近40年來華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害損失變化特征及影響

陳笑笑，黃治勇，姚 瑤，鞠英芹，段 彭，李留毅，楊 倩

（1.中國氣象局 氣象干部培訓(xùn)學(xué)院 湖北分院，湖北 武漢 430074；2.暴雨監(jiān)測預(yù)警湖北重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430205；3.湖北國際物流機(jī)場有限公司，湖北 鄂州 436000）

0 引言

我國是世界上自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，且災(zāi)害種類多，分布地域廣，發(fā)生頻率高，造成損失重［1］。據(jù)世界氣象組織估計，氣象災(zāi)害造成的損失約占各種自然災(zāi)害總損失的85%，而旱災(zāi)損失又占?xì)庀鬄?zāi)害損失的50%左右［2］。中國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物生產(chǎn)安全問題直接關(guān)系著經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，而每年受氣象災(zāi)害損失的農(nóng)作物面積高達(dá)5000萬hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾十億元［3-4］。目前已有不少學(xué)者對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害開展了研究，分全國性［5-9］、區(qū)域性［10-13］和單一省份［14-18］等，包括農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的特點(diǎn)、分布、對糧食生產(chǎn)的影響以及應(yīng)對策略［19-21］等都有一定的分析，這些或研究時間太短，或研究時間太過久遠(yuǎn)，且多集中于北方，而對南方農(nóng)作物影響的研究較少。近年來受全球氣候變化影響，極端天氣頻發(fā)，且多集中于黃河以南地區(qū)，尤其是2022年以來，全球性的高溫?zé)崂耸录绊懮鯊V，據(jù)應(yīng)急管理部統(tǒng)計，截至2022年8月底，受高溫干旱的影響，長江流域內(nèi)飲水困難人口達(dá)340多萬人，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)370萬hm2以上，造成的農(nóng)作物損失和經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重。

華中地區(qū)是我國主要糧食生產(chǎn)地區(qū)之一，地理環(huán)境復(fù)雜，又地處黃河流域和長江流域上，受汛期洪澇災(zāi)害影響大。目前，對該區(qū)域的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究多集中在單一省份氣象要素對農(nóng)業(yè)的影響，且多以受災(zāi)、成災(zāi)面積來衡量，未從損失角度進(jìn)行歸一化處理。本研究基于1980—2019年主要影響華中地區(qū)的水災(zāi)、干旱、風(fēng)雹和冷凍4種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)的變化特征及其對糧食作物的影響，找出其氣象災(zāi)害變化規(guī)律，提出相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)措施，對提高我國糧食產(chǎn)量和減少農(nóng)業(yè)損失具有十分重要的意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文收集了1980—2019年華中地區(qū)3個省份的農(nóng)作物播種面積、糧食播種面積、糧食總產(chǎn)量以及主要影響華中地區(qū)的4種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)（水災(zāi)、旱災(zāi)、風(fēng)雹和冷凍）造成的作物受災(zāi)面積（糧食損失10%以上）、成災(zāi)面積（糧食損失30%以上）和絕收面積（糧食損失70%以上），數(shù)據(jù)來源于中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司和國家統(tǒng)計局。

1.2 研究方法

1.2.1 災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù) 根據(jù)趙映慧等［22］的研究認(rèn)為，災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)是一種反映災(zāi)害強(qiáng)度大小的加權(quán)百分?jǐn)?shù)，能夠更好地解釋農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害真實(shí)的演變特征。將成災(zāi)率和絕收率分別賦值為0.3、0.7，并構(gòu)建災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)Q，計算公式為：

式（1）中，Q為災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)；A為受災(zāi)率，B為成災(zāi)率，C為絕收率。致災(zāi)率為致災(zāi)面積與當(dāng)年農(nóng)作物播種面積之比。

1.2.2 糧食災(zāi)損量和災(zāi)損率 通過比重法來確定糧食災(zāi)損量，計算公式為：

式（2）中，F(xiàn)d(萬t) 為糧食災(zāi)損量；R為糧食種植面積占農(nóng)作物種植面積的比例；A1、A2、A3（hm2）分別為輕災(zāi)、中災(zāi)和重災(zāi)的作物面積；Y（kg/hm2）為糧食單產(chǎn)水平；P1、P2、P3分別為受災(zāi)、成災(zāi)和絕收糧食產(chǎn)量的下降程度，根據(jù)受災(zāi)、成災(zāi)和絕收的定義，通過中值法確定其值分別為20%、45%和80%，其中災(zāi)損率為災(zāi)損量與糧食總產(chǎn)量的比值。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的年際變化和年代際變化

