云南省冬小麦干旱灾损风险区划

胡雪琼，吉文娟，张茂松，邹丽云

(云南省气候中心，云南昆明650034)

0 引言

干旱是影响云南省农业生产最严重的气象灾害，尤其对夏收作物产量的影响较大(秦剑和余凌翔，2001)。近年来在冬季气候变暖的背景下，冬春旱情成为夏粮生产中最主要的矛盾(邹丽云和胡雪琼，2006)。但目前对云南省各地干旱风险并无准确的认识。精确、定量地评估干旱风险，对云南省农业结构调整，特别是农业可持续发展、冬季农业开发、农业防灾减灾等意义重大。

风险分析作为一门新兴学科，在近二三十年来得到迅速发展。但国内外有关农业气象灾害风险评估理论的基础研究仍相当薄弱，农业气象灾害风险评价标准还缺乏统一的认识和实践检验，灾害损失的指标确定及定量计算是一个较复杂的问题，各地需要根据实际情况建立评价指标和模型(宫德吉和陈素华，1999;李世奎等，1999;张星等，1999;殷剑敏等，2001;刘锦銮和杜尧东，2003;王素艳等，2003a;植石群等，2003;朱自玺等，2003;李世奎等，2004;孙文堂等，2004;王晓红等，2004;Wu and Wilhite，2004;Zhang et al.，2004;Bigler et al.，2006;Yoo et al.，2006;Geßler et al.，2007;Incerti et al.，2007;许遐祯等，2009)。对于干旱风险评估，多为基于气象要素构建的单一干旱指标(刘荣花等，2007;陈晓艺等，2008;袭祝香等，2008;曾艳丽和顾颖，2008)，继而讨论干旱风险，对于旱灾的承灾体等作物因素考虑的并不系统，较系统的干旱风险评估多针对北方干旱半干旱区(邓国等，2002;霍治国等，2003;王素艳等，2003b;薛昌颖等，2003;房稳静等，2006;刘荣花等，2006)，对于南方尚少见，尤其对于云南省这一低纬高原地区。

本研究首次把风险评估技术应用于云南省冬小麦的干旱灾损评估，利用气象、产量、灾情等资料对云南省各地进行冬小麦干旱风险分析评估，探索适合云南省的干旱灾害风险评估的技术和方法。

1 资料来源及处理

产量资料取自统计部门的相应县(市)单产，气象资料取自云南省气象站点观测资料。大部分气象资料为38 a(1972—2009年);各县单产资料、种植面积及灌溉面积数据为24 a(1980—2003年)。1981年资料缺失，个别资料缺失的年份采用上下两年的平均值代替。

2 冬小麦干旱灾损风险评估相关指标的计算

2.1 减产率风险指数及其地理分布

2.1.1 减产率提取

影响作物产量形成的因素很多，机制也较复杂，实际产量可以表达为

式中:y为作物实际产量;yt为趋势产量，反映了当地的生产力发展水平;yw为气象产量，是受气象因素影响的产量的波动部分;Δy为“噪音”项，所占比例很小，在实际计算中常被忽略。因此，上式可简化为

定义当年冬小麦实际产量低于对应年趋势产量的百分率为当年冬小麦的“减产率”(王素艳等，2005):

本文采用应用较多、效果较好的直线滑动平均方法(薛昌颖等，2003;王素艳等，2005)模拟趋势产量的变化，从各县产量资料时间序列中分解出各年趋势产量及气象产量，提取减产率。图1是云南省4个站点的产量资料分解情况。可见，直线滑动平均方法对于实际产量的分解效果较好，趋势产量反映了实际产量的变化趋势，而气象产量则表现了实际产量的上下波动。

2.1.2 减产率风险指数计算

定义不同减产率范围与其发生概率之积的总和为减产率风险指数Iy(王素艳等，2005):

式中:Ri为不同级别的减产率;Mi为相应减产率出现的概率;减产率自0至－100%，每－2%划分一个等级。

图1 云南省4个站点历年冬小麦单产量分解(1981年资料缺)a.玉溪;b.丽江;c.陆良;d.安宁Fig.1 The decomposed winter wheat yield at four stations in Yunnan(Lack of 1981 data)a.Yuxi;b.Lijiang;c.Luliang;d.Anning

