四川省主要農(nóng)業(yè)氣象災害分析及其對糧食產(chǎn)量的影響

胡德鴻，甄 英，寇海軍，羅 淼

(內(nèi)江師范學院 地理與資源科學學院，四川 內(nèi)江 641199)

1 引言

農(nóng)業(yè)氣象災害是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中導致農(nóng)作物顯著減產(chǎn)的不利天氣或氣候異常的總稱，包括旱災、洪澇災、風雹災、低溫冷凍災等[1]。已有不少學者對農(nóng)業(yè)氣象災害的變化特征和趨勢[2～4]、農(nóng)業(yè)災害風險評價[5～9]、農(nóng)業(yè)氣象災害對糧食產(chǎn)量的影響[10·15]進行了研究，這些結(jié)果對科學有效地控制農(nóng)業(yè)災害風險，建立合理有效的農(nóng)業(yè)防災減災體系，保障糧食安全起到了重要作用。

四川省為亞熱帶季風氣候，雨熱同期，糧食種植歷史悠久，是我國糧食大省之一。由于地處我國西部腹地，地跨中國地勢的一、二級階梯，地理環(huán)境復雜，由于受秦嶺與青藏高原的阻隔，川內(nèi)自然災害頻發(fā)且嚴重。本文通過分析1979～2018年四川省干旱、洪澇、風雹和低溫四種農(nóng)業(yè)氣象災害受災率的變化特征及其對糧食作物及水稻、小麥、玉米三大農(nóng)作物單產(chǎn)的影響，為了解四川省氣象災害的變化規(guī)律，為防災減災等提供科學依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料來源

本文以四川省為本次的研究單元，選擇四川省1979～2018年農(nóng)業(yè)氣象災害干旱、洪澇、風雹、低溫四種主要氣象災害的受災面積數(shù)據(jù)，作為分析其對糧食產(chǎn)量的依據(jù)。數(shù)據(jù)主要來源于《四川農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料》和《中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部》網(wǎng)站(http://zdscxx.moa.gov.cn:8080/nyb/pc/index.jsp)。同時段的水稻、小麥、玉米和糧食作物單產(chǎn)數(shù)據(jù)，主要來自《四川統(tǒng)計年鑒》和《四川農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料》。

由于播種面積每年都有變化，為了比較氣象災害造成的相對損失或災害的危害程度，采用災情率分析災情，確定農(nóng)作物受災面積與總播種面積之比為災情率[16]。

2.2 方法

2.2.1 R/S分析

R/S分析法，也稱為重標極差分析法。R/S分析能對數(shù)據(jù)的持續(xù)性或反持續(xù)性給予證明，并對持續(xù)性(反持續(xù)性)成分的強度進行定量比較，在應用大量連續(xù)觀測資料進行科學預報時有重要意義。

具體過程如下[17]：考慮一個時間序列差分{ξ(t)}，式中ξ(t)=B(t)-B(t-1)，B(t)為時刻t的觀測值，t=1,2,…。(1)對于任意正整數(shù)τ，定義均值序列<ξ>t、累計離差X(t)、極差R(τ)、標準差S(τ)分別為公式(1)～(4)：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中t=1，2，…代表滯時。

如果采用標準差除極差，相當于將極差“標準化”，消除量綱的影響，于是得到極差與標準差的比值：

(5)

經(jīng)過長期的理論分析和模擬試驗研究，Hurst發(fā)現(xiàn)如下經(jīng)驗標度關(guān)系：

R(τ)/S(τ)=(π/2)H

(6)

式(6)中，H為Hurst指數(shù)。不同的H值范圍代表序列的不同含義：H=0.5，說明時間序列是完全獨立、隨機分布的，前后的變化沒有相關(guān)性；0.5

2.2.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種多因素統(tǒng)計分析方法，用來揭示各因素之間關(guān)系的強弱。其基本思想是根據(jù)系列曲線的幾何形狀的相似性來判斷關(guān)系是否密切。曲線越近，對應序列之間的相關(guān)性越大，反之亦然[19，20]。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)氣象災害變化趨勢

由圖1旱、澇受災率的變化趨勢圖可知，近40a四川省旱、澇受災率分別以1.746%/10a、0.201%/10a的速率呈不顯著的下降和上升趨勢(P旱=0.057、P澇=0.921)，但卻具有一定的階段性特征。

圖1 四川省1979～2018年干旱和洪澇受災率變化趨勢曲線

近40a四川省風雹受災率的線性趨勢表明(圖2)，風雹災害率以0.813%/10a的速率顯著降低(p=0.00)，低溫受災率以0.122%/10a的速率呈不顯著上升趨勢(P=0.474)。

