上海市閔行區(qū)設施大棚風災風險區(qū)劃

麻炳欣　談豐　孫健

摘要 基于上海10個區(qū)縣30年大風統(tǒng)計資料和閔行區(qū)域自動站近年大風統(tǒng)計資料，通過對大風天氣現(xiàn)象的時空分析結合設施大棚抗風強度得出大棚成災與風力等級的關系，將研究結論應用于閔行區(qū)，基于GIS平臺，制作了閔行區(qū)設施大棚風災農(nóng)業(yè)氣候風險區(qū)劃。結果表明，上海市閔行區(qū)大風主要出現(xiàn)在夏季，春季次之；其中近38%的大風出現(xiàn)在7～8月份；近30年來大風日數(shù)呈現(xiàn)逐年下降趨勢。閔行區(qū)西南部地區(qū)主要包括馬橋鎮(zhèn)、江川路街道、吳涇鎮(zhèn)南部等大風出現(xiàn)頻率較高，為風災較高風險區(qū)；中部地區(qū)梅隴鎮(zhèn)、莘莊鎮(zhèn)、顓橋鎮(zhèn)、吳涇鎮(zhèn)北部、浦江浦江鎮(zhèn)西南部等大風出現(xiàn)頻率中等，為風災中等風險區(qū)；七寶鎮(zhèn)、虹橋鎮(zhèn)、古美街道以及浦江鎮(zhèn)東北部等大風出現(xiàn)頻率最低，是風災較低風險區(qū)。

關鍵詞：設施農(nóng)業(yè)；大棚風災；大風日數(shù)；風險區(qū)劃

中圖分類號：S424 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）08-167-03

設施農(nóng)業(yè)以人工建好的設施為基礎，為種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)及其產(chǎn)品貯藏保鮮提供最佳的環(huán)境條件，進而提供高產(chǎn)、優(yōu)質的農(nóng)產(chǎn)品[1]。設施園藝作為一種對設施裝備要求較高的生產(chǎn)方式，其設施的規(guī)模與結構、裝備的種類與數(shù)量代表了一個國家或地區(qū)的總體生產(chǎn)能力與保障水平。我國設施園藝歷史悠久，2000多年前已經(jīng)有利用室內(nèi)加溫技術冬季種植蔬菜的記載。但現(xiàn)代設施園藝技術起步較晚。20世紀60～70年代開始經(jīng)過40年的發(fā)展我國設施園藝面積已經(jīng)位居世界第一位[2]。上海設施農(nóng)業(yè)主要以塑料大棚為主，由于設施作物的生長在很大程度上依賴于氣候條件（降水、氣溫、光照等），但塑料大棚對自然災害的抵御能力較差，因此塑料大棚易在大風天氣影響下，會吹壞大棚，造成重大的經(jīng)濟損失[3]。筆者在此利用上海10個區(qū)縣30年大風資料，對大風天氣現(xiàn)象的時空分布特征進行了分析，并基于GIS平臺制作了閔行區(qū)設施大棚風災風險區(qū)劃。

1 資料來源與成災機理

1.1 氣象資料來源 基礎數(shù)據(jù)為上海市各個區(qū)縣，包括閔行、寶山、嘉定、崇明、徐家匯、南匯、金山、青浦、松江、奉賢的大風日數(shù)30年統(tǒng)計資料（1981～2010年），閔行區(qū)域自動站近10年氣象資料。

1.2 設施大棚風災成災機理 上海市是受大風影響較嚴重的區(qū)域，造成風災的致災因子多種多樣。有寒潮大風、雷雨大風、臺風大風和局地的龍卷風；風災是由于風力過大而對較為脆弱的承載體造成損害[4]。農(nóng)業(yè)設施大棚主要包括蔬菜大棚、西甜瓜大棚、草莓大棚、葡萄大棚以及水產(chǎn)養(yǎng)殖大棚等。大棚主要由鋼制件或竹木和塑料薄膜構成，寬度一般在5～8 m，受風面積較大，本身的抗壓能力有限，所以遇到強烈的大風，當風壓超過棚膜及棚架的抗壓能力時，會造成棚膜撕毀，嚴重時可導致棚架倒塌；或由于大風持續(xù)時間較長，風壓使得棚膜在棚架上反復搖晃，上、下鼓打以致出現(xiàn)破口，風侵入破口后在膜內(nèi)反復鼓風加壓將棚膜撕碎，甚至連棚架一同拔出刮倒，從而殃及棚中作物的正常生長[5]。