从理论上说，一地的减产率时间序列应该服从正态分布，但由于本文产量资料时间序列较短，计算得到的减产率时间序列可能不呈正态分布。对各站减产率时间序列进行偏度—峰度验法进行正态分布检验(秦建侯等，1990;薛昌颖等，2003)，发现48%的站点呈正态分布，另有近一半的站点不服从正态分布。对不服从正态分布的站点进行了正态化转换(秦建侯等，1990)，然后对各站减产率进行各等级风险概率估算，求得各地冬小麦减产率风险指数Iy，依据Iy的大小把云南省冬小麦减产率风险划分为4级:0.12～0.16为高值区，0.08～0.12为次高值区，0.04～0.08为中值区，0～0.04为低值区(图2)。由图2可看出，云南省冬小麦减产率风险较高的地区主要集中在东部，低值区主要分布在滇西北及滇西南。

2.2 确定冬小麦因干旱而减产的关键时段

干旱对冬小麦各个生长阶段的影响不一致，本文对历年冬小麦减产率与当年冬春季各时段降雨量负距平百分率作相关分析，挑选相关系数较大的时段，从客观实际确定冬小麦因干旱而减产的关键时段(表1)。

表1 云南省各地冬小麦因干旱而减产的关键时段Table 1 The pivotal period of winter wheat yield reduction caused by drought in different areas in Yunnan

图2 云南省冬小麦减产率风险指数分布Fig.2 The distribution of risk index of yield reduction rate for winter wheat in Yunnan

2.3 计算冬小麦生长季内降水关键时段云南省各县干旱强度风险指数

某县干旱强度风险指数Iw(刘荣花等，2007)为:

其中:Gi为降水负距平百分率的不同强度(等级);Pi为相应等级出现概率。对全省124个县(市)分别进行关键时段的降水距平百分率统计，对各县降水距平百分率数据时间序列进行正态分布概率估算，降水负距平百分率自0至－100%，每－2%划分一个等级，可计算各县干旱强度风险指数。依据干旱强度风险指数Iw的大小把云南省冬小麦干旱强度风险划分为4级:0.19～0.21为高值区，0.17～0.19为次高值区，0.15～0.17为中值区，0～0.15为低值区(图3)。云南省冬小麦干旱强度风险高值区主要分布在丽江、楚雄、玉溪、曲靖、临沧、思茅6个市;干旱强度风险次高值区主要分布在文山、大理、德宏3个市及楚雄、保山局部等;中值区主要分布在红河州、昆明市、大理州东南部、保山中部、昭通中部;低值区主要分布在昆明东部、昭通东北部、怒江北部。

2.4 各地冬小麦抗灾性能计算

各地抗灾能力指数Ik(王晓红等，2004):

式中:Ac为灌溉面积;As为种植面积。Ik越大，表示当地的灌溉比例越大。冬小麦抗旱的人工措施越好，也即抗灾性能越好。

统计全省各县的灌溉面积与种植面积，计算抗灾能力指数Ik。依据Ik的大小把云南省抗灾能力划分为4级:0.3～0.4为高值区，0.2～0.3为次高值区，0.1～0.2为中值区，0～0.1为低值区(图4)。由图4可看出，云南省中部地区的抗灾能力高于周边地区。

3 冬小麦干旱灾损综合风险区划

干旱灾损综合风险区划指标要综合考虑致灾因子、承灾体、孕灾环境等风险分析的基本要素，因而

图3 云南省冬小麦生长干旱强度风险指数分布Fig.3 The distribution of risk index of drought intensity for winter wheat in Yunnan

图4 云南省各县冬小麦抗灾能力指数分布Fig.4 The distribution of index of disaster resistance capability for winter wheat in Yunnan

构建以下冬小麦干旱灾损综合风险指数Iz(王素艳等，2005):

此指数综合考虑了各地冬小麦干旱强度风险、减产率风险及抗灾性能3个因素。计算冬小麦干旱灾损综合风险指数Iz，并把Iz进行归一化处理，使得Iz值介于0，1之间。依据归一化后的Iz值大小把云南省冬小麦干旱灾损综合风险划分为4级:0.3～1.0为高风险区，0.2～0.3为次高风险区，0.1～0.2为中风险区，0～0.1为低风险区(图5)。

高风险区主要分布在云南省东部的永善、彝良、镇雄、鲁甸、巧家、宣威、会泽、富源、罗平、师宗、丘北、西畴、麻栗坡、马关及西部的贡山、福贡、南涧、西盟。灾损高风险区大部减产风险、干旱风险高，抗灾能力弱，平均干旱风险指数为0.18，平均减产风险指数为0.08，平均灌溉比例为8%。

