陇南山区农业低温冻害气候特征及灾害风险区划

2013-10-22肖志强赵彦锋

山西农业科学 2013年7期

肖志强，赵彦锋

（1.甘肃省陇南市气象局，甘肃武都746000；2.上海市宝山区气象局，上海宝山201901）

陇南山区地处青藏高原东侧边坡地带，属北亚热半湿润气候向暖温半干旱气候的过渡带，季风性气候特征显著。辖区内沟壑纵横，高山河谷交错分布，素以“山大沟深”而著称，地势西北高、东南低，是甘肃省唯一的长江流域市区。境内最高山峰雄黄山，海拔4 187 m，座落在文县西北部的屯寨乡境内。最低点罐子沟，海拔550 m，位于文县东南部的中庙乡境内，亦为甘肃省海拔最低点。由于受山地地形及大气环流和太阳辐射的影响，气候差异悬殊，地域性立体小气候特点十分明显，从而形成了“一山有四季，十里不同天”的气候和自然景观特征，雨热同季，四季分明，光热充足是陇南市主要气候特点。因此，既能生产粮食，也是纹党、当归、红芪、油橄榄、茶叶、大红袍花椒等名贵药材和稀有树种的理想适生区。其中，陇南市白龙江沿岸是专家公认的全国油橄榄最佳适生区，现有油橄榄1.333 3万hm2，是中国油橄榄栽培种植示范重点区域之一。同时，陇南市又是“中国花椒之乡”、“中国核桃之乡”，现有花椒11.339万hm2，种植面积和产量均居全国第1；现有核桃22.2111万hm2，约占全国核桃种植面积的1/4，是我国核桃主产区。

低温冻害是陇南市农业生产上的主要气象灾害，对农业生产，特别是特色经济林果威胁很大，由于出现较长时期低于作物生育要求的临界致害低温，包括低温冰冻、寒潮、强降温、霜冻、倒春寒和秋季低温等形成的冻害。本研究主要探讨对陇南市农作物或经济林果生长关键期、敏感期（花期、芽期、苗期）危害最大的寒潮、强降温、霜冻（以下统称低温冻害）。寒潮是指强冷空气的突发性侵袭活动，日平均气温24 h下降≥10.0℃或48 h下降≥12.0℃，且最低气温≤5.0℃的降温天气过程。强降温是指日平均气温24 h下降8～10℃或48 h下降≥10.0℃，且最低气温≤5.0℃的降温天气过程。霜冻是指农作物生长季内冷空气入侵，使土壤表面、植物表面及近地面空气层的温度骤降到0℃以下，引起农作物植株遭受冻伤或死亡的现象。根据陇南市低温冻害出现的时间及其对作物的影响程度，可分为春季（3—5月）低温冻害和秋季（10—11月）低温冻害2种类型，主要是寒潮、强降温以及由此引起的早、晚霜冻，一般春季低温冻害发生频率较秋季多，农业灾损较秋季严重，春季晚霜冻的危害大于秋季早霜冻的危害，晚霜冻越迟造成的灾害越严重，高海拔地区受害程度，大于低海拔地区，低洼地带大于空旷坡地，作物生殖生长期大于作物营养生长期。例如：2006年3月12—13日，陇南市出现了寒潮天气，受灾面积达3.414万hm2，成灾面积达2.333万hm2，绝收面积达173.33 hm2，造成的直接经济损失达8 500万元以上。2010年4月11—14日，出现了强降温，高半山最低气温或地面最低温度＜0℃，出现晚霜冻，全区1 3333.3 hm2花椒减产200万kg，经济损失达6 000万元，其中，海拔高度1 650～1 800 m地区花椒受灾面积11 333.3 hm2，减产30%～40%。2013年4月4—6日，陇南市出现了强降温、降雪、晚霜冻、吹风天气过程，导致武都、文县高半山及其余各县的油菜、早春作物和正处于开花坐果期的花椒、核桃大面积发生冻害，共造成礼县、武都区、文县、徽县、宕昌县、康县、西和县7县区的133个乡镇受灾，农作物受灾面积2.432万hm2，成灾面积 1.037万hm2，绝收0.141万hm2；经济林果受灾面积3.846万hm2，成灾2.00万hm2，共造成经济损失28 931.8万元。过去人们对陇南山区旱涝方面研究较多[1-4]，而对低温冻害的变化和分布规律的研究却很少，特别是基于GIS理论绘制低温冻害风险区划的研究，却从未见报道。因此，研究陇南山区农业低温冻害时空变化规律及风险区划，对趋利避害、科学规划、合理作物布局，提高应对低温冻害能力，减轻损失，确保农业增产、农民增收，具有一定的指导意义。

