1978-2018年我國農業氣象災害時空變化特征

趙婭君，鄭粉莉，2，姚亞慶，張加瓊，2

（1.西北農林科技大學水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西楊凌 712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100）

引言

全球變暖使極端天氣氣候事件趨多趨強，干旱、洪澇、低溫冷凍、風雹、高溫各類氣象災害的發生頻率和災害強度增加，隨之而來的是災害造成的損失增加和防災減災的任務更為艱巨［1-2］。我國是世界上受氣象災害影響最嚴重的國家之一。1998年夏我國長江流域發生的特大洪水損失慘重，造成農田受災面積2.2×107hm2，直接經濟損失約2 551億元［3］。2004年1-6月，東北西部及內蒙古東部出現了百年一遇的春夏連旱［4］。2006年近海突然增強的“桑美”是登陸我國大陸的百年一遇超強臺風，造成483人死亡，直接經濟損失196.5億元［5］。2008年南方百年一遇的低溫雨雪災害，嚴重影響了我國湖南、安徽等多個省市區，導致全國162人死亡，經濟損失1 594.8億元［6］。2013年7月至8月上旬南方遭受歷史最強高溫熱浪襲擊。2020年南方地區遭遇1998年以來最重汛情，洪澇災害影響范圍甚廣；同年9月“巴威”、“美沙克”和“海神”三連擊造成黑龍江68 hm2農田絕收，1 885.3 hm2農田減產，估算損失達25.81億元。

極端天氣和氣象災害頻發對我國農業生產和糧食安全造成嚴重影響，導致受災面積增加、糧食減產等問題，進而影響國家糧食安全［7］。房世波等指出1978-2008年我國農業氣象災害日趨嚴重，成災面積呈上升趨勢，災害類型中旱災成災面積最大，區域分布上北方旱災嚴重，中部和南方水災較重［8］。中國中西部及西北部地區洪澇災害呈顯著上升趨勢，西北、東北地區及云南等地區干旱災害呈顯著上升趨勢［9］。趙海燕等［10］分析表明我國1951-2018年干旱受災面積、影響強度隨氣候增暖先快后緩的速度表現出先大幅增加后減小的趨勢。劉玉等［11］使用1978-2012年成災面積說明不同氣象災害的變化趨勢。近年來眾多學者對我國全國或某區域一類或多類農業氣象災害的演變趨勢和空間結構特征進行相關研究，但對于不同類型氣象災害的變化趨勢和空間結構特征研究較少，尤其是已有研究多集中在2012年之前，而近10年不同類型氣象災害的變化趨勢和空間結構特征的研究鮮有報導。為此，本研究基于最新農業氣象災害數據分析1978-2018年不同農業氣象災害的變化趨勢及空間分布特征，使用2011-2018年數據分析說明氣象災害損失情況和不同農業氣象災害的區域分異，剖析氣候變化背景下農業受災情況的變化態勢，對因地制宜的防御氣象災害、制定防災減災措施、提高農業生產穩定性和確保糧食安全具有重要意義。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

本文統計對農業生產影響較大的5種農業氣象災害，包括干旱、洪澇、風雹、低溫冷凍和雪災、臺風。數據源分別來自《中國農業統計資料》、《中國氣象災害年鑒》、國家統計局。其中，1978-2017年全國及各省（市、區）農作物受災、成災、播種面積及5種氣象災害的受災和成災面積源于相應年份的《中國農業統計資料》，2018年數據補充自與《中國農業統計資料》數據一致的國家統計局。2011-2018年全國及各省5種氣象災害的受災和成災面積、直接經濟損失和受災人口數量源于《中國氣象災害年鑒》。需要說明的是由于臺灣地區、香港和澳門特別行政區的災害數據不完整，故不進行統計分析。

1.2 研究方法

基于1978-2018年數據在時間尺度上分析40 a來我國5種農業氣象災害影響下農作物受災、成災變化趨勢，在空間上分析我國31個省市區、六大地區的受災、成災分布特征。分區是在我國規定的行政地理區劃基礎上根據南北氣候差異調整所得，即東北地區（黑、吉、遼）、華北黃淮區（京、津、冀、晉、蒙、魯、豫）、長江中下游地區（滬、蘇、浙、皖、贛、鄂、湘）、華南地區（粵、桂、瓊、閩）、西南地區（云、貴、渝、川、藏）、西北地區（陜、甘、青、寧、新）。為了在全國不同地區具有可比性，消除播種面積年際變化的影響，采用受災率、成災率作為評判指標，受災率（成災率）定義為受災面積（成災面積）與該年農作物總播種面積的比值。

