38年来潍坊主要气象灾害对农业的影响及其时空分布特征

2017-03-15王晓立王恬茹徐风霞鲁丹徐太

山东农业科学 2017年2期

王晓立++王恬茹++徐风霞+鲁丹++徐太安++张芹

摘要：基于1978-2015年潍坊市主要气象灾害的受灾面积、农作物播种面积及粮食产量等统计数据，利用气候倾向率、EOF正交经验函数等统计方法，分析了潍坊市气象灾害对农业的影响及其时空分布特征。结果表明：干旱、冰雹、暴雨洪涝、大风灾害为潍坊市主要农业气象灾害，占全部气象灾害的73.5%，各类灾害比重的年际变化较大。受灾面积与粮食产量呈明显负相关关系。从变化趋势看，干旱、冰雹、大风的受灾面积呈下降趋势，暴雨洪涝变化趋势不明显。从空间分布看，潍坊西部与南部为农业气象灾害的重灾区。四种气象灾害的空间分布不统一，干旱多发生在西部，其次是东北部；冰雹多发生在西部与南部；洪涝灾害多发生在南部；风灾多发生在北部。

关键词：气象灾害；农业；影响；时空分布；特征

中图分类号：S42文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）02-0136-06

潍坊市地处山东半岛中部，地势南高北低，西部与南部为山地丘陵，东部为平原，北临渤海湾。四季均有不同气象灾害发生，春季干燥大风，春夏之交冰雹多发，夏季降水集中，洪涝灾害较多，秋季易出现干旱、霜冻、连阴雨，冬季易出现风雪灾害。农业气象灾害一般是指农业生产过程中所发生的导致农业显著减产的不利天气或气候条件的总称，它是影响作物稳产、高产最主要的自然因素，与农业经济效益紧密相连[1，2]。目前，已有许多学者对不同地区的气象灾害进行了深入研究，房世波[3]、卢丽萍[4]等分析了我国农业气象灾害变化趋势和分布特征及对农业生产的影响；王静[5]、孙霞[6]、邵末兰[7]、解明恩[8]、朱保美[9]等分别对山东、河北、湖北、云南、山东德州等地区的气象灾害时空分布特征进行了研究。本文利用1978-2015年资料分析潍坊市主要气象灾害对农业生产的影响及其时空分布特征，对更精确地指导当地农业生产及提高防灾减灾的能力提供参考依据。

1资料与方法

1.1资料来源

本文所用1978-2015年的农作物受灾面积数据来源于潍坊市九个县市区气象局、民政局和《中国气象灾害大典（山东卷）》[10]，播种面积及粮食产量数据来源于《潍坊统计年鉴》。

1.2计算方法

1.2.1线性倾向估计用线性倾向估计对农业气象灾害变化程度进行描述，分析潍坊市主要气象灾害的年际变化特征。

1.2.2受灾率因每个地区每年粮食播种面积与遭受自然灾害的受灾面积不等，造成灾害的危害程度不同，本文采用受灾率统一反映各年的受灾状况。

受灾率定义为某一种气象灾害当年农作物受灾面积与当年总播种面积的比值[11]。

1.2.3经验正交函数（EOF）分解[12]利用经验正交函数（EOF）分解将原变量场分解为正交函数的线性组合，用个数较少的几个空间分布模态来描述原变量场。以受灾率作为定量表征指标，应用经验正交函数（EOF）分析潍坊市气象灾害的空间分布特征。

1.3气象灾害类型

1978-2015年潍坊市出现的气象灾害包括冰雹、暴雨洪涝、大风、干旱、雷击、风暴潮、台风、霜冻、低温冻害、大雾、雪灾、龙卷风、蝗灾、雨凇、连阴雨、飑线、赤潮等17种，累计出现230次。其中，冰雹（占全部气象灾害的35.2%）、暴雨洪涝（18.7%）、大风（11.7%）、干旱（7.8%）发生频次较高，占全部气象灾害的73.5%，定义为潍坊市出现的主要气象灾害，故本文对主要气象灾害进行分析。

2气象灾害对农业生产的影响及其年际变化特征2.1气象灾害比重的年际变化特征

为更好地分析每年各类气象灾害的发生特征，将洪涝灾害、干旱、风灾和冰雹四种气象灾害在当年总灾害中所占比重进行统计，分析气象灾害引发的灾害程度。结果（图2）表明，暴雨洪涝、干旱、大风和冰雹灾害的比重分别为14.9%、45.2%、10.6%、29.3%，其中干旱和冰雹是潍坊发生受灾面积最重的两种农业气象灾害。干旱灾害比重超过90%的年份主要发生在1979、1981、1983、2000-2002、2006-2009、2014年，2000年以来的连年大旱造成的损失严重；冰雹灾害比重超过90%的年份主要发生在1982、1986、2004-2005年，每年都有不同程度的冰雹灾害发生，每次发生时造成的受灾面积相对较小，但发生次数较多，农作物受灾损失严重；洪涝灾害比重较大的年份主要出现在1998和2013年；风灾比重相对较少，一般伴随着暴雨、冰雹等天气出现，1988、1990-1995年所占比重在23%～49%。

