黑龙江省玉米低温冷害天气指数保险设计

余 兰 ，钟化然

（1.海伦市气象局，黑龙江 海伦 152300；2.安达市气象局，黑龙江 安达 151400）

1 引言

黑龙江省地处吉林玉米种植带区域，以种植春玉米为主[1]。截至2018年，黑龙江省玉米总产量达3982万吨，种植面积达6317千公顷 （国家统计局，2018）。玉米是一种极具代表性的喜温作物，它在整个生育期对低温都极为敏感[2]。黑龙江省地处我国中高纬度地区，玉米生长季热量资源严重不足，低温冷害频繁发生。自1980年以来，黑龙江省的气候明显变暖，近50 a内气温上升幅度高达1.0℃[3]，原来的玉米种植区低温冷害的发生频率及强度也随之下降[4，5]。然而，气候变化并非是一成不变的，温度年际变化频繁发生，上述因素不仅在一定程度上抵消了积温增加的效应，而且大大增加了低温冷害发生的风险概率[1]。因此，低温冷害仍是威胁玉米正常生长发育和粮食安全生产的主要农业气象灾害之一。

天气指数保险是保险合同以指数为基础，这种指数表示单一或者多个气象要素对农作物的损害程度，如果指数达到一定水平且对农产品造成一定影响，投保人就能得到相应标准的赔偿[6]。作为一种新型的保险模式，天气指数保险具有客观性、科学性、及时性等特性[7]。由于我国气象灾害频发、重发，同时农业保险市场态势较好，各地的天气指数保险快速发展[7]。天气指数保险既有利于规避农业生产风险，又有利于提高防灾减灾和灾后恢复能力，自上世纪90年代以来国内外研究人员逐渐重视这一领域，同时进行了许多研究工作。然而，目前并未见到有关黑龙江省玉米低温冷害天气指数保险的文章。因此，本文依据黑龙江省玉米生长季低温冷害造成的玉米产量损失和气象要素之间存在的关系，建立玉米低温冷害保险的赔付标准，并根据玉米低温冷害风险分布情况，设计不同保险费，从而完成黑龙江省玉米低温冷害天气指数保险产品的设计。

2 资料与方法

2.1 研究资料

本研究选取了黑龙江省22个玉米农业气象站（图 1）1981－2016 年 5－9 月逐日平均气温数据、各站点经纬度数据，来源于黑龙江省气象局。本文所选用的玉米产量数据，为气象部门建有玉米农业气象观测站的22个县 （市）1981－2016年的玉米单产数据，来源于黑龙江省统计局。

图1 黑龙江省玉米农业气象站点分布

利用Excel和SPSS软件对玉米低温冷害天气指数和单产数据进行处理分析。

2.2 玉米低温冷害天气指数选取

天气指数通常由一个或几个气象条件构成[7]。需具备客观性、可验证性及稳定性。指数可以利用已经颁布的农业气象灾害标准[7]，因此本研究利用最新的玉米低温冷害国家标准[8]，选择玉米生长季5－9月逐月平均气温之和的距平（△T）为玉米低温冷害天气指数。玉米低温冷害强度等级[8]见表1。

玉米低温冷害天气指数的计算公式为

表1 黑龙江省玉米低温冷害强度等级

式中，△T为玉米低温冷害天气指数 （℃），Tt为当年5－9月逐月平均气温之和（℃），T为5－9月逐月平均气温之和的多年平均值（℃）。

2.3 玉米单产减产率的计算

利用历年的单产数据和步长为5 a的滑动平均法[9]，模拟趋势产量Yt，进而分离出气象产量，从而依据式（2）计算相对气象产量Yw：

式中，Y为农作物实际产量[7]。若Yw＜0，则意味着气象条件对作物生长不利，导致作物减产，视－Yw≥5%的年份为减产年[10]，－Yw即为减产率。

2.4 玉米低温冷害天气指数保险费的计算

依据张韵启[11]的研究，保险公司的赔付率为保险公司期望赔偿的金额与保险费的比值，农户的损失为不发生赔付时需投入的保险费。将这两个指标之和设为目标函数D，当D最小时，保险公司的赔付额和农户的损失相对最小，就得出了最优保险费，则目标函数的计算公式为

