1976-2015年中国主要农业气象灾害的变化特征

刘 笑，何学敏，游松财



1976-2015年中国主要农业气象灾害的变化特征

刘 笑1,2，何学敏3，游松财1**

(1.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.沈阳农业大学，沈阳 110866)

根据1976-2015年受灾、成灾和绝收面积等统计数据，计算中国主要农业气象灾害包括洪涝、干旱、风雹和低温灾害的受灾率、成灾率、绝收率和损失率，并对其变化趋势、灾害损失和灾害等级的变化特征进行分析。结果表明：（1）总体上，1976-2015年中国主要农业气象灾害的受灾率呈显著减小的趋势，而成灾率和绝收率变化趋势则不显著。干旱与农业气象灾害总体变化趋势相一致；洪涝受灾率、成灾率和绝收率存在阶段性的变化特征，1986-2005年各项均值最大；风雹灾害下降趋势显著，受灾率、成灾率均显著减小；而低温灾害各项指标的年代均值逐渐增加。（2）研究期内四大灾害总体损失率的上下限呈先增加后减小的趋势，平均灾害损失率为7.1%～15.7%。洪涝和干旱灾害损失率的上下限变化趋势与农业气象灾害总体一致，其平均损失率分别为2.0%～4.2%、3.8%～8.6%；而风雹灾害损失率的上下限呈减小的趋势，平均损失率为0.8%～1.7%；低温灾害损失率的上下限呈增加趋势，平均损失率为0.5%～1.1%。（3）研究期间洪涝重灾发生次数最多，为突发性灾害；干旱、风雹中灾和重灾发生次数之和最多，为常态性灾害。

农业气象灾害；变化特征；损失率；灾害等级

中国是易灾、多灾与灾情严重的国家，自然灾害造成的直接经济损失的多年平均高达全国GDP的3%～6%[1]。其中，气象灾害及其衍生灾害占60%以上[2]，70%的农业灾害损失来自气象灾害[3]。因此分析农业气象灾害的变化特征，掌握灾害事件发生规律，对于防范灾害性天气对农业生产的影响具有科学的指导和实践意义。农业气象灾害是农业生产过程中能够对农业生物与设施造成危害和经济损失的不利天气或气候条件的总称[4]。中国农业气象灾害类型多样，其中对农业生产影响较大的是干旱和洪涝灾害[5]。研究表明，1978年以来农业气象灾害的灾情日趋严重，除了风雹灾害略减轻，其它灾害均明显加强[6-8]。

前人研究多集中在各类灾害的趋势变化[9-11]和空间变化特征[12-13]，对灾害强度、灾害损失率、灾害波动性分析较少，且已有文献对2010年以前的农业气象灾害研究较多[6-8]，近10a的灾害研究报道有所减少。因此，本文利用更新至2015年的灾害统计数据，分析在气候变化背景下中国农业气象灾害总体形势以及洪涝、干旱、风雹和低温灾害的面积、波动性、损失率以及等级的变化特征，以期为农业救灾减灾和灾害预防提供依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源及处理

所用数据包括《中国统计年鉴》、《中国农业统计资料》中1976-2015年农作物播种面积、受灾面积、成灾面积和绝收面积。

1976、1977、1980和1981年各类灾害的绝收面积缺失，利用受灾面积或成灾面积与绝收面积的关系进行数据补齐。统计相关性表明绝收面积与成灾面积具有更高的相关性，因此统计1982-2015年洪涝、干旱、风雹和低温绝收面积与成灾面积的比例均值，分别为0.28、0.20、0.22、0.18，用比例均值乘以成灾面积得出缺失年份的绝收面积。

1.2 研究方法

1.2.1 受灾率、成灾率和绝收率

由于每年农作物播种面积不同，为消除农作物播种面积年际变化对灾害趋势变化的影响，计算各类灾害的受灾率、成灾率和绝收率。即

（2）

（3）

式中，Ai、Bi、Ci分别表示第i年的受灾率、成灾率和绝收率，i=1976，1977，…，2015，H1i、H2i、H3i分别表示第i年的受灾、成灾和绝收面积，Si表示第i年的农作物播种面积。

1.2.2 损失率

参照文献[14]对受灾、成灾和绝收面积的定义及它们对粮食产量下降影响程度的上限值（分别为29%、79%和100%）、下限值（分别为10%、30%和80%），定义本文损失率的上限和下限，即将受灾率、成灾率和绝收率按上限比例加权为全部绝收的比率为损失率的上限，将受灾率、成灾率和绝收率按下限比例加权为全部绝收的比率为损失率的下限。计算式分别为