研究表明，設施大棚迎風面以風壓力為主，迎風邊緣風壓等值線密集，風力梯度大；背風面則受風吸力影響，風力變化平緩。在不同風向角下，設施大棚各迎風區(qū)域風壓系數(shù)均有正壓與負壓的過渡，在此過程中出現(xiàn)了零壓區(qū)；而一直背風的區(qū)域風壓系數(shù)均為負值。

2 上海市與閔行區(qū)大風時空分布特征

2.1 大風日數(shù)年際變化 從大風日數(shù)年際變化（圖1）可以看出，上海市整體大風日數(shù)呈現(xiàn)逐年下降趨勢，主要原因是上海市城市化進程不斷加快，城市建筑物越來越多，建筑物之間相互遮擋減弱了風力。

2.2 大風日數(shù)月變化 從1981～2010年大風日數(shù)月變化（圖2）可以看出，上海夏季7、8月份大風日數(shù)明顯高于其他月份，約占全年大風日數(shù)的34.7%；8月份是大風發(fā)生頻率最高的月份，7月次之。因為7、8月份是上海臺風和強對流等天氣發(fā)生頻率最多的2個月份。閔行區(qū)大風集中發(fā)生的月份與整個上海市保持了較高一致性，7、8月份大風日數(shù)明顯高于其他月份，約占全年大風日數(shù)的37.6%；8月份是大風發(fā)生頻率最高的月份，7月次之。

2.3 大風日數(shù)空間分布特征 從1981～2010年大風日數(shù)空間分布（圖3）可以看出，上海市大風日數(shù)分布區(qū)域差異較明顯，主要出現(xiàn)在崇明區(qū)和金山區(qū)，其次為南匯、青浦、奉賢和閔行，發(fā)生較少的為徐家匯、寶山等；閔行區(qū)空間分布有較大的差異性，交大和女兒涇水閘自動站發(fā)生大風頻次最多，其次為浦江光繼村（2013年已經(jīng)停用）、閔行本站以及陳家角自動站，頻次最少的為浦江二小、浦江三小自動站。

3 大棚風災風險區(qū)劃

3.1 風力等級與大棚風災的關系 監(jiān)測分析表明，隨著風速增大，大風持續(xù)時間增長，或伴隨的降水強度愈強，其危害也愈大。參考楊再強等研究成果，設施大棚受風破壞，最小臨界風速為14.5 m/s，大棚端面的最小臨界風速為18.3 m/s，此時受風壓影響，設施大棚頂端較大棚端面更易被大風損壞[6]。

根據(jù)劉桂枝等得出的結論6級大風成災機率為10%，且是輕災；7級大風成災機率為67%，多是輕災，當大風持續(xù)達5 h以上就會造成嚴重風災；8級以上大風成災機率達100%[5，7]。根據(jù)以上結論得出大棚受損程度與風級對照表（表1）。從2012年臺風“海葵”最大風速對蔬菜大棚影響危害調查（表2）可以看出，風力越大，過程降水越大，大棚受災情況越嚴重。

3.2 風險區(qū)劃指標 因為8級以上大風成災機率達100%會對設施大棚造成嚴重的損壞，故筆者根據(jù)閔行區(qū)域自動站2005～2012年實際記錄的年大風出現(xiàn)日數(shù)作為統(tǒng)計指標，用等分法將閔行區(qū)年大風日數(shù)≤1.5 d作為風災風險較低區(qū)域，>1.5 d而≤2.3 d為風災風險中等區(qū)域，2.3 d以上為較高風險區(qū)域，由此將閔行境內(nèi)區(qū)域自動站2005～2012年年均大風日數(shù)進行風險等級劃分。

