內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究*

王惠貞，唐紅艷※，韓 雪，武榮盛，張 超，金林雪，越 昆

（1.內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，呼和浩特 010051；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

0 引言

盡管在氣候變化的背景下，熱量資源不斷增加[1-2]，但加劇了極端天氣狀況的發(fā)生，其中，霜凍作為一種主要的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，是防災(zāi)減災(zāi)的重要部分[3]。霜凍分布廣泛，在北方的高緯度地區(qū)霜凍發(fā)生較頻繁[4]。國內(nèi)外研究者已經(jīng)進(jìn)行了玉米、水稻、小麥等作物的霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，將風(fēng)險(xiǎn)原理有效地引入到災(zāi)害影響評估中，在全球變暖的背景下從霜凍規(guī)律、霜凍指標(biāo)及防霜技術(shù)等幾個(gè)角度進(jìn)行了發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的量化評估，得到了具有參考價(jià)值的區(qū)劃結(jié)果[5-8]。

霜凍是對內(nèi)蒙古地區(qū)大豆影響較為嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一，在內(nèi)蒙古地區(qū)的發(fā)生具有明顯的區(qū)域特征，遭受霜凍災(zāi)害的大豆可造成減產(chǎn)和品質(zhì)降低[9]。用大豆霜凍發(fā)生的歷史災(zāi)情資料可如實(shí)反映霜凍災(zāi)害發(fā)生的情況，但卻不能更好地揭示霜凍發(fā)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)，通過多種相關(guān)指標(biāo)的層次分析可得到具有參考價(jià)值的區(qū)劃結(jié)果[10]。近年來，研究者綜合考慮多種因子，在風(fēng)險(xiǎn)理論的基礎(chǔ)上，建立了災(zāi)害影響評估的技術(shù)體系，從多個(gè)方面構(gòu)建霜凍風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系、方法和模型，為研究區(qū)域潛在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究提供了可行性的方法[11-15]，但對于內(nèi)蒙古地區(qū)大豆霜凍災(zāi)害進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估和風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)尚未見報(bào)道。為了助力國家大豆振興計(jì)劃，文章結(jié)合多種方法，從霜凍災(zāi)害的危險(xiǎn)性、敏感性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力四個(gè)方面構(gòu)建霜凍風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，利用ArcGIS 地理信息系統(tǒng)的技術(shù)，完成內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，以期為內(nèi)蒙古自治區(qū)大豆進(jìn)行合理的風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)提供有效的依據(jù)，對內(nèi)蒙古科學(xué)合理布局大豆生產(chǎn)和各級政府規(guī)劃決策有重要意義。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古地處中國北部，地域遼闊，地貌以蒙古高原為主體，由東北向西南斜伸，呈狹長形，介于東經(jīng)97°12＇～126°04＇，北緯37°24＇～53°23＇。全區(qū)地勢較高，平均海拔高度1 000 m 左右，氣候類型多樣，地形復(fù)雜，是自然災(zāi)害多發(fā)的地區(qū)。內(nèi)蒙古是中國重要的大豆產(chǎn)區(qū)，（大豆種植面積僅次于黑龍江省全國排名第二）實(shí)行一年一熟制，春季播種秋季收獲，品種生態(tài)類型豐富，大豆生長期通常為90～130d，結(jié)莢至鼓粒成熟期有發(fā)生霜凍危害的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 資料來源

氣象資料為1981—2010 年內(nèi)蒙古自治區(qū)119 個(gè)氣象站日最低氣溫及初霜凍發(fā)生日期，來源于內(nèi)蒙古氣象局信息中心。各旗縣大豆種植面積、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及國土面積均來源于內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒[16]，時(shí)間序列為1987—2015年。

地理信息資料包括經(jīng)度、緯度、海拔、坡向等基礎(chǔ)因子及灌溉面積占耕地面積比例的柵格數(shù)據(jù)等，其中，經(jīng)緯度數(shù)據(jù)采用國家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1∶100 萬內(nèi)蒙古基礎(chǔ)地理背景數(shù)據(jù)，灌溉面積占耕地面積比例的數(shù)據(jù)來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)布的第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)[17]，分辨率為1∶1萬。