式中，B为保险金额，P为灾害概率，M为保险费，L为玉米类保险投保人负担比[11]。由于农业保险费不宜过高，假设约束条件为：0＜M＜100 (单位：元/666.7m2)。依据黑龙江省农业保险保费补贴管理办法的相关规定，玉米类保险中央、省、市县财政补贴分别为40%、25%和15%，投保人负担20%，所以L为0.2。

2.5 玉米低温冷害风险评估

通常可以利用气象灾害风险评估的结果来修订天气指数保险的保险费率。玉米低温冷害风险大小既受天气影响，又与种植区经济发展水平、地理环境、抗灾能力等因素有关[12]。因此，各种植区风险程度不同，应实施不同费率，本文依据不同种植区低温冷害风险评估结果来修订保险费率，以实现不同区域差別费率。致灾因子危险性是本文玉米低温冷害风险评估的主要考虑因素[13]。

致灾因子危险性通常用来表示发生灾害的可能性。该指数越大，表示发生玉米低温冷害的可能性越大，从而对玉米产量的影响程度也就越大；反之亦然。本文用玉米低温冷害频率和强度乘积的绝对值来表示玉米低温冷害致灾因子危险性，

依据式（5）对致灾因子危险性指数做无量纲化处理，进而得到黑龙江省玉米低温冷害风险指数[12]。

式中，H′为无量纲化值，H为原始值，Hmin为最小值，Hmax为最大值。风险指数越大，表示玉米低温冷害出现的风险越大，设定风险Ⅰ区为风险指数较高区域，该区费率浮动系数较大；其余为风险Ⅱ区。

3 结果与分析

3.1 玉米低温冷害天气指数与减产率的关系

将22个站点玉米低温冷害明显发生且导致玉米发生减产的样本作为典型的低温冷害样本，利用SPSS软件，分析黑龙江省玉米低温冷害天气指数与玉米单产减产率的相关性，并利用线性回归分析法得到两者的回归方程

式中，X为减产率（%）。当玉米低温冷害天气指数减少1℃时，减产率增加5.85%。根据式（6）计算得到表2，即不同玉米低温冷害天气指数对应的玉米单产减产率。

表2 黑龙江省玉米低温冷害天气指数与减产率的关系

3.2 玉米低温冷害风险评估

利用ArcGIS反距离权重法插值，采用自然断点法将黑龙江省玉米低温冷害风险等级分为3级，即高风险区、中等风险区和低风险区，详见图2。黑龙江省玉米低温冷害高风险区位于西部的龙江，以及西南部的哈尔滨和双城；中等风险区位于中部的勃利和集贤、东部的饶河，以及北部和西部大部分地区。设定以上地区为风险Ⅰ区，其余为风险Ⅱ区。根据经验，设定风险Ⅰ区和风险Ⅱ区的费率浮动系数分别为 1.2和 1.0。

图2 黑龙江省玉米低温冷害风险空间分布

3.3 玉米低温冷害天气指数保险的赔付标准

按照目前玉米市场平均价格1.7元/kg推算，在正常情况下黑龙江省玉米亩产值可以达到850元，保障水平取70%，即保险金额B为595元/666.7m2。当玉米低温冷害天气指数 （△T）≤－5℃时起赔。将△T代入式（6）中即得减产率，赔偿金额则为保险金额与减产率的乘积。将B=595元/666.7m2，灾害概率P=0.08，L=0.2代入式（3）中，利用 LINGO 软件得到保险费M=16元/666.7m2。不同地区保险费为保险费率浮动系数与M的乘积，则风险Ⅰ区和风险Ⅱ区的保险费分别为19.2元/666.7m2和16元/666.7m2。

4 结论和讨论

本文依据中国气象局 《农业保险气象服务指南—天气指数设计》的规定，利用最新的玉米低温冷害国家标准，选择5-9月逐月平均气温之和的距平作为黑龙江省玉米低温冷害天气指数，通过分析黑龙江省22个玉米农业气象站的气温数据和玉米产量数据，利用SPSS软件得到了黑龙江省玉米低温冷害天气指数与减产率的关系模型，从而构建了黑龙江省玉米低温冷害天气指数保险的赔付标准，并利用黑龙江省玉米低温冷害风险评估结果修订了保险费。

通过统计分析历史数据，本文建立了黑龙江省玉米低温冷害天气指数模型，在理论上设计了黑龙江省玉米低温冷害天气指数保险产品，今后还有待开展试点应用来验证和修订有关参数。