地區冬小麥干旱風險分析研究

導語：地區冬小麥干旱風險分析研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1資料與方法

1.1資料選取

為了計算方便,各站冬小麥全生育期均取10月1日翌年6月10日。

1.2研究方法

1降水量負距平百分率:冬小麥全生育階段的降水量與常年同期氣候平均降水量的差值占常年同期氣候平均降水量的百分率的負值,能直觀反映降水異常引起的干旱,計算公式如下[20]:Pa=P-PP@100%1式中,Pa為冬小麥全生育期降水量負距平百分率%;P為冬小麥全生育期降水量mm;P為同期氣候平均降水量mm。2作物水分虧缺率:冬小麥全生育期水分虧缺率為冬小麥全生育期自然供水量與需水量的差占需水量的百分比的負值,計算公式如下[20]:G=W-EE@100%2式中,G為冬小麥全生育期水分虧缺率%;E為冬小麥全生育期需水量mm;W為冬小麥全生育期自然供水量mm,它包括兩部分:播種前土壤有效儲水量W1和全生育期有效降水量W2近似取實際降水量,計算公式如下:W=W1+W23W1=播前N旬降水量總和-K@播前N旬可能蒸散量的總和一般選播種以前3個旬來計算土壤有效儲水量即N=3,取K=0.1[21]。E=Kc@ET04式中,Kc為作物系數,全生育期取0.85;ET0為可能蒸散量mm,采用聯合國糧農組織推薦的FAOPenmanMonteith公式[22]求得。3冬小麥減產率:采用逐年的實際產量偏離其趨勢產量的相對氣象產量的負值表示。計算公式[20]為:yw=y-ytyt@100%5式中,yw為冬小麥減產率%;y為冬小麥實際產量kg/hm2;yt為冬小麥趨勢產量kg/hm2,采用直線滑動平均模擬方法計算[20]。4正態性檢驗與偏態分布正態化:本研究采用偏度系數、峰度系數檢驗樣本序列是否遵從正態分布[23],對于不遵從正態分布的樣本序列,采用一種簡化的方法對樣本進行正態化處理,即/偏態分布正態化0[24-25],經/正態化0處理的樣本序列就可以視為/正態序列0,以新的均值和方差作為特征參數。5概率的估算:對/正態序列0選取正態分布模型的概率分布函數進行序列的風險概率估算[26]。6風險度:對風險的定量表達稱為風險度。由于對自然災害風險有不同的定義,相應風險度的表達也有一些差異[3],氣象上對冬小麥生產干旱風險的評定常使用不同干旱強度與其出現概率的乘積的總和表示,表達式為:I=Eni=1PeiPi6式中,I為干旱風險度,其值越大干旱風險越高;Pei為以干旱指數劃分的干旱等級;Pi為不同等級干旱發生的概率;n為干旱等級總數。

2結果與分析

2.1氣候干旱風險分析

可能造成災害的因素稱為致災因子,研究給定地理區域內一定時段內各種強度的致災因子發生的可能性稱為致災因子風險分析[3]。對于冬小麥生產干旱風險分析而言,致災因子即為氣候干旱,致災因子風險分析的任務就是估計各種強度的氣候干旱發生的風險。1氣候干旱風險度氣候干旱是指某時段內,由于蒸發量和降水量的收支不平衡,水分支出大于水分收入而造成的水分短缺現象。降水偏少是形成干旱的首要條件,因此這里選取能直觀反映降水異常引起干旱的降水量負距平百分率表示氣候干旱。首先應用1式計算各站逐年冬小麥全生育期Pa,然后檢驗各站Pa序列是否遵從正態分布,對不符合正態分布站點的Pa序列進行正態化處理,最后根據正態分布密度函數計算各等級干旱出現的概率,代入6式即得到氣候干旱風險度干旱等級見表1。2氣候干旱風險區劃根據計算的氣候干旱風險度的大小,將其劃分為四個等級:0~0.08為低風險區,0.08~0.16為中風險區,0.16~0.24為較高風險區,>0.24為高風險區見圖1。注:張家口、承德不種植冬小麥,去除北京、天津。下同。Note:ZhangjiakouandChengdedon.tplantwinterwheat,andBeijingandTianjinisnotincludedinHebei.Theyarethesameinthefollows.圖1河北省冬小麥氣候干旱風險度分布Fig.1ThedistributionofclimaticriskofwinterwheatinHebei由圖1可以看出,廊坊西北部和南部,滄州中東部,石家莊西南部和東南部的部分地區,邢臺中部,以及唐山、衡水、邯鄲三市的局部地區為氣候干旱低風險區;高風險區主要分布在邯鄲東南部和北部的個別站點;其它大部分地區為氣候干旱中風險區或較高風險區。

