中国农业气象灾害定量评估

杜会石++秦旭升++陈智文

摘要：利用1949—2012年中国农业气象灾害资料，采用数值分析方法，计算干旱、洪涝、风雹和低温冷害等气象灾害的成灾率，并对各类气象灾害分级赋值；采用灰色关联分析法，计算各类气象灾害与总灾害的关联度，进而确定其对农业生产的影响权重和影响程度，并分析其时空演变特征。结果表明，64年来，中国农业气象灾害平均成灾率、各类灾害平均成灾率均呈增加趋势，以干旱平均成灾率增长最快，达0.98 %/10年；干旱占气象灾害影响权重最高，并主要分布在中国北方地区；农业气象灾害总体以Ⅲ级灾害为主；特别是近10年，Ⅴ级灾害发生频率升高。研究结果为分析农业气象灾害时空演变、农业防灾减灾、粮食生产稳产提供科学参考。

关键词：农业气象灾害；定量评估；灰色关联分析

中图分类号： S42文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）06-0442-05

收稿日期：2015-05-03

基金项目：国家自然科学基金（编号：41401002）；吉林省社会科学基金（编号：2014B127）；吉林师范大学研究生科研创新计划（编号：2013006）。

作者简介：杜会石（1983—），男，吉林伊通人，博士，讲师，主要从事农业遥感研究。E-mail：duhs@163.com。

通信作者：陈智文，教授，主要从事生态农业与新型肥料研究。Tel：（0434）3291890；E-mail：sdczw4489@126.com。全球气候变化是国际科学研究的焦点问题，对各国的可持续发展具有重要影响[1-2]。气候变化对农业的影响具有多尺度、多层次、正负影响并存的特征[3]。气候变暖使世界部分地区的粮食生产得到了发展，但与此同时，极端天气又对农业产生损失[4-5]，造成农业结构、粮食产量的大幅度变化[6-10]。中国是农业国家，地处东亚季风区，气象条件年际波动较大，农业气象灾害多发，气象灾害发生频率约占全部自然灾害的70%[11-12]，年均受灾面积约占作物播种面积的31%。中国农业气象灾害具有明显的地域性和季节性，50年来，华北和东北地区的旱灾、东南和长江中下游地区的洪涝呈增加趋势[1]。作物因气候变暖而发育期提前、抗寒性减弱，致使中国南方冬季冰冻和春季霜冻的危害放大，农业生产在一定程度上受到威胁[4]。定量评估农业气象灾害特征及其时空变异，对我国粮食安全及社会可持续发展具有重要意义。

随着学科的发展及相互交叉，国内学者从气象灾害对农业生产的影响[6]、气象灾害与农业生态 [4]、气象灾害演变[13]、气象灾害预警与防御[14]等诸多方面进行了研究，但这些研究多限于省级行政单位范围内，缺少宏观、长时间序列评估，有关农业气象灾害定量评估的报道较少。本研究选取4种对农业生产影响较大的气象灾害，定量评估其发生特点，探讨变化规律，以期为农业可持续发展、农业防灾减灾提供科学参考。

2结果与分析

2.1中国气象灾害致灾程度变化特征

中国农业气象灾害平均成灾率为11.93%，呈增长趋势，变化率1.54%/10年（图1）。1950—1959年，各年成灾率均低于历年平均值，气象灾害对农业生产造成影响程度偏轻。1960年以来，58.49%的年份成灾率高于平均值，农业生产受气象灾害影响较大。其中，1970年成灾率仅为2.30%，为64年中最小值，该年气象灾害对农业生产影响最小；2000年成灾率为21.97%，为64年中最大值，气象灾害影响程度最严重，主要原因是2000年中国发生大面积严重干旱，中国 17.12% 的农田面积发生干旱。

4种农业气象灾害中，干旱平均成灾率最大，为6.39%；洪涝次之，为3.63%；风雹再次之，为1.19%；低温冷害最小，为0.73%。64年中，不同灾害成灾率均呈上升趋势。其中，干旱增加趋势最为明显， 增长率为0.98%/10年；风雹增加较

快，增长率为0.31%/10年；低温冷害增长率为0.18%/10年；洪涝增长率较低，为0.04%/10年。可见，干旱对农业生产影响越来越严重。

2.2气象灾害影响权重空间分布特征

中国农业气象灾害中，以干旱的影响权重最大，达到 26.05%；风雹和低温冷害权重较接近，分别为24.99%、 24.88%；洪涝权重最小，为23.98%。4类灾害影响权重在不同地区的分布趋势各不相同（图2）。按区域划分，中国东北、华北、西北、西南、中南地区干旱权重占主要地位，而华东、华南地区以洪涝权重占主要地位。

2.3气象灾害影响权重时间变化特征

根据64年各类灾害影响权重变化可知（图3），中国洪涝影响权重呈减少趋势，平均减少9.15%/10年。其他灾害权重呈增加趋势。其中，风雹影响权重增加趋势最明显，为161.20%/10年；干旱影响权重增加6.83%/10年；低温冷害波动增加4.13%/10年。1959、1967年干旱影响权重较大，均超过0.80；1949、1950、1954年权重较小，均小于0.10。1949、1950、1954年洪涝影响权重较大，均超过0.90；1972、1978年洪涝权重较小，均小于0.10。

