对虾养殖气象指数保险产品设计

于志明，史有瑜，肖 杨

(唐山市气象局，河北 唐山 063000)

对虾养殖过程受气候、水文、地理等环境影响强烈，特别是气候，更是对虾养殖不可忽视的重要因素。气象指数保险是在区域气候灾害研究的基础上，确立相应的气象指标来描述气象灾害，进而将气象灾害与投保产品产量相关联，以气象指标来确定产量和损益情况，实现对投保人的赔偿。近年，众多学者对气象指数保险进行了相关研究，郑军等、高蓉蓉研究认为气象指数保险具有明显的优势。王春乙等基于极值理论构建了海南省芒果产量与寒害气象指数的风险分布模型，厘定了各地的纯保险费率及其空间分布。丁烨毅等以慈溪市为例选用韦伯分布模型计算了不同等级降水指数的风险概率，设计了不同赔付触发条件下的保险纯费率和杨梅降水气象指数产品。甘伟铭等对牡蛎养殖风力指数保险进行了研究，提出了保险设计的四个关键步骤。以往研究多是针对单一气象灾害进行保险设计，综合多种气象灾害影响的保险设计很少。本文通过分析对虾生长与气象灾害相关关系，构建对虾养殖高温、暴雨、大风气象指数灾损模型，设计对虾养殖保险气象指数产品，化解对虾养殖风险，为开展农业保险提供技术支持。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象灾害和水质观测资料选取2020—2021年唐山市曹妃甸区瑞达水质观测站观测数据，来源于曹妃甸区气象局。对虾产量资料选取2011—2020年曹妃甸区对虾单产数据，来源于曹妃甸区农业农村局。高温、暴雨、大风历史气象资料选取2011—2020年唐山市的丰南区、曹妃甸区、滦南县、乐亭县国家气象观测站的气象观测数据，来源于河北省气象信息中心。

1.2 研究方法

本文研究范围为唐山市所属的丰南区、曹妃甸区、滦南县、乐亭县四个沿海县区，因曹妃甸区位于四个县区的中间地带，建有对虾养殖水质监测站，收集到的对虾养殖产量资料齐全，国家气象观测站距四个县区的对虾养殖场距离最近。故本研究主要针对曹妃甸区的数据资料进行分析，其他三个县区可参照曹妃甸区的研究结论。

1.2.1 筛选气象指数 本文通过研究气象灾害造成养殖池水质变化，采取典型性相关分析方法，按照引入的气象因子与对虾养殖关联性大、因子之间相关性低的原则，筛选关键气象因子作为对虾养殖保险的气象指数。

1.2.2 建立气象指数灾损模型 为了区分自然和非自然因素给对虾单产造成的影响，对虾产量Y可分解为趋势产量Yt、气象产量Yw和随机产量S三部分。在S通过检验水平的情况下，

=-。

(1)

采用HP滤波方法对对虾单产数据进行去趋势化处理，求得对虾单产的趋势产量，实际产量与趋势产量的差值即为气象产量。气象产量动态相对偏差百分率正值为增产年，其减产率记为0，负值作为减产率的估算值。气象产量动态相对偏差百分率(减产率)的表达式为：

’=[(-)]×100%

(2)

1.2.3 设定保险理赔触发值 基于对虾养殖气象指数灾损模型，结合气象指数对对虾生长环境的影响程度，利用2011—2020年唐山南部沿海丰南区、曹妃甸区、滦南县、乐亭县气象指数的出现次数资料，参照气象学上高温、暴雨、大风的分级标准，确定对虾养殖气象指数保险理赔触发值。

1.2.4 厘定保险费率 保险费率由纯费率和附加费率组成，核心是纯费率的确定。利用经验费率法确定纯保险费的计算公式为：

(3)

式中：R为纯保险费率(%)；loss为对虾损失率；E(loss)为对虾损失(保险损失)的数学期望值； λ为保障比例，根据气象指数发生概率确定；μ为预期单产。为各等级气象指数的减产率；为各等级气象指数的发生概率。

