气候变化背景下鄂西烟草种植气象风险评价与区划

孟 丹，陈正洪，李建平，阳 威，何 飞，陈振国

（1.湖北省气象服务中心，武汉 430205；2.湖北省烟草科学研究院，武汉 430030）

气候变化背景下鄂西烟草种植气象风险评价与区划

孟 丹1，陈正洪1，李建平2，阳 威1，何 飞1，陈振国2

（1.湖北省气象服务中心，武汉 430205；2.湖北省烟草科学研究院，武汉 430030）

为了确定湖北西部植烟区的气象灾害风险程度，根据灾害学系统理论，从致灾因子、孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力4个子系统出发，综合考虑气候条件、地理地形、社会经济状况等多个因素，利用GIS平台对鄂西烟草种植气象灾害风险进行评价与区划。结果表明，鄂西北地区气象灾害危险性东高西低，南北向无明显规律，而鄂西南地区是南高北低；鄂西南巴东和恩施烟草易损性较小，而鄂西北的枣阳和丹江口市易损性较大；鄂西南北部地区的气象风险低于南部地区，而鄂西北南部地区气象风险较小，东部气象风险最大；神农架局部地区和鹤峰、丹江口市东部等地的气象风险最严重。总体而言，鄂西地区适宜种植烟草，尽管存在风险，但是大部分地区风险等级在中等及中等以下，这对指导当地合理规划烟草种植和生产具有重要意义。

鄂西；气象灾害；风险；评价；区划

全球气候变化已导致大部分地区极端气候事件频发、强度增强。为此，IPCC第五次评估报告强调了气候风险管理的概念，以提高对易发频发灾害的预警能力，加强气候影响的评估，增强适应气候变化的能力。

我国是烟草生产大国，20世纪60年代农业部门根据地域分布首次将我国划分为六大烟区［1］。2003年，最新一轮的烟草区划按烤烟生态适宜性将我国划分为烤烟种植最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区［2］。湖北在全国烟草生产中占有重要地位［3］，其烟草主产区被归类为最适宜区和适宜区。湖北省烟草主产区在西部。鄂西地形多属丘陵山区［4-5］，区域气候特色明显［6］，山体气候特征使得不同海拔地区呈现气候差异。气候变化背景下，近年来烟草种植高度不断上移，鄂西烟草种植可能遭受的气象灾害也有所变化，凸显出气象灾害风险评估的迫切性。

目前，已有许多关于灾害风险评估的研究，例如黄中艳等［7］在GIS平台下将统计模型推算与空间插值技术方法有机结合，突破传统“空间静态性”作物气候区划，实现了“空间＋时间动态性”作物种植气候精细化分区评估。罗培［8］在分析重庆干旱灾害气候背景和经济环境的基础上，建立模型运用MapInfo得到干旱灾害的风险评估与区划。但针对鄂西烟草种植气象风险的精细化评估研究较少，因此，本文拟定量分析气候变化背景下鄂西植烟区气象风险的具体分布，摸清各地烟草种植潜在的风险程度，有利于当地烟草生产合理布局，加强气象灾害防御体系建设，从而避免或减小气象灾害损失。

1 材料与方法

1.1 数据收集与指标确定

1.1.1 资料收集 本文引用的基础资料包括：（1）气象数据：1961—2010年鄂西植烟区和邻近县（市）共65个气象站的地面观测资料，包括日平均气温、最高气温、降水量、日照时数等。（2）基础地理信息数据：鄂西烟区边界图及1:25万DEM数据，分辨率为90 m×90 m。（3）社会经济数据：来源于2013年《湖北省统计年鉴》，主要利用了地区农业生产总值。（4）烟草相关数据：整理统计1991—2012年《湖北农村统计年鉴》关于湖北省烟草种植的数据，主要包括1949年以来鄂西各县（市）烟草种植面积、总产量等数据。