基于2011-2018年數據使用中國省級行政底圖在ArcGIS軟件中生成全國近8a氣象災害受災面積、受災人口、經濟損失分布圖，分析各省不同災害類型造成的損失情況。

2 結果與分析

2.1 1978-2018年農業氣象災害時空變化特征

2.1.1 時間變化態勢

圖1表明，1978-2018年期間全國受災和成災面積年際變化大，平均受災和成災率分別為27.0%和13.8%，多年平均成災面積占受災面積的50.5%，且受災和成災面積變化趨勢基本一致，即呈現減少-增加-再減少的變化趨勢。具體表現為1978-1984年期間受災和成災面積略有減小，而1984年后呈增加趨勢；在1991-2003年期間持續較高時期出現周期3a的小高峰，2003年后呈明顯下降趨勢；2010年后受災和成災面積持續處于較低水平，并在2017和2019年達到研究期最小值。需要特別說明的是在播種面積逐步增加的情況下，2010年后受災和成災面積持續處于較低水平主要是我國農業基礎設施建設使農業抗災能力增強，減少了氣象災害對農業的影響［12］。

圖1 1978-2019年全國總受災和成災面積年際變化Fig.1 Annual changes of total disasters?affected area and disaster area from 1978 to 2019 in whole country

從農業氣象災害類型上看（圖2），干旱是影響我國農業的最主要氣象災害，近40 a其受災和成災面積皆占總受災和成災面積的52%。干旱受災和成災面積變化在1978-1984年期間呈減少趨勢，1984-1998年期間呈基本穩定波動態勢，次后出現1999、2000、2001年3年連續大旱，2000年旱災影響面積最大，2003年后干旱呈連續下降趨勢。圖2還表明，旱災的高峰期也是全國總受災的高峰期，即我國總受災和成災面積與干旱受災和成災面積的變化趨勢基本一致，說明干旱是影響我國農田受災程度的關鍵所在。

圖2 1978-2019年5類農業氣象災害受災和成災面積變化圖Fig.2 Annual changes of disasters?affected area and disaster area of five major agrometeorological disasters from 1978 to 2019

洪澇作為我國第二大氣象災害，近40 a受災和成災面積占總受災和成災面積的25.7%和27.1%。洪澇災害受災和成災面積在1978-1990年期間緩慢上升，1991-2003年是洪澇災害高峰期，尤其是1991、1998、2003年洪澇災害嚴重，之后洪澇受災面積波動下降。水災往往與旱災為此消彼長的關系，如1990年后雖受旱面積減小，但突發性洪澇災害發生頻繁，總受災程度仍較嚴重。

風雹近40 a受災和成災面積均占總受災和成災面積的10.5%。受災和成災面積整體呈減小趨勢，在1978-1994年期間呈規律性波動變化，1994年后年際變化大且無規律可循，2002-2009年為風雹災害高峰期，尤其是2002年受災和成災面積達到最大，21世紀以來風雹災害的嚴重性和不確定性增加。

低溫冷凍和雪災近40 a受災和成災面積整體成上升趨勢，1991年后低溫冷凍和雪災的受災規模和頻率增加，尤其是1998年和2008年低溫災害十分嚴重，受災面積是歷年平均值的2.8和4.8倍，在2011年后低溫冷凍和雪災受災和成災面積呈逐漸減小的變化趨勢。在氣候變暖背景下，異常低溫冷凍和雪災的發生頻率卻在增加。

從圖9中可以看出，中國規范、美國規范和加拿大規范的理論設計值取值離散程度均較小；在試驗值較小時，中國規范更偏于試驗值，美國規范、加拿大規范更趨于保守。

臺風近40 a受災成災面積僅占總受災和成災面積的3%，但在東部沿海地區臺風破壞性強且受災面積大。1978-2018年期間臺風受災和成災面積呈波動變化，在1996、2005、2012、2018年農作物受臺風災害較重。雖然近年來登錄我國的臺風強度和數量呈增加趨勢［13］，但臺風導致的受災面積無明顯增長趨勢。

