遼寧省玉米初霜凍特征及風險評估

鄭 馳,楊利霞

(1.鎮(zhèn)巴縣氣象局,陜西鎮(zhèn)巴 723600；2.漢中市氣象局,陜西漢中 724200)

遼寧省玉米初霜凍特征及風險評估

鄭 馳1,楊利霞2

(1.鎮(zhèn)巴縣氣象局,陜西鎮(zhèn)巴 723600；2.漢中市氣象局,陜西漢中 724200)

利用1984—2013年遼寧省33個氣象臺站0cm地溫資料和1992—2011年遼寧省14個地市玉米種植分布數(shù)據(jù),統(tǒng)計分析遼寧省初霜凍日期的特征。結果表明：遼寧平均初霜凍日均出現(xiàn)在每年10月,76%的站點平均初霜凍日期在10月15日之前,平均初霜凍日期自沿海向內陸逐漸提前；初霜凍日為10月5日的10a平均變化等值線明顯北抬,表明初霜凍對遼寧玉米種植的影響范圍在逐步縮小；從玉米初霜凍風險等級區(qū)劃圖來看,高風險區(qū)主要集中在松遼平原的阜新、昌圖、開原三地,低風險集中在氣候溫暖、濕潤的大連、長海、旅順三地；在氣候變暖的大氣候背景條件下,可以適當調整種植制度,在遼寧省北部地區(qū)擴大玉米種植面積。

玉米；初霜凍；災害；風險評估；遼寧省

玉米是遼寧地區(qū)的主要糧食作物,初霜凍是影響玉米產量、品質的主要因素。在已有的研究中,常將下半年日最低0cm地溫≤0℃的第一天定義為初霜凍日,或將下半年百葉箱所觀測的日最低氣溫≤2℃的第一天定義為初霜凍日[1-2]。韓榮青等[3]的研究表明利用氣溫定義的初霜凍日較初霜凍的實際觀測日期偏晚的區(qū)域面積大,偏晚幅度高,而利用地溫定義的初霜凍日普遍更接近于觀測日期,并且指出20世紀60、70、80和90年代初霜凍發(fā)生地帶北移明顯,2000年以后初霜凍出現(xiàn)日期較前4個10年都明顯偏遲。王萍[4]、張林梅等[5]的研究表明初霜凍的年代際變化還和初霜凍發(fā)生的早晚有關,初霜凍發(fā)生越早的地方年際變化越小,反之年際變化越大。

利用遼寧省玉米主要產區(qū)30a玉米生長季內的0cm地溫資料,結合遼寧省玉米種植面積分布特征以及玉米產量數(shù)據(jù)對遼寧省的玉米初霜凍日特征進行研究,并進行風險評估,對科學種植、有效防御玉米初霜災害、提高玉米產量、減少經濟損失具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

0cm地溫氣象資料采用1984—2013年遼寧省33個氣象站觀測數(shù)據(jù),資料來源于中國氣象科學數(shù)據(jù) 共享服務網(wǎng) (http：// cdc.cma.gov.cn/home.do)；玉米播種面積、玉米單產數(shù)據(jù)和遼寧省行政面積采用1992—2011年 《遼寧統(tǒng)計年鑒》資料。

初霜凍只有發(fā)生在玉米成熟之前才會對玉米產量、品質造成影響,因此重點分析9—10月的0cm地溫數(shù)據(jù)。將9—10月第1次日最低0cm地溫≤0℃的當日定義為初霜凍日,根據(jù)QX/T 88—2008《作物霜凍害等級》并結合當?shù)貙嶋H情況,將霜凍分為：輕霜凍、中霜凍、重霜凍、嚴重霜凍四個等級(表1)。

表1 霜凍等級劃分

災害風險一般定義為一定概率下災害造成的破壞或損失。評估程序主要包括致災因子危險性、孕災環(huán)境暴露性、承災體易損性和人類防災減災能力四個方面的評估[6-8]。致災因子危險性是某一地區(qū)某一時間段內發(fā)生霜凍的嚴重程度以及發(fā)生霜凍頻率的綜合體現(xiàn),因此將兩者結合起來可以組成一種較客觀地反應危險性的指標；孕災環(huán)境暴露性是指研究風險源和承災體的接觸暴露關系；承災體易損性是指同一級別的災害對不同承災體造成的損失,這里將玉米的相對單產作為承災體易損性的評價指標；人類防災減災能力要考慮當?shù)乜茖W技術水平、不可防御風險等社會綜合因素。玉米霜凍災害風險指數(shù)基于致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性、人類防災減災能力的綜合影響構造,因此可以作為評估玉米霜凍的災害風險指數(shù)的綜合指標。王晾晾等[6]對吉林等地玉米霜凍風險指數(shù)的研究中構造了模型