1.1.2 确定影响因子 参考前人对云南、湖南、贵州等植烟大省的烟草种植区划和灾害研究［9-14］，以及当地烟草行业专家的打分，确定影响鄂西烟草种植的气象灾害为干旱、连阴雨、低温冷害、冰雹、暴雨、高温热害和大风。考虑到冰雹和大风是突发型的区域性灾害，发生几率小，持续时间短，受灾范围相对较小，因此本文未将二者列入综合的致灾因子危险性指标。

（1）干旱：连续15 d无有效降水（过程中允许出现一次降雨量＜5 mm的中断，当日不计入持续天数）就会发生水分胁迫。选取的烟草干旱灾害影响因子为：5—8月降水距平百分率＜-20%的年数、连续无有效降水最长持续天数，分别代表干旱平均状况和极端状况。

（2）低温冷害：烟草在移栽、伸根期和成熟期容易受到低温冷害的影响。选取前期低温冷害影响因子：5月下旬—6月上旬，日平均气温≤13℃的累计天数；后期低温冷害影响因子：9月份日平均气温≤18 ℃的累计天数。

（3）连阴雨：设定5—9月连续7 d或7 d以上日降水量＞1 mm且日照时数＜0.5 h的天气过程为一次连阴雨。以连阴雨发生次数和最长持续天数分别代表连阴雨发生的频率和强度。

（4）暴雨：5—9月最大日降水量和年均暴雨日数。

（5）高温热害：7月中旬—8月上旬，日最高气温≥35 ℃的累计天数。

1.2 研究方法

1.2.1 空间数据分析 由于气象灾害风险评估涉及到研究对象在地理地形、气候特征及社会经济等方面的区域差异，所以文中采用空间属性以恰当描述。利用ArcGIS空间分析平台［15-16］的反距离加权插值、多元回归插值、栅格计算和自然断点分级等方法来完成鄂西烟草种植气象灾害风险评价与区划。

1.2.2 风险评价模型 根据灾害系统理论，综合考虑致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力四个方面［10］，构建烟草气象灾害综合风险指数，建立如下所示的风险模型。

其中， Ichilling为烟草气象灾害综合风险指数，H、S、V、R分别代表气象灾害综合危险性、敏感性、易损性和防灾减灾能力为第i种灾害的危险性指数，αi为第i种灾害的权重，其值由专家打分结合层次分析法确定。考虑到鄂西烟草种植实况，最终赋予鄂西主要致灾因子权重分别为：干旱0.35、低温冷害0.25、连阴雨0.20、暴雨0.10、高温热害0.10。

1.2.3 主要致灾因子危险性指数 由于气温与海拔、经纬度之间存在密切联系，计算低温冷害和高温热害危险性影响因子时，直接利用经纬度和海拔高度对其进行空间插值。因此，对其影响因子归一化处理即为高温热害危险性指数；对于低温冷害，前期烟草遭受低温可通过田间管理措施进行补救，而后期低温则直接影响烟草质量，因此后期低温冷害对烟草的影响更严重，先对其影响因子归一化处理，再分别赋予前期0.4后期0.6的权重进行GIS栅格叠加，得到低温冷害危险性指数分布。

干旱、连阴雨和暴雨灾害的危险性影响因子与海拔高度均有一定的相关性。以干旱为例，用上述干旱危险性两个影响因子归一化后的平均值代表干旱危险性指数，再用该指数与经度、纬度、海拔高度进行多元线性回归，得到模拟方程（详见表1）。将各站点实际求得的干旱危险性指数与方程模拟值y相减，得到各站点的模拟误差d，并将d进行反距离加权插值到各个栅格点上得到误差图层d’。运用模拟方程将各站点的模拟值插值到各个栅格点上，再与d’图层进行叠加，最终得到鄂西烟草干旱灾害危险性指数分布图。

