极端气候事件对1978—2017年广西农作物的灾损影响

王奥枫，陈世恒，唐湘玲

（桂林理工大学地球科学学院，广西桂林 541004）

0 引言

人类活动对自然产生影响，导致地球的气候发生变化。IPCC（联合国政府气候变化专门委员会）第五次评估报告指出人类活动致使20世纪50年代以来温室气体大量增加，温室气体的增加将使气候进一步变暖[1]。气候变化导致了非常高的土地退化，加剧土地荒漠化和土壤养分缺乏。

由于农业对气候条件的敏感性强，农业生产受气候影响剧烈[2]，尤其是发展中国家，气候变化将会对大多数发展中国家的农业产生不利影响，在全球气候变化的背景下，中国的气温不断上升，增温幅度由南到北递增，降水变化趋势不明显，年代际波动较大，具有明显的地区差别[3]。气候变化导致了非常高的土地退化，加剧了土地荒漠化和土壤养分缺乏。土地退化组织的威胁日益增加，已被定性为一个主要的全球威胁[4]。

据统计，中国由于极端天气气候事件而引发的气象灾害就占整个自然灾害的70%以上。随着全球变暖的持续发展，中国的大部分地区极端气象事件发生频率增大，并且对农业生产造成大量经济损失是可以预见的[5-7]。可见，气候变暖远远超出于一个环境问题，不仅对人类赖以生存的自然系统构成了巨大、长远、甚至不可逆转的损害，而且对整个世界的经济社会发展造成了严峻的现实威胁。

广西是农业大区，农业经济在整体经济中占据主导地位，从事农业劳动的人口较多，对于农业的依存度远高于其他地区，因此，如何减少和避免农业因灾损失是一个亟待解决的大问题。广西处于中国南部，位置沿海，占地面积大，其内部水资源丰富，并且时常受暖洋气流和冷空气的影响，导致了极端气象事件引发的灾害及其衍生的灾害所造成的经济损失大、影响范围广，给广西国民经济建设带来巨大的损失[8]。同时，在中国对外开放的战略格局中，广西地区占据非常重要的位置，是陆运和海运的重要节点，在中国提出的“一带一路”中扮演重要的角色，所以对于极端气象的适应能力，减小农业经济损失，是广西地区迫切需要解决的重大问题。

目前国内外对于气候变化与农业生产之间影响关系的科学研究取得的成果较为局限。因此，对于农业生产影响关系的区域性研究显得尤为重要[9]。研究广西区域气候变化对农业生产的影响，可以准确认识气候对农业生产的主要变化影响。本研究利用广西地区1978—2017年间广西地区农业受灾数据，对旱灾、洪涝灾害、风雹、低温成灾等极端气候事件与农业受灾数据之间的关系进行研究，从而为科学应对气候变化，趋利避害，确保广西农业的持续、健康发展提供决策依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

广西壮族自治区位于中国西南丘陵过渡地带，南北约610 km，东西长约750 km，地势成周边高中间低态势，地貌类型复杂多样（见图1）。在气候资源方面，广西处于亚热带湿润季风气候区域，农作物一年四季均可以种植，年平均气温在16～23℃，日均气温10℃，年日照时数达到1400～2000 h，适宜农作物生长，其主要农业气象灾害主要有4种，分别为干旱、水灾、风雹灾害与低温成灾[10]。

同时，农业经济在广西总经济中占据重要位置，且在全国地区农业经济中排名第九，截至2019年广西农业人口突破2000万，占总人口的比重上升到89.3%。广西拥有261.42万hm2的耕地总面积，其中60%是水田，约占154万hm2；40%是旱地，约占108万hm2。此外，水稻和玉米为其主要粮食作物，甘蔗、花生、薯类和茶叶作为其主要经济作物。

1.2 数据来源

本研究农作物相关数据与灾情数据来源于国家统计局网站。农作物相关数据主要是广西地区1978—2017年农作物播种面积，主要是实际播种面积或移植农作物的面积；灾情数据主要是干旱、水灾、风雹灾与低温成灾极端气候事件在1978—2017年间导致的受灾面积和成灾面积。其中，受灾面积为农作物由于灾害而造成相对于正常年份减产的农作物播种面积；成灾面积为农作物由于灾害而造成相比于正常年份减少三成以上的农作物播种面积。

气象数据：在广西地区选取资料代表性好，数据完整的23个气象站点，资料年代为1978—2017年共计40年的日、旬、月、年各时段的气温和降水资料，气象资料是指23个站点的平均情况，所有气象资料来源于广西壮族自治区气象局气象信息中心的信息化数据库。气象资料与农作物受灾面积资料均已同步处理。气象数据站点分布如图1所示。