3.3 風險區(qū)域劃分 利用ARCGIS空間分析模塊，選用反距離加權插重法IDW（Inverse Distance Weighted）對樣本進行插值，反距離加權插值法是基于相近相似原理，以插值點與樣本點間的距離為權重進行加權平均，離插值點越近的樣本點被賦予的權重越大[8]。

根據(jù)以上統(tǒng)計結果與風險等級劃分標準用GIS空間分析模塊得出閔行區(qū)大棚風災農(nóng)業(yè)氣候風險區(qū)劃圖（圖4）。

從圖4可以看出，Ⅰ區(qū)（風災較高風險區(qū)）主要包括馬橋鎮(zhèn)、江川路街道、吳涇鎮(zhèn)南部等區(qū)域，該區(qū)域年大風次數(shù)出現(xiàn)頻率高，為風災較高風險區(qū)；Ⅱ區(qū)（風災中等風險區(qū)）主要包括梅隴鎮(zhèn)、莘莊鎮(zhèn)、顓橋鎮(zhèn)、吳涇鎮(zhèn)北部、浦江浦江鎮(zhèn)西南部等區(qū)域，該區(qū)域年大風出現(xiàn)次數(shù)居于中等水平，為風災中等風險區(qū)；Ⅲ區(qū)（風災較低風險區(qū)）主要包括七寶鎮(zhèn)鎮(zhèn)、虹橋鎮(zhèn)、古美街道以及浦江鎮(zhèn)東北部等地區(qū)，該區(qū)域年大風次數(shù)出現(xiàn)較少，為風災較低風險區(qū)。

4 結論與討論

針對閔行區(qū)風災高風險區(qū)域應盡量避開在沿江（河）附近或存在狹管效應的風口處的開闊地段建大棚[8-9]，選取抗風能力強的棚型和棚架材料，增強棚體的堅固性。同時結合綠化林帶和生態(tài)農(nóng)業(yè)的開發(fā)建設，可以在設施大棚主要生產(chǎn)季節(jié)的主導強風風向的上風方，種植具有一定寬度與高度的成片林帶，可有效減弱風速，降低大棚受大風襲擊時導致風害的幾率。另外要盡量將進出門、透風口安置在當?shù)卦O施大棚主要生產(chǎn)季節(jié)主導強風風向的下風方。材料上要選取質地堅韌、耐老化的塑料薄膜，棚膜與地表層相交處要用泥土填結實等方式進行加固。同時要重點關注造成大風的天氣系統(tǒng)如寒潮大風天氣預告，在大風來臨前或出現(xiàn)時及時關閉透通風口、氣窗，防止進風和避免棚膜在棚架上搖晃，反復鼓打而撕碎棚膜，有效減小大棚受損，從而減少農(nóng)民的財產(chǎn)損失和人員傷亡。

參考文獻

[1] 高翔，齊新丹，李驊.我國設施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展對策分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35（11）：3453-3454.

[2] 張紅萍，張法瑞.中國設施園藝的歷史回顧與思考[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2004，20（6）：291-295.

[3] 楊再強，朱凱，趙翔.中國南方塑料大棚氣象災害風險區(qū)劃[J].自然災害學報，2012，21（5）：213-221.

[4] 顧宇丹，王強，黃曉虹.上海市兩類風災時空變化分析及區(qū)劃[J].大氣科學研究與應用，2010（2）：105-112.

[5] 劉桂枝.大棚風災的預測和防御[J].農(nóng)業(yè)科學實驗，1987（4）：24-26.

[6] 楊再強，張波，薛曉萍.設施塑料大棚風洞試驗及風壓分布規(guī)律[J].生態(tài)學報，2012，32（24）：7730-7737.

[7] 蔡冰，劉壽東，費玉娟.江蘇省設施農(nóng)業(yè)氣象災害風險等級區(qū)劃[J].中國農(nóng)學通報，2011，27（20）：285-291.

[8] 林忠輝，莫興國，李宏軒.中國陸地區(qū)域氣象要素的空間插值[J].地理學報，2002，57（1）：47-56.

[9] 王鵬飛，于秀捷.從氣象角度對防御塑料大棚風災的思考[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學，1999（5）：34-38.