鄭 馳,楊利霞

(1.鎮(zhèn)巴縣氣象局,陜西鎮(zhèn)巴 723600；2.漢中市氣象局,陜西漢中 724200)

遼寧省玉米初霜凍特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

鄭 馳1,楊利霞2

(1.鎮(zhèn)巴縣氣象局,陜西鎮(zhèn)巴 723600；2.漢中市氣象局,陜西漢中 724200)

利用1984—2013年遼寧省33個(gè)氣象臺(tái)站0cm地溫資料和1992—2011年遼寧省14個(gè)地市玉米種植分布數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析遼寧省初霜凍日期的特征。結(jié)果表明：遼寧平均初霜凍日均出現(xiàn)在每年10月,76%的站點(diǎn)平均初霜凍日期在10月15日之前,平均初霜凍日期自沿海向內(nèi)陸逐漸提前；初霜凍日為10月5日的10a平均變化等值線明顯北抬,表明初霜凍對(duì)遼寧玉米種植的影響范圍在逐步縮小；從玉米初霜凍風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃圖來(lái)看,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在松遼平原的阜新、昌圖、開原三地,低風(fēng)險(xiǎn)集中在氣候溫暖、濕潤(rùn)的大連、長(zhǎng)海、旅順三地；在氣候變暖的大氣候背景條件下,可以適當(dāng)調(diào)整種植制度,在遼寧省北部地區(qū)擴(kuò)大玉米種植面積。

玉米；初霜凍；災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；遼寧省

玉米是遼寧地區(qū)的主要糧食作物,初霜凍是影響玉米產(chǎn)量、品質(zhì)的主要因素。在已有的研究中,常將下半年日最低0cm地溫≤0℃的第一天定義為初霜凍日,或?qū)⑾掳肽臧偃~箱所觀測(cè)的日最低氣溫≤2℃的第一天定義為初霜凍日[1-2]。韓榮青等[3]的研究表明利用氣溫定義的初霜凍日較初霜凍的實(shí)際觀測(cè)日期偏晚的區(qū)域面積大,偏晚幅度高,而利用地溫定義的初霜凍日普遍更接近于觀測(cè)日期,并且指出20世紀(jì)60、70、80和90年代初霜凍發(fā)生地帶北移明顯,2000年以后初霜凍出現(xiàn)日期較前4個(gè)10年都明顯偏遲。王萍[4]、張林梅等[5]的研究表明初霜凍的年代際變化還和初霜凍發(fā)生的早晚有關(guān),初霜凍發(fā)生越早的地方年際變化越小,反之年際變化越大。

利用遼寧省玉米主要產(chǎn)區(qū)30a玉米生長(zhǎng)季內(nèi)的0cm地溫資料,結(jié)合遼寧省玉米種植面積分布特征以及玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)遼寧省的玉米初霜凍日特征進(jìn)行研究,并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,對(duì)科學(xué)種植、有效防御玉米初霜災(zāi)害、提高玉米產(chǎn)量、減少經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

0cm地溫氣象資料采用1984—2013年遼寧省33個(gè)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù),資料來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù) 共享服務(wù)網(wǎng) (http：// cdc.cma.gov.cn/home.do)；玉米播種面積、玉米單產(chǎn)數(shù)據(jù)和遼寧省行政面積采用1992—2011年 《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒》資料。

初霜凍只有發(fā)生在玉米成熟之前才會(huì)對(duì)玉米產(chǎn)量、品質(zhì)造成影響,因此重點(diǎn)分析9—10月的0cm地溫?cái)?shù)據(jù)。將9—10月第1次日最低0cm地溫≤0℃的當(dāng)日定義為初霜凍日,根據(jù)QX/T 88—2008《作物霜凍害等級(jí)》并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,將霜凍分為：輕霜凍、中霜凍、重霜凍、嚴(yán)重霜凍四個(gè)等級(jí)(表1)。