图1 研究区位与气象站点分布

2 研究方法

2.1 农作物灾损评估

受灾面积指因灾害造成农作物产量损失一成以上的面积（如果同一地块的当季农作物多次受同一种灾害的危害，只计算其中受灾最重的一次）。成灾面积是在受灾面积中，产量损失三成（含三成）以上的面积。绝收面积是在成灾面积中，产量损失八成（含八成）以上的面积。损失产量：指在农作物因自然灾害损失的产量。农作物因灾损失产量按以公式(1)进行估算。

其中，受灾面积指因灾害造成在土农作物产量损失一成以上的面积（如果同一地块的当季农作物多次受同一种灾害的危害，只计算其中受灾最重的一次）。

根据灾害学理论[11-12]，因为受自然灾害而减产造成的经济损失的计算方法[13-14]如式(2)所示。

因受灾减产的经济损失，可以通过净减产面积与单位面积产值的乘积来计算。单位面积产值为总产值除以实收面积所得的单位面积产值。实收总面积为总播种面积与净减产面积的差值。由上述分析，可得到农作物因灾经济损失估算，从而得出农作物因灾经济损失估算公式如(3)所示。

但是因为受灾面积数据中既有受灾面积，又有成灾面积以及绝收面积。考虑到因自然灾害灾而导致农作物减产这一情况，将公式(3)改为式(4)的形式。

式中，C为农作物因自然灾害遭受的经济损失（亿元）；B为农作物单位面积产值（亿元/103hm2）；A1为农作物受灾面积的净减产面积系数；f1为农作物受灾面积。

经研究，A1=0.3为宜。在对某一年农作物因灾经济损失预估时，B值可以使用上一年的农作物单位面积产值。以广西地区2005年旱灾为例，预估当年农作物因旱灾造成的经济损失。广西地区在2005年发生春夏连旱，据国家统计局公布的数据，受灾面积达89.37万hm2，用2004年广西地区单位面积产值B=0.09（万元/hm2）代入公式(4)，可以得出广西地区2005年因干旱造成农作物经济损失C=2411.25万元。与实际情况广西地区2005年干旱造成农作物经济损失2413.1万元基本相同。

2.2 极端灾害时空分析

影响农作物产量的因素很多，包括劳动力、播种面积、机械化水平、国家相关政策、市场情况、自然灾害等。综合考虑数据的可获取性和很多前辈的研究成果[15-18]，本研究运用气候因素响应频率指数近似计算得出一定空间内灾害发生概率，并结合因灾经济损失值，建立灾害空间评估模型，用一定空间站点内灾害发生概率与因灾经济损失的乘积来近似估算一定空间内因灾经济损失。其中，气候因素响应频率指数F可以表征一定时间段内灾害对气候因素的响应概率，根据文中的指数定义与广西区1978—2017年日、旬、月、年各时段的气温和降水资料，计算得到4种灾害的气候因素响应频率指数，气候因素响应频率指数为1978—2017年广西区日平均气温、平均风速和月降水量的发生频率，定义见表1所示。

表1 4种灾害气候因素响应频率指数

将每一年站点不同灾害下气候因素响应频率指数F进一步概率化处理，得出一定空间内灾害发生概率F*，数学公式如(5)所示。

建立的灾害评估模型以十年为一步长，其数学定义如(6)所示。

公式(6)中，R表示一定空间内灾害损失评估值，亿元；F*为4种灾害的一定空间内灾害发生概率，%；C为农作物因自然灾害遭受的经济损失，亿元。

将模型灾害损失评估值运用ArcGIS10.5进行克里金插值法，进行以十年为一步长的广西区灾害时空灾损分析。

3 结果与分析

3.1 极端灾害对农作物灾情变化评估

3.1.1 旱灾 广西降水逐年变化大，极为不均匀，降水的季节性差异在广西较为明显，且广西地区境内地理环境复杂多样，同时受季风影响。据统计，1978—2017年间，除2017年外，每年都有不同程度干旱的发生，因干旱造成的农作物受灾面积年平均为56.2×104hm2。广西地区干旱按季节划分，可分为春旱、夏旱、秋旱、东旱，其中以春秋2个季节干旱的危害最为严重。历史上，秋季干旱的发生频率高于春季干旱，分别占33.3%和17%。如果连续干旱天数超过21天的情况，则百色和南宁3—6月的干旱频率较高，其次是玉林。从7—10月，玉林和梧州的干旱频率最高，再其次是柳州。3—6月百色地区多出现持续干旱70多天，7—10月多出现在梧州、玉林地区。