1 资料来源

低温冻害资料由陇南市文县、康县、成县、徽县、两当、宕昌、西和、礼县和武都区9个气象站提供，按照《地面气象观测规范》要求的方法测定，依据甘肃省气象局气候评价标准统计。人口、GDP、耕地比等资料由陇南市统计局2011年年鉴提供。由于过去气象站点稀少，现在各乡镇区域自动气象站的记录年代太短。因此，本研究所用各乡镇低温冻害资料为陇南市8县1区9个气象站1971—2010年低温冻害资料，利用各地地理信息建立经度、纬度、海拔高度与低温冻害次数多元线性回归方程计算而得，并以此进行统计分析。其各时段平均低温冻害次数方程为：y＝-18.328 1＋0.174 8X1－0.014 7X2＋0.000 7X3（u＝0.192 8，Q＝0.107 2，F＝18.582 7＞F（0.01，3，5）＝12.1，R＝0.801 7）。式中，y 为年平均低温冻害（强降温、寒潮次数合计）次数，X1为经度，X2为纬度，X3为海拔高度。

2 低温冻害时空演变气候特征

根据1971—2010年陇南市各气象站低温冻害记录统计（表1）分析，强降温和寒潮以及由此引起的早、晚霜冻主要发生在春季3—5月和秋季10—11月，由于该时期大气环流正处于调整季节，加之也正值春季经济林果芽期和花期或秋播冬小麦、冬油菜苗期生长敏感时期，强降温和寒潮天气致使气温急剧下降，常伴有大风、降雪和早、晚霜冻等，给农作物造成重大损失，并且早霜冻越偏早和晚霜冻越偏迟，作物冻害程度越重。参考有关文献中对气象资料的分析[5-6]，1971—2010年全市共出现强降温、寒潮137站次，平均每年3.4站次、每站每年约0.4次，其中，强降温共出现94站次，平均每年2.4站次，寒潮共出现43站次，平均每年1.1站次；2006年出现14站次，为最多年份，其中，有9 a全市没出现强降温和寒潮，即实际上有77.5%的年份出现了强降温或寒潮天气过程；1990—1999年连续10 a都有强降温或寒潮出现，为强降温或寒潮连续出现最长年份。西和县共出现强降温和寒潮31次，平均每年0.8次，为全市出现强降温和寒潮次数最多的县，1983年出现3次，为最多年份。但这只是各县（区）气象站的记录，实际上高半山强降温或寒潮、霜冻出现次数更多。文县和成县各出现强降温和寒潮6次，平均每年约0.2次，为全市年均出现强降温和寒潮次数较少的县。从全市逐年9站强降温和寒潮次数合计年际变化（图1）趋势分析，目前，强降温和寒潮次数正处于比较明显的持续上升时期。

表1 陇南市各县（区）1971—2010年强降温、寒潮次数统计

3 低温冻害危险性等级分布

利用ArcGIS软件和陇南市及周边气象站历年强降温和寒潮次数资料，结合日最低气温≤0℃频次，得出低温冻害危险性的等级分布如图2所示。

从图2可以看出，陇南市低温冻害危险性等级由高到低、自北向南、自西向东递减，海拔高的地区低温冻害严重，宕昌及武都、文县海拔1 800 m以上的地区低温冻害危险性等级较高，徽成盆地及武都、文县海拔1 200 m以下的地区低温冻害危险性等级较低。

4 低温冻害灾害风险区划

4.1 风险评估模型的建立

开展陇南市低温冻害灾害风险区划，是在对陇南市气象灾害进行调查、统计和分析的基础上，通过对致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力等多因子综合分析[7-13]，构建气象灾害风险评价的框架、指标体系、方法与模型，对气象灾害风险程度进行评价和等级划分，采用风险指数法、层次分析法、加权综合评分法等数量化方法，借助GIS绘制相应的风险区划图系，分为气象灾害高风险区、次高风险区、中等风险区、次低风险区和低风险区5级。

4.1.1 致灾因子危险性它是指气象灾害异常程度，主要是由气象致灾因子活动规模（强度）和活动频次（概率）决定的。一般致灾因子强度越大，频次越高，气象灾害所造成的破坏损失越严重，气象灾害的风险也越大。

4.1.2 孕灾环境敏感性它是指受到气象灾害威胁的所在地区外部环境对灾害或损害的敏感程度。同等强度的灾害情况下，敏感程度越高，气象灾害所造成的破坏损失越严重，气象灾害的风险也越大。

