近40年來華中地區農業氣象災害損失變化特征及影響

陳笑笑，黃治勇，姚 瑤，鞠英芹，段 彭，李留毅，楊 倩

（1.中國氣象局 氣象干部培訓學院 湖北分院，湖北 武漢 430074；2.暴雨監測預警湖北重點實驗室，湖北 武漢 430205；3.湖北國際物流機場有限公司，湖北 鄂州 436000）

0 引言

我國是世界上自然災害最為嚴重的國家之一，且災害種類多，分布地域廣，發生頻率高，造成損失重［1］。據世界氣象組織估計，氣象災害造成的損失約占各種自然災害總損失的85%，而旱災損失又占氣象災害損失的50%左右［2］。中國作為農業大國，農作物生產安全問題直接關系著經濟的可持續發展，而每年受氣象災害損失的農作物面積高達5000萬hm2，直接經濟損失達幾十億元［3-4］。目前已有不少學者對農業氣象災害開展了研究，分全國性［5-9］、區域性［10-13］和單一省份［14-18］等，包括農業氣象災害的特點、分布、對糧食生產的影響以及應對策略［19-21］等都有一定的分析，這些或研究時間太短，或研究時間太過久遠，且多集中于北方，而對南方農作物影響的研究較少。近年來受全球氣候變化影響，極端天氣頻發，且多集中于黃河以南地區，尤其是2022年以來，全球性的高溫熱浪事件影響甚廣，據應急管理部統計，截至2022年8月底，受高溫干旱的影響，長江流域內飲水困難人口達340多萬人，農作物受災面積達370萬hm2以上，造成的農作物損失和經濟損失相當嚴重。

華中地區是我國主要糧食生產地區之一，地理環境復雜，又地處黃河流域和長江流域上，受汛期洪澇災害影響大。目前，對該區域的農業氣象災害研究多集中在單一省份氣象要素對農業的影響，且多以受災、成災面積來衡量，未從損失角度進行歸一化處理。本研究基于1980—2019年主要影響華中地區的水災、干旱、風雹和冷凍4種農業氣象災害指標的變化特征及其對糧食作物的影響，找出其氣象災害變化規律，提出相應的防災減災措施，對提高我國糧食產量和減少農業損失具有十分重要的意義。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本文收集了1980—2019年華中地區3個省份的農作物播種面積、糧食播種面積、糧食總產量以及主要影響華中地區的4種農業氣象災害指標（水災、旱災、風雹和冷凍）造成的作物受災面積（糧食損失10%以上）、成災面積（糧食損失30%以上）和絕收面積（糧食損失70%以上），數據來源于中國農業農村部種植業管理司和國家統計局。

1.2 研究方法

1.2.1 災害強度指數 根據趙映慧等［22］的研究認為，災害強度指數是一種反映災害強度大小的加權百分數，能夠更好地解釋農業氣象災害真實的演變特征。將成災率和絕收率分別賦值為0.3、0.7，并構建災害強度指數Q，計算公式為：

式（1）中，Q為災害強度指數；A為受災率，B為成災率，C為絕收率。致災率為致災面積與當年農作物播種面積之比。

1.2.2 糧食災損量和災損率 通過比重法來確定糧食災損量，計算公式為：

式（2）中，Fd(萬t) 為糧食災損量；R為糧食種植面積占農作物種植面積的比例；A1、A2、A3（hm2）分別為輕災、中災和重災的作物面積；Y（kg/hm2）為糧食單產水平；P1、P2、P3分別為受災、成災和絕收糧食產量的下降程度，根據受災、成災和絕收的定義，通過中值法確定其值分別為20%、45%和80%，其中災損率為災損量與糧食總產量的比值。

2 結果與分析

2.1 農業氣象災害的年際變化和年代際變化

華中地區農業氣象災害致災率年際變化基本保持一致，整體呈下降趨勢（圖1）。受災率和成災率的氣候傾向率分別為-0.071%/10 a、-0.039%/10 a，且通過了0.01的顯著性檢驗，說明輕度災害造成的糧食減產比例下降趨勢最明顯，其中2005年后河南省的致災率出現了陡降的趨勢，這與當地氣候條件和河南省政府加強了農田水利設施整改有較大關系。湖北和湖南2省的氣象災害致災率的下降趨勢基本相同。2008年除河南省外，其他2省的受災率和成災率均達到最大值，這與當年南方大范圍雪災天氣有關，華中地區受災率整體高于成災率10～20個百分點。

