德州近 3 6 a农业气象灾情分类评析

朱保美，周　清，王　丽，吴泽新，周　成

（1. 齐河县气象局，山东　齐河　251100；2.德州市气象局，山东　德州　253078）

德州近3 6 a农业气象灾情分类评析

朱保美1，周清1，王丽2，吴泽新2，周成2

（1. 齐河县气象局，山东齐河251100；2.德州市气象局，山东德州253078）

根据德州市10个县市区1978—2013年农作物总播种面积、成灾面积资料，分析干旱、暴雨洪涝、大风冰雹和低温冻虫害4类气象灾害的成灾率，并计算其变异值，将气象灾害分为5个等级，对4类气象灾害与年度各类灾害总和的关联度进行灰色关联计算，呈现出对农业生产造成经济损失的影响大小依次为：大风冰雹＞暴雨洪涝＞干旱＞低温冻虫害，通过灾损评估模型的建立，得到36a农业年景分级和综合评价。结论如下：德州农业气象灾害较重年景占 8%，灾害最重的年份为1992年，而中灾及以下灾情的出现次数占到了总灾情的92%，其中灾害最轻的年份为1979年、1999年。德州农业受灾历史记录与年景评估较一致。

农业气象灾情；等级分类；年度评析

引言

气象灾害是影响农业生产的重要因素之一［1］，农业气象灾害一般是指农业生产过程中导致作物显著减产的不利天气或气候异常的总称［2］。农业气象灾害常造成粮食产量的大幅波动［3-4］。山东省农业气象灾害具有种类多、发生频率高、影响范围大、灾情重的特点，且随着高产品种的推广和复种指数的提高，农业生产受自然灾害的影响更为剧烈［5］。德州市位于鲁西北，为黄河冲积平原，属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，是山东省重要粮棉产区之一。但由于气候波动大，气象灾害发生频繁［6-9］。近些年来该市不少学者对气象灾害对农业生产的影响做了不少研究，但主要集中于旱、涝、冰雹等灾害的单一研究［10-14］，对各灾种灾情的对比研究较少。由于德州市多种农业气象灾害往往并发或交替发生，各灾种危害程度不尽相同，因此，不仅需要对单一灾种影响进行评价，更有必要对多灾种进行综合评价［15］。为此，以农业生产为对象，选取干旱、暴雨洪涝、大风冰雹、低温冻虫害4种对鲁西北农业影响较大的气象灾害、农作物播种面积及成灾面积资料，通过引入灰色关联分析和综合灾损模型等方法，对农业气象综合灾情进行等级划分和年景评估，揭示农业气象灾害发生规律和影响程度，对于做好防灾减灾、趋利避害以及农业产业结构调整和为经济发展服务有着重要意义［16］。

1　资料与方法

1.1资料来源

1978—2013年德州市干旱、暴雨洪涝、大风冰雹、低温冻虫害等农业气象灾害造成的农作物成灾面积资料来源于德州市10个县（市）区气象局、民政局，全市农作物总播种面积获取于《德州统计年鉴》［17］。

1.2计算方法

1.2.1历年成灾率变异值

利用当年农作物成灾面积与总播种面积的比值定义为成灾率，并计算历年成灾率变异值（Zk），公式如下：

（1）式中Zk为第k年成灾率变异值，Mk为第k年成灾率，M为多年平均成灾率，δ为均方差。成灾率可以反映农业气象灾害对农业生产的致灾程度。

1.2.2灾情等级划分

根据德州地区1978—2013年各类灾害的成灾率变异值，将灾情划分为轻灾、小灾、中灾、大灾、重灾5个等级。采取分级赋值法将指标进行量化，分值最小为0，最大为10，历年灾情等级的分值根据成灾率变异值的大小用内插等分法求出［18］。

1.2.3参考序列与各比较序列的绝对差值计算

灰色关联分析方法是对系统动态过程的发展态势进行量化比较分析，基本思想是根据序列曲线几何形状相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大［19-20］。

以总灾成灾率（X0）为系统参考序列：X0=｛X0（k），k=1，2，…，36｝；4类气象灾害成灾率为比较序列：Xi=｛Xi（k），k=1，2，…，36｝（i =1，2，3，4），由于成灾率已经是无量纲化的值，可以直接求两级数列的绝对差，计算公式如下：

1.2.4关联度的计算

各比较数列与参考数列在各个时刻（即曲线中各点）的关联系数）公式：

分别表示所有比较序列各个时刻绝对差中的最小值和最大值，ρ为分辨系数，取ρ=0.5；计算参考数列与比较数列的关联度（ri），公式如下：

关联度按大小排序，便组成了关联序，它反映了对于母序列来说各子序列的“优劣”关系。如果r1＜r2，则说明参考数列X0与比较数列X2更相似，即比较数列X2比X1同参考序列联系更紧密。

