近40年来华中地区农业气象灾害损失变化特征及影响

陈笑笑，黄治勇，姚 瑶，鞠英芹，段 彭，李留毅，杨 倩

（1.中国气象局 气象干部培训学院 湖北分院，湖北 武汉 430074；2.暴雨监测预警湖北重点实验室，湖北 武汉 430205；3.湖北国际物流机场有限公司，湖北 鄂州 436000）

0 引言

我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，且灾害种类多，分布地域广，发生频率高，造成损失重［1］。据世界气象组织估计，气象灾害造成的损失约占各种自然灾害总损失的85%，而旱灾损失又占气象灾害损失的50%左右［2］。中国作为农业大国，农作物生产安全问题直接关系着经济的可持续发展，而每年受气象灾害损失的农作物面积高达5000万hm2，直接经济损失达几十亿元［3-4］。目前已有不少学者对农业气象灾害开展了研究，分全国性［5-9］、区域性［10-13］和单一省份［14-18］等，包括农业气象灾害的特点、分布、对粮食生产的影响以及应对策略［19-21］等都有一定的分析，这些或研究时间太短，或研究时间太过久远，且多集中于北方，而对南方农作物影响的研究较少。近年来受全球气候变化影响，极端天气频发，且多集中于黄河以南地区，尤其是2022年以来，全球性的高温热浪事件影响甚广，据应急管理部统计，截至2022年8月底，受高温干旱的影响，长江流域内饮水困难人口达340多万人，农作物受灾面积达370万hm2以上，造成的农作物损失和经济损失相当严重。

华中地区是我国主要粮食生产地区之一，地理环境复杂，又地处黄河流域和长江流域上，受汛期洪涝灾害影响大。目前，对该区域的农业气象灾害研究多集中在单一省份气象要素对农业的影响，且多以受灾、成灾面积来衡量，未从损失角度进行归一化处理。本研究基于1980—2019年主要影响华中地区的水灾、干旱、风雹和冷冻4种农业气象灾害指标的变化特征及其对粮食作物的影响，找出其气象灾害变化规律，提出相应的防灾减灾措施，对提高我国粮食产量和减少农业损失具有十分重要的意义。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文收集了1980—2019年华中地区3个省份的农作物播种面积、粮食播种面积、粮食总产量以及主要影响华中地区的4种农业气象灾害指标（水灾、旱灾、风雹和冷冻）造成的作物受灾面积（粮食损失10%以上）、成灾面积（粮食损失30%以上）和绝收面积（粮食损失70%以上），数据来源于中国农业农村部种植业管理司和国家统计局。

1.2 研究方法

1.2.1 灾害强度指数 根据赵映慧等［22］的研究认为，灾害强度指数是一种反映灾害强度大小的加权百分数，能够更好地解释农业气象灾害真实的演变特征。将成灾率和绝收率分别赋值为0.3、0.7，并构建灾害强度指数Q，计算公式为：

式（1）中，Q为灾害强度指数；A为受灾率，B为成灾率，C为绝收率。致灾率为致灾面积与当年农作物播种面积之比。

1.2.2 粮食灾损量和灾损率 通过比重法来确定粮食灾损量，计算公式为：

式（2）中，Fd(万t) 为粮食灾损量；R为粮食种植面积占农作物种植面积的比例；A1、A2、A3（hm2）分别为轻灾、中灾和重灾的作物面积；Y（kg/hm2）为粮食单产水平；P1、P2、P3分别为受灾、成灾和绝收粮食产量的下降程度，根据受灾、成灾和绝收的定义，通过中值法确定其值分别为20%、45%和80%，其中灾损率为灾损量与粮食总产量的比值。

2 结果与分析

2.1 农业气象灾害的年际变化和年代际变化

华中地区农业气象灾害致灾率年际变化基本保持一致，整体呈下降趋势（图1）。受灾率和成灾率的气候倾向率分别为-0.071%/10 a、-0.039%/10 a，且通过了0.01的显著性检验，说明轻度灾害造成的粮食减产比例下降趋势最明显，其中2005年后河南省的致灾率出现了陡降的趋势，这与当地气候条件和河南省政府加强了农田水利设施整改有较大关系。湖北和湖南2省的气象灾害致灾率的下降趋势基本相同。2008年除河南省外，其他2省的受灾率和成灾率均达到最大值，这与当年南方大范围雪灾天气有关，华中地区受灾率整体高于成灾率10～20个百分点。