2.1.2 空間分布特征

圖3是以受災面積占比和受災率排序的各省份1978-2018年受災和成災面積分布圖。由于不同地區自然地理特征、經濟發展水平、防災減災能力不同，各省份受災和成災情況差異顯著。就受災面積而言，前三省份為黑龍江、山東、河南，均為北方地區，主要因干旱導致災情嚴重［14］。地處南方的湖北、四川、湖南等地受災嚴重，大多為洪澇災害所致；北京、上海、西藏等地損失較輕。受災和成災面積前三省份（黑龍江、山東、河南）因本省播種面積基數大使受災和成災率在全國位列中游，而受災率位列前三省份的為山西、內蒙古、甘肅。在南方地區海南受災和成災率最高。

圖3 1978-2018年各省（市、區）總受災和成災面積分布Fig.3 The disaster distribution of total disasters?affected area and disaster area in each province from 1978 to 2018

表1可得，從六大分區來看，1978-2018年災害總體表現為北方地區農業受災面積大于南方，東北地區是平均受災和成災程度最嚴重地區，其次為西北地區，受災率均在30%以上，其余四區受災率在21%～28%，西南與華南地區受災率相當。就年代際變化來看，七大區20世紀90年代受災和成災率最高，以西北地區和長江中下游增長最多，主要與90年代氣候變暖明顯，干旱和洪澇災害嚴重有關［15］。21世紀以來各地區受災和成災率降低，2011-2018年期間各地區受災和成災率最低，其中東北地區受災和成災率比年平均值減少15%和9%，其余地區受災率減小9%～12%，成災率減小4%～8%，受災率最大地區為西北地區。

表1 六大區年代際平均受災和成災率變化Table 1 Decadal changes of average disaster rates in the six regions

2.2 2011-2018年各省災害結構差異分析

基于2010年后受災面積持續減小的情況，這里分析2011-2018年近8a各省災情損失情況和災害結構特征。表2表明，2011-2018年受災面積大幅減小，其平均值相比于1978-2010年受災面積平均值（45 627×103hm2）減小了45.0%，總體災害程度較輕。2011-2018年中2011、2013和2016年災情較為突出，2011年受災面積和受災人口均為最大，主要是該年全國年降水量創60年最低，旱災較為嚴重所致［16］。2013年和2016年主要是暴雨、臺風和高溫氣象災害較為嚴重，因此所造成的直接經濟損失均高于往年平均值［17-18］。

表2 2011-2018年我國農業氣象災害災情統計Table 2 The statistics of agrometeorology disasters from 2011 to 2018 in whole country

總受災面積（圖4）及直接經濟損失、受災人口（圖5）分級方法采用使各級別間差異最大化的自然間斷點分級法。圖4表明，近8 a各省受災面積呈西-東、南-北增加趨勢，西藏、青海災害最輕，內蒙古、黑龍江災害最重，華北黃淮區、東北地區以及西北多數地區總受災面積較大。從災害結構看，各省之間存在明顯地區分異。華北黃淮區、東北地區、西北地區是干旱重災區，遼寧省干旱比重最大，其占比為72.6%；山西、內蒙古、吉林、甘肅、寧夏、貴州、云南干旱占比在50%以上。華中長江中下游西部、西南地區多為旱澇并重，西藏洪澇災害占比59%，四川、重慶、湖北、湖南等地干旱洪澇占比相當。華南、長江中下游沿海地區臺風受災較重，海南地區臺風受災達93.6%，廣東、廣西、上海臺風受災比重大。風雹災在華北黃淮、東北、西北、西南地區均有分布，南部地區占比較小。最嚴重省份新疆風雹災占比為56%，其次西藏、北京風雹災害較重。低溫冷凍和雪災在全國各地分散分布，受災比例均較小，在山西、浙江、云南、青海占比多為17%左右。

圖4 2011-2018年各省（市、區）農業氣象災害平均受災面積的空間分布Fig.4 The spatial distribution of disasters?affected ar?ea in each province from 2011 to 2018

