湖南省油菜连阴雨灾害指标及产量损失评估

邓梅 刘热雄 王雪琦 肖诗尧 胡英超 杨芬

摘要：利用湖南省油菜种植区1991—2020年10个农业气象观测代表站的油菜生育期观测资料、1991—2020年逐日的气象资料以及油菜的产量资料，构建连阴雨类型并统计发生情况，采用拉格朗日插值法，通过期望产量提取油菜连阴雨灾损率，建立连阴雨日数与油菜产量损失评估模型。结果表明，油菜因连阴雨导致的产量灾损率在1.4%～18.1%之间，平均灾损率为8.0%;油菜花期—绿角形成期持续无日照（S1）和有/无降水日，日照不足2 h的组合最长持续日数（R3）2种类型的连阴雨同时出现时，油菜将显著性减产;绿角形成期—成熟期单独出现持续降水（R1），有/无降水和日照不足2 h组合（R3）的连阴雨类型时，一般减产率小于15%，而同时出现S1和R3将导致油菜明显减产;以最长连续无日照（S1）、最长连续降水日数（R1）和最长连续降水和无降水且日照小于2 h的组合日数（R3）为主，划分为轻、中、重3个等级的连阴雨气象灾害指标;最后构建了不同等级连阴雨与灾损率的评估模型，通过计算得到油菜花期—绿角形成期、绿角形成期—成熟期遇轻度连阴雨时的平均灾损率分别为6.34%和8.11%;油菜花期—绿角形成期、绿角形成期—成熟期遇中度连阴雨时的平均灾损率分别为12.72%和11.10%。该研究结果可为农业决策和生产部门进行品种规划、灾害风险管理和种植管理提供科学依据。

关键词：油菜;连阴雨;灾害指标;灾损率;产量损失评估

中图分类号：S422  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2021）17-0096-04

收稿日期：2020-10-30

基金项目：湖南省气象局科技项目（编号：XQKJ20B008）。

作者简介：邓梅（1989—），女，湖南邵阳人，硕士，工程师，主要从事环境气象研究。E-mail：929023370@qq.com。

油菜为我国第一大油料作物，也是植物油最主要的来源，湖南省是我国重要的油菜主产区，自20世纪90年代以来其种植面积和产量均位于全国前列，近5年来该省油菜种植面积稳定在12万hm2左右，产量稳定在200万t左右，位居全国第3位[1-2]。但湖南省的亚热带季风气候和独特的地理环境，春季容易出现连阴雨天气，易造成低温寡照，土壤湿度大，使得油菜生长发育迟缓，甚至停滞，导致开花结角受阻，单株角果数减少，千粒质量下降，病虫害流行等，严重影响油菜的产量和品质[3-5]。有研究表明，在长江中下游地区，连阴雨是造成油菜减产的主要农业气象灾害[6-8]。

国内外学者对连阴雨天气的研究多集中于成因、气候背景、时空分布特征等方面[9-11]。关于连阴雨的灾害指标，前人也做了较多的研究，总结出了其发生规律，并构建出相关指标[12-13]，如刘瑞娜等筛选了连阴雨关键致灾因子，构建了油菜花期连阴雨指标[14];成林等通过连阴雨日数与减产率建立了夏玉米的连阴雨灾害等级指标[15]。目前湖南省关于油菜连阴雨灾害的研究多为2010年前的资料，且对于连阴雨灾害损失评估的研究相对不足，多为定性分析，缺乏定量化分析和评估，大多为采用单一因素如降雨日数作为致灾因子进行损失评估，如赵辉等利用拉格朗日插值法分离连阴雨灾损率，评估连阴雨的灾害损失[16]，许孟会等利用连阴雨过程日数，定性分析了连阴雨对信阳市冬小麦的影响与危害[17]。经实践证明，连阴雨常规指标存在总雨量要求偏低、连阴雨雨日间断、日照时数考虑不足等问题;另外，针对作物不同和地域差异，指标不可通用等问题。因缺乏油菜特定作物连阴雨指标的相关研究，目前农业气象服务业务工作中，没有明确的灾害评判和灾害损失评估依据，导致农业气象灾害预警、评估和气象灾害保障服务等工作较被动。

本研究根据日照和降水构建连阴雨类型并统计发生情况，采用拉格朗日插值法，通过期望产量提取油菜连阴雨灾损率，建立连阴雨日数与油菜产量损失评估模型，可为农业管理部门决策、农作物生产布局、农民生产种植和防灾减灾提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据资料