（5）

式中，Dupper,i及Dlower,i分别为第i年损失率的上限和下限，Ai、Bi、Ci分别为第i年灾害受灾率、成灾率和绝收率。

1.2.3 灾害变异系数

灾害变异系数表示灾害比率的变化幅度偏离其平均值的程度，是标准差与平均值之比，表示面积的波动程度[15]，即

CVm=Sm×100% （6）

式中，m=1、2、3时，CVm分别表示受灾、成灾和绝收率的变异系数，Sm分别表示受灾、成灾和绝收率的标准差，分别表示受灾、成灾和绝收率的平均值。变异系数越大，则灾害的波动性越大。

1.2.4 灾害强度及等级划分

损失率反映了灾害的致灾程度，采用下式计算历年损失率变异值[16]，即

式中，Zi为第i年损失率变异值，Ri为第i年损失率中值（损失率上限和下限的平均值）的平均值，为多年损失率中值的平均值，S为研究期间40a损失率的标准差。

计算1976-2015年全国干旱、洪涝、风雹以及低温的历年损失率变异值，基于上述计算结果，结合前人的分级标准[16]，将各类农业气象灾害划分为重灾（Z≥1.5）、中灾（0.5≤Z＜1.5）、轻灾（Z＜0.5）3个等级。

2 结果与分析

2.1 主要农业气象灾害受灾程度变化特征

2.1.1 受灾率

经计算，1976-2015年洪涝、干旱、风雹和低温灾害的多年平均受灾面积占农作物总受灾面积的96.7%，是农业生产的四大主要气象灾害。分析历年主要农业气象灾害受灾率的变化趋势可知（图1a），总体上看，研究期内（1976-2015年）农作物受灾率存在极显著的减小趋势（P＜0.01），其中，干旱和风雹受灾率的变化与此相符，而洪涝和低温的变化趋势不显著。比较受灾面积的变异系数可知（表1），低温、洪涝受灾率的波动性大于干旱和风雹。由图1b可见，研究期内1976-1985年平均受灾率相对较小，1986-2005年逐渐增大，2006-2015年又显著减小，是40a间平均受灾率最小的10a，其中洪涝平均受灾率的变化趋势与此相符，而低温平均受灾率在分析期内逐渐增加。

注：**表示变化趋势极显著，*表示显著。T、F、D、WH和LT分别表示总体灾害、洪涝、干旱、风雹和低温。图2、图3和图4同

Note:**indicates extremely significant,*indicates significant. T，F，D，WH and LT indicate total, flood, drought, wind, and low temperature disasters, respectively. The same as Fig.2, Fig.3 and Fig.4

2.1.2 成灾率

由图2a可知，总体上，分析期内（1976-2015年）农作物总成灾率的变化趋势不显著，而风雹成灾率呈显著减小的趋势，洪涝、干旱和低温成灾率的变化趋势均不显著，存在阶段性的变化特征。由年代平均成灾率可知（图2b），总成灾率变化具有明显的阶段性特征，1976-1985年平均成灾率相对较小，1986-2005年明显增大，2006-2015年又显著减小，洪涝和干旱成灾率的变化与此相符，而低温平均成灾率在分析期内逐渐增加。

2.1.3 绝收率

分析历年主要农业气象灾害绝收率变化趋势可知（图3a），总体上，分析期内（1976-2015年）农作物绝收率的线性趋势不显著，其中，洪涝、干旱、风雹和低温绝收率的变化趋势均不显著，存在阶段性的变化特征。由图3b可知，总绝收率变化具有明显的阶段性特征，与总成灾率的阶段性特征相同。其中，1976-1985年洪涝、干旱和风雹平均绝收率相对较小，1986-2005年明显增大，2006-2015年又显著减小；而低温平均绝收率在分析期内逐渐增加。

比较受灾率、成灾率和绝收率的变异系数可见（表1），4种灾害的绝收率的变异系数最大，其次是成灾率，受灾率的变异系数最小，说明灾害越严重，其波动性越大。

表1 四种灾害受灾率、成灾率和绝收率的变异系数（%）

2.2 主要农业气象灾害损失率变化特征

农作物产量的波动受农业气象灾害的影响[7]，损失率反映了灾害对作物产量的影响，体现了农作物的易损性、脆弱性等特征。由多项式拟合的结果可知（图4），分析期内（1976-2015年）四大灾害总体损失率的上限和下限呈先增加后减小的趋势，平均损失率为7.1%～15.7%；洪涝和干旱损失率的上限和下限变化趋势与之一致，洪涝和干旱平均损失率分别为2.0%～4.2%、3.8%～8.6%，1976-1985年平均损失率的上限和下限相对较小，1986-2005年明显增大，2006-2015年又显著减小；而风雹损失率的上限和下限呈减小的趋势，平均损失率为0.8%～1.7%，分析期内损失率上限和下限分别下降了0.5%和0.2%；低温损失率的上限和下限则呈增加趋势，平均损失率为0.5%～1.1%，分析期内损失率上限和下限分别增加了0.8%和0.5%。