表1 多元回归插值方程Table 1 Polynomial regression interpolation equation

2 鄂西烟草种植气象灾害风险评价与区划

2.1 气象灾害综合危险性评价

根据各灾害的危险性指数及其相应的权重，借助ArcGIS中的栅格计算器得到鄂西烟草种植气象灾害综合危险性指数分布图。

从图1可以看出，鄂西北和鄂西南的气象灾害危险性分布规律不同：鄂西北地区气象灾害危险性东高西低，南北向无明显规律；而鄂西南地区是南高北低。从县域分布来看，鄂西地区鹤峰县气象灾害危险性最大，鹤峰地区连阴雨、暴雨危险性都很大，致使鹤峰地区危险性特高；危险性较小的地区主要为南漳县、丹江口市、郧县和咸丰县以及房县、恩施和长阳等地区；巴东县北部、郧西县、十堰市区、兴山和保康县、秭归、建始、利川的部分地区气象灾害危险性最小。

2.2 孕灾环境敏感性评价

地形地貌导致热量、雨量在一定范围内再分配，与烟株生长发育及烟草质量有着密切关系。当气候条件相同时，气象灾害与各地孕灾环境的地形地貌配合之下，在很大程度上加大或者减弱了致灾因子的作用。由于危险性影响因子已考虑了海拔的影响，因此，这里选取高程标准差和坡向作为敏感性指标。

高程标准差表达了地形的起伏状况［17］，其值越大，高程波动的范围就越大，表明附近地形越不平坦，小气候也越复杂多变，越易遭受气象灾害的影响。

坡向是决定地表不同部分接受光照并重新分配太阳辐射量的重要地形因子之一［18］。坡向影响着山地的日照时数和太阳辐射强度。南坡或西南坡最暖和，而北坡或东北坡最寒冷，即使处于同一海拔高度，极端温度差可达3～4 ℃。东坡与西坡的温度差异介于南坡与北坡之间。按照不同坡向对气象要素的影响程度，利用正弦函数和去量纲公式，把正北360°和正南180°坡向作为对敏感性贡献最大和最小的点提取出来，定义相应的影响度值，得到坡向影响度分布情况。

将高程标准差和坡向影响度图层归一化处理，等权叠加后再对其影响度进行定区间处理，得到鄂西孕灾环境敏感性指数分布图（图2）。

2.3 承灾体易损性评价

除了从自然环境角度分析气象灾害对烟草的影响外，烟草遭受灾害影响的程度还与其易损性有关。易损性主要是从社会属性角度考虑，整个社会经济系统易于遭受灾害威胁或损失的性质与状态。本文的承灾体主要考虑的是烟草，而烟草易损性是在不同强度的灾害作用下可能导致的损失程度，所以此处烟草气象灾害承灾体易损性分析只考虑烟草的种植区划和种植效果。受可获资料的限制，文中选择烟草气象产量标准差作为承灾体易损性的指标。气象产量标准差可以表示烟区受灾程度，标准差越大，说明烟草产量波动越大，易损性也越大。

由图3可知，鄂西南巴东和恩施烟草易损性较小，而鄂西北的枣阳和丹江口市易损性较大。

2.4 防灾减灾能力评价

危险性、敏感性、易损性仅仅是从灾害的发生和影响视角来讨论灾害风险，灾害发生时人的主观能动性和防灾减灾措施也是重要因素。本文防灾减灾能力指标选取了地区生产总值和烟草种植面积。从社会经济实力角度来分析鄂西各县（市）防灾减灾能力情况，地区生产总值能够反映一个地区的经济发展水平，地区生产总值愈大，说明当地经济发展水平愈高，防灾减灾能力愈强；反之亦然。

由图4可知，鄂西北防灾减灾能力分布是东部大于西部，鄂西南防灾减灾能力分布为北部大于南部。

2.5 鄂西烟草种植气象风险评价与区划

利用ArcGIS平台中的多层面复合分析，对上述四个因子指数值进行统一区间处理后，按照风险评价模型，把烟草致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力因子栅格图层相乘，得到气象灾害风险指数（表2），自然段点分级后得到鄂西地区烟草气象灾害风险区划图（图5）。

图1 鄂西地区气象灾害综合危险性指数分布Fig. 1 The meteorological disaster comprehensive dangerousness index distribution in western Hubei

