害風險理論［12］的發展，干旱災害風險評估、區劃在包括云南在內的不同區域［13-17］和不同作物上［18-20］得到了廣泛的研究和應用。目前關于云南小?？Х鹊难芯慷嗉性谛×？Х鹊倪m宜性區劃，不同環境因素、病蟲害以及施肥條件等對小粒咖啡的品質、產量的影響方面。張明達等［1］運用層次分析法研究了云南省小?？Х确N植的生態適宜性區劃，章宇陽等［21］研究了不同遮蔭條件下施肥量對云南干熱區小?？Х犬a量和肥料利用的影響，李貴平［22］研究了云南怒江干熱河谷區咖啡綠蚧的周年發生規律。而關于云南小粒咖啡干旱風險評估的研究鮮有報道，基于此，本研究以云南125個縣級氣象站點多年實測數據為基礎，在自然災害風險理論的基礎上，結合小?？Х茸魑锏淖陨硖匦砸约霸颇系臍夂蛱攸c，構建小?？Х雀珊禐暮︼L險評估指標和模型，開展干旱災害風險評估，旨在為云南省小?？Х确N植防災減災提供科學依據。

1 數據與方法

1.1 數據及來源

數據包括云南125 個縣級氣象站點多年平均（1981—2010 年）的逐日、逐月平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量以及上述各要素月值的100 m×100 m網格化推算數據，數據均來自于云南省氣候中心，各項數據均經過質量控制檢驗。

1.2 方法

1.2.1 干旱風險評估模型構建

采用干旱風險指數表征小?？Х人惺艿母珊禐暮︼L險強弱程度。研究表明，干旱災害風險主要由危險性（致災因子的強弱）、脆弱性（成災環境的特征）、暴露度（承災體的暴露面積）、防災減災能力（該區域面對災害的防御與緩解災害影響的能力）4個因子構成［12］?？紤]到承災體小粒咖啡作為經濟作物，各地基本上都采取標準化的種植管理方式，因此，本研究模型構建時忽略防災減災能力指標因子的影響，僅采用危險性、脆弱性和暴露度這3個指標因子構建模型。由于模型構建涉及多個因子，且各因子均由多個指標構成，故采用加權綜合評估法［23］構建模型見公式（1）：

式中，RISK干旱風險指數，H為危險性指數，S為脆弱性指數，V為暴露度指數，WH、WS、WV為危險性、脆弱性、暴露度的權重，權重值采用層次分析［24］結合專家打分［25］的方法依次確定為 0.6、0.3、0.1。為了消除各指標之間的量綱差異，對每一個指標進行歸一化［25］處理，使用0～1的數值來表示指標的強度。

1.2.2 危險性指數構建

干旱災害風險中的危險性指數是指造成干旱災害的自然變異因素及其程度，這些變異因素主要是指極端的氣候條件。一般來說，致災因子的危險性指數越大，干旱災害的風險就越大［26］。小粒咖啡不同發育期均需要一定的水分供應，對種植地區的降水總量有一定的要求［1］，尤其開花期的需水量最大［27］。因此，本研究考慮小粒咖啡需水的總體情況及開花期的需水特征，采用全年以及開花期降水虧缺率作為指標，綜合構建危險性評估指數見公式（2）～（4），即：

式中，H為危險性指數，WH1和WH2分別為年降水和開花期降水虧缺率指標因子權重，分別取值0.4和0.6，H1和H2分別為年降水和開花期降水虧缺率；RPi為全年或開花期降水量，ETwi為全年或開花期（3～5 月）需水量；n為分析時段天數，Kc為作物系數，開花期取值0.9，其余發育期取值1.0，C0為常數，取值0.000 939，Ra為第j天天文輻射，參考王學鋒等[28]的方法計算，Tmeanj為第j天平均氣溫，Tmaxj為第j天最高氣溫，Tminj為第j天最低氣溫，實際計算中可使用月氣象要素值近似計算月需水量。

1.2.3 脆弱性指數構建

孕災環境脆弱性主要指干旱危險區的氣候背景、植被狀況、地理條件、土壤性質和水文環境［9，11］。本研究側重從孕災環境的地形條件和水文環境兩個方面分別選取坡度和河網密度作為脆弱性指標。坡度越大越不利于降水的下滲，提高土壤含水率，干旱風險也就越高，而河網密度越大，則表示咖啡種植區灌溉條件越好，越有利于干旱的防御，降低干旱風險。兩個指標值分別均一化處理后加權計算得到脆弱性指數（5）。

式中，S為脆弱性指數，WS1和WS2分別為坡度和河網密度指標因子權重，分別取值0.4 和0.6，S1和S2分別為坡度和均一化河網密指數指標值，在arcgis 中使用自然斷點法分別將其分為四個等級，即高脆弱性、次高脆弱性、中等脆弱性和低脆弱性，并分別賦值0.8、0.6、0.4和0.1。