華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害致災(zāi)率年際變化基本保持一致，整體呈下降趨勢（圖1）。受災(zāi)率和成災(zāi)率的氣候傾向率分別為-0.071%/10 a、-0.039%/10 a，且通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)，說明輕度災(zāi)害造成的糧食減產(chǎn)比例下降趨勢最明顯，其中2005年后河南省的致災(zāi)率出現(xiàn)了陡降的趨勢，這與當(dāng)?shù)貧夂驐l件和河南省政府加強(qiáng)了農(nóng)田水利設(shè)施整改有較大關(guān)系。湖北和湖南2省的氣象災(zāi)害致災(zāi)率的下降趨勢基本相同。2008年除河南省外，其他2省的受災(zāi)率和成災(zāi)率均達(dá)到最大值，這與當(dāng)年南方大范圍雪災(zāi)天氣有關(guān)，華中地區(qū)受災(zāi)率整體高于成災(zāi)率10～20個百分點(diǎn)。

圖1 華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率和成災(zāi)率的年際變化

華中地區(qū)受災(zāi)率、成災(zāi)率的年代際變化（圖2）顯示，華中地區(qū)受災(zāi)率和成災(zāi)率的變化規(guī)律基本一致，水災(zāi)和旱災(zāi)這2個農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)的致災(zāi)率遠(yuǎn)高于風(fēng)雹和冷凍，且21世紀(jì)后致災(zāi)率呈明顯下降的趨勢。河南省各年代農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)的致災(zāi)率由大到小依次為旱災(zāi)＞水災(zāi)＞風(fēng)雹＞冷凍，其中旱災(zāi)的致災(zāi)率遠(yuǎn)高于水災(zāi)，最大出現(xiàn)在1980—1989年（寫成1980s，下同），受災(zāi)率和成災(zāi)率分別為20.3%、9.8%，其次為1990s；水災(zāi)致災(zāi)率最大出現(xiàn)在2000s，受災(zāi)率和成災(zāi)率分別為6.5%、3.9%，說明旱災(zāi)是河南省的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。湖北省水災(zāi)和旱災(zāi)的致災(zāi)率相對大小在各年代交替出現(xiàn)，水災(zāi)和旱災(zāi)的受災(zāi)率最大出現(xiàn)在1990s，分別為17.5%、14.0%，水災(zāi)成災(zāi)率最大為10.0%，旱災(zāi)成災(zāi)率最大出現(xiàn)在2000s，為8.2%，風(fēng)雹和冷凍的致災(zāi)率在2010s以前整體呈上升的變化趨勢，說明水災(zāi)和旱災(zāi)是湖北省的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。湖南省各年代水災(zāi)和冷凍這2個農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)的致災(zāi)率均呈先增加后減小的變化趨勢，旱災(zāi)和風(fēng)雹的致災(zāi)率基本上呈減小的變化趨勢，水災(zāi)和旱災(zāi)的受災(zāi)率最大，均為17.8%，出現(xiàn)在21世紀(jì)以前。湖北、湖南2省的致災(zāi)率變化趨勢保持高度一致，與這2省氣候狀況相似有關(guān)。

圖2 華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率和成災(zāi)率的年代際變化

2.2 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的波動變化

由表1可知：華中地區(qū)近40年來農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的受災(zāi)率和成災(zāi)率的突變點(diǎn)具有較好的一致性，水災(zāi)和冷凍的突變時間整體上早于旱災(zāi)和風(fēng)雹，主要集中在20世紀(jì)80～90年代初，與全國的突變時間一致。風(fēng)雹致災(zāi)率的突變時間最晚，多集中于2010s上半期，旱災(zāi)突變時間較分散，且同一地區(qū)受災(zāi)率和成災(zāi)率突變時間也有差距，說明導(dǎo)致其突變時間變化的驅(qū)動機(jī)制具有差異性，且形成機(jī)制也不同，同時不同區(qū)域防洪抗旱的條件與能力以及農(nóng)作物對洪旱災(zāi)害的抵抗力等影響因素均是導(dǎo)致突變點(diǎn)有差異的重要原因。

表1 華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率和成災(zāi)率的突變時間

由于絕收面積只有近10年的數(shù)據(jù)，故本研究基于近10年來華中地區(qū)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)變化情況進(jìn)行分析。由圖3可知：華中地區(qū)平均災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)呈現(xiàn)自北向南遞增的趨勢，旱災(zāi)強(qiáng)度指數(shù)表現(xiàn)則相反，這與區(qū)域年均降水量有關(guān)。近10年來，河南和湖北2省風(fēng)雹平均災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)最大，分別為18.49%、21.69%；冷凍最小，分別為6.95%、12.47%；湖南4種災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)均在17.00%以上，其中水災(zāi)平均災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)最高，達(dá)26.34%。整體而言，華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)都較高，需重點(diǎn)防范。