图1 华中地区农业气象灾害受灾率和成灾率的年际变化

华中地区受灾率、成灾率的年代际变化（图2）显示，华中地区受灾率和成灾率的变化规律基本一致，水灾和旱灾这2个农业气象灾害指标的致灾率远高于风雹和冷冻，且21世纪后致灾率呈明显下降的趋势。河南省各年代农业气象灾害指标的致灾率由大到小依次为旱灾＞水灾＞风雹＞冷冻，其中旱灾的致灾率远高于水灾，最大出现在1980—1989年（写成1980s，下同），受灾率和成灾率分别为20.3%、9.8%，其次为1990s；水灾致灾率最大出现在2000s，受灾率和成灾率分别为6.5%、3.9%，说明旱灾是河南省的主要农业气象灾害。湖北省水灾和旱灾的致灾率相对大小在各年代交替出现，水灾和旱灾的受灾率最大出现在1990s，分别为17.5%、14.0%，水灾成灾率最大为10.0%，旱灾成灾率最大出现在2000s，为8.2%，风雹和冷冻的致灾率在2010s以前整体呈上升的变化趋势，说明水灾和旱灾是湖北省的主要农业气象灾害。湖南省各年代水灾和冷冻这2个农业气象灾害指标的致灾率均呈先增加后减小的变化趋势，旱灾和风雹的致灾率基本上呈减小的变化趋势，水灾和旱灾的受灾率最大，均为17.8%，出现在21世纪以前。湖北、湖南2省的致灾率变化趋势保持高度一致，与这2省气候状况相似有关。

图2 华中地区农业气象灾害受灾率和成灾率的年代际变化

2.2 农业气象灾害的波动变化

由表1可知：华中地区近40年来农业气象灾害的受灾率和成灾率的突变点具有较好的一致性，水灾和冷冻的突变时间整体上早于旱灾和风雹，主要集中在20世纪80～90年代初，与全国的突变时间一致。风雹致灾率的突变时间最晚，多集中于2010s上半期，旱灾突变时间较分散，且同一地区受灾率和成灾率突变时间也有差距，说明导致其突变时间变化的驱动机制具有差异性，且形成机制也不同，同时不同区域防洪抗旱的条件与能力以及农作物对洪旱灾害的抵抗力等影响因素均是导致突变点有差异的重要原因。

表1 华中地区农业气象灾害受灾率和成灾率的突变时间

由于绝收面积只有近10年的数据，故本研究基于近10年来华中地区灾害强度指数变化情况进行分析。由图3可知：华中地区平均灾害强度指数呈现自北向南递增的趋势，旱灾强度指数表现则相反，这与区域年均降水量有关。近10年来，河南和湖北2省风雹平均灾害强度指数最大，分别为18.49%、21.69%；冷冻最小，分别为6.95%、12.47%；湖南4种灾害强度指数均在17.00%以上，其中水灾平均灾害强度指数最高，达26.34%。整体而言，华中地区农业气象灾害强度指数都较高，需重点防范。

图3 近10年来华中地区平均灾害强度指数和年际变化

近10年来，河南省风雹灾害强度指数呈波动减小的变化趋势，其他灾害指标的灾害强度指数呈先增加后减小的变化趋势，且均在2018年达到最大值，灾害强度指数大小依次为旱灾（40.23%）＞水灾（33.39%）＞冷冻（28.21%）＞风雹（19.53%）。湖北省冷冻灾害强度指数呈波动增加的变化趋势，其他灾害指标的灾害强度指数呈先增加后减小的变化趋势，旱灾、水灾和风雹3个农业气象灾害指标分别在2015、2017和2018年达到最大值，分别为22.2%、33.45%和32.24%。湖南省水灾和风雹灾害强度指数呈波动减小的变化趋势，旱灾和冷冻灾害强度指数呈波动增加的变化趋势，其中水灾最高灾害强度指数为77.24%，出现在2013年。

灾害变异系数表示灾害的波动程度，是致灾率标准差与平均值之比。变异系数越大，则灾害的波动性越大。由表2可知，华中地区受灾率的变异系数相对最小，波动性最小，年均受灾率较为稳定。其中水灾、旱灾、风雹的受灾率和成灾率波动性自南向北递增，冷冻灾害的表现则相反，绝收率中湖北省的波动性最小，风雹绝收率的变异系数仅为45.9%；就灾害种类而言，冷冻灾害的变异系数最大，波动性最大。其中河南省受灾率和成灾率的波动性由大到小表现为冷冻＞水灾＞风雹＞旱灾，说明河南省旱灾的致灾率较为稳定，但绝收率波动性较大；而湖北省受灾率和成灾率的波动性由大到小表现为冷冻＞风雹＞旱灾＞水灾，说明湖北省水灾的致灾率较为稳定，这与其处于长江中游地区并长期受梅雨、暴雨的影响有关，湖南省灾害的波动性规律相对不明显。