圖1 華中地區農業氣象災害受災率和成災率的年際變化

華中地區受災率、成災率的年代際變化（圖2）顯示，華中地區受災率和成災率的變化規律基本一致，水災和旱災這2個農業氣象災害指標的致災率遠高于風雹和冷凍，且21世紀后致災率呈明顯下降的趨勢。河南省各年代農業氣象災害指標的致災率由大到小依次為旱災＞水災＞風雹＞冷凍，其中旱災的致災率遠高于水災，最大出現在1980—1989年（寫成1980s，下同），受災率和成災率分別為20.3%、9.8%，其次為1990s；水災致災率最大出現在2000s，受災率和成災率分別為6.5%、3.9%，說明旱災是河南省的主要農業氣象災害。湖北省水災和旱災的致災率相對大小在各年代交替出現，水災和旱災的受災率最大出現在1990s，分別為17.5%、14.0%，水災成災率最大為10.0%，旱災成災率最大出現在2000s，為8.2%，風雹和冷凍的致災率在2010s以前整體呈上升的變化趨勢，說明水災和旱災是湖北省的主要農業氣象災害。湖南省各年代水災和冷凍這2個農業氣象災害指標的致災率均呈先增加后減小的變化趨勢，旱災和風雹的致災率基本上呈減小的變化趨勢，水災和旱災的受災率最大，均為17.8%，出現在21世紀以前。湖北、湖南2省的致災率變化趨勢保持高度一致，與這2省氣候狀況相似有關。

圖2 華中地區農業氣象災害受災率和成災率的年代際變化

2.2 農業氣象災害的波動變化

由表1可知：華中地區近40年來農業氣象災害的受災率和成災率的突變點具有較好的一致性，水災和冷凍的突變時間整體上早于旱災和風雹，主要集中在20世紀80～90年代初，與全國的突變時間一致。風雹致災率的突變時間最晚，多集中于2010s上半期，旱災突變時間較分散，且同一地區受災率和成災率突變時間也有差距，說明導致其突變時間變化的驅動機制具有差異性，且形成機制也不同，同時不同區域防洪抗旱的條件與能力以及農作物對洪旱災害的抵抗力等影響因素均是導致突變點有差異的重要原因。

表1 華中地區農業氣象災害受災率和成災率的突變時間

由于絕收面積只有近10年的數據，故本研究基于近10年來華中地區災害強度指數變化情況進行分析。由圖3可知：華中地區平均災害強度指數呈現自北向南遞增的趨勢，旱災強度指數表現則相反，這與區域年均降水量有關。近10年來，河南和湖北2省風雹平均災害強度指數最大，分別為18.49%、21.69%；冷凍最小，分別為6.95%、12.47%；湖南4種災害強度指數均在17.00%以上，其中水災平均災害強度指數最高，達26.34%。整體而言，華中地區農業氣象災害強度指數都較高，需重點防范。

圖3 近10年來華中地區平均災害強度指數和年際變化

近10年來，河南省風雹災害強度指數呈波動減小的變化趨勢，其他災害指標的災害強度指數呈先增加后減小的變化趨勢，且均在2018年達到最大值，災害強度指數大小依次為旱災（40.23%）＞水災（33.39%）＞冷凍（28.21%）＞風雹（19.53%）。湖北省冷凍災害強度指數呈波動增加的變化趨勢，其他災害指標的災害強度指數呈先增加后減小的變化趨勢，旱災、水災和風雹3個農業氣象災害指標分別在2015、2017和2018年達到最大值，分別為22.2%、33.45%和32.24%。湖南省水災和風雹災害強度指數呈波動減小的變化趨勢，旱災和冷凍災害強度指數呈波動增加的變化趨勢，其中水災最高災害強度指數為77.24%，出現在2013年。

災害變異系數表示災害的波動程度，是致災率標準差與平均值之比。變異系數越大，則災害的波動性越大。由表2可知，華中地區受災率的變異系數相對最小，波動性最小，年均受災率較為穩定。其中水災、旱災、風雹的受災率和成災率波動性自南向北遞增，冷凍災害的表現則相反，絕收率中湖北省的波動性最小，風雹絕收率的變異系數僅為45.9%；就災害種類而言，冷凍災害的變異系數最大，波動性最大。其中河南省受災率和成災率的波動性由大到小表現為冷凍＞水災＞風雹＞旱災，說明河南省旱災的致災率較為穩定，但絕收率波動性較大；而湖北省受災率和成災率的波動性由大到小表現為冷凍＞風雹＞旱災＞水災，說明湖北省水災的致災率較為穩定，這與其處于長江中游地區并長期受梅雨、暴雨的影響有關，湖南省災害的波動性規律相對不明顯。