圖3 近10年來華中地區(qū)平均災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)和年際變化

近10年來，河南省風(fēng)雹災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)呈波動減小的變化趨勢，其他災(zāi)害指標(biāo)的災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)呈先增加后減小的變化趨勢，且均在2018年達(dá)到最大值，災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)大小依次為旱災(zāi)（40.23%）＞水災(zāi)（33.39%）＞冷凍（28.21%）＞風(fēng)雹（19.53%）。湖北省冷凍災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)呈波動增加的變化趨勢，其他災(zāi)害指標(biāo)的災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)呈先增加后減小的變化趨勢，旱災(zāi)、水災(zāi)和風(fēng)雹3個農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)分別在2015、2017和2018年達(dá)到最大值，分別為22.2%、33.45%和32.24%。湖南省水災(zāi)和風(fēng)雹災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)呈波動減小的變化趨勢，旱災(zāi)和冷凍災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)呈波動增加的變化趨勢，其中水災(zāi)最高災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)為77.24%，出現(xiàn)在2013年。

災(zāi)害變異系數(shù)表示災(zāi)害的波動程度，是致災(zāi)率標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比。變異系數(shù)越大，則災(zāi)害的波動性越大。由表2可知，華中地區(qū)受災(zāi)率的變異系數(shù)相對最小，波動性最小，年均受災(zāi)率較為穩(wěn)定。其中水災(zāi)、旱災(zāi)、風(fēng)雹的受災(zāi)率和成災(zāi)率波動性自南向北遞增，冷凍災(zāi)害的表現(xiàn)則相反，絕收率中湖北省的波動性最小，風(fēng)雹絕收率的變異系數(shù)僅為45.9%；就災(zāi)害種類而言，冷凍災(zāi)害的變異系數(shù)最大，波動性最大。其中河南省受災(zāi)率和成災(zāi)率的波動性由大到小表現(xiàn)為冷凍＞水災(zāi)＞風(fēng)雹＞旱災(zāi)，說明河南省旱災(zāi)的致災(zāi)率較為穩(wěn)定，但絕收率波動性較大；而湖北省受災(zāi)率和成災(zāi)率的波動性由大到小表現(xiàn)為冷凍＞風(fēng)雹＞旱災(zāi)＞水災(zāi)，說明湖北省水災(zāi)的致災(zāi)率較為穩(wěn)定，這與其處于長江中游地區(qū)并長期受梅雨、暴雨的影響有關(guān)，湖南省災(zāi)害的波動性規(guī)律相對不明顯。

表2 華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)率、成災(zāi)率和絕收率的災(zāi)害變異系數(shù) %

2.3 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對糧食產(chǎn)量的影響

華中地區(qū)4種氣象災(zāi)害受災(zāi)率（成災(zāi)率）與糧食單產(chǎn)量的相關(guān)性分析（表略）表明，氣象災(zāi)害對糧食產(chǎn)量有很大的消極影響，整體負(fù)相關(guān)表現(xiàn)為河南＞湖南＞湖北。其中河南省糧食單產(chǎn)量與旱災(zāi)的受災(zāi)率（成災(zāi)率）相關(guān)性最大，達(dá)-0.757（-0.674），其 次 是水 災(zāi)，為-0.256（-0.253）、風(fēng) 雹 為-0.22（-0.223）、冷凍為-0.233（-0.110），說明旱災(zāi)對河南省糧食單產(chǎn)量影響很大，其他氣象災(zāi)害影響程度一般。湖北、湖南2省糧食單產(chǎn)量與氣象災(zāi)害相關(guān)系數(shù)絕對值均不超過0.5，說明其影響程度一般，湖南省的相關(guān)系數(shù)大小排序?yàn)楹禐?zāi)＞風(fēng)雹＞水災(zāi)＞冷凍，湖北省的排序?yàn)樗疄?zāi)＞旱災(zāi)＞風(fēng)雹＞冷凍。綜合而言，冷凍與糧食單產(chǎn)量的相關(guān)性最小，所以農(nóng)作物受其影響也較小，因此，防汛抗旱應(yīng)作為華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)。