本研究选取湖南省15个农业气象试验（观测）站1991—2020年的油菜观测资料，1991—2020年（10月至次年5月）相应国家气象站的逐日气象资料，数据来源于湖南省气象信息中心;湖南省统计局提供的1991—2020年油菜种植面积及产量资料。

1.2 资料筛选

分析各站点油菜生育期观测资料，湖南省油菜大都在9月中下旬开始播种，至次年5月上中旬收获，开花—绿角形成期主要集中在3月，绿角形成期—成熟期主要集中在4—5月。因此，本研究的气象资料选取10月至次年5月间的数据。另外，油菜出苗期湖南省气候以秋旱少雨为主，连阴雨对油菜产量影响甚微[18]，故在构建指标时只考虑开花期至成熟期的连阴雨情况。

1.3 研究方法

1.3.1 产量灾损率 油菜产量灾损通常是由于连阴雨、冻害、干旱和渍害等农业气象灾害共同影响造成的，为了单独将连阴雨引起的灾损提取出来，首先利用拉格朗日插值法[19]计算出期望产量。期望产量是指油菜花期至成熟期未出现连阴雨灾害时的可能产量。首先，在产量序列中筛选出基本无明显灾情年份x1，x2，…，xn，提取出对应年份的油菜单位面积产量y1，y2，…，yn，构成基本序列，然后，根據拉格朗日插值原理，出现灾情的第x年，假设不受灾情影响的期望产量 表示为：

yh（x）=∑ni=1yi∏nj=1x-xjxi-xj。（1）

式中：∏nj=1表示乘积取遍j从1到n的全部数值，但去除j=i的情况。

最后，由期望产量和实际产量，便可得出因连阴雨灾害造成的灾损率yd：

yd=（yh-yt）/yh×100%。（2）

式中：i，j=1，2，3，…，n为基本无连阴雨灾害年的年份序列;yh为期望产量;yt为实际产量。当yd<0时，表示连阴雨对作物产量影响较小，当yd≥0时，其数值表示连阴雨对作物产量造成损失率的大小。

1.3.2 指标构建 考虑到油菜生殖生长期间光照不足和持续降水均会影响其生长发育和产量的形成，其次，光照不足和持续降水可能会产生复合影响，因此，分别从日照持续不足、连续降水及两者的组合方面构建连阴雨灾害指标。筛选出油菜开花期至成熟期逐日资料中满足以下条件的日数：（1）最长连续无日照时数的日数（S1）;（2）最长连续降水日数（R1）;（3）有/无降水日，日照不足1 h的组合最长持续日数（R2）;（4）有/无降水日，日照不足2 h的组合最长持续日数（R3）。

（1）相关分析。为了明确连阴雨气象条件与油菜减产率的相关分析，将灾损率划分为0～5%、>5%～10%、>10%～15%和>15% 4个等级，分别求算各级灾损率与连阴雨日数的相关程度。

（2）统计分析。从对灾损率影响高的样本区间中，通过逐级排序及频数统计，筛选连阴雨指标。首先对S1排序，S1相等时，记录频数最高的R1、R2和R3的值，以此类推。将各类连阴雨出现的日数与平均日数相比较，大于平均状况的即可认为出现了连阴雨灾害，以此划定油菜花期至成熟期的连阴雨指标。

2 结果与分析

2.1 产量灾损率

筛选出1991—2020年油菜花期至成熟期出现S1、R1、R2和R3的所有连阴雨情况，通过拉格朗日插值法计算得到期望产量，以此计算出各站点因连阴雨导致的油菜产量灾损率（圖1），可以得出，油菜因连阴雨导致的产量灾损率在1.4%～18.1%之间，平均灾损率为8.0%。

2.2 灾损率与连阴雨日数的相关性分析

筛选出1991—2020年油菜因连阴雨减产的年份，分别计算灾损率与花期—绿角形成期（P1）、绿角形成期—成熟期（P2）连阴雨日数的相关系数（表1、表2）。从表1可以得出，>10%～15%灾损率等级与R3的相关系数达到显著性水平，>15%灾损率等级与S1、R3的相关系数达到显著性水平，表明花期—绿角形成期持续无日照和有/无降水日，日照不足2 h的组合最长持续日数2种类型的连阴雨同时出现时，将对油菜的最终产量有显著的减产效应。

