肖志強(qiáng),趙彥鋒
(1.甘肅省隴南市氣象局,甘肅武都746000;2.上海市寶山區(qū)氣象局,上海寶山201901)
隴南山區(qū)地處青藏高原東側(cè)邊坡地帶,屬北亞熱半濕潤(rùn)氣候向暖溫半干旱氣候的過(guò)渡帶,季風(fēng)性氣候特征顯著。轄區(qū)內(nèi)溝壑縱橫,高山河谷交錯(cuò)分布,素以“山大溝深”而著稱,地勢(shì)西北高、東南低,是甘肅省唯一的長(zhǎng)江流域市區(qū)。境內(nèi)最高山峰雄黃山,海拔4 187 m,座落在文縣西北部的屯寨鄉(xiāng)境內(nèi)。最低點(diǎn)罐子溝,海拔550 m,位于文縣東南部的中廟鄉(xiāng)境內(nèi),亦為甘肅省海拔最低點(diǎn)。由于受山地地形及大氣環(huán)流和太陽(yáng)輻射的影響,氣候差異懸殊,地域性立體小氣候特點(diǎn)十分明顯,從而形成了“一山有四季,十里不同天”的氣候和自然景觀特征,雨熱同季,四季分明,光熱充足是隴南市主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)。因此,既能生產(chǎn)糧食,也是紋黨、當(dāng)歸、紅芪、油橄欖、茶葉、大紅袍花椒等名貴藥材和稀有樹(shù)種的理想適生區(qū)。其中,隴南市白龍江沿岸是專(zhuān)家公認(rèn)的全國(guó)油橄欖最佳適生區(qū),現(xiàn)有油橄欖1.333 3萬(wàn)hm2,是中國(guó)油橄欖栽培種植示范重點(diǎn)區(qū)域之一。同時(shí),隴南市又是“中國(guó)花椒之鄉(xiāng)”、“中國(guó)核桃之鄉(xiāng)”,現(xiàn)有花椒11.339萬(wàn)hm2,種植面積和產(chǎn)量均居全國(guó)第1;現(xiàn)有核桃22.2111萬(wàn)hm2,約占全國(guó)核桃種植面積的1/4,是我國(guó)核桃主產(chǎn)區(qū)。
低溫凍害是隴南市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的主要?dú)庀鬄?zāi)害,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),特別是特色經(jīng)濟(jì)林果威脅很大,由于出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)期低于作物生育要求的臨界致害低溫,包括低溫冰凍、寒潮、強(qiáng)降溫、霜凍、倒春寒和秋季低溫等形成的凍害。本研究主要探討對(duì)隴南市農(nóng)作物或經(jīng)濟(jì)林果生長(zhǎng)關(guān)鍵期、敏感期(花期、芽期、苗期)危害最大的寒潮、強(qiáng)降溫、霜凍(以下統(tǒng)稱低溫凍害)。寒潮是指強(qiáng)冷空氣的突發(fā)性侵襲活動(dòng),日平均氣溫24 h下降≥10.0℃或48 h下降≥12.0℃,且最低氣溫≤5.0℃的降溫天氣過(guò)程。強(qiáng)降溫是指日平均氣溫24 h下降8~10℃或48 h下降≥10.0℃,且最低氣溫≤5.0℃的降溫天氣過(guò)程。霜凍是指農(nóng)作物生長(zhǎng)季內(nèi)冷空氣入侵,使土壤表面、植物表面及近地面空氣層的溫度驟降到0℃以下,引起農(nóng)作物植株遭受凍傷或死亡的現(xiàn)象。根據(jù)隴南市低溫凍害出現(xiàn)的時(shí)間及其對(duì)作物的影響程度,可分為春季(3—5月)低溫凍害和秋季(10—11月)低溫凍害2種類(lèi)型,主要是寒潮、強(qiáng)降溫以及由此引起的早、晚霜凍,一般春季低溫凍害發(fā)生頻率較秋季多,農(nóng)業(yè)災(zāi)損較秋季嚴(yán)重,春季晚霜凍的危害大于秋季早霜凍的危害,晚霜凍越遲造成的災(zāi)害越嚴(yán)重,高海拔地區(qū)受害程度,大于低海拔地區(qū),低洼地帶大于空曠坡地,作物生殖生長(zhǎng)期大于作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期。例如:2006年3月12—13日,隴南市出現(xiàn)了寒潮天氣,受災(zāi)面積達(dá)3.414萬(wàn)hm2,成災(zāi)面積達(dá)2.333萬(wàn)hm2,絕收面積達(dá)173.33 hm2,造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8 500萬(wàn)元以上。2010年4月11—14日,出現(xiàn)了強(qiáng)降溫,高半山最低氣溫或地面最低溫度<0℃,出現(xiàn)晚霜凍,全區(qū)1 3333.3 hm2花椒減產(chǎn)200萬(wàn)kg,經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6 000萬(wàn)元,其中,海拔高度1 650~1 800 m地區(qū)花椒受災(zāi)面積11 333.3 hm2,減產(chǎn)30%~40%。