表2 華中地區農業氣象災害受災率、成災率和絕收率的災害變異系數 %

2.3 農業氣象災害對糧食產量的影響

華中地區4種氣象災害受災率（成災率）與糧食單產量的相關性分析（表略）表明，氣象災害對糧食產量有很大的消極影響，整體負相關表現為河南＞湖南＞湖北。其中河南省糧食單產量與旱災的受災率（成災率）相關性最大，達-0.757（-0.674），其 次 是水 災，為-0.256（-0.253）、風 雹 為-0.22（-0.223）、冷凍為-0.233（-0.110），說明旱災對河南省糧食單產量影響很大，其他氣象災害影響程度一般。湖北、湖南2省糧食單產量與氣象災害相關系數絕對值均不超過0.5，說明其影響程度一般，湖南省的相關系數大小排序為旱災＞風雹＞水災＞冷凍，湖北省的排序為水災＞旱災＞風雹＞冷凍。綜合而言，冷凍與糧食單產量的相關性最小，所以農作物受其影響也較小，因此，防汛抗旱應作為華中地區農業氣象災害防災減災的重點。

用災損量和災損率來表示氣象災害對糧食產量的影響程度，由華中地區農業氣象災害的年均糧食災損量和災損率（圖4）可知，華中地區的年均糧食災損量依次為湖北（359萬t）＞湖南（352萬t）＞河南（204萬t），湖北省的災損量是河南省的1.76倍，這是因為河南省主要受旱災影響，而湖北省氣象災害以水災和旱災為主。就災害種類造成的災損量而言，由大到小表現為水災＞旱災＞冷凍＞風雹，其中水災和旱災造成的糧食災損量遠高于風雹和冷凍，這與上述相關性系數研究結果一致；華中地區災損率與災損量變化一致，湖北、湖南2省糧食災損率是河南省的6倍，可能是因為河南省糧食播種面積的基數大，河南雖地處最北，但冷凍災損率最低，只有0.2%，說明河南省的農業氣象災害防范措施和農作物抗災能力較強。

圖4 華中地區農業氣象災害的年均糧食災損量和災損率

3 結論與討論

本文通過分析1980—2019年華中地區的農業氣象災害數據，研究該地區農業氣象災害變化特征及其對糧食作物的影響，從農業氣候資源利用角度提出相應的防災減災措施，得出如下結論：

華中地區農業氣象致災率整體呈下降趨勢，河南省下降趨勢最顯著。受災率和成災率的氣候傾向率分別為-0.071%/10 a、-0.039%/10 a，其中受災率整體高于成災率10～20個百分點。各年代際水災和旱災的致災率遠高于風雹和冷凍，21世紀后致災率出現明顯下降的趨勢；水災和旱災是湖北、湖南2省的主要農業氣象災害，而河南省則以旱災為主。

華中地區近40年來農業氣象災害的致災率突變點基本一致，旱災較為分散，水災和冷凍的突變時間整體上早于旱災和風雹。水災、旱災、風雹致災率的波動性自南向北遞增，冷凍災害的表現則相反，波動性最大。河南省的旱災和湖北省的水災致災率均較為穩定。年均災害強度指數自北向南遞增，旱災表現則相反，各地區災害強度指數呈波動性變化。

氣象災害對糧食產量有很大的消極影響，整體敏感性影響表現為河南＞湖南＞湖北，其中冷凍災害對作物的影響最小，旱災對河南省糧食單產量的影響最大。湖北、湖南2省糧食災損率是河南省的6倍，就災害種類造成的災損量而言，由大到小表現為水災＞旱災＞冷凍＞風雹，防汛抗旱應作為華中地區農業氣象災害防災減災的重點。

因勢利導，趨利避害地利用農業氣候資源能夠有效地緩解糧食作物減產，為農業做到防災減災。本研究認為可以從以下幾點著手：一是優化作物品種布局，開展精細化區劃與評價。針對當地的特色農業、設施農業等，尤其是丘陵山區的復雜農業氣候類型，根據災害氣候特征和農作物對災害的敏感度進行合理的布局和搭配；二是開展農業氣候可行性論證與輔助決策。根據當地農業工程建設和政府決策的需要，提供氣象專業的決策服務；三是開展氣候變化對農業的影響和適應性分析。針對不同區域農業氣象災害的影響特點，提供農業生產長期適應和應對氣候變化的對策，形成氣候變化農業影響與適應評估報告等業務產品，為各級政府在農業生產規劃、布局和應對措施等方面提供科學依據；四是加強農田水利設施的配套建設。有效解決洪澇、旱災等氣象災害帶來的不利影響，同時提高耕地質量，確保農業生產力的提升。