20世纪50年代，中国农业气象灾害以洪涝为主，平均权重为53.93%；干旱次之，为37.20%；低温冷害权重为 8.66%；风雹为1.21%。从20世纪60年代开始，气象灾害以干旱为主，洪涝次之，风雹再次之，低温冷害权重最低。但是，干旱的权重由20世纪60年代的57.77%缓慢减少到21世纪以来的52.45%，洪涝的权重由20世纪60年代的35.08%迅速减少到21世纪以来的23.86%，风雹的权重由20世纪60年代的 4.69% 快速增加到21世纪以来的12.89%，低温冷害的权重由20世纪60年代的2.47%迅速增加到21世纪以来的10.80%。

2.4气象灾害综合评估

根据表1等级划分标准，分别对1949—2012年中国干旱、洪涝、风雹和低温冷害的灾情等级进行划分和归类（表4）。4种气象灾害中，低温冷害出现Ⅰ级和Ⅱ级灾害累计年份最多，风雹出现Ⅰ级和Ⅱ级灾害累计年份最少；风雹出现Ⅳ级和Ⅴ级灾害累计年份最多，低温冷害出现Ⅳ级和Ⅴ级灾害累计年份最少。总体来看，中国有52.46%的年份，农业气象灾害等级为Ⅲ级和Ⅳ级，粮食生产受制于气象灾害。根据表3的分级标准，对中国64年气象灾害进行综合评估，Ⅲ级灾害年份数最多，为17年；Ⅱ级、Ⅳ级灾害年份数次之，各为15年。

分析1949—2012年灾情指数发现，2003年灾情指数最大，为5.61；1951年和1970年灾情指数最小，分别为0.38和0.34（图4）。灾情指数总体呈增加趋势，增长率为0.45/10年，表明气象灾害对中国农业生产危害程度越来越重，特别是2 000年以来，Ⅴ级灾害发生1年，Ⅳ级灾害发生4年，分别占相应级别发生年数的100.00%和26.67%，Ⅴ级灾害年份发生频率明显升高。

2006—2012年，灾情指数呈现明显下降趋势，但是否表明处于农业气象灾害的减少时期，尚需长时间序列气象数据跟踪监测，以便总结农业气象灾害发生规律，更好地为农业生产服务。

3讨论与结论

中国各类农业气象灾害有明显增加趋势，并以干旱灾害增长最为显著，对农业发展影响程度最大，成为影响农业稳定和粮食安全的主要因素，与王春乙等研究结果[6，18]一致。20世纪80年代以来，中国降水呈现南多北少、分布不均的态势 [19]，进一步加重了南方洪涝、北方干旱缺水等灾害频发的局面。

洪涝灾害主要分布在中国东南部、长江和黄淮河流域[18]。20世纪90年代以来，波动性洪涝灾害明显增加[3-4]，如1991年淮河、太湖流域，1998年长江、松花江、嫩江流域，2003年淮河流域都发生了特大洪涝灾害。

风雹灾害尽管发生面积较小，但由于地域性分布明显，且受灾区域集中，故累积损失程度仍较大。在气候变化背景下，我国多地区平均风速有所下降[1]、平均气温有所提高，但风雹灾害主要受局地强对流天气系统的影响[8]，尚需开展持续监测研究。

低温冷害主要分布在我国北方地区，相关学者认为，自20世纪80年代以来，因气候变暖，我国北方地区低温冷害呈减少趋势[20]，但本研究并未发现强度和频率下降趋势。下一步，可针对全球环境变化背景下，中国低温冷害的空间分布及发生频率做进一步定量研究。

相关学者指出，粮食单产变化受控于自然因素[21]（图5），但技术和社会因素，如新品种、新栽培技术的推广和改进，仍可导致产量发生显著短期波动。因此，农业生产系统是否最终成灾，还取决于农业生产系统对气象灾害的抵抗和适应能力[22-24]。

本研究利用中国64年农业气象灾害资料，对影响农业生产的4种气象灾害的成灾率、变异值及其影响权重进行了分析，定量研究各类气象灾害的影响程度，并分析其时空演变特征，所得结论如下：（1）在气候变暖背景下，农业气象灾害危害程度加重、发生频繁，特别是极端气候事件已威胁中国粮食生产安全。中国农业气象灾害平均成灾率为11.93%，呈现上升趋势。各单灾种气象灾害均呈上升趋势，干旱成灾率上升趋势最显著。（2）中国农业气象灾害以干旱的影响权重最大，低温冷害影响权重最小；洪涝影响权重呈下降趋势，其他灾害权重呈增加趋势。中国各地区各类灾害权重各异，尚需跟踪监测各地农业气象灾害的变化规律。（3）中国农业气象灾害以Ⅲ级为主，对农业生产影响较重。灾情指数呈增加趋势，说明气象灾害对全国农业生产危害程度越来越严重，特别是2000年以后，Ⅴ级灾害的发生频率明显升高。

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