2013年4月4—6日,隴南市出現(xiàn)了強(qiáng)降溫、降雪、晚霜凍、吹風(fēng)天氣過(guò)程,導(dǎo)致武都、文縣高半山及其余各縣的油菜、早春作物和正處于開(kāi)花坐果期的花椒、核桃大面積發(fā)生凍害,共造成禮縣、武都區(qū)、文縣、徽縣、宕昌縣、康縣、西和縣7縣區(qū)的133個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi),農(nóng)作物受災(zāi)面積2.432萬(wàn)hm2,成災(zāi)面積 1.037萬(wàn)hm2,絕收0.141萬(wàn)hm2;經(jīng)濟(jì)林果受災(zāi)面積3.846萬(wàn)hm2,成災(zāi)2.00萬(wàn)hm2,共造成經(jīng)濟(jì)損失28 931.8萬(wàn)元。過(guò)去人們對(duì)隴南山區(qū)旱澇方面研究較多[1-4],而對(duì)低溫凍害的變化和分布規(guī)律的研究卻很少,特別是基于GIS理論繪制低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的研究,卻從未見(jiàn)報(bào)道。因此,研究隴南山區(qū)農(nóng)業(yè)低溫凍害時(shí)空變化規(guī)律及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃,對(duì)趨利避害、科學(xué)規(guī)劃、合理作物布局,提高應(yīng)對(duì)低溫凍害能力,減輕損失,確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收,具有一定的指導(dǎo)意義。
低溫凍害資料由隴南市文縣、康縣、成縣、徽縣、兩當(dāng)、宕昌、西和、禮縣和武都區(qū)9個(gè)氣象站提供,按照《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》要求的方法測(cè)定,依據(jù)甘肅省氣象局氣候評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)。人口、GDP、耕地比等資料由隴南市統(tǒng)計(jì)局2011年年鑒提供。由于過(guò)去氣象站點(diǎn)稀少,現(xiàn)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站的記錄年代太短。因此,本研究所用各鄉(xiāng)鎮(zhèn)低溫凍害資料為隴南市8縣1區(qū)9個(gè)氣象站1971—2010年低溫凍害資料,利用各地地理信息建立經(jīng)度、緯度、海拔高度與低溫凍害次數(shù)多元線性回歸方程計(jì)算而得,并以此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其各時(shí)段平均低溫凍害次數(shù)方程為:y=-18.328 1+0.174 8X1-0.014 7X2+0.000 7X3(u=0.192 8,Q=0.107 2,F(xiàn)=18.582 7>F(0.01,3,5)=12.1,R=0.801 7)。式中,y 為年平均低溫凍害(強(qiáng)降溫、寒潮次數(shù)合計(jì))次數(shù),X1為經(jīng)度,X2為緯度,X3為海拔高度。
根據(jù)1971—2010年隴南市各氣象站低溫凍害記錄統(tǒng)計(jì)(表1)分析,強(qiáng)降溫和寒潮以及由此引起的早、晚霜凍主要發(fā)生在春季3—5月和秋季10—11月,由于該時(shí)期大氣環(huán)流正處于調(diào)整季節(jié),加之也正值春季經(jīng)濟(jì)林果芽期和花期或秋播冬小麥、冬油菜苗期生長(zhǎng)敏感時(shí)期,強(qiáng)降溫和寒潮天氣致使氣溫急劇下降,常伴有大風(fēng)、降雪和早、晚霜凍等,給農(nóng)作物造成重大損失,并且早霜凍越偏早和晚霜凍越偏遲,作物凍害程度越重。參考有關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)氣象資料的分析[5-6],1971—2010年全市共出現(xiàn)強(qiáng)降溫、寒潮137站次,平均每年3.4站次、每站每年約0.4次,其中,強(qiáng)降溫共出現(xiàn)94站次,平均每年2.4站次,寒潮共出現(xiàn)43站次,平均每年1.1站次;2006年出現(xiàn)14站次,為最多年份,其中,有9 a全市沒(méi)出現(xiàn)強(qiáng)降溫和寒潮,即實(shí)際上有77.5%的年份出現(xiàn)了強(qiáng)降溫或寒潮天氣過(guò)程;1990—1999年連續(xù)10 a都有強(qiáng)降溫或寒潮出現(xiàn),為強(qiáng)降溫或寒潮連續(xù)出現(xiàn)最長(zhǎng)年份。西和縣共出現(xiàn)強(qiáng)降溫和寒潮31次,平均每年0.8次,為全市出現(xiàn)強(qiáng)降溫和寒潮次數(shù)最多的縣,1983年出現(xiàn)3次,為最多年份。但這只是各縣(區(qū))氣象站的記錄,實(shí)際上高半山強(qiáng)降溫或寒潮、霜凍出現(xiàn)次數(shù)更多。文縣和成縣各出現(xiàn)強(qiáng)降溫和寒潮6次,平均每年約0.2次,為全市年均出現(xiàn)強(qiáng)降溫和寒潮次數(shù)較少的縣。從全市逐年9站強(qiáng)降溫和寒潮次數(shù)合計(jì)年際變化(圖1)趨勢(shì)分析,目前,強(qiáng)降溫和寒潮次數(shù)正處于比較明顯的持續(xù)上升時(shí)期。
表1 隴南市各縣(區(qū))1971—2010年強(qiáng)降溫、寒潮次數(shù)統(tǒng)計(jì)