干旱更容易受降水量的影响，季风气候在广西波及程度最大，导致其境内降水量不均匀，正常期间的降雨量只占据全年降雨量的55%以下，而暴雨期间却能够达到40%，此后很长一段时间都没有降雨，根据作物生长期（4—9月）的统计，16～30天不下雨的概率为24%～67%，31～60天不下雨的概率为8%～46%，这与大气环流异常密切相关。在春夏季节，东亚低槽东部位置异常，西部副热带高压强，南部低槽弱，季风爆发晚，广西上空水汽少，入侵广西的冷空气很强，前锋越过速度快，前锋雨量少；秋冬季节，副热带高压强度和位置异常。广西长期处于副热带高压控制之下，赤道辐合带位于南部，这些条件可能导致干旱。

广西区40年来因干旱引起的农作物受灾面积与成灾面积呈下降趋势，线性回归方程系数分别为1.20 万 hm2/a、0.52万 hm2/a，平均受灾面积为57.6万hm2、成灾面积为29.6万hm2，其中有12年受灾面积在80万hm2以上，对农业生产影响极大，直到2012年后受灾面积才稳定在20万hm2以下。研究区因旱灾经济损失严重，40年来总经济损失达5008.74亿元，1978—2010年因灾致损波动上升，到2010年损失达到峰值为735.61亿元。见图2所示。

图2 1978—2017年广西区旱灾受灾、成灾面积与灾损变化

3.1.2 水灾 洪涝水灾是广西第二大农业气象灾害，广西境内地形多种多样，其中岩溶地貌分布以及石灰岩地层分布较广，形成独特的喀斯特地貌，石灰岩分布全广西79个县，面积高达9万km2，占广西总面积的38%。独特的地貌导致石多土少并且易受风化作用影响，耕地分布广散，洪涝灾害容易发生，对农业生产造成危害。

广西地区洪涝灾害的形成除了受地形地貌的影响，还受天气因素影响：主要是热带气旋（台风），与台风伴随而来的是暴雨，因此容易引发水灾。广西境内水资源丰富，江河流域总长度达3.5万km，水域面积更有4700 km2，中国降水量分布最多的地区之一就有广西存在，但是广西在降水方面存在差异性的问题。空间分布方面：东部多、西部少、南北地区多、中部地区少；沿海区域多、盆地平原占据区域少。时间分布方面：4—9月份是广西降水量较多的雨季，雨量集中且频繁，易发生暴雨洪涝、泥石流等灾害，造成农业经济损失。

广西区40年来因水灾引起的农作物受灾面积与成灾面积变化呈上升趋势（图3），线性回归系数分别为0.11万hm2/a、0.04万hm2/a，自1978—1993年受灾面积均在60万hm2以下，1994年因水灾造成的受灾面积最高，达到152.1万hm2，而后呈下降趋势，2012—2017年已下降至20万hm2。综合来看，1978—2017年，广西平均每年因水灾引起的受灾面积为37.0万hm2、成灾面积为20.2万hm2。40年来，研究区因水灾致使经济损失总计达4171.15亿元，因灾经济损失在1992—2017年间较为严重，在2008年损失达到峰值为364.4亿元。

图3 1978—2017年广西区水灾受灾、成灾面积与灾损变化

3.1.3 风雹灾 冰雹是由于对流导致积雨云中形成冰块，坠落而引起的灾难。强风和冰雹是2种主要的风雹灾害，作用于农作物上主要的损害是机械伤害。冰雹灾难是一场由强烈对流引起的严重气象灾难，其发生范围较小，时间较短，但是却具有强大的能量，往往伴随着大风、大雨和急寒等突发灾难性气象过程。一般来说，强风会导致庄稼倒塌，使农作物在成熟阶段绝收，其在高原地区和华南地区中较为活跃，冷空气的交换更容易发生冰雹、雷雨、强风等对流。另外，由于强风，建筑物会造成倒塌，很容易造成人员伤亡。如果形成了龙卷风，那么损失往往是非常大的，不过和干旱和洪涝灾害相比，风雹这种极端气象事件的发生频率较低，但是往往会造成农作物绝收，破坏性大。