大豆發(fā)育期資料來自內(nèi)蒙古3個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測站（扎蘭屯、科右前旗、和林格爾）歷年發(fā)育期數(shù)據(jù)及內(nèi)蒙古（扎蘭屯、赤峰、呼和浩特、杭錦后旗、額濟(jì)納旗）大豆品種區(qū)域和生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（時(shí)間序列為2009—2014年）。

2 研究方法

2.1 內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)害評定指標(biāo)

大豆生長的發(fā)育期及其日最低氣溫共同決定了霜凍災(zāi)害是否發(fā)生。對內(nèi)蒙古的大豆而言，霜凍災(zāi)害多發(fā)生在秋季（大豆鼓粒成熟期），即在大豆灌漿期出現(xiàn)的霜凍災(zāi)害。參考中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《作物霜凍害等級》[18]，采用日最低氣溫作為判定霜凍災(zāi)害發(fā)生的指標(biāo)，結(jié)合內(nèi)蒙古實(shí)際情況，將大豆秋季霜凍災(zāi)害劃分為輕、中、重3 級（表1）。

表1 內(nèi)蒙古大豆不同等級秋季霜凍災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)不同區(qū)域氣象條件相近程度，基于聚類分析理論，利用全區(qū)3個(gè)大豆農(nóng)業(yè)氣象觀測站歷年發(fā)育期資料，結(jié)合內(nèi)蒙古大豆品種區(qū)域和生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)借鑒內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)廳生態(tài)區(qū)劃分結(jié)果，將內(nèi)蒙古自治區(qū)劃分為7個(gè)氣候生態(tài)區(qū)（表2）。

表2 內(nèi)蒙古不同區(qū)域大豆平均成熟期

2.2 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)的選取

從霜凍災(zāi)害的危險(xiǎn)性、脆弱性、敏感性和防災(zāi)減災(zāi)能力四個(gè)方面[19]評估內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。霜凍災(zāi)害危險(xiǎn)性主要是由氣象危險(xiǎn)因子活動強(qiáng)度和活動頻率決定，因此，選取霜凍災(zāi)害等級、各等級霜凍災(zāi)害發(fā)生頻率及霜凍災(zāi)害發(fā)生日期的變異性作為評估指標(biāo)，選取各旗（縣）單位國土面積的大豆播種面積作為脆弱性評估指標(biāo)，選取海拔和坡向這兩個(gè)因子作為敏感性評估指標(biāo)，選取灌溉面積百分比作為防災(zāi)減災(zāi)能力指標(biāo)（圖1）。

圖1 內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估體系

2.2.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指標(biāo)的選取

根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性由災(zāi)害強(qiáng)度和頻率共同決定[20]，綜合考慮霜凍災(zāi)害發(fā)生等級、各等級霜凍災(zāi)害的發(fā)生頻率及霜凍災(zāi)害發(fā)生時(shí)的日最低氣溫等因素[21]。

2.2.1.1 霜凍發(fā)生強(qiáng)度頻率指標(biāo)

根據(jù)內(nèi)蒙古的氣候特點(diǎn)、霜凍害發(fā)生的溫度指標(biāo)范圍以及內(nèi)蒙古大豆的種植結(jié)構(gòu)，在9—10月期間，內(nèi)蒙古地區(qū)大豆處于結(jié)莢至鼓粒成熟期，以輕霜凍（日最低氣溫≤0.5℃）、中霜凍（日最低氣溫≤0℃）、重霜凍（日最低氣溫≤－1℃）為界限，通過判斷初霜凍發(fā)生日期是否在80%保證率成熟期界限日期之前來判定霜凍災(zāi)害是否發(fā)生。