1.2.5影响权重的求出

权重的计算公式如下：

式中ri表示第i个影响因子的关联度表示4类影响因子关联度的总和。德州市干旱、暴雨洪涝、大风冰雹、低温冻虫害等4类农业气象灾害权重iω可通过公式（5）计算得到。1.2.6灾损综合评估模型的建立

农业气象灾害的灾情指数（Pk）由德州市4类主要气象灾害的影响权重（iω）与其相对应的灾情等级分值（Gik）乘积进行累加得到。德州农业气象灾情综合评估模型建立如下：

灾情指数Pk的值愈小，说明农业气象灾害对农业生产的影响就越小，灾情就越轻，反之，Pk的值愈大，则灾情就越重。

1.2.7综合灾情的分级标准

根据式1978—2013年德州市历年气象灾害的灾情指数Pk大小和德州市农业生产灾害损失的实际情况，得出综合灾情的分级标准。

1.2.8年景评价

根据每年的灾情指数Pk和综合灾情的分级标准划分各年份的灾情等级，并进行年景评价。

2　结果分析

2.1气象灾情等级划分和评分标准

干旱、暴雨洪涝、大风冰雹、低温冻虫害的成灾率变异值由公式（1）计算得出，根据成灾率变异值Zk把灾情划分为轻灾、小灾、中灾、大灾、重灾5个等级（表1）。

表1　农业气象灾害灾情划分标准和分值

根据表1进行划分和归类，分别对德州市1978—2013年的干旱、暴雨洪涝、大风冰雹和低温冻虫害的灾情等级进行划分（表2）。

表2　1978—2013年4类农业气象灾害等级划分结果

由表2可见，主要气象灾害出现轻灾及以下的年份占总时段的81%～92%，对农业生产几乎没有什么影响。暴雨洪涝、大风冰雹造成重灾情的年份是4a，干旱和低温冻虫害各是2a；干旱、暴雨洪涝造成大灾的年份在2～3a，大风冰雹、低温冻虫害均是0a；4类气象灾害给德州造成小、中灾情的年份都在4～5a，由此可见，大风冰雹和低温冻虫害要么致灾不大，要么造成灾害损失严重，尤其是大风冰雹，常常会造成农业生产的极大损失，而4类灾害造成小中灾情的损失差不多。

2.2各气象灾害的影响权重

各气象灾害的权重可采用灰色关联分析方法，依据其成灾率与总灾成灾率的关联度来确定， 以总灾成灾率（X0）为系统参考序列， 求其与干旱（X1）、暴雨洪涝（X2）、大风冰雹（X3）和低温冻虫害（X4）成灾率的灰色关联度。总灾成灾率（X0）为系统参考序列:2，… 36｝ 。各气象灾害成灾率为比较序列: Xi=。利用公式（3）计算各比较序列与系统特征序列在各时刻的关联系数其中分辨系数取ρ= 0.5。各气象灾害关联度ri用公式（4）求得，并根据公式（5）计算德州市各气象灾害的权重ωi（表3）。

表3　4类气象灾害的关联度和权重

由表3可见，根据关联度原理，在4个气象灾害因子中，关联度与影响权重成正比，关联度越大，影响权重就越大，该气象灾害因子对农业生产的影响也就越大。4个气象灾害因子关联度为：大风冰雹＞暴雨洪涝＞干旱＞低温冻虫害，故1978—2013年的4类气象灾害对鲁西北地区农业生产的影响从大到小为：大风冰雹＞暴雨洪涝＞干旱＞低温冻虫害。

2.3灾情综合评价与年景评估

根据灾损综合评估模型公式（6），求出1978—2013年德州市历年气象灾害的灾情指数Pk，由灾情指数Pk大小和气象灾害因子的分级结果，考虑德州由气象灾害造成农业生产损失的实际情况，把综合灾情分为5级（表4），得到气象灾害年景评估结果（表5）。