4.1.3 承灾体易损性它是指可能受到气象灾害威胁的所有人员和财产的伤害或损失程度，如人员、牲畜、房屋、农作物、生命线等。一个地区人口和财产越集中，易损性越高，可能遭受潜在损失越大，气象灾害风险越大。根据陇南实际情况，低温冻害承灾体易损性分析选择各乡镇耕地面积比、各乡镇人口密度和GDP密度作为评价指标，利用GIS技术将人口、GDP、耕地比数据空间化，采用1 000 m×1 000 m网格进行划分计算。同时，根据陇南实际情况和专家打分综合考虑，在计算承灾体易损性时赋予低温冻害气象灾害的易损性因子权重系数：人口占 0.4，GDP占 0.3，耕地比占 0.3。

4.1.4 防灾减灾能力它是指受灾区对气象灾害的抵御和恢复程度，包括应急管理能力、减灾投入资源准备等，防灾减灾能力越高，可能遭受的潜在损失越小，气象灾害风险越小。

根据陇南实际情况，参照文献[7-13]，建立灾害风险指数评估模型：

式中，DRI是灾害风险指数；H，E，V，R 分别表示致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力因子指数；Wh，We，Wv，Wr表示相应的权重，在该区划中通过专家打分，并根据陇南市气象灾害实际情况，分别赋值 0.5，0.2，0.2，0.1；Xk是指标k量化后的值；Wk为指标k的权重，表示各指标对形成气象灾害风险的主要因子的相对重要性；a为常数，用来描述防灾减灾能力对于减少总的DRI所起的作用，根据陇南市的实际情况，取值为0.5。根据低温冻害风险系数大小，划分为高（≥0.30）、次高（0.25～0.30）、中（0.20～0.25）、次低（0.15～0.20）、低（＜0.15）5个级别。

4.2 低温冻害灾害风险区划

低温冻害风险区划主要从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性3个方面进行综合分析得到。致灾因子危险性见低温冻害危险性等级分布（图2）；孕灾环境敏感性主要考虑地形因子，如坡度及高度、河网密度2个方面；承灾体易损性分析主要以人口密度、经济密度、耕地比为基本要素。最后将上述3个方面内容进行加权叠加、合并以及等级划分操作，得到低温冻害风险区划（图3）。由图3可知，低温冻害风险由高到低、自北向南、自西向东递减，宕昌和礼县西北部、武都西北部、文县西南和西北部高海拔区为低温冻害高风险区；康县、两当、成县、徽县以及武都、文县1 200 m以下低海拔区为低温冻害低风险区。

5 结论与讨论

（1）陇南市低温冻害（强降温、寒潮和霜冻）发生年际频率为77.5%，平均每年3.4站次、每站每年约0.4次，其中，强降温平均每年2.4站次，寒潮平均每年1.1站次，2006年出现14站次，为最多年份；1990—1999年连续10 a都有低温冻害出现，为低温冻害连续出现最长年份。西和县低温冻害平均每年0.8次，为全市年均出现低温冻害次数最多的县，但这只是各县（区）气象站的记录，实际上高半山低温冻害出现次数会更多。文县和成县低温冻害平均每年约0.2次，为全市年均出现低温冻害次数较少的县。目前，全市低温冻害次数正处于比较明显的持续上升时期。

（2）陇南市低温冻害危险性等级由高到低、自北向南、自西向东递减，宕昌及武都、文县海拔1 800 m以上的地区低温冻害危险性等级较高，徽成盆地及武都、文县海拔1 200 m以下的地区低温冻害危险性等级较低。

（3）陇南市低温冻害风险由高到低、自北向南、自西向东递减，宕昌和礼县西北部、武都西北部、文县西南和西北部高海拔区为低温冻害高风险区；康县、两当、成县、徽县以及武都、文县1 200 m以下低海拔区为低温冻害低风险区。

（4）本研究得到低温冻害灾害风险评估及其区划，其结果与陇南市低温冻害发生实际相符。因此，本研究对趋利避害，合理安排农业生产工作，预防和减轻低温冻害具有一定的指导意义。

（5）利用ArcGIS软件进行陇南山区低温冻害灾害风险评估及其区划的研究，由于条件所限，所取气象资料站点较少，不能包括各种地形地貌地理位置下的气象站点的资料。因此，建立的计算各地低温冻害次数的模型代表性有限，其结论与实际有一定差距，仍有待进一步研究。

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