用1981—2010 年各旗（縣）霜凍發(fā)生的次數(shù)表示內(nèi)蒙古霜凍發(fā)生的頻率，以此作為霜凍災(zāi)害頻率指標(biāo)。選取霜凍災(zāi)害發(fā)生時(shí)日最低氣溫的中間值作為內(nèi)蒙古大豆初霜凍的強(qiáng)度指標(biāo)。據(jù)此將內(nèi)蒙古各旗縣出現(xiàn)霜凍災(zāi)害的年份按霜凍災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度等級分為3組，即輕霜凍、中霜凍和重霜凍，計(jì)算不同等級霜凍災(zāi)害的發(fā)生頻率，同時(shí)，找出霜凍災(zāi)害發(fā)生時(shí)日最低氣溫的中間值，結(jié)合發(fā)生頻率計(jì)算霜凍災(zāi)害強(qiáng)度頻率指標(biāo)lh為：

式（1）中，Dj為不同等級霜凍災(zāi)害出現(xiàn)的頻率；n為統(tǒng)計(jì)的年數(shù)；Gj為日最低氣溫中間值。通過計(jì)算得到霜凍災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度頻率指數(shù)。

2.2.1.2 變異系數(shù)

由于同一地區(qū)霜凍災(zāi)害的發(fā)生日期不穩(wěn)定，年際間差異較大，直接影響該地區(qū)霜凍災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的大小，因此將霜凍害發(fā)生日期的變異性作為反映致災(zāi)因子危險(xiǎn)性大小的另一個(gè)指標(biāo)，公式為：

式（2）中，σ為日序的標(biāo)準(zhǔn)差；D為日序的數(shù)學(xué)期望。通過計(jì)算得到初霜凍日期序列的變異系數(shù)Dv。

2.2.1.3 危險(xiǎn)性指數(shù)

上述兩個(gè)指標(biāo)分別從霜凍災(zāi)害發(fā)生的強(qiáng)度、頻率以及變異性角度反映了霜凍災(zāi)害危險(xiǎn)性的大小[7]，考慮內(nèi)蒙古大豆種植結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，運(yùn)用專家打分法確定霜凍災(zāi)害強(qiáng)度頻率指標(biāo)和霜凍災(zāi)害發(fā)生日期的變異系數(shù)對危險(xiǎn)性指數(shù)的權(quán)重分別為0.75 和0.25，將二者進(jìn)行加權(quán)求和，即可得到各旗（縣）致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)W為:

式（3）中，、分別為Ih和Dv的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.2.2 承災(zāi)體脆弱性指標(biāo)的選取

脆弱性表示霜凍災(zāi)害發(fā)生時(shí)的影響程度，因此，脆弱性評估是研究霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)在區(qū)域中與風(fēng)險(xiǎn)受體之間的接觸暴露關(guān)系，對于霜凍災(zāi)害的承災(zāi)體——大豆而言，大豆的種植密度即為承災(zāi)體的脆弱性，種植越密集，暴露性越高，脆弱程度越大，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)也就越高。根據(jù)大豆受霜凍災(zāi)害影響程度的差異[10]，從內(nèi)蒙古自治區(qū)的大豆種植結(jié)構(gòu)來分析霜凍脆弱性，以近5年內(nèi)蒙古地區(qū)大豆的種植面積比例作為評價(jià)脆弱性的指標(biāo)，以此來評價(jià)霜凍災(zāi)害對內(nèi)蒙古地區(qū)大豆造成的損害程度。

2.2.3 孕災(zāi)環(huán)境敏感性指標(biāo)的選取

結(jié)合內(nèi)蒙古的地勢和地貌特征，將海拔和坡向作為敏感性因素的因子，其中海拔對霜凍的敏感程度，隨著海拔的增加，分別賦予從1～5的影響系數(shù)（表3）；坡向，由于內(nèi)蒙古多以西北風(fēng)為主，故從西北向到東南向同樣劃分為5 個(gè)等級（圖2），以此分別賦予從5～1的影響系數(shù)（表3）。運(yùn)用專家打分法來確定海拔和坡向兩因素對霜凍敏感性的權(quán)重分別為0.833 和0.167，敏感性計(jì)算公式為:

DN315、DN250、DN200、DN160 等管溝采用斗寬1.2 m的挖掘機(jī)開挖，人工輔助底面修整，管溝斷面為矩形，自地面向下1.8m，管溝底寬1.2 m， 底部應(yīng)平順；DN110、DN90、DN75、DN63、DN50、DN32、DN25、DN20各種管溝采用人工開挖，人工底面修整，管溝斷面為矩形，自地面向下0.8m，管溝底寬0.5m，底部應(yīng)平順。管溝開挖應(yīng)根據(jù)管道敷設(shè)方向合理確定開挖區(qū)段，分段施工，敞溝時(shí)間盡量縮短。

圖2 坡向級

表3 孕災(zāi)環(huán)境敏感性影響因子分級

式（4）中，H為海拔，P為坡向，通過計(jì)算得到敏感性指數(shù)M。

2.2.4 防災(zāi)減災(zāi)能力指標(biāo)的選取

霜凍防災(zāi)減災(zāi)能力與當(dāng)?shù)氐目萍肌⒎罏?zāi)技術(shù)水平和投入有關(guān)，代表對霜凍災(zāi)害防御能力的大小。結(jié)合各盟市經(jīng)濟(jì)和技術(shù)能力等實(shí)際情況，不同旗縣對霜凍的防災(zāi)水平相差不大，熏煙法是最常用的霜凍防御技術(shù)，有條件的地區(qū)，通過灌溉可以適當(dāng)調(diào)節(jié)地溫達(dá)到防霜的目的。由于不同地區(qū)灌溉水平的差異較大，以灌溉面積百分比作為防災(zāi)減災(zāi)能力指標(biāo)。

2.3 霜凍災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)權(quán)重系數(shù)的確定

運(yùn)用AHP 層次分析法，通過專家打分，構(gòu)造判斷矩陣，進(jìn)行權(quán)重求算，并得到矩陣的最大特征根λmax為4.064 649（表4）。為了對求得的權(quán)重進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，通過式（5）計(jì)算矩陣的一致性指標(biāo)CI=（4.064 649-4）∕3=0.021 55，而檢驗(yàn)一個(gè)矩陣的一致性指標(biāo)為矩陣的隨即一致性比率CR見式（6），其中RI表示平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，這是一個(gè)常量，根據(jù)階數(shù)可以在量表里查詢到4 階RI 值為0.9，該矩陣中CR=0.021 55∕0.9=0.023 944＜0.1，即保持顯著水平，說明對比矩陣是保持一致性的[22]。

表4 不同因子間權(quán)重求算矩陣

通過上述分析得到霜凍災(zāi)害的危險(xiǎn)性、脆弱性、敏感性和防災(zāi)減災(zāi)能力4個(gè)因子分別對災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)為0.593、0.255、0.106、0.046，建立內(nèi)蒙古大豆霜凍災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型:

式（7）中，Z為霜凍災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，W為危險(xiǎn)性指數(shù)，C為脆弱性指數(shù)，M為敏感性指數(shù)，F(xiàn)表示防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)。