对1978—2017年风雹对广西农作物灾害影响分析如图4所示，因风雹灾害引起的农作物受灾面积与成灾面积变化呈下降趋势，线性回归系数分别为0.35万hm2/a、0.21万hm2/a，平均受灾面积为6.9万hm2、成灾面积为3.7万hm2，其中1984年受风雹灾害最为严重，受灾面积达到36.67万hm2，但是至2000年后已基本保证受灾面积在5万hm2以下。1978—2017年来，广西因风雹灾经济损失达442.73亿元，虽然广西区风雹灾受灾与成灾面积呈现下降趋势，但由于研究区农作物单位面积产值不断增加，因灾经济损失有波动上升趋势，到2016年经济损失达到峰值为60.3亿元。

图4 1978—2017年广西区风雹灾受灾、成灾面积与灾损变化

3.1.4 低温成灾 低温成灾指农作物在生长期因为温度过低从而影响发育，造成农作物减产的灾害现象。对广西来说，低温成灾主要是春寒，如果农作物播种育秧期间北方冷空气南下，就会出现长时间的低温阴雨天气，严重的话会导致农作物烂秧，致使减产，农业成本增高，补种的话也会导致成熟期延后。

从图5中可以看出，广西区1978—2017年间因低温成灾引起的农作物受灾面积与成灾面积变化呈上升趋势，线性回归系数分别为0.25万hm2/a、0.07万hm2/a，平均每年受灾面积为8.8万hm2、成灾面积为3.9万hm2，其中1999年受灾面积达到峰值78.6万hm2。1978—2017年间，广西区因低温成灾总经济损失达1359.49亿元，由于2008—2017年研究区农作物单位面积产值较高，因此该时段因灾致损较为严重，到2008年因灾经济损失达到峰值为397.94亿元。

3.2 极端灾害灾损时空分析

3.2.1 旱灾 模型评估插值结果如图6所示，1978—2017年间，广西区旱灾因灾经济损失严重区域由中部与西部逐步变化至西南部与东北部。1978—1987年间，百色、南宁、平果与北海因旱灾经济损失达10亿元以上，其中百色因灾致损约为12.36亿元，融安与桂林灾害损失较轻，均在5亿元左右。1988—1997年间，百色、平果、那坡、凤山、龙州、南宁与来宾因灾致损严重，均达35亿元以上，其中百色因灾致损约51.37亿元，融安与桂林灾害损失则在20亿元左右。1998—2007年间，百色、北海、河池与龙州因灾经济损失超过90亿元，其中百色约为104.13亿元，融安与桂林灾害损失较轻。2008—2017年间，广西区因灾经济损失有所改善，最为严重区域为百色、柳州、来宾、龙州与北海，均超过90亿元，其中百色因灾致损约为94.41亿元，融安与都安因灾致损较轻。

图6 1978—2017年广西区旱灾时空插值

3.2.2 水灾 模型评估插值结果见图7所示，1978—2017年间水灾因灾致损严重区域由南部向中西部逐渐变化。1978—1987年间，玉林、防城与钦州因灾损失较为严重，达5亿元以上，其中东兴因灾致损约为6.16亿元，百色与那坡灾害损失则较轻。1988—1997年间，桂林、东兴、桂平、防城与融安因灾经济损失均超过40亿元，其中桂林因灾致损约为48.20亿元，龙州与来宾因灾致损较轻。1998—2007年间，东兴、防城与钦州因灾经济损失均超过80亿元，其中东兴达96.53亿元，百色与南宁因灾致损较轻。2008—2017年间，都安、东兴、蒙山、桂平、钦州、桂林与防城因灾致损较为严重，均超过85亿元，其中都安达172.46亿元，龙州与百色因灾经济损失则较轻。

图7 1978—2017年广西区水灾时空插值

3.2.3 风雹灾 模型评估插值结果如图8所示，1978—2017年间风雹灾因灾致损严重区域由北部与南部向中部与南部逐渐变化。1978—1987年间，桂林、北海与融安因灾损失较为严重，达2.5亿元以上，其中桂林因灾致损约为4.05亿元，百色与那坡灾害损失则较轻。1988—1997年间，北海、防城与桂林因灾经济损失均超过9亿元，其中北海因灾致损约为10.87亿元，百色与龙州因灾致损较轻。北海、都安、桂林与防城因灾经济损失均超过15亿元，其中北海约为26.04亿元，平果与百色因灾致损较轻。2008—2017年间，钦州、北海、防城、都安、桂林与凤山因灾致损较为严重，均超过25亿元，其中钦州达31.27亿元，桂平与梧州因灾经济损失则较轻。

