湘中地区水稻高温热害气象保险指数探究

邓梅 吴梦琼 赵辉 王雪琦 陈铁军 肖诗尧 肖妙妮

摘要：选用湘中地区的水稻种植示范县双峰县作为试点，采用双峰县1989—2018年的逐日气象观测资料、水稻产量和农业气象观测站的水稻观测数据，结合水稻生育期内主要的农业气象灾害类型，确定对产量影响较大的气象灾害为保险致灾因子，以此设计气象保险指数。研究表明，高温热害是导致湘中地区一季稻减产的主要氣象灾害，综合危害热积温和持续日数建立了高温热害气象保险指数;通过计算历年由于气象灾害造成水稻的减产和货币损失，确定了高温热害气象保险指数的赔付触发系数和赔付标准。

关键词：高温热害;一季稻;农业保险;气象指数

中图分类号：F842.6;S51         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）18-0029-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.18.007 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the meteorological insurance index of high temperature

and heat damage of rice in central of Hunan province

DENG Mei1，2， WU Meng-qiong1， ZHAO hui3， WANG Xue-qi1， CHEN Tie-jun1， XIAO Shi-yao4， XIAO Miao-ni1

（1.Loudi Municipal Meteorological Bureau， Loudi  417000，Hunan，China;2.Hunan Provincial Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Mitigation， Changsha  410000，China;3.Shuangfeng Meteorological Bureau， Shuangfeng  417700，Hunan，China;4.Lengshuijiang Meteorological Bureau， Lengshuijiang  417500，Hunan，China）

Abstract： A rice planting demonstration county in central of Hunan-Shuangfeng county was selected as a pilot， using daily weather observation data， rice yield and rice observation data of agricultural meteorological observatories from Shuangfeng county from 1989 to 2018， combined with the main types of agrometeorological disasters during the growth period of rice， the meteorological disasters with large impact on production were identified as insurance hazard factors to design the meteorological insurance index.The research showed that the high temperature heat damage was the main meteorological disaster that caused single cropping rice yield reduction in central of Hunan. High temperature heat damage meteorological insurance index was established based on the comprehensive hazard heat accumulation temperature and the number of continuous days; By calculating the rice production reduction and currency loss caused by meteorological disasters over the years， the compensation trigger coefficient and compensation standard of the high temperature heat damage meteorological insurance index were determined.

Key words： high temperature heat damage; single cropping rice; agricultural insurance; meteorological index

湘中地区水热资源丰富，水稻为湘中地区的主要粮食作物，据分析统计，湘中地区一季稻的种植面积约99.06万hm2，产量约663.6万t，约占粮食作物总产量的50%[1，2]。但水稻作为露天农业，受天气条件的制约性强，气象灾害是导致水稻减产的主要因素。目前，政策性农业保险是各级政府保护和促进农业发展的有效途径之一，20世纪80年代以来，国际金融保险界开发了两个农业保险产品，即区域产量指数保险和气象指数保险[3，4]。气象指数保险指以特定的农业气象指标作为触发机制，一旦超过了预定标准，保险人就要按照农业保险模式进行赔偿，具有客观、快速理赔和无需现场勘查等特点，是一种新型的农业保险。如墨西哥、印度、秘鲁、肯尼亚、越南、美国等国采用降水指数保险降低旱涝灾害对农业造成的风险;加拿大采用气象指数保险分散降低降雨造成的奶制品产出下降的风险，补偿高温带来的玉米和饲草种植利益损失的风险等;南非的苹果合作社应用气象指数保险分散霜冻带来的苹果种植风险[5-7]。以上研究都应用了气象指数保险，并取得了良好的社会效益。

高温热害对水稻的危害程度由其持续时间和强度共同决定。近年来，中国有部分学者开展了高温热害对水稻影响的研究，学者们往往将二者作为独立影响因子评估其对水稻的影响[8-12]，将其设计成气象指数保险的研究较少[13]，本研究选择湘中地区水稻种植示范县双峰县作为试点，依据综合危害热积温和持续日数，开展一季稻高温热害气象指数保险设计和试验，构建高温热害气象保险指数，并通过计算历年由于气象灾害造成水稻的减产和货币损失，确定高温热害气象保险指数的赔付触发值和赔付标准。

1 资料与方法

1.1 资料

气象资料：双峰县1989—2018年的逐日平均气温和最高气温等资料。

农业统计资料：1989—2018年双峰县逐年的一季稻播种面积和产量来自娄底市历年的统计年鉴，气象灾情数据来自民政局上报的历史灾情统计和双峰县农业气象观测站的资料等。

1.2 方法

1.2.1 水稻减产率计算 采用5年滑动平均法将实际产量分离成气象产量和趋势产量。气象产量主要由水稻生育期间气象条件决定，趋势产量是在各地的土壤条件、生产条件平均的情况下，因农业生产逐步增加而得到的结果。三者之间的关系式如下：

Y=Yt+Yw  （1）

式中，Y为实际产量，Yt为趋势产量，Yw为气象产量，Yw>0时，说明气象条件利于水稻生长发育，为丰年，反之则减产。

相对气象产量Ki= （Y- Yt）/ Yt×100% （2）

当Ki<0时，其绝对值定义为减产率（x）。

1.2.2 气象指数选定原则 根据前人研究涉及气象指数保险选取的经验[14]，选择气象指数时要优先选取受人为因素影响较小的气象灾害，同时，选取的指数要先与历史实际损失吻合，且要相对简单，便于理解及推广运用。