2.3 主要农业气象灾害强度变化特征

为了反映各类灾害的强度，计算全国干旱、洪涝、风雹和低温灾害的历年损失率变异值（Z），基于计算结果，结合工作实践，将各类灾害分为重灾、中灾和轻灾3个等级，具体标准为重灾（Z≥1.5），中灾（0.5≤Z＜1.5），轻灾（Z＜0.5）。根据该标准，对1976-2015年全国干旱、洪涝、风雹和低温灾害的灾害等级进行划分（表2），由表2可见，四类灾害发生轻灾的次数较接近；干旱和风雹发生中灾的次数分别为9、8次，明显多于洪涝和干旱；而洪涝灾害发生重灾的次数最多，其次是风雹，最后是洪涝和低温。对比各类灾害不同等级的发生次数可知，洪涝为突发性灾害，致灾强度大。干旱、风雹为常态性灾害，其发生频率高。

表2 1976-2015年不同等级灾害发生次数统计

3 结论与讨论

3.1 结论

总体上看，1976-2015年中国主要农业气象灾害的受灾率呈极显著减小的趋势，而成灾率和绝收率变化趋势不显著。干旱受灾率呈极显著的减小趋势，而成灾面积和绝收面积存在阶段性变化特征。洪涝受灾率、成灾率和绝收率线性变化趋势不显著，1976-1985年其各项灾害指标相对较小，1986-2005年明显增大，2006-2015年又显著减小，这是由于洪涝灾害波动性大。在分析期内风雹受灾率、成灾率呈显著减小的趋势，且其波动性最小。而低温的受灾率、成灾率和绝收率的线性变化趋势虽不显著，但各项指标的年代平均逐渐增加。

研究期内四大灾害总体损失率的上下限呈先增加后减小的趋势，其平均损失率为7.1%～15.7%。洪涝和干旱的上下限均呈先增加后减小的变化趋势，而风雹呈减小的趋势，低温呈增加的趋势；洪涝、干旱、风雹和低温近40a平均损失率分别为2.0%～4.2%、3.8%～8.6%、0.8%～1.7%和0.5%～1.1%。

四类灾害等级划分结果表明，洪涝为突发性灾害，致灾强度大，干旱、风雹为常态性灾害，灾害发生频率高。这与以往研究结果相吻合，干旱主要发生在北方，风雹以山前为重，两种灾害在两类地区基本是常态，如北方许多地区都有十年九旱之说。

3.2 讨论

近40a全国主要农业气象灾害总体上受灾面积显著减少，但成灾和受灾面积变化趋势不显著。这是由于一方面在气候变化背景下极端天气气候事件增多[17-18]，另一方面农业减灾能力的增强使轻灾面积下降，但对于重大灾害的抗御能力仍然不足。

除低温灾害外，其它灾害在近10a显著减轻，有效灌溉面积的增加，节水与旱作技术的进步与推广[19]，以及降水的区域特征显著，西北干旱区降水增加，使得干旱面积缩小[20]。而风雹面积减小是由于全球变暖高纬度甚于低纬度，南北气压差缩小[21]。低温灾害各项面积的年代平均呈增加趋势，主要是由于气候变暖使得热量条件改善，东北地区更换偏晚熟的品种、向高纬度高海拔过度扩种、春季过早播种等[22]增加了遭遇低温灾害的概率。

[1]章国材.防御和减轻气象灾害:2006年世界气象日主题[J].气象,2006,32(3):3-5.

Zhang G C.Prevention and mitigation of the meteorological disasters:the world meteorological day,2006[J]. Meteorological Monthly,2006,32(3):3-5.(in Chinese)

[2]王道龙,钟秀丽,李茂松,等.20世纪90年代以来主要气象灾害对我国粮食生产的影响与减灾对策[J].灾害学,2006, 21(1):18-22.

Wang D L,Zhong X L,Li M S,et al.Impacts of main agro- meteorological disasters on China agriculture since the 1990s and the disaster mitigation strategies[J].Journal of Catastrophology, 2006,21(1):18-22.

[3]霍治国,李世奎,王素艳,等.主要农业气象灾害风险评估技术及其应用研究[J].自然资源学报,2003,18(6): 692-703.

