廊坊市夏玉米干旱气象保险指数研究——以霸州市为例

侯奇奇，杨 帅，耿雪莹，高宇俊

（廊坊市气象局，河北 廊坊 065000）

玉米是廊坊市的主要粮食作物，2018年玉米播种面积为20.9万hm2，约占全市粮食作物播种面积的72%［1］，是廊坊市重要的农业经济来源。玉米分春夏两季种植，夏玉米一般6月开始播种，9月中下旬成熟收获，种植期间阶段性干旱的频繁发生，严重影响玉米的质量和产量，给农户带来严重的经济损失。农业保险是规避自然风险、保障农业生产、稳定农民收入的重要手段，近年来，随着国家对农业保险财政补贴力度的不断增大，农业保险发展迅速，在转移农业风险，保障农户收入方面正发挥着越来越重要的作用。然而传统的农业保险以实际灾损作为赔付标准，在开展过程中投保承保双方的信息不对称带来的逆向选择、道德风险以及灾后理赔时效低、成本高、难度大等问题严重困扰农业保险的市场化运作［2］。

气象指数保险是指将气象致灾因子和它所造成的损失开展相关分析并进行天气指数的设计，与传统农业保险相比，具有产品设计形式简单、基础数据客观权威、道德风险低、逆向选择低、合同标准化程度高等优势。国外对于气象指数保险在前期开展了大量研究，Sherrick等［3］基于12个县的玉米和大豆产量数据，拟合作物产量分布模型，厘定不同分布假设下各农场纯费率；世界银行在马拉维地区制定花生、玉米的干旱气象指数保险方案，并在摩洛哥、埃塞俄比亚等国家开展试点［4］。近年来，国内学者也相继开展农业气象指数保险研究，并取得了一定成果。娄伟平等［5-7］结合区域产量风险和气象指数保险，设计了柑橘冻害气象指数保险和水稻暴雨灾害指数保险；任义方等［8，9］采用聚类分析方法，对河南省冬小麦干旱和江苏省水稻高温热害进行研究，开展气象指数保险风险评估和区划。杨太明等［10］通过将历史产量损失和主要气象灾害进行对比分析，设计了小麦种植天气指数保险产品；刘亚静［11］对河北省的玉米区域产量指数保险和气象指数保险费率分别进行厘定，并进行分析比较；高桂芹等［12］通过分析迁西板栗相对气象产量和果实膨大期降水量的对应关系，设计了板栗干旱指数模型。

据保险公司统计，廊坊市每年都有由于旱灾造成的玉米保险理赔案件，当地农民和保险公司对于气象指数保险仍存在巨大的潜在需求。关于廊坊市气象指数保险的研究鲜见报道，本研究从廊坊市农业保险的实际需求出发，以霸州市夏玉米为研究对象，应用天气指数保险理念，分析夏玉米生育期内相关气象要素和最终产量损失的关系，构建玉米干旱减产率模型，厘定纯保险费率，设计夏玉米干旱气象指数保险产品，以期为廊坊市农业气象指数保险工作的推广应用提供技术指导。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象资料选取霸州市国家气象观测站1980—2018年降水量、最高温度、最低温度、空气相对湿度、日照时数、平均风速的逐日数据；玉米生育期及产量资料选取1993—2018年霸州市农业气象观测数据，以上数据均来自于河北省气象信息中心。

1.2 研究方法

根据夏玉米生育期观测资料，将夏玉米生育期划分为播种期至出苗期（简称播种-出苗，下同）、出苗-拔节、拔节-抽雄、抽雄-乳熟、乳熟-成熟5个生育期，对不同生育期内气象资料进行统计分析，通过分析夏玉米不同生育期气象指数与玉米单产减产率的关系，选取关键生育期构建廊坊市霸州市夏玉米干旱气象保险指数，并对其进行保险费率厘定。采用SPSS、Excel软件进行数据统计分析。

1.2.1 夏玉米干旱气象指数构建 干旱气象指数用于表示夏玉米干旱灾害程度，应具有人为因素影响小，计算简单、相对稳定性好，与历史灾损符合较好，且方便投保人理解和推广的特点。本研究参考曲思邈等［13］对吉林省玉米干旱天气指数保险的研究方法，综合分析夏玉米在不同生育期的降水量与作物需水量，将夏玉米不同生育期降水量低于该生育期作物需水量（即P＜ETm）时的水分亏缺率（CWD，Crop water deficit）的绝对值（I）作为夏玉米干旱气象指数，其公式如下。