其中,R為霜凍災害風險指數(shù),Hb為致災因子危險性,Vc為孕災環(huán)境暴露性,Vd為承災體易損性, D為人類防災減災能力,Wb為致災因子對災害風險的權重系數(shù)；Wc為物理暴露性對災害風險指數(shù)的權重系數(shù)；Wd為災害敏感性對災害風險的權重系數(shù)；We為人類防災減災能力對災害風險指數(shù)的權重系數(shù)。

參照文獻[8],Hb、Vc、Vd計算公式：

式中,j=1,2,3,4,依次代表輕、中、重、嚴重霜凍；n為總年數(shù)；Dj(℃)為j等級霜凍強度下的溫度中值；Gj(℃)為j等級霜凍強度出現(xiàn)的次數(shù)；Sp(hm2)為各地市20a玉米平均種植面積；S(km2)為各地市行政面積。G(kg)為各地市20a玉米平均單產；ˉG(kg)為整個研究區(qū)域20a玉米單產平均值。

式中各因子的權重系數(shù)采用專家打分法獲得,參考郭志華等[6]的研究結果確定各致災因子對災害風險指數(shù)的權重系數(shù) (見表2)。由于防災減災能力占權重系數(shù)小,且評估過程復雜不易操作,故在評估過程中忽略此項。

表2 各致災因子權重系數(shù)

2 結果與分析

2.1 初霜凍日特征分析

2.1.1 平均初霜凍日特征 統(tǒng)計1984—2013年遼寧省33個氣象站平均初霜凍日(見表3),發(fā)現(xiàn),遼寧平均初霜凍日均出現(xiàn)在每年10月,其中,平均初霜凍日最早為10月1日(新賓),最晚為10月26日(長海)。遼寧內陸北部和西部地區(qū)平均初霜凍日大多在5日前后,最南部的旅順、大連、長海平均初霜凍日則在10月下旬,總體來說,平均初霜凍日自沿海向內陸逐漸提前。

2.1.2 初霜凍日期10a平均變化特征 遼寧省各地以種植晚熟玉米為主,10月中旬前為玉米主要收獲期。統(tǒng)計結果顯示遼寧33個站點中有76%的站點初霜凍日在10月15日之前,這段時間,尤其是10月上旬發(fā)生霜凍會減少玉米產量、降低玉米品質,造成一定經濟損失。以10月5日為標準,通過分析1984—1993年、1994—2003年、2004—2013年內平均初霜凍日為10月5日的等日期線空間分布(圖1),了解近30a來遼寧省初霜凍的變化趨勢和影響范圍。從圖1可以看出,近30年來平均初霜凍日為10月5日的等日期線明顯北移,2004—2013年平均初霜凍日為10月5日之前的影響范圍比前20a大幅減少,僅有葉柏壽和昌圖的偏北地區(qū)。

表3 1984—2013年遼寧省33個氣象站平均初霜凍日

圖1 遼寧省1984—2013年初霜凍日期為10月5日的10a平均變化

2.2 初霜凍風險評估

2.2.1 致災因子危險性評估 利用公式(2)計算各站點的Hb,對Hb采用相對化處理方法進行無量綱化,使用自然斷點法對無量綱化后的Hb進行分級。表4為致災因子危險性分區(qū)閾值范圍,據(jù)此制作遼寧省玉米霜凍致災因子分區(qū)(圖2,見第25頁)?？梢钥闯?在遼寧省的中南部地區(qū)由于初霜凍發(fā)生頻次較低、初霜凍日期較晚、強度也較弱,因此這些地區(qū)玉米初霜凍致災因子危險性較低；遼寧省北部、東北部以及西北部地區(qū)由于初霜凍發(fā)生頻次高、初霜凍發(fā)生日期早、初霜凍強度大,造成這些地區(qū)玉米致災因子危險性高；遼寧省玉米初霜凍致災因子危險性整體由南向北隨緯度升高而增加。

表4 致災因子危險性分區(qū)閉值范圍

2.2.2 孕災環(huán)境暴露度評估 由于《遼寧省統(tǒng)計年鑒》中對于行政面積和玉米種植面積數(shù)據(jù)以市為單位進行統(tǒng)計,在利用公式 (3)計算遼寧各地市玉米孕災環(huán)境暴露度值 (表5)進行玉米初霜凍風險評估時將同一地市的站點賦予相同的孕災環(huán)境暴露度值。考慮計算方便并兼顧利于實際操作的原則,將孕災環(huán)境暴露度分為5級 (表6)。

表5 孕災環(huán)境暴露度

表6 孕災環(huán)境暴露度分區(qū)閉值范圍 hm2/km2

從孕災環(huán)境暴露度來看遼寧省玉米種植并不是均一分布的,地域差異較大。遼寧省東南部的玉米種植密度較小,孕災環(huán)境暴露度較小；遼寧省的東北部地區(qū)玉米種植密度大,孕災環(huán)境暴露度較大,其中沈陽、鐵嶺為高暴露區(qū),孕災環(huán)境暴露度值在20hm2/km2以上；阜新、錦州為次高暴露區(qū)。