Huo Z G,Li S K,Wang S Y,et al.The main agricultural meteorological disaster risk assessment technology and its application research[J].Journal of Natural Resources,2003, 18(6):692-703.

[4]程纯枢.中国的气候与农业[M].北京:气象出版社,1991.

Cheng C S.China's climate and agriculture[M].Beijing: Meteorological Press,1991.

[5]卢丽萍,程丛兰,刘伟东,等.30年来我国农业气象灾害对农业生产的影响及其空间分布特征[J].生态环境学报, 2009,18(4):1573-1578.

Lu L P,Cheng C L,Liu W D,et al.Effect of the agricultural meteorological disasters on agricultural production and its spatial distribution characteristics during the last 30 years in China[J].Ecology and Environmental Sciences,2009,18(4): 1573-1578.(in Chinese)

[6]李祎君,王春乙,赵蓓,等.气候变化对中国农业气象灾害与病虫害的影响[J].农业工程学报,2010,26(S1):263-271.

Li Y J,Wang C Y,Zhao B,et al.Effects of climate change on agricultural meteorological disaster and crop insects diseases[J].Transactions of the CSAE,2010,26(Supp.1):263- 271. (in Chinese)

[7]王春乙,娄秀荣,王建林.中国农业气象灾害对作物产量的影响[J].自然灾害学报,2007,16(5):37-43.

Wang C Y,Lou X R,Wang J L.Influence of agricultural meteorological disasters on output of crop in China[J]. Journal of Natural Disasters,2007,16(5):37-43.(in Chinese)

[8]房世波,阳晶晶,周广胜.30年来我国农业气象灾害变化趋势和分布特征[J].自然灾害学报,2011,20(5):69-73.

Fang S B,Yang J J,Zhou G S.Change trend and distributive characteristics of agrometeorological disasters in China in recent 30 years[J].Journal of Natural Disasters,2011,20(5): 69-73.(in Chinese)

[9]胡亚南,李阔,许吟隆.1951-2010年华北平原农业气象灾害特征分析及粮食减产风险评估[J].中国农业气象,2013, 34(2):197-203.

Hu Y N,Li K,Xu Y L.Characteristic analysis of agricultural meteorological disasters and risk assessment of the crop loss in North China Plain during 1951-2010[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2013,34(2):197-203.(in Chinese)

[10]马建勇,许吟隆,潘婕.东北地区农业气象灾害的趋势变化及其对粮食产量的影响[J].中国农业气象,2012,33(2):283-288.

Ma J Y,Xu Y L,Pan J.Analysis of agro-meteorological disasters tendency variation and the impacts on grain yield over Northeast China[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2012,33(2):283-288.(in Chinese)

[11]张桂香,霍治国,吴立,等.1961-2010年长江中下游地区农业洪涝灾害时空变化[J].地理研究,2015,34(6):1097-1108.

Zhang G X,Huo Z G,Wu L,et al.The temporal and spatial variations of agricultural flood disaster over the middle and lower reaches of the Yangtze River from 1961 to 2010[J]. Geographical Research,2015,34(6):1097-1108.(in Chinese)

[12]张梦婷,刘志娟,杨晓光,等.气候变化背景下中国主要作物农业气象灾害时空分布特征Ⅰ:东北春玉米延迟型冷害[J].中国农业气象,2016,37(5):599-610.

Zhang M T,Liu Z J,Yang X G,et al.Temporal and spatial variations of agro-meteorological disasters of major crops in China under the background of climate change I:delayed chilling damage of spring maize in Northeast China[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2016,37(5): 599-610. (in Chinese)

[13]何斌,刘志娟,杨晓光,等.气候变化背景下中国主要作物农业气象灾害时空分布特征Ⅱ:西北主要粮食作物干旱[J].中国农业气象,2017,38(1):31-41.

He B,Liu Z J,Yang X G,et al.Temporal and spatial variations of agro-meteorological disasters of main crops in China in a changing climate Ⅱ:drought of cereal crops in Northwest China[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2017,38(1): 31-41.(in Chinese)

[14]江丽,安萍莉.我国自然灾害时空分布及其粮食风险评估[J].灾害学,2011,26(1):48-53.

Jiang L,An P L.Temporal and spatial distribution and grain risk assessment of natural disasters in China[J].Journal of Catastrophology,2011,26(1):48-53.(in Chinese)

[15]李丽纯,陈家金,陈惠,等.福建省马铃薯气候减产的风险分析和区划[J].中国农业气象,2013,34(2):186-190.

Li L C,Chen J J,Chen H,et al.Risk analysis and division for potato climatic reduction in fujian province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2013,34(2):186-190.(in Chinese)

[16]张星,郑有飞,周乐照.农业气象灾害灾情等级划分与年景评估[J].生态学杂志,2007,26(3):418-421.