表1 霜凍等級(jí)劃分

災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)一般定義為一定概率下災(zāi)害造成的破壞或損失。評(píng)估程序主要包括致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境暴露性、承災(zāi)體易損性和人類防災(zāi)減災(zāi)能力四個(gè)方面的評(píng)估[6-8]。致災(zāi)因子危險(xiǎn)性是某一地區(qū)某一時(shí)間段內(nèi)發(fā)生霜凍的嚴(yán)重程度以及發(fā)生霜凍頻率的綜合體現(xiàn),因此將兩者結(jié)合起來(lái)可以組成一種較客觀地反應(yīng)危險(xiǎn)性的指標(biāo)；孕災(zāi)環(huán)境暴露性是指研究風(fēng)險(xiǎn)源和承災(zāi)體的接觸暴露關(guān)系；承災(zāi)體易損性是指同一級(jí)別的災(zāi)害對(duì)不同承災(zāi)體造成的損失,這里將玉米的相對(duì)單產(chǎn)作為承災(zāi)體易損性的評(píng)價(jià)指標(biāo)；人類防災(zāi)減災(zāi)能力要考慮當(dāng)?shù)乜茖W(xué)技術(shù)水平、不可防御風(fēng)險(xiǎn)等社會(huì)綜合因素。玉米霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)基于致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性、人類防災(zāi)減災(zāi)能力的綜合影響構(gòu)造,因此可以作為評(píng)估玉米霜凍的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的綜合指標(biāo)。王晾晾等[6]對(duì)吉林等地玉米霜凍風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的研究中構(gòu)造了模型

其中,R為霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),Hb為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性,Vc為孕災(zāi)環(huán)境暴露性,Vd為承災(zāi)體易損性, D為人類防災(zāi)減災(zāi)能力,Wb為致災(zāi)因子對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重系數(shù)；Wc為物理暴露性對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的權(quán)重系數(shù)；Wd為災(zāi)害敏感性對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重系數(shù)；We為人類防災(zāi)減災(zāi)能力對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的權(quán)重系數(shù)。

參照文獻(xiàn)[8],Hb、Vc、Vd計(jì)算公式：

式中,j=1,2,3,4,依次代表輕、中、重、嚴(yán)重霜凍；n為總年數(shù)；Dj(℃)為j等級(jí)霜凍強(qiáng)度下的溫度中值；Gj(℃)為j等級(jí)霜凍強(qiáng)度出現(xiàn)的次數(shù)；Sp(hm2)為各地市20a玉米平均種植面積；S(km2)為各地市行政面積。G(kg)為各地市20a玉米平均單產(chǎn)；ˉG(kg)為整個(gè)研究區(qū)域20a玉米單產(chǎn)平均值。

式中各因子的權(quán)重系數(shù)采用專家打分法獲得,參考郭志華等[6]的研究結(jié)果確定各致災(zāi)因子對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的權(quán)重系數(shù) (見表2)。由于防災(zāi)減災(zāi)能力占權(quán)重系數(shù)小,且評(píng)估過(guò)程復(fù)雜不易操作,故在評(píng)估過(guò)程中忽略此項(xiàng)。

表2 各致災(zāi)因子權(quán)重系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 初霜凍日特征分析

2.1.1 平均初霜凍日特征 統(tǒng)計(jì)1984—2013年遼寧省33個(gè)氣象站平均初霜凍日(見表3),發(fā)現(xiàn),遼寧平均初霜凍日均出現(xiàn)在每年10月,其中,平均初霜凍日最早為10月1日(新賓),最晚為10月26日(長(zhǎng)海)。遼寧內(nèi)陸北部和西部地區(qū)平均初霜凍日大多在5日前后,最南部的旅順、大連、長(zhǎng)海平均初霜凍日則在10月下旬,總體來(lái)說(shuō),平均初霜凍日自沿海向內(nèi)陸逐漸提前。

2.1.2 初霜凍日期10a平均變化特征 遼寧省各地以種植晚熟玉米為主,10月中旬前為玉米主要收獲期。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示遼寧33個(gè)站點(diǎn)中有76%的站點(diǎn)初霜凍日在10月15日之前,這段時(shí)間,尤其是10月上旬發(fā)生霜凍會(huì)減少玉米產(chǎn)量、降低玉米品質(zhì),造成一定經(jīng)濟(jì)損失。以10月5日為標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)分析1984—1993年、1994—2003年、2004—2013年內(nèi)平均初霜凍日為10月5日的等日期線空間分布(圖1),了解近30a來(lái)遼寧省初霜凍的變化趨勢(shì)和影響范圍。從圖1可以看出,近30年來(lái)平均初霜凍日為10月5日的等日期線明顯北移,2004—2013年平均初霜凍日為10月5日之前的影響范圍比前20a大幅減少,僅有葉柏壽和昌圖的偏北地區(qū)。