2.2作物干旱風險分析

承受災害的對象稱為承災體,根據給定的致災因子強度推算承災體的破壞程度稱為承災體易損性評價。對于承災體冬小麥而言,氣候干旱風險的大小是外在條件,是否會造成災害,還應從冬小麥供需水狀況考慮,評價冬小麥的易損性,即探討作物干旱風險度。1作物干旱風險度作物干旱反映的是某一地區某一時段內降水與其多年平均值發生偏離的程度與所研究作物需水狀況的不協調程度。作物水分虧缺率反映了土壤、植物、氣象三方面因素的綜合影響,能比較真實地反映出作物水分虧缺狀況,是常用的作物干旱指數,因此應用作物水分虧缺率表示作物干旱強度。首先應用2式計算各站逐年冬小麥全生育期水分虧缺率,然后按照氣候干旱風險度的計算步驟得到各站冬小麥全生育期作物干旱風險度干旱等級見表1。2作物干旱風險區劃依據作物干旱風險度的大小,將其劃分為四個等級:0~0.15為低風險區,0.15~0.30為中風險區,0.30~0.45為較高風險區,>0.45為高風險區見圖2。圖2河北省冬小麥作物干旱風險度分布Fig.2ThedistributionofcropdroughtriskofwinterwheatinHebei由圖2可以看出,保定除西南和東南部的小部分地區為作物干旱較高風險區外,其它大部分地區為中風險區,唐山北部、滄州東北部、石家莊和邢臺兩市的局部地區、邯鄲的西南和東南部也為中風險區,其它大部分麥區為作物干旱較高風險區,河北省冬麥區未出現低風險和高風險區。

2.3產量災損風險分析

災害損失評估是指評估風險區內一定時段可能發生的一系列不同強度自然災害給風險區造成的可能后果。對冬小麥生產干旱損失評估而言,就是要探討產量損失的風險大小,即產量災損風險分析。1產量災損風險度嚴格來講,沒有損失,就無所謂風險,對冬小麥生產而言損失就是指產量的減少。由于干旱是造成河北省冬小麥減產的主要因素,因此以冬小麥減產率表示干旱強度。首先,采用直線滑動平均模擬方法進行冬小麥趨勢產量計算該模擬方法的優點在于不必主觀假定產量歷史演變的曲線類型,也可不損失樣本年序列的年數,是一種較好的趨勢模擬方法,然后根據5式計算各站逐年冬小麥減產率,最后按照氣候干旱風險度的計算步驟得到各站產量災損風險度干旱等級見表1,產量災損風險度反映了干旱造成冬小麥產量災損風險的大小。2產量災損風險區劃依據產量災損風險度的大小,將其劃分為四個等級:0.00~0.04為低風險區,0.04~0.08為中風險區,0.08~0.12為較高風險區,>0.12為高風險區見圖3。圖3河北省冬小麥產量災損風險度分布Fig.3ThedistributionofyieldlossesriskofwinterwheatinHebei由圖3可以看出,僅滄州東部為產量災損高風險區,邢臺西部、邯鄲西北部、滄州中部為較高風險區,秦皇島、唐山東北部、廊坊西北部、滄州西北部、保定、石家莊中東部的大部地區、衡水西部、邢臺東北部小部分地區、邯鄲中東部為低風險區,其它地區為中風險區。由以上分析可以看出,氣候干旱風險、作物干旱風險、產量災損風險各等級風險區分布無明顯相關關系,氣候干旱的低風險區與作物干旱、產量災損的低風險區并不一致,產量災損的低風險區多對應氣候干旱的較高風險區。