图8 1978—2017年广西区风雹灾时空插值

3.2.4 低温成灾 模型评估插值结果见图9所示，1978—2017年间，广西区低温成灾因灾经济损失严重区域主要集中在北部。1978—1987年间，桂林、融安与贺县因灾经济损失达1亿元以上，其中桂林因灾致损约为2.12亿元，龙州与防城害损失较轻。1988—1997年间，桂林、贺县与融安因灾致损严重，均达5亿元以上，其中桂林因灾致损约8.84亿元，龙州与百色因灾致损较轻。1998—2007年间，桂林、融安与贺县因灾经济损失超过44亿元，其中桂林约为107.24亿元，龙州与百色因灾致损较轻。2008—2017年间，最为严重区域为桂林、融安、贺县与蒙山，均超过45亿元，其中桂林因灾致损约为105.64亿元，龙州、平果与百色因灾致损较轻。

图9 1978—2017年广西区低温成灾时空插值

4 结论与讨论

本研究利用广西地区1978—2017年间广西地区农业受灾数据与气象数据，对旱灾、水灾、风雹灾、低温成灾4种极端气候事件与农业受灾数据之间的关系进行时空研究，并建立农作物受灾害的损失评估时空模型，结论如下。

（1）1978—2017年间，广西区旱灾、水灾、风雹灾与低温成灾因灾致损总计分别为5008.74亿元、4171.15亿元、442.73亿元、1359.49亿元。研究区防灾减灾应关注程度为：旱灾＞水灾＞低温成灾＞风雹灾。

（2）1978—2017年来，广西区因干旱引起的农作物受灾面积与成灾面积呈下降趋势，平均受灾面积为57.6万hm2、成灾面积为29.6万hm2，其中有12年受灾面积在80万hm2以上，对农业生产影响极大，直到2012年后受灾面积才稳定在20万hm2以下。模型评估插值结果表明，1978—2017年间，广西区旱灾因灾经济损失严重区域由中部与西部逐步变化至西南部与东北部，百色、南宁与北海等地因灾损失严重，需要增大防灾减灾力度。

（3）1978—2017年来，广西区因水灾引起的农作物受灾面积与成灾面积变化呈上升趋势，自1978—1993年受灾面积均在60万hm2以下，1994年因水灾造成的受灾面积最高，达到152.1万hm2，而后呈下降趋势，2012—2017年已下降至20万hm2。综合来看，1978—2017年，广西平均每年因水灾引起的受灾面积为37.0万hm2、成灾面积为20.2万hm2。模型评估插值结果表明，1978—2017年间水灾因灾致损严重区域由南部向中西部逐渐变化，应重点关注东兴、桂林与桂平水灾防灾工作，减少灾害农作物经济损失。

（4）1978—2017年来，广西区因风雹灾害引起的农作物受灾面积与成灾面积变化呈下降趋势，平均受灾面积为6.9万hm2、成灾面积为3.7万hm2，其中1984年受风雹灾害最为严重，受灾面积达到36.67万hm2，但是到2000年后已基本保证受灾面积在5万hm2以下。模型评估插值结果表明，1978—2017年间风雹灾因灾致损严重区域由北部与南部向中部与南部逐渐变化，加强北海、钦州与桂林防灾减灾应对，有利于降低广西区灾害损失。

（5）1978—2017年来，广西区因低温成灾引起的农作物受灾面积与成灾面积变化呈上升趋势，平均每年受灾面积为8.8万hm2、成灾面积为3.9万hm2，其中1999年受灾面积达到峰值78.6万hm2。由于2008—2017年研究区农作物单位面积产值较高，因此该时段因灾致损较为严重。模型评估插值结果表明，1978—2017年间，广西区低温成灾因灾经济损失严重区域主要集中在北部，增强桂林、融安与贺县等地低温成灾抵抗能力，可以降低因灾经济损失。

综上，1978—2017年间广西地区干旱、水灾、低温成灾和低温冷害对农作物经济损失巨大，由于气温和降水事情有关的极端气候事件呈增加趋势，对广西农作物的危害程度在不断加剧。加强农业基础设施的建设，建立较为完善的应对气象灾害的预警机制，积极抵御气象灾害，做好极端气候事件变化对农作物影响的预防措施，有利于降低广西区农作物因灾致损。此外，本研究还存在很多不足的地方，在以后的研究中，在广西区域尽可能选择分布均匀的多数站点，资料年代更长的时间序列数据，以提高研究分析的准确度；其次，可以增加广西地区与农业生产密切相关的其他气候因子做进一步细致的研究。