表3 1984—2013年遼寧省33個(gè)氣象站平均初霜凍日

圖1 遼寧省1984—2013年初霜凍日期為10月5日的10a平均變化

2.2 初霜凍風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.2.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估 利用公式(2)計(jì)算各站點(diǎn)的Hb,對(duì)Hb采用相對(duì)化處理方法進(jìn)行無(wú)量綱化,使用自然斷點(diǎn)法對(duì)無(wú)量綱化后的Hb進(jìn)行分級(jí)。表4為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分區(qū)閾值范圍,據(jù)此制作遼寧省玉米霜凍致災(zāi)因子分區(qū)(圖2,見第25頁(yè))?？梢钥闯?在遼寧省的中南部地區(qū)由于初霜凍發(fā)生頻次較低、初霜凍日期較晚、強(qiáng)度也較弱,因此這些地區(qū)玉米初霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性較低；遼寧省北部、東北部以及西北部地區(qū)由于初霜凍發(fā)生頻次高、初霜凍發(fā)生日期早、初霜凍強(qiáng)度大,造成這些地區(qū)玉米致災(zāi)因子危險(xiǎn)性高；遼寧省玉米初霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性整體由南向北隨緯度升高而增加。

表4 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分區(qū)閉值范圍

2.2.2 孕災(zāi)環(huán)境暴露度評(píng)估 由于《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》中對(duì)于行政面積和玉米種植面積數(shù)據(jù)以市為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì),在利用公式 (3)計(jì)算遼寧各地市玉米孕災(zāi)環(huán)境暴露度值 (表5)進(jìn)行玉米初霜凍風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)將同一地市的站點(diǎn)賦予相同的孕災(zāi)環(huán)境暴露度值。考慮計(jì)算方便并兼顧利于實(shí)際操作的原則,將孕災(zāi)環(huán)境暴露度分為5級(jí) (表6)。

表5 孕災(zāi)環(huán)境暴露度

表6 孕災(zāi)環(huán)境暴露度分區(qū)閉值范圍 hm2/km2

從孕災(zāi)環(huán)境暴露度來(lái)看遼寧省玉米種植并不是均一分布的,地域差異較大。遼寧省東南部的玉米種植密度較小,孕災(zāi)環(huán)境暴露度較??；遼寧省的東北部地區(qū)玉米種植密度大,孕災(zāi)環(huán)境暴露度較大,其中沈陽(yáng)、鐵嶺為高暴露區(qū),孕災(zāi)環(huán)境暴露度值在20hm2/km2以上；阜新、錦州為次高暴露區(qū)。

2.2.3 承災(zāi)體易損性評(píng)估 同一級(jí)別的霜凍強(qiáng)度對(duì)單位面積玉米造成的經(jīng)濟(jì)損失的差異取決于玉米的單產(chǎn),單產(chǎn)越大經(jīng)濟(jì)損失越大,反之越小。因此,把玉米的相對(duì)單產(chǎn)作為承災(zāi)體易損性評(píng)估指標(biāo)。采用自然斷點(diǎn)法劃分承災(zāi)體易損性分區(qū)閾值范圍(表7)。

表7 承災(zāi)體易損性分區(qū)閉值范圍

利用公式(4)計(jì)算各地市的承災(zāi)體易損性,再根據(jù)分區(qū)閾值進(jìn)行分級(jí)。結(jié)果顯示,達(dá)到次高及以上易損等級(jí)的主要分布在遼寧東北和東部地區(qū)；中易損區(qū)集中在遼寧省中部地區(qū)；遼寧南部和西北部地區(qū)易損性都在0.9以下,屬于低易損區(qū)。由此也說(shuō)明遼寧省各地玉米產(chǎn)量差異性較大,其中東北部的沈陽(yáng)、鐵嶺、撫順等地區(qū)相對(duì)單產(chǎn)高,是承災(zāi)體易損較大的地區(qū)。

2.2.4 初霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃 為了消除量綱以便參與綜合評(píng)估,采用相對(duì)化處理方法對(duì)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境暴露性、承災(zāi)體易損性分別利用公式 (5)進(jìn)行去量綱化處理

式中,Kmax為各因子的極大值,K為因子值,K*為去量綱后的值。

圖2 遼寧省初霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分區(qū)