式中，CWD为水分亏缺率（%）；P为累积降水量（mm）；ETm为潜在蒸散量（mm），是作物参考蒸散量ET（0mm）与作物系数（Kc）的乘积，ET0采用联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）推荐的Penman-Monteith公式［14］计算，公式如下。

式中，ET0为作物参考蒸散量（mm/d）；Rn为地表净辐射［MJ（/m2·d）］；G为土壤热通量［MJ（/m2·d）］；Tmean为日平均气温（℃）；u2为2 m高处风速（m/s）；es为饱和水汽压（kPa）；ea为实际水汽压（kPa）；Δ为饱和水汽压曲线斜率（kPa/℃）；γ为干湿表常数（kPa/℃）。其中地表净辐射、日平均温度和水汽压等参数均可通过日照时数、最高温度和最低温度等气象要素求得。作物系数参考曹永强等［15］对河北省夏玉米作物系数的研究结果。

1.2.2 夏玉米减产率计算 为区分气候因素对作物产量的影响，作物产量一般由趋势产量、气候产量和随机误差3部分组成，趋势产量反映历史时期生产力发展水平的长周期产量分量，也被称为技术产量，气候产量则反映受气候要素波动为主的短周期产量分量，随机误差一般较小，忽略不计［16］。本研究利用1993—2018年夏玉米单产资料，采用3年滑动平均方法模拟趋势产量，进而分离出气象产量和相对气象产量，相对气象产量为负值则表示作物减产，减产率（D）为相对气象产量中减产部分。公式如下。

式中，Ym为气象产量；Y为作物单产；Yt为趋势产量；Yp为相对气象产量。

1.2.3 干旱气象指数赔付标准 参考曹雯等［17］对河南省冬小麦干旱天气指数的研究方法，干旱气象指数保险的赔付公式如下。

式中，M是单位面积保险赔偿金额（元/hm2）；D为减产率；Dmin是赔付触发值对应的减产率；Dmax是最高减产率；Q是保险金额（元/hm2）。

1.2.4 纯保险费率厘定 保险费率由纯费率和附加费率共同组成，纯费率是保险损失的期望值，也称净费率，是保险费率的主要部分，公式［17］如下。

式中，R为保险纯费率；E［LOSS］为产量损失的数学期望；Lr为不同干旱气象指数的减产率；Pi为不同干旱气象指数发生概率（%）。

2 结果与分析

2.1 不同生育期干旱气象指数与夏玉米相对气象产量关系

选取生育期降水量低于该生育期作物需水量时的干旱气象指数与当年的相对气象产量进行相关分析，结果见表1。夏玉米在不同生育期内对水分的需求存在差异，抽雄-乳熟期为夏玉米需水高峰期，该时期干旱气象指数与相对气象产量的相关系数为-0.732，呈极显著负相关，拔节-抽雄期的相关系数次之，为-0.656，呈显著负相关，出苗-拔节期夏玉米干旱气象指数与相对气象产量相关系数最小。综合分析夏玉米全生育期和拔节-乳熟期的干旱气象指数与相对气象产量的关系，相关系数分别为-0.586、-0.570，且均通过0.05水平的显著检验。

表1 不同生育期干旱气象指数与夏玉米相对气象产量的相关系数

2.2 夏玉米灾损模型

考虑不同生育期干旱对夏玉米产量的影响和农户在实际投保过程中的可操作性，本研究选取玉米需水关键期（拔节-乳熟期）和全生育期的夏玉米干旱气象指数分别与夏玉米减产率进行回归分析，建立夏玉米减产率回归模型（表2），其回归判定系数分别为0.577、0.346，均通过了0.05水平显著检验。

表2 夏玉米干旱气象指数与减产率回归模型

根据回归方程，得出不同干旱气象指数对应夏玉米减产率，干旱气象指数越大，夏玉米干旱程度越严重，减产率越高。只考虑拔节-乳熟期干旱灾害，当夏玉米干旱气象指数为40%时，夏玉米减产率为9%；当夏玉米干旱气象指数为75%时，减产率为29%；当拔节-乳熟期没有降水，即干旱气象指数为100%时，减产率为43%。在综合考虑全生育期情况下，当夏玉米干旱气象指数为40%时，夏玉米减产率为13%；当夏玉米干旱气象指数为60%时，减产率为22%；当夏玉米干旱气象指数为70%时，减产率为27%；若夏玉米整个生育期没有降水，即干旱气象指数为100%时，减产率为41%。