圖2 四川省1979～2018年風雹和低溫受災率變化趨勢曲線

3.2 R/S分析農(nóng)業(yè)氣象災害未來趨勢

對四川省1979～2018年洪澇、干旱、風雹及低溫4種農(nóng)業(yè)氣象災害的受災率數(shù)據(jù)進行了R/S分析，得到它們的Hurst指數(shù)，預測其未來短時間內(nèi)的變化趨勢，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，四川省四種農(nóng)業(yè)氣象災害受災比均呈現(xiàn)較明顯的Hurst現(xiàn)象。其中，干旱與風雹的受災比在過去40a中分別以1.746%/10a和0.813%/10a的速率呈輕微減少趨勢(圖2)，兩者的Hurst指數(shù)分別為0.533、0.8545，決定系數(shù)均達0.90以上，說明該地區(qū)未來受災比的變化趨勢與過去有一致性。洪澇與低溫的受災比Hurst指數(shù)分別為0.6868、0.6941，表明對過去變化的趨勢有較強的持續(xù)性；洪澇與低溫的受災比在過去40a的變化趨勢中較為相似，兩者均呈增加的變化趨勢且整體波動較小，說明未來短時間內(nèi)兩者仍將持續(xù)這種變化趨勢。

圖3 四川省四種農(nóng)業(yè)氣象災害受災率R/S分析表1 四川省農(nóng)作物產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)氣象災害受災面積的灰色關(guān)聯(lián)分析

3.3 糧食產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)氣象災害的灰色關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析方法以及四川省主要農(nóng)作物生產(chǎn)情況，將1979～2018年稻谷、小麥和玉米三大農(nóng)作物及糧食作物單產(chǎn)(kg/hm2)作為參考數(shù)列，將影響農(nóng)作物產(chǎn)量的四大農(nóng)業(yè)氣象災害的受災面積數(shù)據(jù)(hm2)作為比較數(shù)列，經(jīng)計算后得出了各農(nóng)業(yè)氣象災害對農(nóng)作物單產(chǎn)的影響程度(表1)。

由表1可知，四川省糧食產(chǎn)量和三大農(nóng)作物單產(chǎn)與4種氣象災害的關(guān)聯(lián)序列均為：低溫>風雹>洪澇>干旱災害，說明在農(nóng)業(yè)氣象災害中，影響四川省糧食產(chǎn)量的主要災害是低溫災害。

4 結(jié)論

通過對四川省1979～2018年四類農(nóng)業(yè)氣象災害和三類主要農(nóng)作物及糧食產(chǎn)量的分析研究，得出如下結(jié)論。

(1)四川省1979～2018年四種農(nóng)業(yè)氣象災害受災率變化趨勢為洪澇>低溫>風雹>干旱，洪澇和低溫受災比呈輕微上升趨勢，20世紀80年代前期洪澇受災率高于干旱受災率；20世紀80年代中期開始到2007年干旱受災率整體高于洪澇受災率；2008～2018年期間洪澇受災率整體又高于干旱受災率。干旱和風雹受災比呈輕微下降趨勢，在1979～2001年風雹受災率均高于低溫受災率且變化劇烈，說明此階段風雹對農(nóng)作物影響相對較強；2002年以后霜凍的受災率開始有較大波動，低溫受災率略高于風雹受災率。

(2)四川省四種農(nóng)業(yè)氣象災害受災率均呈現(xiàn)較明顯的Hurst現(xiàn)象。其中，洪澇與低溫的受災率Hurst指數(shù)分別為0.6868、0.6941，且過去40a兩者受災率呈上升趨勢，說明未來短時間內(nèi)兩者仍呈持續(xù)上升趨勢。干旱與風雹的Hurst指數(shù)分別為0.533、0.8545，且過去40a兩者受災率呈下降趨勢，表明四川未來受災率持續(xù)下降。

災害糧食 稻谷 小麥 玉米關(guān)聯(lián)度權(quán)重關(guān)聯(lián)度權(quán)重關(guān)聯(lián)度權(quán)重關(guān)聯(lián)度權(quán)重干旱0.7960.2290.7920.2290.7850.2260.8130.234洪澇0.8310.2390.8210.2380.8310.2390.8460.243風雹0.9250.2660.9170.2650.9220.2650.9010.259低溫0.9270.2660.9260.2680.940 0.270 0.9140.263

(3)四川省糧食產(chǎn)量和三大農(nóng)作物單產(chǎn)與四種氣象災害的關(guān)聯(lián)序列為低溫>風雹>洪澇>干旱災害，說明在四川省的農(nóng)業(yè)氣象災害中，低溫災害起主要作用。