利用ArcGIS軟件和隴南市及周邊氣象站歷年強(qiáng)降溫和寒潮次數(shù)資料,結(jié)合日最低氣溫≤0℃頻次,得出低溫凍害危險(xiǎn)性的等級(jí)分布如圖2所示。
從圖2可以看出,隴南市低溫凍害危險(xiǎn)性等級(jí)由高到低、自北向南、自西向東遞減,海拔高的地區(qū)低溫凍害嚴(yán)重,宕昌及武都、文縣海拔1 800 m以上的地區(qū)低溫凍害危險(xiǎn)性等級(jí)較高,徽成盆地及武都、文縣海拔1 200 m以下的地區(qū)低溫凍害危險(xiǎn)性等級(jí)較低。
開(kāi)展隴南市低溫凍害災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃,是在對(duì)隴南市氣象災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查、統(tǒng)計(jì)和分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力等多因子綜合分析[7-13],構(gòu)建氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的框架、指標(biāo)體系、方法與模型,對(duì)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)和等級(jí)劃分,采用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、層次分析法、加權(quán)綜合評(píng)分法等數(shù)量化方法,借助GIS繪制相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖系,分為氣象災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)5級(jí)。
4.1.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性 它是指氣象災(zāi)害異常程度,主要是由氣象致災(zāi)因子活動(dòng)規(guī)模(強(qiáng)度)和活動(dòng)頻次(概率)決定的。一般致災(zāi)因子強(qiáng)度越大,頻次越高,氣象災(zāi)害所造成的破壞損失越嚴(yán)重,氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也越大。
4.1.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性 它是指受到氣象災(zāi)害威脅的所在地區(qū)外部環(huán)境對(duì)災(zāi)害或損害的敏感程度。同等強(qiáng)度的災(zāi)害情況下,敏感程度越高,氣象災(zāi)害所造成的破壞損失越嚴(yán)重,氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也越大。
4.1.3 承災(zāi)體易損性 它是指可能受到氣象災(zāi)害威脅的所有人員和財(cái)產(chǎn)的傷害或損失程度,如人員、牲畜、房屋、農(nóng)作物、生命線等。一個(gè)地區(qū)人口和財(cái)產(chǎn)越集中,易損性越高,可能遭受潛在損失越大,氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大。根據(jù)隴南實(shí)際情況,低溫凍害承災(zāi)體易損性分析選擇各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積比、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度和GDP密度作為評(píng)價(jià)指標(biāo),利用GIS技術(shù)將人口、GDP、耕地比數(shù)據(jù)空間化,采用1 000 m×1 000 m網(wǎng)格進(jìn)行劃分計(jì)算。同時(shí),根據(jù)隴南實(shí)際情況和專(zhuān)家打分綜合考慮,在計(jì)算承災(zāi)體易損性時(shí)賦予低溫凍害氣象災(zāi)害的易損性因子權(quán)重系數(shù):人口占 0.4,GDP占 0.3,耕地比占 0.3。
4.1.4 防災(zāi)減災(zāi)能力 它是指受災(zāi)區(qū)對(duì)氣象災(zāi)害的抵御和恢復(fù)程度,包括應(yīng)急管理能力、減災(zāi)投入資源準(zhǔn)備等,防災(zāi)減災(zāi)能力越高,可能遭受的潛在損失越小,氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越小。
根據(jù)隴南實(shí)際情況,參照文獻(xiàn)[7-13],建立災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估模型:
式中,DRI是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);H,E,V,R 分別表示致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力因子指數(shù);Wh,We,Wv,Wr表示相應(yīng)的權(quán)重,在該區(qū)劃中通過(guò)專(zhuān)家打分,并根據(jù)隴南市氣象災(zāi)害實(shí)際情況,分別賦值 0.5,0.2,0.2,0.1;Xk是指標(biāo)k量化后的值;Wk為指標(biāo)k的權(quán)重,表示各指標(biāo)對(duì)形成氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的主要因子的相對(duì)重要性;a為常數(shù),用來(lái)描述防災(zāi)減災(zāi)能力對(duì)于減少總的DRI所起的作用,根據(jù)隴南市的實(shí)際情況,取值為0.5。根據(jù)低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)大小,劃分為高(≥0.30)、次高(0.25~0.30)、中(0.20~0.25)、次低(0.15~0.20)、低(<0.15)5個(gè)級(jí)別。
低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃主要從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性3個(gè)方面進(jìn)行綜合分析得到。致災(zāi)因子危險(xiǎn)性見(jiàn)低溫凍害危險(xiǎn)性等級(jí)分布(圖2);孕災(zāi)環(huán)境敏感性主要考慮地形因子,如坡度及高度、河網(wǎng)密度2個(gè)方面;承災(zāi)體易損性分析主要以人口密度、經(jīng)濟(jì)密度、耕地比為基本要素。最后將上述3個(gè)方面內(nèi)容進(jìn)行加權(quán)疊加、合并以及等級(jí)劃分操作,得到低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃(圖3)。由圖3可知,低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)由高到低、自北向南、自西向東遞減,宕昌和禮縣西北部、武都西北部、文縣西南和西北部高海拔區(qū)為低溫凍害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);康縣、兩當(dāng)、成縣、徽縣以及武都、文縣1 200 m以下低海拔區(qū)為低溫凍害低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。
(1)隴南市低溫凍害(強(qiáng)降溫、寒潮和霜凍)發(fā)生年際頻率為77.5%,平均每年3.4站次、每站每年約0.4次,其中,強(qiáng)降溫平均每年2.4站次,寒潮平均每年1.1站次,2006年出現(xiàn)14站次,為最多年份;1990—1999年連續(xù)10 a都有低溫凍害出現(xiàn),為低溫凍害連續(xù)出現(xiàn)最長(zhǎng)年份。西和縣低溫凍害平均每年0.8次,為全市年均出現(xiàn)低溫凍害次數(shù)最多的縣,但這只是各縣(區(qū))氣象站的記錄,實(shí)際上高半山低溫凍害出現(xiàn)次數(shù)會(huì)更多。文縣和成縣低溫凍害平均每年約0.2次,為全市年均出現(xiàn)低溫凍害次數(shù)較少的縣。目前,全市低溫凍害次數(shù)正處于比較明顯的持續(xù)上升時(shí)期。
(2)隴南市低溫凍害危險(xiǎn)性等級(jí)由高到低、自北向南、自西向東遞減,宕昌及武都、文縣海拔1 800 m以上的地區(qū)低溫凍害危險(xiǎn)性等級(jí)較高,徽成盆地及武都、文縣海拔1 200 m以下的地區(qū)低溫凍害危險(xiǎn)性等級(jí)較低。
(3)隴南市低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)由高到低、自北向南、自西向東遞減,宕昌和禮縣西北部、武都西北部、文縣西南和西北部高海拔區(qū)為低溫凍害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);康縣、兩當(dāng)、成縣、徽縣以及武都、文縣1 200 m以下低海拔區(qū)為低溫凍害低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。
(4)本研究得到低溫凍害災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其區(qū)劃,其結(jié)果與隴南市低溫凍害發(fā)生實(shí)際相符。因此,本研究對(duì)趨利避害,合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作,預(yù)防和減輕低溫凍害具有一定的指導(dǎo)意義。
(5)利用ArcGIS軟件進(jìn)行隴南山區(qū)低溫凍害災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其區(qū)劃的研究,由于條件所限,所取氣象資料站點(diǎn)較少,不能包括各種地形地貌地理位置下的氣象站點(diǎn)的資料。因此,建立的計(jì)算各地低溫凍害次數(shù)的模型代表性有限,其結(jié)論與實(shí)際有一定差距,仍有待進(jìn)一步研究。
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