按照与干旱等级相一致的原则，以及夏玉米干旱气象指数与减产率之间的关系，将霸州市夏玉米干旱等级进行划分（表3）。当减产率低于10%时，夏玉米为轻旱；当减产率在10%～20%时，判定为中旱；当减产率在20%～30%时，为重旱；当减产率超过30%，此时夏玉米为严重干旱。

表3 霸州市夏玉米干旱等级划分

2.3 夏玉米干旱气象保险产品设计

根据市场调查可知，在没有灾害发生情况下，霸州市夏玉米产量可达6 750 kg/hm2，按照当前市场价格2.2元/kg进行推算，丰产产值可达14 850元/hm2。由表4可知，只考虑拔节-乳熟期干旱灾害，最高可导致玉米减产43%，约造成经济损失6 385.5元/hm2；考虑全生育期夏玉米干旱灾害，最高可导致夏玉米减产41%，造成经济损失约6 088.5元/hm2。参考杨太明等［18］对夏玉米的研究，并结合霸州市当地实际情况，均选择干旱气象指数40%作为干旱保险赔付的触发值。

基于1980—2018年霸州市气象站观测数据，计算不同干旱气象指数发生概率及其对应减产率，利用式（7）计算获得拔节-乳熟期夏玉米干旱指数保险费率为5.6%，全生育期夏玉米干旱指数保险费率为6.5%，拔节-乳熟期夏玉米干旱指数保费=保险金额×纯保险费率=357.6元/hm2，全生育期夏玉米干旱指数保费为395.7元/hm2。表4中列出部分干旱气象指数对应的减产率、赔付比例和单位面积赔偿金额。

3 小结与讨论

本研究以廊坊市霸州市夏玉米为研究对象，利用分析气象资料、夏玉米生育期和历年单产资料构建夏玉米干旱气象指数，分析干旱气象指数与减产率之间相互关系，建立减产率模型，厘定保险纯费率，设计夏玉米干旱气象保险产品。

根据研究可知，廊坊市霸州市夏玉米在拔节-乳熟期的干旱气象指数与相对气象产量相关性较高，说明该时期对水分需求较高，发生干旱对夏玉米生长和产量形成具有严重影响，这与刘晓英等［19］对安徽省夏玉米研究结果一致。选取拔节-乳熟期和全生育期2个时期分别开展夏玉米干旱气象指数研究，构建夏玉米减产率模型，并将夏玉米干旱分为轻旱、中旱、重旱和严重干旱4个等级。当干旱气象指数均为100%时，拔节-乳熟期的减产率较全生育期更大，其原因可能是本研究中未出现全生育期无降水的极端干旱情况，拔节-乳熟期干旱气象指数与减产率相关性更大，但在实际应用中该结果还需进行进一步研究与修正。与之前学者对干旱气象指数的研究结果［10，13，20］相比，相同减产率情况下，本研究中干旱气象指数较高，是由于本研究站点在夏玉米生长期间对其进行了灌溉，灌溉用水来自附近河流，灌溉存在较大随机性且其数据不易观测和记录，本研究中仅对降水量进行分析，忽略了灌溉对夏玉米生产的影响，干旱气象指数较高。通过对历史干旱理赔发生概率和赔付金额进行统计，对廊坊市霸州市夏玉米干旱气象保险产品进行设计，确定起赔标准为干旱气象指数＞40%，在拔节-乳熟期保险费率为5.6%，全生育期为6.5%，这与当地保险公司开展保险业务中的实际费率较为一致，具有较好的参考性。

本研究选取水分亏缺率作为干旱气象指数，依据气象资料即可进行计算，指标客观实际，理赔操作简单，在一定程度上解决了传统农业保险存在的道德风险和逆向选择等问题。但在实际生产过程中，干旱对夏玉米产量的影响还受土壤类型、玉米品种、灌溉管理和种植规模等因素影响，保险条例和相关费率厘定也与市场和政策密切相关，在以后的研究中还需加强气象与农业、保险等多学科融合，以更好地满足保险产业业务需求。