图21978-2015年潍坊市主要气象灾害所占比重

2.2气象灾害对粮食产量的影响

潍坊是农业大市，农作物种植面积广，粮食产量高，西部与南部属于山区丘陵地带，基础设施薄弱，自然抗灾能力差，受灾强度大，对粮食产量影响较大。从潍坊市农业气象灾害与粮食播种面积、粮食产量之间的关系（图3）可知，农作物播种面积变化较小，略呈增加趋势；随着农业科技水平的提高，粮食产量呈显著增加趋势，气候倾向率达到5.4×105 t/10a（通过了α=0.001的显著性检验），而受灾面积呈显著下降趋势，气候倾向率为7.3×104 hm2/10a（通过了α=0.05的显著性检验），粮食产量与受灾面积呈现明显负相关关系。1978-1979、1981、1984、1987-1989、1992、1997-2002、2014年，主要灾害的总受灾面积较大，粮食产量明显减少；1993-1996、2006-2013年，氣象灾害减少，粮食产量提高。因此，气象灾害对农业生产产生直接影响，成为粮食产量增减的重要原因之一。

图31978-2015年农业气象灾害与粮食播种面积、粮食产量的关系

2.3各类农业气象灾害年际变化特征

潍坊市每年都有不同程度的农业气象灾害发生，受灾面积呈减少趋势，年平均成灾面积为28.7×104 hm2。按受灾比重大小分析干旱、冰雹、暴雨洪涝、大风灾害的年际变化特征。

2.3.1干旱灾害年际变化趋势干旱灾害虽然发生的频次少，但是影响范围大、持续时间长，受灾程度重。由图4可知，38年来，干旱受灾面积呈波动性下降，阶段变化明显，气候倾向率为-4.04×104 hm2/10a，平均受灾面积为19.6×104 hm2。20世纪70年代末与80年代初、1989年、2000年代初与末发生的干旱受灾面积最大，最大值出现在1979年，达93.3×104 hm2，1999-2002年连续干旱受灾面积达147.9×104 hm2，

变化趋势

2006-2011年连续干旱受灾面积达162.2×104 hm2；干旱受灾面积在平均值以下的年份有1980、1982-1983、1985-1996（除1989）、1998、2003-2005、2009、2011-2013、2015年，其中有17年未发生过干旱灾害，受灾面积统计结果为0。

2.3.2冰雹灾害年际变化趋势冰雹是一种局地性较强的农业气象灾害，潍坊市冰雹常出现在每年的5-6月份，正值农作物成熟收获季节，而且冰雹发生频次高，遭受冰雹的地区易产生严重的损失。从图5冰雹受灾面积的变化趋势可知，冰雹受灾面积呈显著减少趋势，气候倾向率为-2.1×104 hm2/10a，年平均成灾面积为4.1×104 hm2。38年中，除1992、2011、2013年未发生冰雹灾害外，其余年份均发生不同程度的冰雹灾害，受灾面积最大的年份发生在1987年，达30.8×104 hm2。统计资料显示，1987年5月23日凌晨发生冰雹天气，冰雹大者如鸡蛋，持续10～15 min，同年7月7日，降雹持续20 min，地面冰雹厚度5 cm，最厚的地方达7 cm以上，因冰雹局地性强，冰雹多发区易产生较严重的灾害。

2.3.3洪涝灾害年际变化趋势洪涝灾害主要是短时间内降水量大而造成的一种灾害，潍坊地区遭受暴雨、大暴雨时易发生洪涝灾害，以夏季雨涝为主。从图6可知，洪涝受灾面积变化趋势不明显，呈波动性变化，年平均成灾面积为3.4×104 hm2。1987年与1997年受灾面积的变化幅度呈主高峰，分别为30.8×104 hm2与45.1×104 hm2；1990、1998-1999、2012年，洪涝受灾面积的变化幅度呈次高峰；1978-1986连续9年、2000-2011连续12年受灾面积低于洪涝年平均受灾面积，除1981、1984、1986、1989、1991-1993、2002、2006、2014年未发生洪涝灾害外，1996年受灾面积最小，为30 hm2。洪涝灾害虽然发生的次数少，但危害很大，1997年8月19-20日，潍坊各县市区均遭受了特大暴雨袭击，直接经济损失达16.55亿元。

2.3.4大风灾害年际变化趋势潍坊市春季的干燥大风易引发风灾，出现6级（平均风速10.8 m/s）以上大风时，对农作物生长的影响非常大。由图7可知，大风受灾面积呈显著减少趋势，气候倾向率为0.9×104 hm2/10a（通过了α=0.05的显著性检验），年平均成灾面积为1.6×104 hm2。在20世纪70年代末80年代初和80年代末90年代初，风灾面积较大，最大年份出现在1988年，受灾面积达15.4×104 hm2，其次出现在1990年，受灾面积达11.0×104 hm2，1994-2015年连续22年大风受灾面积小于年平均值。统计资料显示，1988年6月1日，潍坊全市遭受大风袭击，平均风力7～9级，局部10级以上；1990年7月15-16日，潍坊全市遭受暴风雨袭击，风力达8～10级，局部11级以上，这种范围大、持续时间长、风力强的大风出现在春夏季节，造成损失较高。

