浙江省油菜花期降水量风险评估

刘熔熔，吴利红，王增武

(1.浙江省气象信息网络中心，浙江 杭州 310017； 2.浙江省气候中心，浙江 杭州 310017； 3.成都信息工程大学，四川 成都610225)

油菜是我国乃至整个世界最主要的油料作物之一[1]。油菜既可端上餐桌，也可榨油食用，大面积的油菜花种植还颇具观赏性。在长江中下游地区，影响油菜产量形成的关键期是油菜花期，温度、光照、降水量等气候条件又是决定农作物生长及产量的关键因素之一[2]。浙江省属于亚热带季风气候，在油菜生育期，降水量时空分布极不均匀，易受低温连阴雨、干旱等农业气象灾害影响而造成减产[3]。前人对油菜种植方面的研究主要集中于油菜的适应性种植区划[4]、油菜生产与气象条件的关系及油菜的气象灾害分析[5-8]、油菜产量的预测模型[9-11]等。张永泰等[12]认为油菜开花期的降水量是导致并加重菌核病的决定因素，张文英等[13]研究表明，油菜花果期间持续受渍时间长会导致油菜产量下降。涉及油菜花期各级降水量风险及其与油菜产量的关系、油菜花期降水量阈值等研究相对较少。

本文以降水量为主要研究因子，统计分析油菜花期的降水量对油菜产量的影响，在此基础上建立油菜花期降水对油菜产量的风险评估。自2009年开始，浙江省全面推广油菜作为政策性农业保险的参保品种之一，正确评估浙江省油菜花期各级降水量风险水平的分布及其与产量之间的关系，可为保险部门制定油菜保险区划及气象指数保险产品设计等研究提供科学依据。此外，由于近年来油菜观赏旅游业的快速发展，本文研究分析结果也可为有关部门合理调整油菜种植结构提供技术支持。

1 资料与方法

1.1 资料来源

统计分析浙江省66个县市(区)1971—2014年降水量和油菜种植产量等相关资料。降水量资料来自浙江省气象信息网络中心质量控制后的历史数据库；油菜种植面积、总产量、单产量(kg·667m-2)资料来自浙江省统计局及《浙江省统计年鉴》。

1.2 方法

主要采用信息扩散模型[14-15]进行油菜花期降水量风险研究。统计浙江省66个县市(区)1971—2014年油菜花期(3月11日至4月20日)的降水量，采用信息扩散理论模型时，充分考虑累年平均降水量的变化范围，并考虑油菜花期需水量(50～100 mm)的要求，对于降水量指标X={x1，x2，...，xn}，把一维实数空间上的集合[50，600]作为xi的论域，取12个点，构成离散论域：U=(u1，u2，...，u12)=(50，100，150，200，...，600)，研究66个县市(区)油菜花期降水量在各级别降水量(50，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600 mm)下的超越概率[16]。

农作物实际产量可以分离为趋势产量、气象产量和随机噪声[17]。考虑油菜生长的特点，花期连阴雨是影响油菜产量的关键因子，分离油菜气象产量采用较为成熟的滑动平均方法[17]，用5年滑动平均法将历史产量序列的实际产量分离成气象产量和趋势产量序列：

Y=Yt+Yw+ΔY。

(1)

式中，Y为实际产量，Yt为趋势产量，Yw为气象产量，ΔY为随机噪声。气象产量Yw主要由油菜生育期间气象条件决定，Yw为正值表示气象条件有利于油菜生长，为丰产；反之为减产。趋势产量Yt是指在各地平均土壤、气候条件下，农业生产逐步提高的结果。

趋势产量Yt采用5年滑动平均法求得，气象产量Yw=Y-Yt。相对气象产量Si=(Y-Yt)/Yt×100%。当Si为负值时，其绝对值定义为减产率。

2 结果与分析

2.1 油菜花期累年平均降水量时空分布特征

将浙江省66个县市(区)1971—2014年油菜花期(3月11日至4月20日)的降水量进行统计，获得累年降水量平均值为126.3～298.4 mm。各地的降水量时空分布不均匀，部分地区有些年份降水异常偏多，易造成渍害；有些年份却偏少，易造成缺水现象。

如表1所示，在空间分布上，浙江省油菜花期降水量基本上从西南向东北方向逐渐减少，浙东北最少，在160 mm以下，如岱山，降水量累年平均值为126.3 mm；浙西南最多，在240 mm以上，如庆元，降水量累年平均值达298.4 mm。