表2中显示>5%～10%灾损率等级与R3，>10%～15%灾损率等级与R1以及>15%灾损率等级与S1、R3的相关系数均达到显著性水平，表明绿角形成期—成熟期单独出现持续降水，有/无降水和日照不足 2 h 组合的连阴雨类型时，一般减产率小于15%，而绿角形成期—成熟期同时出现S1和R3将导致油菜显著性减产。

2.3 连阴雨指标构建

统计17个代表站1991—2020年花期至成熟期各类型的连阴雨日数，先将S1按从小到大排序，S1可分为5～13（步长为1）9档次，然后依次统计S1各档次中R1、R2和R3出现的日数。由表3可以看出，花期—绿角形成期S1的平均日数为8 d，与之对应的R1、R2和R3出现的日数分别为6、9、10 d，视为中度灾害;当S1大于13时的样本数仅占总样本数的4.1%，可认为极端灾害性天气，视为重度连阴雨灾害。同理分析R1、R2和R3。

由于有/无降水和日照不足1 h组合的连阴雨类型R2包含在有/无降水和日照不足2 h组合的连阴雨类型R3中，因此分类时不单独考虑R2的情况，最后根据表3和各类型连阴雨出现的日数确定连阴雨灾害指标（表4）。

2.4 连阴雨灾害损失评估

根据表4中的油菜连阴雨等级指标，筛选出1991—2020年因连阴雨导致的减产年，分别统计花期—绿角形成期和绿角形成期—成熟期的各类连阴雨日数，与灾损率建立多元回归方程，获得不同等级连阴雨与灾损率的回归系数（表5），将油菜生长不同时期出现的连阴雨日数和对应的系数代入公式3，即可得出因连阴雨导致的灾损率。

|a|=C0+C1S1+C2R1+C3R2+C4R3。（3）

通过计算得到油菜花期—绿角形成期、绿角形成期—成熟期遇轻度连阴雨时的平均灾损率分别为6.34%和8.11%;油菜花期—绿角形成期、绿角形成期—成熟期遇中度连阴雨时的平均灾损率分别为12.72%和11.10%。

3 结论与讨论

（1）通过统计分析1991—2020年油菜生长期内连阴雨发生情况，采用拉格朗日插值法计算得到期望产量，计算得到油菜因连阴雨导致的产量灾损率在1.4%～18.1%之间，平均灾损率为8.0%，表明连阴雨是影响油菜产量的主要农业气象灾害。

（2）分阶段统计油菜花期—绿角形成期（P1）、绿角形成期—成熟期（P2）与灾损率的相关性。油菜花期—绿角形成期（P1）>10%～15%灾损率等级与R3、>15%灾损率等级与S1和R3的相关系数达到显著性水平，表明花期—绿角形成期持续无日照（S1）和有/无降水日，日照不足2 h的组合最长持续日数（R3）2种类型的连阴雨同时出现时，将对油菜的最终产量有显著的减产效应;绿角形成期—成熟期（P2）>5%～10%灾损率等级与R3、>10%～15%灾损率等级与R1以及>15%灾损率等级与S1和R3达显著相关，表明绿角形成期—成熟期单独出现持续降水，有/无降水和日照不足2 h组合的连阴雨类型时，一般减产率小于15%，而绿角形成期—成熟期同时出现S1和R3将导致油菜显著性减产。

（3）以最长连续无日照（S1）、最长连续降水日数（R1）和最长连续降水和无降水且日照小于2 h的组合日数（R3）为主，划分了影响油菜轻、中、重3个等级连阴雨气象灾害指标。

（4）分别统计花期—绿角形成期和绿角形成期—成熟期的各类连阴雨日数，与灾损率建立多元回归方程，获得不同等级连阴雨与灾损率的评估模型，通过计算得到油菜花期—绿角形成期、绿角形成期—成熟期遇轻度连阴雨时的平均灾损率分别为6.34%和8.11%;油菜花期—绿角形成期、绿角形成期—成熟期遇中度连阴雨时的平均灾损率分别为12.72%和11.10%。

连阴雨灾害是复杂的农业气象灾害，不同作物的不同发育时期对其的响应程度不同，分作物分阶段制定连阴雨标准尤为重要，可更有效地评估连阴雨的不利影响，但连阴雨发生期间除了温光水对作物的影响外，空气湿度、太阳辐射等因素均会对作物生长发育产生一定的影响[20]，今后将考虑连阴雨期间其他因素的综合影响，分析连阴雨灾害对作物生长的影响。

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