3.1总气象灾害的空间分布特征

利用EOF正交经验函数分析1978-2015年9个县市区38年气象灾害的空间分布特征。图8显示，受灾率大值区主要出现在潍坊西部与南部，临朐受灾率最大，为0.211，其次是诸城、安丘，受灾率分别为0.209、0.193；东部、北部受灾率相对较小，高密受灾率最小，仅为0.119，其次为寿光和寒亭。潍坊西部与南部为山区和丘陵地形，易发生干旱、冰雹、洪涝等气象灾害，受灾率较高，成为气象灾害的重灾区，北部地区易出现风灾，风灾影响面积较小，东部受灾率低，受灾程度相对弱。

3.2四种气象灾害的空间分布特征

从图9a干旱灾害分布可知，西部临朐、青州、昌乐的旱灾最为严重，其次是东北部的昌邑和寒亭，再次是诸城和安丘的西部，受灾率在0.102～0.147，其他地区的受灾率均在0.008～0.010。可见，西部是干旱的重灾区，西部山区地形造成土壤水分丧失快，影响了农作物的播种及生长，易引发旱情；旱灾持续时间较长，局部性或区域性的旱灾经常发生，统计资料表明，潍坊地区易发生春夏连旱、夏秋连旱等，连旱造成的灾害更加严重。

从图9b冰雹灾害分布情况可知，安丘西部和临朐南部的雹灾最严重，受灾率分别达到0.061和0.053，其次是潍坊南部的诸城、西部的青州和西北部的寿光，受灾率在0.044～0.048，再次是昌乐、寒亭和昌邑，受灾率在0.003～0.004，东南部的高密受灾率最小。冰雹灾害是一种局地性很强的气象灾害，虽然影响范围小，但对农业生产的危害较为严重[13]，潍坊西部山区与南部丘陵地带是冰雹多发地。

洪涝灾害分布情况可知，潍坊南部的诸城灾情最严重，受灾率为0.054，其次是安丘和昌樂两地，受灾率在0.003～0.004，潍坊西部和北部灾情最轻，受灾率0.010。对比图9a和9c可知，潍坊西部、南部的旱灾和洪涝灾害分布基本成反向变化。

从图9d风灾分布情况可知，潍坊北部的寒亭、寿光、昌邑是风灾的重灾区，受灾率最大为0.009，其次东南部的诸城和高密，风灾最小的地方出现在西部的临朐，受灾率不足0.001。潍坊北部频临渤海湾，受海陆热力性质差异大的影响，北部的风力较大，易出现大风天气，对露地农作物的影响较大。

4结论

利用1978-2015年38年资料分析潍坊市农业气象灾害对农业生产的影响及其时空分布特征，主要结论如下：

（1）潍坊市出现的气象灾害有17种，累计出现230次，出现最多的是冰雹、暴雨洪涝、大风、干旱，灾害比重的年际变化也很大，受灾面积比重分别为29.3%、14.9%、10.6%、45.2%，干旱和冰雹灾害最为严重。

（2）气象灾害与粮食产量呈负相关关系，即受灾面积大，粮食产量低；受灾面积小，粮食产量高。

（3）潍坊市总气象灾害受灾面积以7.3×104 hm2/10a速率呈下降趋势，年平均成灾面积为28.7×104 hm2。干旱受灾面积呈波动性下降，20世纪70年代末与80年代初、1989年、2000年代初与末发生的干旱受灾面积较大；冰雹受灾面积呈显著减少趋势，除1992、2011、2013年三年外，每年都会出现冰雹灾害；暴雨洪涝灾害变化趋势不明显，呈波动性变化，1987与1997年受灾面积的变幅出现两个高峰；大风受灾面积呈显著减少趋势，20世纪70年代末80年代初和80年代末90年代初，风灾面积较大。

（4）潍坊市主要气象灾害出现在西部与南部，临朐受灾率最大，其次是诸城、安丘，东部与北部受灾率小。各种气象灾害的空间分布不统一，干旱灾害多发生在西部的临朐、青州、昌乐，其次是东北部的昌邑和寒亭，再次是诸城和安丘的西部；冰雹灾害分布范围大，安丘西部和临朐南部的雹灾最严重，其次是南部诸城、西部青州和西北部寿光；洪涝灾害多发生在南部诸城，其次是安丘和昌乐，潍坊西部、南部的旱灾和洪涝灾害分布基本成反向变化；风灾主要出现在北部的寒亭、寿光、昌邑，其次东南部的诸城和高密。

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