用災(zāi)損量和災(zāi)損率來表示氣象災(zāi)害對糧食產(chǎn)量的影響程度，由華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的年均糧食災(zāi)損量和災(zāi)損率（圖4）可知，華中地區(qū)的年均糧食災(zāi)損量依次為湖北（359萬t）＞湖南（352萬t）＞河南（204萬t），湖北省的災(zāi)損量是河南省的1.76倍，這是因?yàn)楹幽鲜≈饕芎禐?zāi)影響，而湖北省氣象災(zāi)害以水災(zāi)和旱災(zāi)為主。就災(zāi)害種類造成的災(zāi)損量而言，由大到小表現(xiàn)為水災(zāi)＞旱災(zāi)＞冷凍＞風(fēng)雹，其中水災(zāi)和旱災(zāi)造成的糧食災(zāi)損量遠(yuǎn)高于風(fēng)雹和冷凍，這與上述相關(guān)性系數(shù)研究結(jié)果一致；華中地區(qū)災(zāi)損率與災(zāi)損量變化一致，湖北、湖南2省糧食災(zāi)損率是河南省的6倍，可能是因?yàn)楹幽鲜〖Z食播種面積的基數(shù)大，河南雖地處最北，但冷凍災(zāi)損率最低，只有0.2%，說明河南省的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防范措施和農(nóng)作物抗災(zāi)能力較強(qiáng)。

圖4 華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的年均糧食災(zāi)損量和災(zāi)損率

3 結(jié)論與討論

本文通過分析1980—2019年華中地區(qū)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)，研究該地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害變化特征及其對糧食作物的影響，從農(nóng)業(yè)氣候資源利用角度提出相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)措施，得出如下結(jié)論：

華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象致災(zāi)率整體呈下降趨勢，河南省下降趨勢最顯著。受災(zāi)率和成災(zāi)率的氣候傾向率分別為-0.071%/10 a、-0.039%/10 a，其中受災(zāi)率整體高于成災(zāi)率10～20個百分點(diǎn)。各年代際水災(zāi)和旱災(zāi)的致災(zāi)率遠(yuǎn)高于風(fēng)雹和冷凍，21世紀(jì)后致災(zāi)率出現(xiàn)明顯下降的趨勢；水災(zāi)和旱災(zāi)是湖北、湖南2省的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，而河南省則以旱災(zāi)為主。

華中地區(qū)近40年來農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的致災(zāi)率突變點(diǎn)基本一致，旱災(zāi)較為分散，水災(zāi)和冷凍的突變時間整體上早于旱災(zāi)和風(fēng)雹。水災(zāi)、旱災(zāi)、風(fēng)雹致災(zāi)率的波動性自南向北遞增，冷凍災(zāi)害的表現(xiàn)則相反，波動性最大。河南省的旱災(zāi)和湖北省的水災(zāi)致災(zāi)率均較為穩(wěn)定。年均災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)自北向南遞增，旱災(zāi)表現(xiàn)則相反，各地區(qū)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)呈波動性變化。

氣象災(zāi)害對糧食產(chǎn)量有很大的消極影響，整體敏感性影響表現(xiàn)為河南＞湖南＞湖北，其中冷凍災(zāi)害對作物的影響最小，旱災(zāi)對河南省糧食單產(chǎn)量的影響最大。湖北、湖南2省糧食災(zāi)損率是河南省的6倍，就災(zāi)害種類造成的災(zāi)損量而言，由大到小表現(xiàn)為水災(zāi)＞旱災(zāi)＞冷凍＞風(fēng)雹，防汛抗旱應(yīng)作為華中地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)。

因勢利導(dǎo)，趨利避害地利用農(nóng)業(yè)氣候資源能夠有效地緩解糧食作物減產(chǎn)，為農(nóng)業(yè)做到防災(zāi)減災(zāi)。本研究認(rèn)為可以從以下幾點(diǎn)著手：一是優(yōu)化作物品種布局，開展精細(xì)化區(qū)劃與評價。針對當(dāng)?shù)氐奶厣r(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等，尤其是丘陵山區(qū)的復(fù)雜農(nóng)業(yè)氣候類型，根據(jù)災(zāi)害氣候特征和農(nóng)作物對災(zāi)害的敏感度進(jìn)行合理的布局和搭配；二是開展農(nóng)業(yè)氣候可行性論證與輔助決策。根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)工程建設(shè)和政府決策的需要，提供氣象專業(yè)的決策服務(wù)；三是開展氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響和適應(yīng)性分析。針對不同區(qū)域農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響特點(diǎn)，提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長期適應(yīng)和應(yīng)對氣候變化的對策，形成氣候變化農(nóng)業(yè)影響與適應(yīng)評估報告等業(yè)務(wù)產(chǎn)品，為各級政府在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃、布局和應(yīng)對措施等方面提供科學(xué)依據(jù)；四是加強(qiáng)農(nóng)田水利設(shè)施的配套建設(shè)。有效解決洪澇、旱災(zāi)等氣象災(zāi)害帶來的不利影響，同時提高耕地質(zhì)量，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提升。