2.4減災決策分析

為減輕自然災害的損失或影響程度而采取的對策稱為減災對策。對冬小麥而言,灌溉是防御、減輕干旱的主要農業生產措施,產量水平反映了一個地區農業生產水平和抗御災害的綜合能力。冬小麥減產率反映了氣象條件年際間的差異對產量的影響,在大氣候環境下,某一地區的光溫資源是相對穩定的,降水的波動是影響氣象產量的重要因素,但灌溉是河北省土壤水分的另一主要來源,其對減產率的影響很難與降水分離開來,因此以冬小麥減產率為干旱指數得到的產量災損風險度,對各地的灌溉情況有一定的反映。下面依據河北省冬小麥產量災損風險度分布討論減災對策。高風險區:產量災損高風險區位于滄州東部,范圍較小。該區年降水量540~570mm,冬小麥全生育期降水量132~136mm圖略,是自然降水較多的區域,為氣候干旱風險低值區;但自然降水遠不能滿足冬小麥生長需求,差額部分只能靠底墑和灌溉補充,為作物干旱風險的中風險或較高風險區;該區灌溉條件較差,水資源嚴重虧缺,有效灌溉面積不足30%,主要依靠自然降水,因此該區產量低而不穩定,減產幅度大,是產量災損的高風險區。本區減災對策應以防旱為主,采取一系列保墑措施,提高自然水分利用率,還可采用化學措施抗御干旱。較高風險區:產量災損較高風險區位于邢臺西部、邯鄲西北部、滄州中部,范圍相對較小。該區年降水量520~540mm,冬小麥全生育期降水量128~152mm圖略,也是自然降水較多的區域,氣候干旱為中低風險區;由于河北省冬小麥全生育期降水量大部地區為110~162mm,自然降水僅相當于冬小麥需水量的1/4~1/5,均不能滿足冬小麥生長需求,因此作物干旱風險大部冬麥區為較高風險區;該區有一定的灌溉條件,部分麥田為純旱地,無灌溉條件,灌溉率一般30%~50%,因此該區產量受天氣影響較大,干旱造成的產量損失在全省處于較高風險區。本區減災對策應以抗旱防旱為主,除采取必要的保墑措施外,應加強農田水利基本建設,改善灌溉條件,擴大保澆地面積,改造純旱地為可澆地,提高該區抗御干旱的能力,保證冬小麥穩產高產。中風險區:產量災損中風險區位于唐山西南部、廊坊北部和南部的中東部、滄州中西部、衡水中東部、石家莊西部和西南部、邢臺中部、邯鄲西南部和中部的一部分地區。該區年降水量和冬小麥全生育期降水量分布差異較大,年降水量有的地區多達680mm,有的地區不足500mm,全生育期降水量多的地區158mm左右,少的128mm左右,包括氣候干旱的各等級風險區;由于該區生產條件的改善,灌溉率一般達到50%~75%,增強了農業抗御干旱災害的能力,是產量災損的中風險區。低風險區:產量災損低風險區位于秦皇島、唐山東北部、廊坊西北部、滄州西北部、保定、石家莊中東部的大部地區、衡水西部、邢臺東北部小部分地區、邯鄲中東部。該區除東北部麥區唐山、秦皇島年降水量和冬小麥全生育期降水量相對較多外,其它大部地區均為河北省降水量較小的區域,氣候干旱為中度以上風險區;但該區是河北省灌溉條件最好的地區,灌溉率一般在75%以上,部分縣達到99.98%,這使該地區防旱抗旱能力大大增強,是產量災損的低風險區。中低風險區的減災對策應以發展優化灌溉制度為主,建立根據冬小麥需水特點、土壤水分供應特征和降水情況的灌溉量預報系統,確定冬小麥適宜灌溉時期和灌溉量,并配合其它節水保墑綜合技術,在提高冬小麥產量的同時,減少灌溉用水量,實現節水高產。

3結語

1河北省冬麥區氣候干旱風險以中風險或較高風險為主,低風險和高風險區域相對較小;作物干旱風險以較高風險為主,無低風險和高風險區;產量災損低風險區范圍較大,其次為中風險區,較高和高風險區范圍較小。2氣候干旱風險、作物干旱風險、產量災損風險各等級風險區分布無明顯相關關系,氣候干旱的低風險區與作物干旱、產量災損的低風險區并不一致,產量災損風險與各地的灌溉條件關系密切。3根據產量災損風險區劃結果,提出了不同風險區應采用的減災對策。高風險區應以防旱為主,提高自然水分利用率,還可采用化學措施抗御干旱;較高風險區應以抗旱防旱為主,應加強農田水利基本建設,改善灌溉條件,提高該區抗御干旱的能力,保證冬小麥穩產高產;中低風險區的減災對策應以發展優化灌溉制度為主,確定冬小麥適宜灌溉時期和灌溉量,并配合其它節水保墑綜合技術,在提高冬小麥產量的同時,減少灌溉用水量,實現節水高產。

本文作者：康西言李春強代立芹工作單位：河北省氣象與生態環境重點實驗室