次高风险区主要分布在东部及西部的边缘地区:盐津、威信、大关、新村、马龙、石林、广南、富宁、砚山、文山、屏边、墨江、维西、兰坪、镇康、永德、沧源、孟连;灾损次高风险区平均干旱风险指数为0.17，平均减产风险指数为0.08，平均灌溉比例为14%。

中风险区:德钦、丽江、华坪、云龙、漾濞、永平、南华、景东、云县、凤庆、耿马、澜沧、思茅、个旧、蒙自、华宁、易门、泸西、沾益、寻甸、禄劝、昭通、绥江。灾损中风险区平均干旱风险指数为0.18，平均减产风险指数为0.06，平均灌溉比例为19%，较高的灌溉水平降低了冬小麦干旱受灾的风险。

其余为低风险区，云南省冬小麦种植区大多为干旱灾损低风险区，灾损低风险区平均干旱风险指数为0.18，平均减产风险指数为0.05，平均灌溉比例为31%。

云南省由内陆向外部，冬小麦干旱灾损综合风险呈现逐渐加重的趋势。根据以往的相关研究(王宇，1990)，云南省气候上最易干旱区分布在中北部，例如金沙江河谷地带、楚雄州、大理州、丽江州、玉溪市、曲靖市、昆明市等;而少干旱区则主要分布在云南省的滇西南地区。本文的小麦干旱灾损综合风险区划与前人气候干旱结论有所差别，这主要是因为小麦干旱灾损综合风险考虑了各地冬小麦的需水关键时段、各地生产力水平、各地抗灾性能等因素。气候上的最易干旱区除曲靖大部小麦干旱灾损综合风险仍为高风险区外，大部为中低风险区;滇西南的少干旱区出现了部分小麦干旱灾损综合风险次高风险区;滇东南为中等以下级别干旱区，小麦干旱灾损综合风险则为次高及高风险区;滇西北的贡山及福贡小麦干旱灾损综合风险较高;其余区域则区划结论与前人结论基本一致。

图5 云南省各县冬小麦干旱灾损综合风险指数分布Fig.5 The distribution of index of comprehensive risk of loss caused by drought for winter wheat in Yunnan

冬小麦干旱灾损综合风险区划表明，各区的干旱风险指数、减产风险指数差别并不太大，而灌溉比例则差别很大，正是灌溉比例这一体现抗灾能力的人为社会因子，使得各地冬小麦保灌抗旱水平有了较大差异，冬小麦干旱灾损综合风险也较原有的自然气候状况有了较大差异。因此各地加强基础水利设施建设，提高冬小麦的抗灾能力，是减轻冬小麦干旱灾损综合风险的强有力措施，尤其是滇东北、滇西北、滇西局部等灌溉比例较低的地区。

4 结论与讨论

1)基于云南省冬小麦产区产量资料及对应的气象资料，应用风险分析原理，建立了云南省冬小麦干旱灾损风险评估指标体系，探讨了影响冬小麦产量的干旱风险，并作出风险区划，对农业生产趋利避害具有一定指导意义。

2)冬小麦干旱灾损综合风险区划结果表明，云南省由内陆向外部，冬小麦干旱灾损综合风险呈现逐渐加重的趋势。

3)社会因素特别是各地人工抗旱措施，例如提高灌溉水平是减轻冬小麦干旱灾损综合风险的重要手段，尤其是滇东北、滇西北、滇西局部等灌溉比例较低的地区。

4)冬小麦干旱灾损综合风险指数的3个因子:冬小麦干旱强度风险、减产率风险及抗灾性能，它们之间的权重问题，还有待深入研究。

5)对于云南省来说，冬小麦的减产主要是由干旱及倒春寒两种灾害导致的，某年的减产率可能会受倒春寒影响，因而减产率风险指数不仅包括了干旱风险，还反映了一定的倒春寒风险，多种灾害导致的减产、减产率的分离应该是以后风险研究的方向之一。

6)本文讨论的是以县为单位的冬小麦干旱风险区划，对于云南省这一特殊的低纬高原地区，山地居多，立体气候突出，精细化的格点风险区划研究对生产更具指导意义。

7)云南不具备灌溉条件的山地及有灌溉条件的坝区小麦抗灾性能差别较大，若能在研究中对此加以区分，研究成果将更有科学性。

8)综合应用了当前较先进的农业干旱风险分析成果，与前人对于云南省干旱的研究相比:更有针对性，针对冬小麦这一越冬作物;研究方法具有系统性，综合考虑了冬小麦干旱的孕灾环境、致灾因子、承灾体等自然气候、社会等因素，具有综合性及现实性。

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