保险费率=纯费率×(1+安全系数)×(1+营业费用系数)×(1+利润率)

(4)

2 结果与分析

2.1 影响对虾生长的气象灾害

唐山市南部沿海四县区养殖的对虾品种以南美白对虾和中国对虾为主，有少部分的斑节对虾和日本对虾。南美白对虾、斑节对虾、中国对虾和日本对虾适宜生长的水温分别为20～32 ℃、18～34 ℃、16～30.5 ℃和13～32 ℃。利用2020年9—10月和2021年5—6月曹妃甸瑞达水质站水温和气温的观测数据，建立对虾养殖池水温和气温分月的回归方程。按照对虾露天养殖适宜放苗和收获的最低水温(13 ℃)求得对应气温，根据唐山沿海四县区2011—2020年历史气候资料，唐山近10年平均适宜放苗和适宜收获的时间段为5月中旬至10月上旬。结合与对虾养殖专家及养殖户座谈了解，确定唐山对虾露天养殖承保时段为每年的5月1日—10月20日，共173 d，该时段内对对虾生长有较大影响的灾害性天气主要有高温、强对流性天气和台风，对对虾生长影响较大的气象因子为高温、暴雨和大风。

2.1.1 高温对养殖池水质的影响 从2020年7月瑞达水质站日最高水温、日最高气温和日平均溶解氧的对比图(图1)可以看出：7月24日、25日出现高温天气，导致养殖池25日、26日高水温，26日、27日溶解氧为全月最低。由此可见：溶解氧的变化滞后于水温的变化，水温的变化滞后于气温的变化。利用瑞达水质站2020年7月日最高水温(距水面60 cm)和日最高气温观测数据，建立7月日最高水温和日最高气温的回归方程：

=1090 2-2.537 7。

图1 最高水温、 最高气温和溶解氧对比

2.1.2 暴雨对养殖池水质的影响 从瑞达水质站2021年7月9 —15日逐6小时降水量和养殖池盐度对比图可见，12日出现暴雨后，导致12—13日盐度显著降低(图2)。

图2 降水量和养殖池盐度对比

计算得出7月日最高水温为34 ℃(适宜对虾生长的最高水温)，对应的日最高气温为34.5 ℃。在气压不变的情况下，水体中的溶氧量随着水温的升高而降低。高温天气导致养殖池溶解氧量降低，不适宜对虾生长。

根据实验测定，100 cm水深的对虾养殖池，在不向外排水的情况下，降水量为100 mm和150 mm时，养殖池盐度的减少率可分别达到9.1%和13.1%，降水量越大养殖池的盐度减少的越多。同时，暴雨造成池水分层，高盐层在下面，低盐层在上面，病原微生物乘虚而入，对虾免疫能力降低，体质下降，非正常蜕皮，影响对虾生长环境。

2.1.3 大风对养殖池水质的影响 强对流和台风天气过程，往往是暴雨和大风同时出现。当风力达到6级以上时，大风会搅乱水体的垂直结构，把养殖池底的杂质和毒素搅起并向上传送，破坏对虾生长环境，引起水环境突变，造成对虾应急反应，危害到对虾的生存。

2.2 建立对虾养殖气象指数灾损模型

采用HP滤波方法对曹妃甸区对虾单产数据进行去趋势化处理，根据对虾单产随年度变化的回归方程：

=0.056 8+0.467 2，

求得每年的趋势产量(R=0.922 8,通过了检验水平，可不考虑随机系数)，按照计算公式(1)和(2)计算出逐年的气象产量和减产率(表1)，减产率为正值时取值为零。

表1 曹妃甸区气象产量和减产率

将曹妃甸区2011—2020年逐年高温、暴雨、大风出现日数与对虾减产率进行回归分析，建立气象指数与减产率的回归模型，高温、暴雨、大风三者出现日数叠加与减产率的相关关系最好(表2)，故选取高温、暴雨、大风三个气象因子作为对虾养殖保险的气象指数。