由圖5可得，直接經濟損失最大和受災人口數量最多地區多為四川、湖南、湖北等南部省份，而受災面積最高的內蒙古、黑龍江地區經濟損失和人口受災下降，西藏和青海地區最低。此外經濟損失中廣東、浙江、山東、內蒙古、甘肅、吉林損失較重，分布較為分散。甘肅、貴州、云南、山東地區受災人口較多，分布較為集中，這表明受災人口多分布在地形復雜、人口集中或抗災能力差的地區。就災害結構地區分布來看，暴雨洪澇造成的直接經濟損失最大，占總經濟損失的47.6%，臺風次之，占總經濟損失的21.3%；長江中下游、華南、西南地區洪澇和臺風造成的經濟損失占總經濟損失的78.6%；東北、西北、華北黃淮地區干旱造成經濟損失減小，洪澇占比從受災面積的19.2%提高到經濟損失的43.4%，說明北方地區暴雨洪澇相比于干旱對直接經濟損失影響較大，與趙姍姍等研究一致［19］。受災人口災害結構分布與受災面積相似，但干旱造成的人口受災減小，南方地區洪澇占比增加，北方地區風雹、低溫和洪澇占比增加。

圖5 2011-2018年各省（市、區）平均經濟損失和受災人口數量空間分布圖Fig.5 The spatial distribution of average economic loss and number of affected people driven in each province from 2011 to 2018

圖6表明，與1978-2010年災害結構相比，2011-2018年干旱受災面積占比減少9.1%，但仍是我國第一大農業氣象災害。洪澇、風雹、低溫冷凍和臺風受災面積占比均呈上升趨勢，尤其是臺風災害占比增加5.5%，低溫冷凍、風雹和洪澇災害占比分別增加1.7%、1.1%、0.8%。農業氣象受災結構的變化一方面與不同氣象災害頻率和強度變化有關，另一方面與我國有效的防災減災有關。

圖6 2011-2018年我國農業氣象災害結構變化情況Fig.6 Changes of agrometeorological disaster structure from 2011 to 2018 in whole country

圖7可知，我國受災和成災率呈西北、華北黃淮、東北向華南遞減趨勢。與1978-2010年平均受災和成災率相比，2011-2018年我國各地受災和成災率均有不同程度下降；新疆、青海地區受災和成災率無明顯變化，甘肅、寧夏、內蒙古、遼寧、海南受災率減小1/3左右，西南地區以及上海、江蘇、天津、山東地區受災和成災率減幅大，減少2/3，其余地區受災和成災率減小一半。此結果說明近8a來我國不同地區受災情況減輕，尤其是在經濟發達地區，防災減災成效更為顯著。

圖7 2011-2018年各省（市、區）平均受災和成災率空間分布變化情況Fig.7 Changes in the spatial distribution of average disaster rates in each province from 2011 to 2018

3 討論與結論

3.1 討論

在全球變暖背景下，干旱和洪澇等極端天氣事件頻次和影響范圍明顯增加。本研究發現，農業氣象災害受災和成災面積在1978-2002年呈增加趨勢，2002-2019年期間除2007和2009年災害較重外，總體上受災和成災面積呈明顯下降趨勢，2011-2018年總受災和成災面積僅為多年平均值的55.0%。這一方面與20世紀80年代增溫速度加快，1998年后氣候變暖趨緩有關［10］；另一方面是21世紀以來我國經濟不斷發展，農業基礎設施不斷完善，防災減災能力加強，也說明21世紀以來極端氣候事件頻發的背景下我國農業受災情況仍走向穩定向輕的態勢。