1.2.4 暴露度指數

干旱災害風險的暴露度指數是指該區域內的承災體可能會受到干旱危險威脅的范圍和影響程度的大小。參考張明達等［1］選取的氣候要素指標因子，基于arcgis 柵格計算實現各指標的精細化推算，并根據各指標因子的分級標準及綜合評價標準，得到各柵格點的氣候適宜性等級：最適宜、適宜、次適宜、不適宜四級，并分別賦值0.8、0.6、0.4、0.1，得到各柵格點的氣候適宜度指數。將氣候適宜度指數作為小?？Х雀珊当┞抖戎笖抵笜?，即適宜度指數越高，暴露度就越大，干旱風險等級越高，災害造成的損失可能就越大。

1.2.5 空間數據分析

為了實現格點化的小?？Х雀珊碉L險評估，運用Arcgis 將各個指標進行柵格化處理，并通過柵格計算得到各因子的格點數據，經綜合運算后得到干旱風險指數，再通過自然斷點分級來完成云南小粒咖啡干旱災害風險等級評價。

2 結果與分析

2.1 危險性分析

就年降水量虧缺率（圖1-a），高危險區主要位于金沙江、元江及怒江中下游的河谷區，主要由于該地區年降水量不足600 mm，遠低于小粒咖啡需水量，降水虧缺率超過40%；次高危險區主要位于元江以東、以北的大部地區以及瀾滄江流域的河谷地帶，其原因在于該區域年降水量大多低于1 000 mm，僅占需水量的60%～80%，降水虧缺率在20%以上；中危險區滇東南的東部地區及瀾滄江流域的中下游大部地區，年降水量超過1 200 mm，稍低于需水量，降水虧缺率在20%以內；低危險區主要位于哀牢山南側-瀾滄江以東地區、怒江中下游西部地區以及滇西南的西部邊緣地區，部分地區年降水超2 000 mm，明顯大于需水量，局部地區降水量是需水量的2倍以上。就開花期降水虧缺率（圖1-b）而言，高危險區和次高危險區的面積明顯大于年降水量虧缺率，滇中及以北以及各流域干熱河谷地區開花期降水量不足200 mm，不到需水量的40%，為高危險區，滇西南的大部地區及滇東南的北部地區開花期降水量不到300 mm，不足需水量的40%，為次高風險區；中危險區主要位于東部及滇西南的部分地區，開花期降水量約為需水量的60%～80%；低危險區主要位于怒江下游以西以及南部邊緣地區，部分地區超過500 mm，花期降水量大于需水量，能完全滿足小?？Х乳_花期的降水需求。

綜合全生育期和開花期降水虧缺率（圖1-c）來看，高危險區主要是金沙江、元江、怒江中下游河谷地區以及中北部可種植區，次高危險區主要是保山東部、臨滄東部、普洱西部以及玉溪大部、紅河北部等地，中低風險區主要是德宏、臨滄西部、普洱東部、西雙版納、紅河南部等種植區?？傮w而言，云南小粒咖啡主產區大多屬于低危險區或中等危險區，開花期降水偏少是大部分地區干旱危險性等級較高的原因。

2.2 脆弱性分析

從坡度脆弱性因子分布（圖1-d）來看，哀牢山以東大部地區以及德宏、普洱、西雙版納等地的大部可種植區地勢比較平緩，脆弱性等級明顯低于其他區域，為低脆弱區或中等脆弱區，而哀牢山區以及怒江下游、瀾滄江中下游、元江兩側則地形起伏度大，脆弱性等級較高。從河網密度（圖1-e）來看，元江流域及南盤江流域總體河流分布較少，河網密度較低，脆弱性等級較高，滇中及滇西南的小粒咖啡可種植區河網密度較高，脆弱性等級也較低。綜合來看，脆弱性等級較高的地區主要是哀牢山山區及以東的紅河南部、文山大部等地（圖1-f），為高脆弱區或次高脆弱區，滇西南的大部地區尤其是德宏、普洱、西雙版納的大部地區脆弱性等級較低。

圖1 云南小?？Х雀珊碉L險評估

續圖1 云南小粒咖啡干旱風險評估

2.3 暴露度分析

云南小粒咖啡氣候適宜區主要分布在滇西南的大部地區以及滇東南的部分地區，尤其是德宏、普洱、西雙版納等地，這些區域也是小?？Х鹊闹鳟a區，暴露度較高，干旱災害一旦發生，造成的經濟損失也較大。滇中及以北地區主要為小?？Х鹊牟贿m宜區或次適宜區，干旱災害對小?？Х仍斐傻挠绊懸蚕鄬^小，暴露度等級較低（圖1-g）。