圖3 遼寧省玉米初霜凍風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃

將去量綱后的各因子帶入公式(1)中計(jì)算33個(gè)縣(市)的玉米初霜風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R。利用SPSS軟件對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R進(jìn)行樣本聚類分析,將33個(gè)縣(市)分為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)共5類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。再使用surfer軟件基于33個(gè)縣(市)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R采用克里金插值法繪制遼寧省各地區(qū)玉米初霜凍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖(圖3)。從圖3可以看出,①低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于大連沿海地區(qū),主要由于沿海地區(qū)溫度相對(duì)較高,致災(zāi)因子危險(xiǎn)度低；且沿海地區(qū)不以種植玉米為主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源,種植面積小、相對(duì)單產(chǎn)低,孕災(zāi)環(huán)境暴露度小、承災(zāi)體易損性也小。②次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于遼西—遼南,雖然遼西—遼南地區(qū)處于致災(zāi)因子危險(xiǎn)度低值地區(qū)、承災(zāi)體易損性也處于低值區(qū),但是孕災(zāi)環(huán)境暴露度處于中暴露度區(qū)。③中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于40°N～41°N區(qū)域附近,這些地區(qū)的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境暴露性、承災(zāi)體易損性都處于中等水平。④次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于41°N～42°N區(qū)域附近,其中葉柏壽、建昌主要是由于致災(zāi)因子危險(xiǎn)性高造成的。海城地區(qū)的致災(zāi)因子不屬于高值區(qū),但結(jié)合玉米種植分布數(shù)據(jù)來(lái)看其孕災(zāi)環(huán)境暴露性和承災(zāi)體易損性都處于高值區(qū),因此海城地區(qū)也處于玉米初霜凍次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。⑤高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于遼寧省東北部,一方面是由于這些地方溫度條件不好導(dǎo)致致災(zāi)因子大,另一方面這些地區(qū)玉米種植密度較大、相對(duì)產(chǎn)量較高導(dǎo)致孕災(zāi)環(huán)境暴露性和承災(zāi)體易損性也大,因此綜合表現(xiàn)為玉米初霜凍為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3 結(jié)論

(1)整體來(lái)看,1984—2013年遼寧省平均初霜凍日均出現(xiàn)在每年10月,76%的站點(diǎn)平均初霜凍日期在10月15日之前,且平均初霜凍日由南向北逐步提前。初霜凍日為10月5日的10 a平均變化等值線明顯向北抬,表明初霜凍對(duì)遼寧玉米種植的影響范圍在逐步縮小。

(2)從玉米初霜凍風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估劃分的五個(gè)等級(jí)中,阜新、昌圖、開原屬高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；遼西—遼南地區(qū)的長(zhǎng)海、大連、旅順屬低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),適宜玉米的種植；其它地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)居中,通過(guò)培育抗寒玉米品種可以大幅增加玉米種植面積,獲得良好經(jīng)濟(jì)效益。

(3)在氣候變暖的大氣候背景條件下,可以適當(dāng)調(diào)整種植制度,在遼寧省北部地區(qū)擴(kuò)大玉米種植面積。

[1] 李星敏,朱琳,賀文麗,等.基于GIS的陜西省農(nóng)業(yè)氣候資源與區(qū)劃 [M].陜西：陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2013：75-76.

[2] YeDianxiu,ZhangYong.Characteristicsoffrost changesfrom1961to2007overChina[J].Journal ofAppliedMeteorologicalScience,2008,19 (6)：661-665.

[3] 韓榮青,李維京,艾婉秀,等.中國(guó)北方初霜凍日期變化及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響 [J].地理學(xué)報(bào), 2010,65(5)：526-532.

[4] 王萍,李廷全,閆平.黑龍江省近35年氣候變化對(duì)粳稻發(fā)育期及產(chǎn)量的影響 [J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2008,29(3)：268-271.

[5] 張林梅,李建麗,張建.阿勒泰地區(qū)霜凍變化特征分析[J].陜西氣象,2014(6)：13-18.

[6] 王晾晾,連萍.東北三省玉米霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及區(qū)劃[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2008,12(5)：56 -60.

[7] 郭志華,劉祥梅,肖文發(fā),等.基于GIS的中國(guó)氣候分區(qū)及綜合評(píng)價(jià)[J].資源科學(xué),2007,29 (6)：2-9.

[8] 唐為安,田紅,楊元建,等.基于GIS的低溫冷凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究[J].地理科學(xué),2012,32 (3)：356-361.

P423.4

A

鄭馳,楊利霞.遼寧省玉米初霜凍特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].陜西氣象,2015(2)：21-26.

1006-4354(2015)02-0021-06

2014-09-13

鄭馳(1990—),男,漢族,陜西漢中人,學(xué)士,技術(shù)員,從事基層氣象服務(wù)。