就災害類型來說，旱災與總受災面積變化趨勢基本一致，1978-2002年期間呈現不斷加重的變化趨勢，而在2003年后呈現持續減小的變化趨勢。近年來我國大力修整水利設施，提倡節水灌溉技術，對于干旱的預警能力提高，是受旱面積減小的主要原因［20］。但目前干旱仍是我國最大的氣象災害（圖6），氣候變暖導致的干旱加重以及經濟社會發展帶來的水資源短缺日益凸顯，未來我國的抗旱減災工作仍面臨嚴重挑戰［21-22］。1978-2018年洪澇受災情況整體呈下降趨勢，在21世紀以來變化明顯，這與20世紀90年代投資水利等人為活動相關［23］。低溫冷凍和雪災的受災范圍和強度不斷增加，在氣候變暖背景下低溫災害卻頻發，究其原因是氣溫升高導致作物抗寒性減弱和生育期長、抗寒性弱的作物品種不斷推廣，一旦作物生長期氣溫驟變極易影響作物長勢和產量［24］。低溫冷凍災害在我國影響范圍較小，但其災害突發性和不可逆性使其在未來防災減災中不容忽視。總體來看，近40 a我國總受災情況不斷下降，但不同氣象災害農業受災高峰期此起彼伏，各氣象災害受災面積峰值和重災頻率增加，2010年后有所好轉。氣候變化導致極端氣候事件的增加會引起農業生產的不穩定性增加［24］，或許會導致未來農業成本和防災投資需求不斷加大，未來加強我國防災和減災能力建設仍顯得十分重要。

本研究分析了2011-2018年我國災情損失和災害結構的空間分布特征，結果表明受災面積的災害結構空間分布情況與歷年研究基本一致［25］，受災面積較大地區是以干旱為主的華北黃淮、東北、西北地區。經濟損失、人口受災數量最為嚴重地區在經濟發達的長江中下游、華南地區，洪澇災害造成經濟損失更大范圍更廣，與劉彤等研究一致［26］。通過與1978-2010年災害結構對比可知，2011-2018年我國災害結構發生變化，雖然干旱災害的發生頻率和范圍在增加［27］，但近8a來因旱受災面積占比減小，而其余災害呈現增加趨勢，這與我國極端氣候事件增多和對旱澇災害治理的結果相一致［28］。從各區域災害治理來看，相比于1978-2010年，2011-2018年各地區災害率均有不同程度的減少，但經濟較為發達地區的受災率大幅減小，西北、東北等地區災害發生率減小幅度較小，這說明農業氣象受災除與氣候影響外，也與區域經濟發展相關。

本文討論了我國農業氣象災害的受災面積的變化趨勢，并對近8a各地區的災害損失進行了分析，一定程度上揭示了農業氣象災害的時空分布特征。但受數據來源的限制，尚未分析造成我國農業氣象災害的關鍵影響因素。在全球氣候變化背景下，未來發生災害的不確定性會明顯增加［29］，因此必須加強防災減災能力建設，減小氣象災害對農業生產造成的不利影響。

3.2 結論

（1）1978-2018年全國平均受災和成災率分別為27.0%和13.8%，主要農業氣象災害旱災和水災受災面積占總受災面積的52.0%和25.7%。1978-2018年受災和成災面積呈減少-增加-再減少的變化趨勢，具體表現為1978-1984年受災和成災面積略有減小，1985年后呈增加趨勢，2003年后呈明顯下降趨勢，2010年后持續處于較低水平。從災害類型來看干旱、洪澇、風雹的受災面積呈減小趨勢，低溫冷凍受災面積呈增加趨勢，臺風受災面積無明顯增減趨勢。

（2）空間分布上1978-2018年災害發生率均為北部省份大于南部。各省份受災和成災率較大省份有山西、內蒙古、甘肅等地，北京、西藏、新疆、上海受災和成災率較小。從分區來看，東北是研究期間最為嚴重地區，其次為西北、華北黃淮地區，西南地區最輕。各區年代際受災和成災率先增后減的變化趨勢與總受災面積表現一致。

（3）2011-2018年近8 a各地區農業災害較輕，受災面積為往年受災面積平均值的55.0%。受災面積災害結構表現為東北、華北黃淮、西北地區以干旱為主，長江中下游沿海地區、華南地區以臺風、洪澇為主，長江中下游西部、西南地區旱澇并重。與1978-2010年相比，受災面積災害結構干旱占比減小9.1%，洪澇、風雹、低溫冷凍和雪災、臺風占比均有增加。各省份受災和成災率均有減小，南部省份更為顯著。

（4）2011-2018年各地區直接經濟損失多以洪澇和臺風災害為主，分別占總經濟損失的47.6%、21.3%，重災區分布分散，多為經濟發達地區。受災人口數量因洪澇、風雹、低溫和洪澇災害占比增加，其重災區分布集中，多為人口密集、地形復雜、抗災能力差的地區。