水稻抽穗开花期的适宜温度为25～32 ℃，最高温度超过35 ℃时，会影响正常开花授粉，造成结实率下降，水稻抽穗前后各10 d，即孕穗-抽穗扬花期对高温最敏感[15]。据历年气象灾害发生的情况，湘中地区水稻主要受高温热害、低温冷害、洪涝、寒露风等气象灾害的影响，考虑致灾范围和发生频率，洪涝和高温热害为高频次发生的气象灾害，而洪涝一般受地势、水流量和持续时间等因素的影响，难以用简单的指标衡量;高温热害主要影响水稻开花和结实，主要受温度的影响，人为影响因素小，适合作为农业保险的天气指数。

2 結果与分析

2.1 天气指数设定

因湘中地区高温主要出现在7—8月，而一季稻抽穗开花期在7月下旬至8月上中旬[16]。将7月21日至8月20日期间日最高气温大于等于35 ℃，连续3 d或以上，统计日最高气温与35 ℃的差额，定义为危害热积温。研究高温热害对水稻产量的影响可用Logistic曲线方程定量描述[17]，故综合危害热积温和高温持续日数是两个影响水稻产量的最重要因子，构建Logistic曲线方程的水稻高温热害气象保险指数（Index）计算公式如下：

[Index=i=1n11+αe-βHi×11+γe-δdi]    （3）

式中，Hi为第i次高温过程的危害热积温，di为第i次高温过程持续日数，n为高温过程总次数，    α | β | γ | δ为方程系数。根据《水稻热害评价方法（征求意见稿）》[18]、高素华等[8]的研究成果，分析得到水稻高温热害强度等级（表1）。

根据建立的高温热害气象指数，统计分析1989—2018年双峰县一季稻孕穗至灌浆期高温热害发生情况和高温热害气象指数（表2），由表2可以看出，1989—2018年除1993年、1996年和2002年未发生高温热害外，其他年份基本每年都有高温热害出现，以此得出双峰县高温热害天气出现的概率为90%。

2.2 水稻产量损失计算

根据历年双峰县水稻产量得到一季稻单产中位数（Yt）为6 825 kg/hm2，由式（1）得Y=Yw+6 825，当Yw>0时，表明水稻并未因气象灾害发生损失;当Yw<0，则认为是因气象灾害引发的实际损失，每公顷水稻的损失金额（S）计算公式为：

S=-Yw×p    （4）

式中，p为当年一季稻单价（元/kg），设定一季稻为2.1元/kg。挑选7月21日至8月20日期间有高温热害出现，且单产的减产率大于等于3%的年份，作为一季稻高温热害的灾损年，避免因洪涝、阴雨天气和日照不足等其他气象灾害造成损失的年份。根据式（4）计算出双峰县1989—2018年水稻气象灾害损失金额（表3）。

2.3 水稻高温热害气象指数保险模型设计

保险产品设计中的3个关键要素为赔付触发值、赔付额与保费，水稻高温热害气象指数保险模型设计主要需确定这3个要素。

统计分析1989—2018年双峰县高温热害气象保险指数和一季稻的损失金额得出两者的相关性达94%。根据历年高温热害发生、致灾和损失赔付等情况，结合实地调研和试点反馈，分析得出高温热害系数的发生赔率和触发系数等（表4），选定高温热害气象保险指数（Index）为0.7作为赔付触发系数。通过表4可计算双峰县一季稻高温热害指数保险的赔付金额（P）（元/hm2），计算公式如下：

P=60×（I-C）×A+B    （5）

式中，C为触发系数，A为启动赔付系数，B为赔付基数（表4）。发生高温热害时，保险人可按照式（5）计算赔偿金额。

3 小结与讨论

本研究综合危害热积温和持续日数建立了高温热害气象保险指数，并通过计算历年由于气象灾害造成水稻的减产和货币损失，确定了高温热害气象保险指数的赔付触发值和赔付标准，并在湖南省双峰县进行试点，统计分析高温热害气象指数与水稻损失金额的相关性达94%，由此可见高温热害气象指数保险的设计和赔付均较合理。

1）据历年气象灾害发生的情况，高温热害主要影响水稻开花和结实，主要受温度的影响，人为影响因素小，适合作为农业保险的天气指数，是一种自然灾害险[19]产品，在实际应用中可避免参保人和赔付对象的异议。

2）综合危害热积温和高温持续日数2个影响水稻产量的最重要因子，构建了Logistic曲线方程的水稻高温热害气象保险指数，具体以客观的气象资料为依据，与实际产量无关，无需实地勘测，理赔程序操作简单、方便;同时，可推动风险区农民参保的积极性。

3）根据高温热害对一季稻产量的减损风险，设计了双峰县高温热害气象保险指数的赔付触发系数和赔付标准，选定高温热害指数为0.7作为赔付触发系数，均是根据长序列的历史气象资料分析计算获得，客观可信度较高。

影响一季稻产量的因素是多方面的，本研究仅从温度方面探索了气象指数保险的设计，并未考虑其他气象灾害的叠加效应，如何剔除其他气象灾害的影响是下一步研究的关键;由于文中用于计算的气象数据为双峰县国家气象站的数据，但实际参保人员分布在各乡各村，需要精准到乡镇，因此，会存在一些基差风险，后期研究将根据区域站的数据来推算高温热害气象保险指数，检验基差的大小。

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