2.4 資料標(biāo)準(zhǔn)化處理

式（8）中，k*為極差化后的數(shù)據(jù)，k為原始數(shù)據(jù)，kmax和kmin分別為該指標(biāo)中的最大值和最小值。

2.5 專題圖制作

ArcGIS是目前最流行的地理信息系統(tǒng)平臺軟件，在使用GIS的過程中，實(shí)際獲得的空間數(shù)據(jù)往往是離散點(diǎn)的形式，對于給定站點(diǎn)的資料，可以通過設(shè)置一些關(guān)鍵樣本點(diǎn)來反映空間分布的特征，然后利用空間內(nèi)插方法獲取未采樣點(diǎn)的值[24]。由于自然地理原因，因環(huán)境變量會顯著不同，不同空間內(nèi)插方法的準(zhǔn)確度有一定差異，內(nèi)插結(jié)果也不同，因而，關(guān)鍵的問題是內(nèi)插方法的選擇[25]。經(jīng)過對比不同插值方法的數(shù)據(jù)交叉檢驗(yàn)后，在考慮氣候要素與經(jīng)度、緯度等地理信息的基礎(chǔ)上，采用小網(wǎng)格推算模型進(jìn)行霜凍發(fā)生危險(xiǎn)性和脆弱性指標(biāo)因子的空間分布的推算（表5）。霜凍災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是各專題圖層基于權(quán)重系數(shù)的柵格運(yùn)算結(jié)果，最后將4個(gè)因子圖層進(jìn)行柵格運(yùn)算得到綜合區(qū)劃指標(biāo)。專題圖及綜合區(qū)劃風(fēng)險(xiǎn)圖的制作采用ArcGIS 10.2版本。

表5 霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)氣候資源推算小網(wǎng)格模型

3 結(jié)果與分析

3.1 大豆霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分析

按照危險(xiǎn)性氣候資源小網(wǎng)格推算模型在ArcGIS 中進(jìn)行柵格計(jì)算，并對霜凍災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)進(jìn)行等級劃分，得到全區(qū)大豆秋季霜凍災(zāi)害危險(xiǎn)性分布圖（圖3）。從圖3可以看出高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在呼倫貝爾大興安嶺山脈地區(qū)和興安盟阿爾山地區(qū)，危險(xiǎn)性指數(shù)在0.55 以上，該區(qū)中霜凍和重霜凍發(fā)生較頻繁，且變異性較高；中危險(xiǎn)區(qū)主要分布在我區(qū)東北部地區(qū)，包括呼倫貝爾市中部偏北地區(qū)、興安盟北部地區(qū)及錫林郭勒盟北部零星地區(qū)，危險(xiǎn)性指數(shù)在0.40～0.55；較低危險(xiǎn)區(qū)主要包括呼倫貝爾市西部和東南部、興安盟中部、通遼北部、赤峰西北部、錫林郭勒盟東部和南部及陰山北麓地區(qū)，危險(xiǎn)性指數(shù)在0.20～0.40；低危險(xiǎn)區(qū)包括東部偏南農(nóng)區(qū)和錫林郭勒盟西部及以西大部地區(qū)，危險(xiǎn)性指數(shù)在0.20以下。

圖3 內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)害危險(xiǎn)性分布

3.2 承災(zāi)體脆弱性分析

進(jìn)行大豆秋季霜凍災(zāi)害脆弱性評價(jià)時(shí)，將各旗（縣）大豆播種面積除以各旗（縣）國土面積，即可得到單位國土面積的大豆種植面積的比例（hm2∕km2），將此值作為承災(zāi)體脆弱性的評價(jià)指標(biāo)，在ArcGIS中進(jìn)行柵格計(jì)算，并利用GIS技術(shù)對脆弱性指數(shù)進(jìn)行等級劃分，得到全區(qū)大豆秋季霜凍災(zāi)害脆弱性分布圖（圖4）。從圖4 可以看出，脆弱性高的區(qū)域主要分布在內(nèi)蒙古東部偏南地區(qū)，脆弱性指數(shù)在0.07以上包括呼倫貝爾東部、興安盟東部和南部、通遼中部和南部及赤峰市東南部地區(qū)，上述地區(qū)為內(nèi)蒙古大豆主產(chǎn)區(qū)，故為脆弱性高值區(qū)；東北部地區(qū)脆弱性指數(shù)在0.02～0.07，包括呼倫貝爾大部、興安盟中部、通遼市北部、赤峰市中西部及錫林郭勒盟大部，上述地區(qū)多為牧區(qū)和林區(qū)，農(nóng)田分布較少，處于中低脆弱性區(qū)域；烏蘭察布及以西大部地區(qū)脆弱性指數(shù)小于0.02，雖包括中西部主要農(nóng)區(qū)，但大豆種植面積相對較小，故為低脆弱性區(qū)域。

圖4 內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)害脆弱性指數(shù)