Zhang X,Zheng Y F,Zhou L Z.Grade classification and annual case assessment of agro-meteorological disasters in Fujian Province[J].Chinese Journal of Ecology,2007,26(3): 418-421. (in Chinese)

[17]周曙东,周文魁,林光华,等.未来气候变化对我国粮食安全的影响[J].南京农业大学学报(社会科学版),2013, 13(1):56-65.

Zhou S D,Zhou W K,Lin G H,et al.The impact of future climate change on China’s food security[J].Journal of Nanjing Agricultural University(Social Sciences Edition), 2013,13(1): 56-65.(in Chinese )

[18]秦大河,Stocker T,259名作者和TSU(驻伯尔尼和北京).IPCC第五次评估报告第一工作组报告的亮点结论[J].气候变化研究进展,2014,10(1):1-6.

Qin D H,Thomas Stocker,259Authors and TSU (Bern & Beijing).Highlights of the IPCC working groupⅠfifth assessment report[J].Advances in Climate Change Research, 2014,10(1):1-6.(in Chinese)

[19]冯颖,姚顺波,郭亚军.基于面板数据的有效灌溉对中国粮食单产的影响[J].资源科学,2012,34(9):1734-1740.

Feng Y,Yao S B,Guo Y J.Unit area crop yield response to effective irrigation in China based on a panel data model[J]. Resources Science,2012,34(9):1734-1740.(in Chinese)

[20]高继卿,杨晓光,董朝阳,等.气候变化背景下中国北方干湿区降水资源变化特征分析[J].农业工程学报,2015,31(12): 99-110.

Gao J Q,Yang X G,Dong C Y,et al.Precipitation resource changed characteristics in arid and humid regions in Northern China with climate changes[J].Transactions of the CSAE, 2015,31(12):99-110.(in Chinese)

[21]包云轩,覃文娜,高苹,等.江苏省近30年冰雹灾害的时空变化规律[J].自然灾害学报,2012,21(5):197-206.

Bao Y X,Qin W N,Gao P,et al.Spatiotemporal change patterns of hail disaster in Jiangsu Province during recent 30 years[J]. Journal of Natural Disasters,2012,21(5):197-206.(in Chinese)

[22]赵俊芳,杨晓光,刘志娟.气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响[J].生态学报,2009,29 (12):6544-6551.

Zhao J F,Yang X G,Liu Z J.Influence of climate warming on serious low temperature and cold damage and cultivation pattern of spring maize in Northeast China[J].Acta Ecologica Sinica,2009,29(12):6544-6551.(in Chinese )

Characteristics of Agricultural Meteorological Disasters in China from 1976 to 2015

LIU Xiao1, 2, HE Xue-min3, YOU Song-cai1

(1.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;3.Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

Based on the statistical data from 1976 to 2015, the disaster rate, loss rate and levels of major agricultural meteorological disasters were calculated and analyzed, including flood, drought, hail and low temperature. The results revealed that, (1) in general, disaster-induced rate of major agricultural meteorological disasters decreased from 1976 to 2015 in China, while the trend of disaster-affected rate and no harvest rate were not significant. Drought was almost the same as the overall trend. The flood-induced rate, flood-affected rate and no harvest rate showed the characteristics of stage change, and the average of those three indicators from 1986-2005 was the largest. The hail falling trend was remarkable, and disaster-induced rate and disaster-affected were significantly reducing. However, the low temperature disaster rate of the 10-year average gradually increased. (2) The upper and lower limits of the overall loss rate increased first and then decreased, with an average loss rate of 7.1%-15.7%. Drought and flood showed the trends of increased first and then decreased, hail showed decreasing trend, while low temperature showed increasing trend. The average loss rate of drought, flood, hail and low temperature were 2.0%-4.2%, 3.8%-8.6%, 0.8%-1.7% and 0.5%-1.1% respectively. (3) The number of times of flood at severe level was the most, thus flood was a sudden disaster. Drought and hail were normal disasters with a high frequency.

Agricultural meteorological disasters; Characteristics; Loss rate; Disaster level

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.08.002

2016-12-09

。E-mail: yousongcai@caas.cn

重点研发计划项目（2017YFD0300400）；中国清洁发展机制基金赠款项目（2014109）

刘笑（1993-），女，硕士生，研究方向为气象灾害与减灾。E-mail: smilefanf@126.com

刘笑,何学敏,游松财.1976-2015年中国主要农业气象灾害的变化特征[J].中国农业气象,2017,38(8):481-487