图2 鄂西孕灾环境敏感性指数分布Fig. 2 The distribution of disaster-pregnant environment sensitivity index in western Hubei

图3 鄂西承灾体易损性分布Fig. 3 The disaster-affected body vulnerability distribution in western Hubei

图4 鄂西地区防灾减灾能力分布Fig. 4 The capability of natural disaster prevention and reduction distribution in western Hubei

表2 鄂西烟草气象风险等级划分Table 2 The classification of tobacco meteorological disasters risk in western Hubei

图5 鄂西烟区气象风险等级分布Fig. 5 The meteorological disaster risk grade distribution in western Hubei tobacco region

整体来看，鄂西地区烟草气象灾害风险的分布特征为：从鄂西南北部主烟区利川、恩施、建始县，经中部巴东、秭归县，到鄂西北兴山、保康和南漳县形成了鄂西地区烟草轻度风险带；鄂西南北部地区的气象风险低于南部地区；而鄂西北南部地区气象风险较小，东部气象风险最大。

从地区来看，除上述的轻度风险带外，郧西县东部地区也是轻度风险区；竹山、房县、南漳、长阳东部、巴东北部和宣恩北部等地的气象风险较低；鄂西北的北部地区、鄂西南的咸丰和宣恩等地属于中等风险区，这些地区发生的各种气象灾害都不突出；严重风险区主要分布在来凤、丹江口、老河口和枣阳局部地区；神农架局部地区和鹤峰、丹江口市东部等地的气象风险最严重。鄂西北东部地区气象风险大是因为当地遭受干旱和高温热害的危险较大。从气象角度来看，鄂西南地区鹤峰县的气象灾害风险最大，这是因为鹤峰县降雨量较多，连阴雨和暴雨灾害发生的可能性高，再加上地形小环境的影响，烟草种植面积在鄂西南清江源烟区相对较小，其他灾害危险性也不是很低，因此鹤峰在鄂西南的灾害风险最严重。

3 小 结

（1）鄂西南北部地区向中部发展直至鄂西北南部地区，为鄂西烟草种植主要轻度风险带。鄂西南北部地区的气象风险低于南部地区，而鄂西北南部地区气象风险较小，东部气象风险最大。必须严格监控气象风险高值区烟草大田期的气象条件，关注其主要气象灾害类型，趋利避害。

（2）气象灾害的发生往往不是单一灾种，常常伴随着次生灾害。由于灾害发生的复杂性，并且缺乏具体的烟草灾损资料，文中风险级别由自然断点法划分，评价结果只是植烟区气象风险的相对比较，尚难做到与实际情况完全吻合。在灾害指标的选择上，参考了农业气象灾害指标和烟草生长的极端条件，其对于各地烟草种植气象风险评估的适用性有待进一步验证。今后的研究中，还可以根据不同地域的地貌、土地利用类型等对烟草气象灾害指标作出订正与完善。

（3）总体而言，鄂西地区适宜种植烟草，尽管存在风险，但大部分地区属于中等及中等以下等级。近年来鄂西烟草发生的灾情基本符合文中区划结果，因此，只要在烟草种植生长过程中，针对各地主要气象灾害类型，做好相应的预防和及时应对措施，仍能保证烟草的高质高产。

［1］ 全国农业自然资源调查和农业区划委员会，《全国综合农业区划》编写组. 全国综合农业区划报告［M］. 1980.

［2］ 王彦亭，谢剑平，李志宏，等. 中国烟草种植区划［M］.北京：科学出版社，2010.

［3］ 许自成，黎妍妍，毕庆文，等．湖北烟区烤烟气候适生性评价及与国外烟区的相似性分析［J］．生态学报，2008，28（8）：3832-3838．

［4］ 陈益银．海拔等因素对鄂西南烟叶发育及品质影响的研究［D］．郑州：河南农业大学．2008．

［5］ 梁荣．湖北烟区生态因素分析［J］． 安徽农业科学，2008，36（5）：1902-1904．

［6］ 钟华．湖北省不同生态型烟区烟草优化灌溉制度研究［D］. 南京：河海大学，2005．

［7］ 黄中艳. 基于GIS的云南烤烟种植气候动态分区评估［J］．地理研究，2011，3（8）：1439-1448.