在时间分布上，浙江省油菜花期降水量分布存在年际分布不均匀性，1971—2014年浙江省各县市(区)油菜花期降水量最多年份和最少年份差值为202.2～477.2 mm。图1列出了部分代表性县市(区)油菜花期降水量时间分布趋势。庆元油菜花期最多累积降水量为545.6 mm，出现在1981年，最少累积降水量只有68.4 mm，出现在1971年。海岛地区降水明显少于内陆地区，如嵊泗油菜花期最少累积降水量只有26.9 mm，出现在2011年，最多累积降水量也只有281.8 mm，出现在1992年。

表1浙江省油菜花期降水量累年平均值分布

Table1Distribution of annual mean priciptation at the rape’s flower period in Zhejiang Province

降水量Preciptation/mm县市(区)Counties or districts120～140嘉兴、嘉善、嵊泗、岱山Jiaxing, Jiashan, Shengsi, Daishan140～160长兴、安吉、湖州、德清、海宁、桐乡、海盐、平湖、慈溪、北仑、三门Changxing, Anji, Huzhou, Deqing, Haining, Tongxiang, Haiyan, Pinghu, Cixi, Beilun, Sanmen160～180临安、绍兴、杭州、萧山、余姚、定海、上虞、新昌、嵊州、天台、鄞州、奉化、宁海、石浦、普陀、仙居、临海、洪家、大陈、玉环Linan, Shaoxing, Hangzhou, Xiaoshan, Yuyao, Dinghai, Shangyu, Xinchang, Shengzhou, Tiantai, Yingzhou, Fenghua, Ninghai, Shipu, Putuo, Xianju, Linhai, Hongjia, Dachen, Yuhuan180～200富阳、诸暨、义乌、东阳、丽水、乐清、青田、温岭、洞头Fuyang, Zhuji, Yiwu, Dongyang, Lishui, Yueqing, Qingtian, Wenling, Dongtou200～220桐庐、浦江、金华、武义、永康、缙云、永嘉、温州、文成、平阳、瑞安Tonglu, Pujiang, Jinhua, Wuyi, Yongkang, Jinyun, Yongjia, Wenzhou, Wencheng, Pingyang, Ruian220～240淳安、建德、兰溪、云和 Chunan, Jiande, Lanxi, Yunhe240～260遂昌、泰顺Suichang, Taishun260～280龙游、衢州、龙泉Longyou, Quzhou, Longquan280～300开化、常山、江山、庆元Kaihua, Changshan, Jiangshan, Qingyuan

2.2 油菜花期各级别降水量风险评估

2.2.1 油菜花期超越各级别降水量风险值分布

浙江省油菜花期需水量为50～100 mm[9]，各地由于地理环境等因子不同，蓄水能力也不同。考虑到降水流失等情况，一般油菜所在区域花期同等降水量与需水量相比，降水量必须大于需水量，油菜花期才能获得正常生长。浙江省大部分地区多数年份油菜花期的降水量大于需水量，因此，大部分地区不会出现油菜花期缺水的情况。采用信息扩散理论模型，计算得到浙江省66个县市(区)油菜花期降水量在各级别降水量(50，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600 mm)下的超越概率，表2为浙江省油菜花期降水量的风险值区间。分析油菜花期超越各级别降水量的风险分布，发现浙江省油菜花期的降水量超越50 mm的概率均为1.0，随着降水量级别的上升，超越的概率逐步下降，降水量达100 mm后，风险值小于1，降水量达300 mm后，风险值更低。考虑篇幅有限，本文只介绍油菜花期超越降水量100 mm和300 mm风险值的分布情况。

图1 部分县市油菜花期降水量时间分布趋势图Fig.1 Time series curves of rape flower period’s precipitation in several counties

表2浙江省油菜花期降水量的风险值(超越概率)

Table2Risk value of preciptation during rape’s flower period in the Zhejiang Province (exceeding probability)

降水量Preciptation/mm风险值Risk value501.01000.8976～0.99881500.5257～0.96612000.2041～0.89842500.0440～0.75873000～0.55083500～0.38114000～0.26824500～0.15225000～0.06235500～0.02016000～0.0029

2.2.2 油菜花期降水量超越100 mm的概率

浙江省油菜花期降水量超越100 mm的概率为0.897 6～0.998 8，从东北向西南方向逐渐增大。其中，超越100 mm概率最低的是嵊泗县，为0.897 6，其次是北仑区、宁海县，这几个地方容易出现缺水现象。浙西南大部分地区油菜花期降水量超越100 mm的概率大于0.985 0，缺水的可能性较小。因此，宁波部分地区和舟山地区存在缺水的可能性。