3.3 孕災(zāi)環(huán)境敏感性分析

一般情況下，植物霜凍災(zāi)害是在明顯降溫的天氣形勢下發(fā)生的，內(nèi)蒙古霜凍以平流——輻射霜凍類型最多，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成的危害也最大。尤其是在寒潮爆發(fā)引發(fā)霜凍時(shí)，往往伴有強(qiáng)風(fēng)，冷空氣入侵導(dǎo)致近地面溫度下降，因此，在相同的天氣、植物種類和植物發(fā)育期條件下，霜凍害評估時(shí)應(yīng)根據(jù)作物所處的地勢進(jìn)行具體分析，同時(shí)，迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡等也是影響霜凍發(fā)生的關(guān)鍵因素[10]。因此，利用Arc?GIS 地理信息系統(tǒng)的空間分析方法分別對海拔和坡向制作柵格圖層，用矢量型空間疊置分析模型對海拔和坡向的柵格圖層進(jìn)行疊加，參考內(nèi)蒙古大豆歷史霜凍災(zāi)情數(shù)據(jù)及專家經(jīng)驗(yàn)對敏感性指數(shù)進(jìn)行等級劃分，并形成霜凍孕災(zāi)環(huán)境敏感性分布圖（圖5）。

從圖5 可以看出，大興安嶺山脈地區(qū)、錫林郭勒盟及以西地區(qū)，敏感性指數(shù)均在4～5 級，該區(qū)海拔較高，且坡向西北向居多，故為高敏感性區(qū)域；大興安嶺北麓西部區(qū)及大興安嶺南麓偏西地區(qū)敏感性指數(shù)在2～4 級，海拔相對較低，屬于敏感性指數(shù)較低值至中值區(qū)；大興安嶺南麓偏北地區(qū)、西遼河灌區(qū)敏感性指數(shù)在1～2 級，包括呼倫貝爾東南部、興安盟東部、通遼南部及赤峰市東南部地區(qū)，上述地區(qū)多為丘陵平原地帶，海拔較低，故為霜凍災(zāi)害發(fā)生的低敏感性區(qū)。

圖5 內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)害敏感性指數(shù)

3.4 防災(zāi)減災(zāi)能力

采用ArcGIS 提供的“Polygon To Raster”數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能[10]，對灌溉面積百分比進(jìn)行等級劃分，形成霜凍防災(zāi)減災(zāi)能力分布圖（圖6）。從圖6可以看出，河套灌區(qū)、陰山南麓西部、燕山丘陵區(qū)、西遼河灌區(qū)及大興安嶺南麓偏南部地區(qū)灌溉條件較好，大部地區(qū)防災(zāi)指數(shù)在0.75以上，主要得益于有黃河流域及支流、西遼河、老哈河、西拉木倫河等水域經(jīng)過，上述地區(qū)距河流稍遠(yuǎn)地帶灌溉能力略差，防災(zāi)指數(shù)為0.25～0.75，為防災(zāi)減災(zāi)能力較低值至中值區(qū)，其余農(nóng)區(qū)屬于低防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)，防災(zāi)指數(shù)低于0.25。

圖6 內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃

3.5 綜合風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與區(qū)劃

根據(jù)對霜凍災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行等級劃分，分別為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（圖7）。

圖7 內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)＜0.40，約占全區(qū)總面積的21.5%，面積約為24.7 萬km2，其中農(nóng)區(qū)占51%。主要分布在呼倫貝爾莫力達(dá)瓦旗、阿榮旗和扎蘭屯偏南部地區(qū)、興安盟東南部、通遼南部大部、赤峰東南部、鄂爾多斯南部、巴彥淖爾南部及阿拉善盟南部，包括燕山丘陵區(qū)、西遼河灌區(qū)、陰山南麓偏西地區(qū)及河套灌區(qū)。