表4　综合灾情等级的划分

表 5　1978—2013德州农业气象灾情年景评估结果

依据表5，鲁西北地区农业生产从1978—2013年的36a间，大灾和重灾共出现3a，发生频率为8%，属农业气象灾害较重年景，其中灾情最重的年份为1992年，灾情指数达5.948；中灾出现6a，发生频率为17%，属于农业气象灾害偏重年景；小灾出现12次，发生频率为33%，属于农业气象灾害一般年景；轻灾15次，出现频率为42%，属于农业气象灾害较轻年景，其中1979年、1999年为灾害最轻的年份。综上所述，中灾及以下灾情的出现频率占到了总数的92%，大灾以上仅为8%。就灾情而言，重灾年份是1992年，该年整个地区发生不同程度的春夏连旱，尤其以德城区、临邑、宁津、乐陵、庆云、平原等县市区干旱最为严重，同年平原、临邑、庆云等县又遭受农作物病虫害，全年发生的干旱、虫害造成受灾地区的农作物严重减产或绝收；大灾年份包括1990年和1994年，1990年致灾因素是暴雨洪涝和大风冰雹，1994年旱涝灾同时发生，先大旱后大涝，灾情指数分别达4.552和4.032；中灾年份由重至轻排序是2003年、1993年、1998年、1989年、1987年、2010年；小灾年份由重至轻排序是2001年、1985年、2002年、1980年、1991年、2012年、1985年、1984年、1997年、1988年、2013年、1995年；轻灾年份是2009年、2000年、1978年、1983年、2004年、2005年、2006年、1982年、1981年、1986年、2008年、2007年、2011年、1979年、1999年。把上述年景评估结果与鲁西北地区农业实际受灾情况进行比较，分析结果与实际情况较为一致，说明采用灰色关联的农业气象灾害年景评估分析方法适用于德州。

2.4灾害年代演变特征分析

把1978—2013年划分成3个时段：80年代（1978—1989年）、90年代（1990—1999年）、新世纪（2000—2013年），计算3个时段的灾情指数（P）的平均值：80年代：P=1.214；90年代：P=2.677；新世纪：P=1.218。灾情指数的均值呈现两头小中间大的特征，反映出80年代农业气象灾情较轻，多为轻小灾害，年际间波动变化不大；90年代，灾情指数的均值较80年代增加1倍多，2次大灾和1次重灾均出现在该时段，且年际间的波动较大；新世纪灾情指数接近于80年代，农业气象灾情又多以轻小灾为主，年际间波动变化不剧烈。

依据表6可见，1978—1989年，4类气象灾害因子对农业生产影响的大小是：大风冰雹＞干旱＞低温冻虫害＞暴雨洪涝，大风冰雹的影响权重大于其它灾害因子很明显。1990—1999年，4个气象灾害因子对农业生产影响的大小为：干旱＞大风冰雹＞暴雨洪涝＞低温冻虫害，表明此阶段干旱对农业生产影响最大。2000—2013年，4个气象灾害因子对农业生产影响的大小呈现出：暴雨洪涝＞大风冰雹＞干旱＞低温冻虫害，说明此阶段暴雨洪涝对农业生产的影响占主导地位，其次是大风冰雹对农业生产的影响仍未减弱。由以上分析可知，在1978—2013年这个总时间段里，大风冰雹始终是影响农业生产的主要因素，暴雨洪涝对农业生产的影响有渐渐上升的趋势，干旱对农业生产的影响略有下降，低温冻虫害对农业生产的影响也逐步降低。由实际灾害资料统计得出，1978—1989年间，德州地区年均大风冰雹成灾21.5万亩，年均干旱成灾面积19.0万亩。1990—1999年间，干旱成灾面积年均58.0万亩，而大风冰雹灾害26.8万亩，1992年发生大旱，整个地区造成干旱成灾面积276万亩。2000—2013年，德州地区年均暴雨洪涝成灾41.3万亩，大风冰雹则为16.5万亩。这一实况资料与计算得出的结果较一致。

表6　1978—2013年各气象灾害的关联度和权重

3　结论与讨论

（1）通过对鲁西北地区1978—2013年4类气象灾害的成灾率与总成灾率的灰色关联分析，计算得出主要气象灾害影响农业生产的权重，按照从大到小依次排列：大风冰雹＞暴雨洪涝＞干旱＞低温冻虫害。

（2）依据综合灾损评价模型的建立和计算，1978—2013年德州市农业生产的气象条件总体较好。整个时段多以轻小灾为主，90年代灾情较重，灾情最重的年份出现在1992年，灾情最轻的年份为1979年、1999年；大灾以上年份仅为8%，重灾仅出现1次，大灾2次，中灾及以下灾情的出现频率约占92%。

（3）1978—2013年期间，影响德州农业生产的主要因子始终是大风冰雹，对农业生产的影响有渐渐上升趋势的是暴雨洪涝，对农业生产的影响略有下降的是干旱，对农业生产的影响也逐步降低的是低温冻虫害。

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1005-0582（2016）02-0042-06

2015-05-12

朱保美（1979—），女，山东临清人，学士，工程师，主要从事农业气象和气候方面的相关研究。