2.4 干旱風險綜合分析

云南小?？Х瓤煞N植區干旱風險等級以中風險及次高風險為主（圖1-h），哀牢山以東以北種植區以高風險區和次高風險區為主，哀牢山南側以及怒江下游西部種植區以低風險等級為主。為了進一步分析各小?？Х戎鳟a區及全省干旱風險區的分布情況，本文計算了各產區各干旱風險等級面積占小?？Х瓤煞N植區的比例（表1）。由表1可知，全省可種植區14.2%為低風險區，31.1%為中風險區，46.6%為次高風險區，8.1%為高風險區，次高風險區和中風險區占比較高，占可種植區面積77.6%，占全省國土面積的43.7%，總體干旱風險等級偏高。從各主產區風險等級分布來看，德宏、怒江、保山、紅河低風險區占比較高，超過30%，其中德宏超過50%，而大理、臨滄、玉溪、文山占比較低，不足10%，低于全省平均水平；相應地，德宏、文山、西雙版納、普洱、臨滄等地高風險區占比較低，不到5%，但是文山、普洱、臨滄次高風險區的占比超過了40%，風險不容忽視。值得注意的是，文山、臨滄、普洱雖然高風險區和低風險區占比在全省并不突出，但是中風險區和次高風險區的占比較高，其風險等級更容易受到氣候變化的影響而大范圍的增加或減少。另外，雖然文山、普洱、西雙版納、臨滄等地高風險區占比少，但可種植區面積占比超過90%，相應的高風險區國土面積也大，尤其是普洱、西雙版納是主要的優質產區，需要特別注意小?？Х壬a的抗旱工作。

表1 云南小?？Х雀珊碉L險區占可種植區比例分布 單位：%

為了進一步分析云南小?？Х葘嶋H種植區的干旱風險分布情況，以氣象部門設置的咖啡作物小氣候觀測站為采樣點，共采集了73 個小粒咖啡種植區位置信息。從各采樣點的風險等級分布來看，低風險占比為13%，中風險占比為46%，次高風險區為39%，高風險為3%，其中低風險區主要是分布在德宏、普洱及西雙版納種植區，這些區域無論是年降水量還是小?？Х乳_花期降水均十分充足，同時自然條件不利于水土流失，灌溉條件較好；中風險區主要分布在德宏、普洱南部及文山南部，這些區域干旱危險性等級較低，但是由于坡度因子的影響，以及普洱中部、文山南部河網密度較低，灌溉條件相對較差，加之這些地區基本上是小?？Х壬鷳B最適宜區，干旱災損大，風險高，需要改善自然條件對小粒咖啡供水的影響；次高風險區主要是保山，臨滄、普洱西部和北部、西雙版納西部種植區，這些區域干旱風險多由幾個因子共同影響造成，總體上高溫蒸發大，大部區域小?？Х乳_花期或者整體降水均不足，基本為中危險區或次高危險區，加上地形地貌不利于儲水和灌溉，生態適宜度高，咖啡產值高，干旱影響大；高風險區主要是保山潞江壩的局部種植區，無論是年降水量還是開花期降水量都遠低于同期需水量，是干旱高危險區，雖然脆弱性等級較低，但暴露度等級較高，綜合風險等級高。

3 討論與結論

本研究根據云南小?？Х鹊姆N植生產實際情況，在自然災害風險理論基礎上構建了小粒咖啡干旱災害風險評估模型，通過精細化柵格處理和分析，得出如下結論：（1）云南大部小?？Х确N植區年降水量能滿足生長需求，但開花期僅南部和西部邊緣能滿足需求，滇中及以北大部地區干旱危險性等級最高，滇西南大部較低；（2）滇東南大部小粒咖啡可種植區脆弱性等級較高，其余地區總體偏低，河網密度是主要影響因素；（3）滇中及以北大部地區小粒咖啡氣候適宜性等級最低，干旱暴露度較低，而滇西南地區則相反；（4）綜合而言，小粒咖啡開花期降水量偏少是干旱風險等級較高的主要影響因素，哀牢山以東以北干旱風險等級最高，尤其是各大流域河谷地區基本以高風險等級為主，滇西南大部小粒咖啡主產區以中低風險等級為主，但少部分優質產區為中高風險區，需要加強灌溉管理。

本研究中模型的指標圍繞小粒咖啡的生長特性，側重于選取氣候和自然因子，使得模型更為客觀，也解決了社會經濟數據不易空間精細化的問題。同王鶯、柳媛普等［15，29］、姚玉璧等［30］采用的綜合氣象干旱指數或者彭曼公式相比，本研究構建的風險評估模型結構簡單，易于計算，且本研究實現了所有指標因子及綜合分析結果的精細化柵格處理，解決了無氣象臺站地區局地氣候不易描述，風險評估困難的問題，使得小?？Х雀珊禐暮Φ娘L險分析更加精準。本研究對于其他小粒咖啡種植省份以及其他亞熱帶經濟作物的干旱風險分析具有一定的借鑒作用，對于小粒咖啡的種植布局、災害風險管理也有一定的指導作用。同時，由于本研究僅分析了基于氣候態的小?？Х雀珊碉L險分布特征，沒有充分考慮氣候變化的影響，尤其是未來氣候變化對小?？Х雀珊禐暮Φ目赡苡绊懀罄m工作需要繼續開展相關研究以便更好地為小?？Х犬a業發展提供服務。