較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在0.40～0.55，約占全區(qū)總面積的42.5%，面積約為48.8 萬km2，但以牧區(qū)為主，農(nóng)區(qū)僅占0.6%。主要分布在呼倫貝爾東南部和偏西部、興安盟中部、通遼扎魯特旗中部、赤峰東北部和西北部、錫林郭勒盟西部、烏蘭察布南部和偏北部、呼和浩特東南部、包頭大部、鄂爾多斯北部、巴彥淖爾北部及阿拉善盟北部大部，位于大興安嶺南麓偏北地區(qū)、陰山北麓大部地區(qū)和陰山南麓東段地區(qū)。

中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在0.55～0.65，約占全區(qū)總面積的22.4%，面積約為25.7 萬km2，但以牧區(qū)和林區(qū)為主，農(nóng)區(qū)僅占2%。主要分布在呼倫貝爾西部、錫林郭勒盟東部、通遼扎魯特旗北部、赤峰西北部、烏蘭察布中部、呼和浩特北部、包頭中部及巴彥淖爾中部，主要位于大興安嶺北麓以西地區(qū)和陰山北麓偏南地區(qū)，霜凍發(fā)生的危險(xiǎn)性和敏感性均相對較高，但大部地區(qū)為非主要農(nóng)區(qū)。

高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)＞0.65，約占全區(qū)總面積的13.6%，面積約為15.6萬km2，但該區(qū)域以林區(qū)為主，農(nóng)區(qū)僅占0.2%。主要分布在大興安嶺北麓偏東地區(qū)，包括呼倫貝爾市中部、興安盟偏北部、錫林郭勒盟東北部、通遼市扎魯特旗偏北部和赤峰市克什克騰旗東北部，主要是由于上述地區(qū)霜凍發(fā)生的危險(xiǎn)性極高。

4 結(jié)論與討論

內(nèi)蒙古地區(qū)地形較復(fù)雜，東北部地區(qū)有大興安嶺山脈經(jīng)過，海拔相對較高，霜凍發(fā)生危險(xiǎn)性和敏感性普遍較高；東部偏南地區(qū)大豆種植面積較大，脆弱性指數(shù)偏高；河套灌區(qū)和西遼河平原地區(qū)有黃河和西遼河等河流經(jīng)過，可通過灌溉進(jìn)行防霜，防災(zāi)減災(zāi)能力相對較高。從霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來看，中、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在大興安嶺北麓和陰山北麓偏南地區(qū)，占全區(qū)總面積的36%，是內(nèi)蒙古自治區(qū)霜凍發(fā)生較早的地區(qū)，山地眾多，霜凍發(fā)生強(qiáng)度頻率較高。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)約占全區(qū)總面積的64%，主要分布在東部偏南和西部地區(qū)，大豆秋霜凍風(fēng)險(xiǎn)相對偏低主要原因是該區(qū)域地勢平坦，從氣候評價(jià)來看，初霜凍發(fā)生日期相對延遲，有黃河和西遼河的經(jīng)過，灌溉面積占耕地比例較高。在氣候變暖的大氣候背景條件下，優(yōu)化調(diào)整種植制度，在內(nèi)蒙古東南部和西部低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)大豆的種植面積，東北部高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)應(yīng)盡量選育和推廣早熟抗寒品種，減輕霜凍帶來的損失，助力國家大豆振興計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)大豆穩(wěn)產(chǎn)增。

內(nèi)蒙古大豆秋季霜凍災(zāi)害低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)地處河套平原、土黙川平原、西遼河平原及丘陵、沙漠地帶，無霜期日數(shù)平均在130～180d左右，≥10℃積溫在2 500～4 150℃，初霜日（日最低氣溫≤0℃）出現(xiàn)在10月末至11月中旬，終霜日出現(xiàn)在3 月。該區(qū)域地勢平坦，從氣候評價(jià)來看，初霜凍發(fā)生日期相對延遲，發(fā)生霜凍的危險(xiǎn)性較低，且有黃河和西遼河等河流經(jīng)過，灌溉面積占耕地面積比例較高，抗災(zāi)能力較強(qiáng)，故成為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。建議該地區(qū)考慮種植結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，可適當(dāng)發(fā)展大豆種植業(yè)。