表2 曹妃甸区气象指数和减产率的回归模型

2.3 设定气象指数保险赔付的触发值

高温指数保险理赔以投保户所属县区国家气象观测站日最高气温(20时—20时)达到下列标准的日数为准。Ⅰ级：1、连续两日最高气温≥35.1 ℃，且有一日≥37.1 ℃；2、连续三日及以上最高气温≥35.1 ℃，每天均≤37.1 ℃。Ⅱ级：1、连续两日日最高气温均≥37.1 ℃；2、连续三日及以上最高气温≥35.1 ℃，且至少1日≥37.1 ℃。

暴雨指数保险理赔以投保户所属县区国家气象观测站(20时—20时)日降水量达到下列标准的日数为准。Ⅰ级：1、日降水量为100～149.9 mm；2、连续两日降水量≥50 mm ，但均<100 mm。Ⅱ级：1、日降水量≥150 mm; 2、连续两日及以上降水量≥50 mm ，其中一日≥100 mm。

大风指数保险理赔以投保户所属县区和相邻县区(丰南相邻县区为曹妃甸，曹妃甸相邻县区为丰南和滦南，滦南相邻县区为曹妃甸和乐亭，乐亭相邻县区为滦南)国家气象观测站观测到的极大风速值达到下列标准的日数为准。Ⅰ级：1、所属县区极大风速≥20.8 m/s(9级风)；2、所属县区极大风速≥17.2 m/s(8级风)，同日相邻的县区极大风速≥20.8 m/s。Ⅱ级：1、所属县区极大风速≥24.5 m/s(10级风)；2、所属县区极大风速≥20.8 m/s，同日相邻的县区极大风速≥24.5 m/s。

2.4 对虾养殖气象指数保险费率的厘定

按照上述保险理赔标准的设定，利用唐山市沿海四县区国家气象观测站的气象观测数据，得出2011—2020年各级气象指数保险理赔标准出现概率(表3)。

表3 唐山四县区气象指数出现概率

根据减产率模型和问卷调查统计，设定高温、暴雨、大风Ⅰ级减产率为10%，Ⅱ级减产率为20%。按照计算公式(3)得到唐山市对虾养殖气象指数保险平均纯保险费率为4.864%。

安全系数和营业费用系数各按20%、利润率按5%计算，按照计算公式(4)得到唐山市对虾养殖气象指数保险平均保险费率为7.35%。

结合唐山市对虾养殖的实际情况，以每hm75 000元的对虾养殖物化成本计算，唐山市对虾养殖气象指数保险平均保费为5 515.5元/hm。

3 结论与讨论

唐山市对虾养殖气象指数保险承保时段为每年的5月1日—10月20日，共 173 d。高温导致养殖池内的溶解氧减少；暴雨造成养殖池盐分降低和池水分层；大风破坏对虾生长环境和引起水环境突变，造成对虾应激反应。高温、暴雨、大风三者日数叠加与减产率的相关关系最好，选取高温、暴雨、大风三个气象因子作为对虾养殖保险的气象指数。气象指数保险理赔按国家气象观测站的日观测数据作为触发值，均分为两级。厘定唐山市对虾养殖气象指数保险平均保险费率为7.35%，保费为5 515.5元/hm。

本文保险理赔标准的设定是以投保户所在县区及相邻县区国家气象观测站的日观测数据为依据，保证了数据的准确性，避免了信息不对称导致的逆向选择和道德风险问题。但国家气象观测站有可能距投保的对虾养殖场较远，不能准确反映养殖场的实际气象状况，理赔标准也可按投保户养殖场周边的三个区域气象观测站的气象数据为准，当有两个及以上区域气象站的日气象监测资料达到上述设定的标准时，即可触发保险理赔。