［8］ 罗培. 基于GIS的重庆市干旱灾害风险评估与区划［J］. 中国农业气象，2007，28（1）：100-104.

［9］ 蔡长春，邓环，赵云飞，等．湖北省植烟区生态气候因子的主成分分析和区域划分［J］．烟草科技，2011（2）：64-69．

［10］ 董谢琼，徐虹，杨晓鹏，等．基于 GIS的云南省烤烟种植区划方法研究［J］．中国农业气象，2005，26（1）：16-19．

［11］ 肖汉乾，陆魁东，张超，等．基于GIS的湖南烟草可种植区域精细化研究［J］．湖南农业大学学报，2007，33（4）：427-430．

［12］ 莫建国，汪对洪，谷晓平．基于GIS的贵州烤烟种植气候区划研究［J］．上海农业学报，2011，27（3）：64-69．

［13］ 李家文，柒广萍，吴炫柯．基于GIS的广西贺州市春烟种植区划［J］．安徽农业科技，2008，36（32）：14324-14325．

［14］ 陈海生，吴玲洪，刘国顺，等．基于地统计和GIS的河南省烟草大田生长期降水量和蒸发量空间变异性分析［J］．农业系统科学与综合研究，2008，24（4）：470-475．

［15］ 张京红，田光辉，蔡大鑫．基于GIS技术的海南岛暴雨洪涝灾害风险区划［J］．热带作物学报，2010，31（6）：1014-1019．

［16］ 何燕，谭宗琨，李政，等．基于GIS的广西甘蔗低温冻害区划研究［J］. 西南大学学报：自然科学版，2007，29（9）：81-85．

［17］ 隋刚，郝兵元，彭林．利用高程标准差表达地形起伏程度的数据分析［J］．太原理工大学学报，2010，41（4）：381-401．

［18］ 张洪亮，倪绍祥，邓自旺，等．基于DEM的山区气温空间模拟方法［J］．山地学报，2002，20（3）：360-346．

Meteorological Risk Assessment and Tobacco Planting Regionalization in Western Hubei under the Background of Climate Change

MENG Dan1， CHEN Zhenghong1， LI Jianping2， YANG Wei1， HE Fei1， CHEN Zhenguo2
（1. Hubei Meteorological Service Center， Wuhan 430205， China； 2. Hubei Academy of Tobacco Science， Wuhan 430030， China）

Based on previous disaster science researches， we assessed and regionalized meteorological disasters via GIS in order to identify the degree of meteorological disaster risk in tobacco-planting areas of western Hubei. The assessment process was composed of four subsystems including disaster inducing factors， disaster-forming environment， disaster-bearing body and the capability of natural disaster prevention and reduction. The results showed that the risk of meteorological disaster in the eastern areas is higher than the western areas in northwest Hubei. In southwest Hubei meteorological disaster risk is high in the south but low in the north. The vulnerability of tobacco planting is lower in southwest Hubei Badong and Enshi city and higher in northwest Hubei Zaoyang and Danjiangkou city. The meteorological risk in the north is lower than in the south of southwest Hubei. In northwest Hubei，meteorological risk is lower in southern regions and higher in eastern regions. Meteorological risk is the highest in some regions of Shennongjia and Hefeng， eastern Danjiangkou city. Overall， western Hubei is suitable for planting tobacco with risk levels at or below medium in most regions. Results from this study are important for planting reginaliation and production of tobacco.

western Hubei； meteorological disaster； risk； assessment； regionalization

S572.01

1007-5119（2015）04-0050-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.04.009

湖北省烟草公司科技创新重点项目“气候变化背景下鄂西烟草种植气象风险评估研究”（027Y2013-008）

孟 丹（1989-），女，助理工程师，主要从事农业气象研究。E-mail：604026294@qq.com

*通信作者，E-mail：chenzh64@126.com

2014-12-29

2015-07-31