2.2.3 承災體易損性評估 同一級別的霜凍強度對單位面積玉米造成的經濟損失的差異取決于玉米的單產,單產越大經濟損失越大,反之越小。因此,把玉米的相對單產作為承災體易損性評估指標。采用自然斷點法劃分承災體易損性分區(qū)閾值范圍(表7)。

表7 承災體易損性分區(qū)閉值范圍

利用公式(4)計算各地市的承災體易損性,再根據(jù)分區(qū)閾值進行分級。結果顯示,達到次高及以上易損等級的主要分布在遼寧東北和東部地區(qū)；中易損區(qū)集中在遼寧省中部地區(qū)；遼寧南部和西北部地區(qū)易損性都在0.9以下,屬于低易損區(qū)。由此也說明遼寧省各地玉米產量差異性較大,其中東北部的沈陽、鐵嶺、撫順等地區(qū)相對單產高,是承災體易損較大的地區(qū)。

2.2.4 初霜凍災害風險評估與區(qū)劃 為了消除量綱以便參與綜合評估,采用相對化處理方法對致災因子危險性、孕災環(huán)境暴露性、承災體易損性分別利用公式 (5)進行去量綱化處理

式中,Kmax為各因子的極大值,K為因子值,K*為去量綱后的值。

圖2 遼寧省初霜凍致災因子危險性分區(qū)

圖3 遼寧省玉米初霜凍風險等級區(qū)劃

將去量綱后的各因子帶入公式(1)中計算33個縣(市)的玉米初霜風險指數(shù)R。利用SPSS軟件對風險指數(shù)R進行樣本聚類分析,將33個縣(市)分為低風險區(qū)、次低風險區(qū)、中風險區(qū)、次高風險區(qū)、高風險區(qū)共5類風險區(qū)。再使用surfer軟件基于33個縣(市)的風險指數(shù)R采用克里金插值法繪制遼寧省各地區(qū)玉米初霜凍風險區(qū)劃圖(圖3)。從圖3可以看出,①低風險區(qū)位于大連沿海地區(qū),主要由于沿海地區(qū)溫度相對較高,致災因子危險度低；且沿海地區(qū)不以種植玉米為主要經濟來源,種植面積小、相對單產低,孕災環(huán)境暴露度小、承災體易損性也小。②次低風險區(qū)主要位于遼西—遼南,雖然遼西—遼南地區(qū)處于致災因子危險度低值地區(qū)、承災體易損性也處于低值區(qū),但是孕災環(huán)境暴露度處于中暴露度區(qū)。③中風險區(qū)主要位于40°N～41°N區(qū)域附近,這些地區(qū)的致災因子危險性、孕災環(huán)境暴露性、承災體易損性都處于中等水平。④次高風險區(qū)主要位于41°N～42°N區(qū)域附近,其中葉柏壽、建昌主要是由于致災因子危險性高造成的。海城地區(qū)的致災因子不屬于高值區(qū),但結合玉米種植分布數(shù)據(jù)來看其孕災環(huán)境暴露性和承災體易損性都處于高值區(qū),因此海城地區(qū)也處于玉米初霜凍次高風險區(qū)。⑤高風險區(qū)主要位于遼寧省東北部,一方面是由于這些地方溫度條件不好導致致災因子大,另一方面這些地區(qū)玉米種植密度較大、相對產量較高導致孕災環(huán)境暴露性和承災體易損性也大,因此綜合表現(xiàn)為玉米初霜凍為高風險區(qū)。

3 結論

(1)整體來看,1984—2013年遼寧省平均初霜凍日均出現(xiàn)在每年10月,76%的站點平均初霜凍日期在10月15日之前,且平均初霜凍日由南向北逐步提前。初霜凍日為10月5日的10 a平均變化等值線明顯向北抬,表明初霜凍對遼寧玉米種植的影響范圍在逐步縮小。

(2)從玉米初霜凍風險評估劃分的五個等級中,阜新、昌圖、開原屬高風險區(qū)；遼西—遼南地區(qū)的長海、大連、旅順屬低風險區(qū),適宜玉米的種植；其它地區(qū)風險居中,通過培育抗寒玉米品種可以大幅增加玉米種植面積,獲得良好經濟效益。

(3)在氣候變暖的大氣候背景條件下,可以適當調整種植制度,在遼寧省北部地區(qū)擴大玉米種植面積。

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1006-4354(2015)02-0021-06

2014-09-13

鄭馳(1990—),男,漢族,陜西漢中人,學士,技術員,從事基層氣象服務。