表2 华中地区农业气象灾害受灾率、成灾率和绝收率的灾害变异系数 %

2.3 农业气象灾害对粮食产量的影响

华中地区4种气象灾害受灾率（成灾率）与粮食单产量的相关性分析（表略）表明，气象灾害对粮食产量有很大的消极影响，整体负相关表现为河南＞湖南＞湖北。其中河南省粮食单产量与旱灾的受灾率（成灾率）相关性最大，达-0.757（-0.674），其 次 是水 灾，为-0.256（-0.253）、风 雹 为-0.22（-0.223）、冷冻为-0.233（-0.110），说明旱灾对河南省粮食单产量影响很大，其他气象灾害影响程度一般。湖北、湖南2省粮食单产量与气象灾害相关系数绝对值均不超过0.5，说明其影响程度一般，湖南省的相关系数大小排序为旱灾＞风雹＞水灾＞冷冻，湖北省的排序为水灾＞旱灾＞风雹＞冷冻。综合而言，冷冻与粮食单产量的相关性最小，所以农作物受其影响也较小，因此，防汛抗旱应作为华中地区农业气象灾害防灾减灾的重点。

用灾损量和灾损率来表示气象灾害对粮食产量的影响程度，由华中地区农业气象灾害的年均粮食灾损量和灾损率（图4）可知，华中地区的年均粮食灾损量依次为湖北（359万t）＞湖南（352万t）＞河南（204万t），湖北省的灾损量是河南省的1.76倍，这是因为河南省主要受旱灾影响，而湖北省气象灾害以水灾和旱灾为主。就灾害种类造成的灾损量而言，由大到小表现为水灾＞旱灾＞冷冻＞风雹，其中水灾和旱灾造成的粮食灾损量远高于风雹和冷冻，这与上述相关性系数研究结果一致；华中地区灾损率与灾损量变化一致，湖北、湖南2省粮食灾损率是河南省的6倍，可能是因为河南省粮食播种面积的基数大，河南虽地处最北，但冷冻灾损率最低，只有0.2%，说明河南省的农业气象灾害防范措施和农作物抗灾能力较强。

图4 华中地区农业气象灾害的年均粮食灾损量和灾损率

3 结论与讨论

本文通过分析1980—2019年华中地区的农业气象灾害数据，研究该地区农业气象灾害变化特征及其对粮食作物的影响，从农业气候资源利用角度提出相应的防灾减灾措施，得出如下结论：

华中地区农业气象致灾率整体呈下降趋势，河南省下降趋势最显著。受灾率和成灾率的气候倾向率分别为-0.071%/10 a、-0.039%/10 a，其中受灾率整体高于成灾率10～20个百分点。各年代际水灾和旱灾的致灾率远高于风雹和冷冻，21世纪后致灾率出现明显下降的趋势；水灾和旱灾是湖北、湖南2省的主要农业气象灾害，而河南省则以旱灾为主。

华中地区近40年来农业气象灾害的致灾率突变点基本一致，旱灾较为分散，水灾和冷冻的突变时间整体上早于旱灾和风雹。水灾、旱灾、风雹致灾率的波动性自南向北递增，冷冻灾害的表现则相反，波动性最大。河南省的旱灾和湖北省的水灾致灾率均较为稳定。年均灾害强度指数自北向南递增，旱灾表现则相反，各地区灾害强度指数呈波动性变化。

气象灾害对粮食产量有很大的消极影响，整体敏感性影响表现为河南＞湖南＞湖北，其中冷冻灾害对作物的影响最小，旱灾对河南省粮食单产量的影响最大。湖北、湖南2省粮食灾损率是河南省的6倍，就灾害种类造成的灾损量而言，由大到小表现为水灾＞旱灾＞冷冻＞风雹，防汛抗旱应作为华中地区农业气象灾害防灾减灾的重点。

因势利导，趋利避害地利用农业气候资源能够有效地缓解粮食作物减产，为农业做到防灾减灾。本研究认为可以从以下几点着手：一是优化作物品种布局，开展精细化区划与评价。针对当地的特色农业、设施农业等，尤其是丘陵山区的复杂农业气候类型，根据灾害气候特征和农作物对灾害的敏感度进行合理的布局和搭配；二是开展农业气候可行性论证与辅助决策。根据当地农业工程建设和政府决策的需要，提供气象专业的决策服务；三是开展气候变化对农业的影响和适应性分析。针对不同区域农业气象灾害的影响特点，提供农业生产长期适应和应对气候变化的对策，形成气候变化农业影响与适应评估报告等业务产品，为各级政府在农业生产规划、布局和应对措施等方面提供科学依据；四是加强农田水利设施的配套建设。有效解决洪涝、旱灾等气象灾害带来的不利影响，同时提高耕地质量，确保农业生产力的提升。