2.2.3 油菜花期降水量超越300 mm的概率

浙江省油菜花期降水量超越300 mm的概率为0～0.550 8，从浙东北向西南方向逐步增大。概率较大的区域主要集中在浙西南地区，有庆元、常山、开化、江山、衢州、龙游等地，基本为2年一遇，最大值出现在庆元，为0.550 8。概率较小的区域主要集中在浙北地区，有海盐、海宁、长兴、湖州、慈溪、嘉兴、嘉善等地，最小值出现在嘉善，为0，这些地方出现油菜花期降水量超越300 mm的可能性几乎没有。因此，浙西南地区油菜花期降水量超越300 mm的可能性明显高于浙东北地区。

2.3 各级降水量风险值与油菜产量变化的关系

本文利用66个县市1992—2012年的油菜单产资料，采用5年滑动平均法将历史产量序列的实际产量分离成气象产量和趋势产量，通过计算获得相对气象产量Si，即获得由于气象条件的影响导致油菜产量的增减量变化序列。

因为各县市(区)超越50 mm的风险值均为1，因此，将各县市(区)各级降水量的风险值序列分别与对应的各县市(区)平均相对气象产量进行相关统计时，直接从降水量100 mm序列开始，至600 mm结束，共11个序列。

由图2可知：各县市(区)11个降水级别的风险值和其累年平均相对气象产量序列的相关系数(r)为0.07～0.81。降水量低于300 mm时，降水量各级风险值与累年平均相对气象产量的相关系数为0.07～0.23，相关性不显著。降水量在300 mm及以上时，降水量各级风险值与累年平均相对气象产量的相关系数为0.27～0.81，呈显著相关。

图2 各级降水量风险值与油菜累年平均相对气象产量的相关系数分布Fig.2 Distribution of correlation coefficient between priciptation risk value at each level and annual mean relative meteorological output

油菜累年平均相对气象产量与超越250 mm及以下降水量风险值相关性不显著，这说明浙江省油菜花期250 mm降水量及以下对油菜相对气象产量的影响不明显，油菜花期基本正常生长。主要原因如下：1)浙江省雨水充沛，水资源比较丰富，即使在干旱年份，不能满足油菜花期的需水量时，也能得到科学灌溉。浙东沿海的岛屿即使缺水灌溉，但油菜种植面积很小，对全省的整体影响可以忽略不计。2)不缺水的年份，即使降水量高于油菜需水量(50～100 mm)，由于各地环境和土壤蓄水能力不同，实际油菜获得的水分会低于降水量，因此250 mm及以下的降水也不容易导致渍害。

油菜累年平均相对气象产量与超越300 mm及以上降水量风险值显著相关，说明浙江省油菜花期300 mm及以上降水量对油菜相对气象产量的影响较明显，超越300 mm以后的风险值越大的县市，减产就越明显。其中，超越550 mm出现的风险值与油菜累年平均相对气象产量的相关性最大，相关系数为0.81，说明油菜花期降水量明显偏多时，会导致油菜产量下降。油菜花期降水量300 mm是油菜是否减产的阈值，即当油菜花期降水量达到或超过300 mm时，油菜显著减产，且降水量越大，相关系数越大，减产也越多。

3 结论

本文基于信息扩散的风险评估模型，研究浙江省油菜花期降水量在不同降水等级下的超越概率，通过浙江省油菜花期各级降水量的风险值与油菜产量变化的相关分析，获得如下结论：浙江省油菜花期降水量累年平均值均大于油菜花期需水量，但各县市(区)累年平均降水量时空分布不均匀；浙江省各县市(区)油菜花期降水量严重过剩的风险高值区主要位于浙西南地区，以庆元、江山、开化、龙泉、衢州、常山、建德等地的风险最大，油菜花期降水过多，容易遭受渍害，导致花期过短，影响花期观赏及产量损失，不适宜大面积种植；浙江省各县市(区)油菜花期降水量短缺风险高值区主要位于浙江省沿海岛屿及宁波的部分县市，这些地方油菜花期降水偏少，缺水的风险最大，因此不利于大力发展油菜种植；油菜花期降水量短缺不会导致油菜明显减产，但降水量在300 mm及以上时，油菜减产明显，且降水量越大，减产越多。油菜花期降水量300 mm是油菜是否减产的阈值。