較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)地處阿拉善高原、陰山山脈、烏蘭察布高原、蒙古高原、燕山山脈地段，地勢相對較高，無霜期日數(shù)110～140d，≥10℃積溫2 500～3 000℃，初霜日（日最低氣溫≤0℃）出現(xiàn)在10 月下旬至11 月上旬期間，終霜日出現(xiàn)在3月中、下旬至4月上旬期間。霜凍發(fā)生的強(qiáng)度和頻率相對中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)略低，但由于引起霜凍災(zāi)害的冷空氣入侵具有較大的隨機(jī)性，初霜凍發(fā)生日期的變異性較大，危險(xiǎn)性處于中低水平。該區(qū)域大都屬于農(nóng)牧業(yè)交錯(cuò)區(qū)，單產(chǎn)處于全區(qū)中間水平，霜凍災(zāi)害危險(xiǎn)性較低，烏蘭察布市以西部分地段灌溉條件較好，有灌溉設(shè)施的耕地比例較小，故處于較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。因此該區(qū)域應(yīng)利用良好的水域資源，發(fā)展灌溉條件，適當(dāng)改進(jìn)耕作和栽培技術(shù)。

中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)地處蒙古高原和烏蘭察布高原地帶，無霜期日數(shù)100～120d，≥10℃積溫2 000～2 500℃，初霜日（日最低氣溫≤0℃）出現(xiàn)在10 月中、下旬，終霜日出現(xiàn)在4 月上旬，霜凍發(fā)生的危險(xiǎn)性和敏感性均相對較高，但大部地區(qū)為非主要農(nóng)區(qū)，大豆的種植比例也較低、產(chǎn)量小，故該區(qū)為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。該區(qū)應(yīng)盡量選育和推廣早熟抗寒品種，減輕霜凍帶來的損失。

高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)地處大興安嶺山脈，海拔較高，且是坡向多為西北方向的地區(qū)，無霜期日數(shù)平均不足100d，≥10℃積溫不足2 000℃，是內(nèi)蒙古自治區(qū)霜凍發(fā)生時(shí)間較早的地區(qū)，初霜日（日最低氣溫≤0℃）出現(xiàn)在9月下旬至10月中旬，終霜日出現(xiàn)在3月中下旬至5月上旬，而秋季（9—10月），大豆基本處于結(jié)莢至鼓粒成熟期，極易發(fā)生霜凍災(zāi)害，故該地區(qū)屬于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。但該地區(qū)山地眾多，非大豆的主要種植區(qū)域，農(nóng)田較少，防御重點(diǎn)是加強(qiáng)該地區(qū)的灌溉措施，在降溫過程來臨前，做好防霜準(zhǔn)備。

影響大豆秋季霜凍災(zāi)害的因子較復(fù)雜，該文通過建立霜凍風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評價(jià)體系，從危險(xiǎn)性、敏感性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力四個(gè)方面分析了內(nèi)蒙古大豆發(fā)生秋季霜凍風(fēng)險(xiǎn)的影響因素，可較好地反映內(nèi)蒙古地區(qū)大豆秋季霜凍風(fēng)險(xiǎn)分布和區(qū)域特征，為內(nèi)蒙古科學(xué)合理布局大豆生產(chǎn)提供了有效的科學(xué)依據(jù)。霜凍災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵影響因素對霜凍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃大趨勢具有決定性，因此該文研究結(jié)論可作為內(nèi)蒙古自治區(qū)大豆霜凍風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)和政府規(guī)劃決策的參考依據(jù)，但由于霜凍對大豆不同品種的影響各有不同，受災(zāi)和成災(zāi)的原因均有差異，因此下一步有必要針對內(nèi)蒙古地區(qū)的大豆主要品種，充分研究不同熟性大豆受霜凍害的情況，為內(nèi)蒙古地區(qū)大豆霜凍的防災(zāi)減災(zāi)提供更加精細(xì)化的指導(dǎo)。