阴雨寡照灾害对云南烤烟的种植风险预测

韩 敏，杨鹏武，何雨芩，胡雪琼，朱 勇

（1元江县气象局，云南 玉溪 653100；2云南省气候中心，昆明 650034）

0 引言

云南是优质烟叶原料供应的中流砥柱。云南是烤烟的核心原料保障基地，2018年云南烤烟种植面积40.158万hm2，占全国烤烟种植面积的40%，产量82.29万t，占全国烤烟产量的39%[1]，对发展云南经济有非常重要的支撑作用。云南地形多属丘陵山区，区域气候特色明显，气候特征使得不同海拔地区呈现气候差异。云南处低纬高原，受亚热带季风控制，7—8月的大气环流季节转换，造成频繁南下的冷空气与季风带来的西南暖湿气流相遇，致使烤烟生长大田期易遭受阴雨寡照天气，严重影响烤烟的产量和品质，若阴雨寡照程度较强或长期处于阴雨天气，烤烟甚至会出现死亡。可见云南烤烟阴雨寡照灾害已成为危害烤烟产业健康发展的阻力之一，迫切需要对烤烟气象灾害风险进行系统性评估[2-3]。

IPCC（The Intergovernmental Panel on Climate Change）第五次评估报告（The Fifth Assessment Report，AR5）指出，未来全球气候将继续增暖[4]。气候变暖使农业热量资源增加，同时农业气象灾害加重，大部分地区极端气候事件频发、强度增强[5-6]。气候变化影响未来风险变化，而农业风险的适应和减缓对乡村振兴至关重要，需要提高对易发频发农业气象灾害的风险评估来维持可持续发展。胡雪琼等[7]研究发现，未来云南烤烟可种植区域将呈逐渐增加的趋势，其可能遭受的气象灾害也将有所变化。高云等[8]研究发现，烤烟生长中后期遭遇阴雨寡照能导致烟叶有机物累积下降、品质降低。黄中艳等[9]分析并阐明，云南烤烟区别于国外优质烟的气候劣势是大田中后期寡照多雨。胡雪琼等[10]研究也表明，云南烤烟种植区域的气候类型劣势多为低温阴雨寡照。谈丰、陈家金等[11-12]基于GIS的烤烟灾害风险区划，多停留于传统“空间静态性”作物灾害风险区划，未来气候变化可能对云南烤烟的影响，以及不同RCPs[13]排放情景下灾害的变化的探讨少有涉及。

为更深入了解气候变化情景下云南烤烟阴雨寡照气象风险，以及各不同年代段烤烟种植潜在的风险程度，本研究使用全球气候模式HadGEM2-ES驱动的区域气候模式RegCM4.0的模拟输出结果，对烤烟阴雨寡照灾害“空间+时间动态性”气象风险进行精细化评估，以期为当地烤烟生产事业发展提供科学的参考，建立健全气象为农服务“两个体系”的建立，避免或减小因气象灾害造成的烤烟经济损失。

1 数据与方法

1.1 数据来源

引用的基础资料包括：（1）历史气象数据，来源于云南省1981—2010年连续30年125个国家气象站的资料，采用多元回归和“距平逼近”插值，统计整理获得各气候要素的均值信息，建立各气候要素精细化空间推算模型。（2）未来模拟数据，2021—2050年为未来模拟时段，选取全球气候模式HadGEM2-ES[14]的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5 3种典型浓度路径RCPs（Representative Concentration Pathways）[15]。笔者利用高分辨率区域气候模式RegCM4.0[16]对低分辨率全球气候模式进行动力降尺度。研究表明，对区域尺度的降水和气温分布的模拟，区域气候模式嵌套全球模式的输出结果分辨率高于单一使用全球模式[17-18]，区域气候模式有更精细的地形强迫，对具有复杂地形的地区结果也更可靠[19-21]。将评价指标的资料进行数据转换后栅格计算得到未来分辨率为0.25°×0.25°空间数据。（3）地理信息数据，云南省1:250000数字高程，提取海拔、经纬度、坡度和河网密度等地形水文栅格，作为地理因子影响指标，然后根据风险模型计算得到风险区划。

1.2 烤烟指标

1.2.1 烤烟种植适宜性指标 云南垂直差异显著、地理地貌复杂。在纬度低、海拔高的地理条件综合影响下，烟区各地夏季平均气温比国内其他地区显著偏低；在季风环流的不稳定性和不同天气系统的影响下，云南气象灾害较多，烤烟生长大田中后期持续的阴雨寡照不利于高品质烤烟的增产。参考胡雪琼等[7]研究的云南烤烟种植适宜性，得到其适宜性指标（表1）。

表1 烤烟种植适宜性指标

1.2.2 烤烟阴雨寡照指标 烤烟阴雨寡照指标采用行业标准《烤烟阴雨寡照等级》（QX/T 363—2016）[22]，按持续阴雨日数（R）将烤烟阴雨寡照灾害分为3个等级（表2）。

表2 烤烟阴雨寡照等级划分

1.3 研究方法

1.3.1 未来气候数据精细化推算 评估未来不同时段云南烤烟阴雨寡照气象灾害风险，首先需要对未来的气候要素进行精细化空间推算，再应用ArcMAP空间分析功能进行区划。采用虚拟气候变暖（Pseudo-Global Warming，PGW）的方法[23]得到未来时期气候要素的空间精细化分布。为获得未来气候预估的数据，对比气候预估格点要素数据未来和基准年代的差异，叠加在基准时期的气候要素空间精细分布值上。此方法可以校正全球气候模型预估结果的系统性偏差，保留当前气候的大气事件信息，并且处理过程较简单[24-26]。

1.3.2 风险区划模型 采用层次分析法（AHP）[27-28]及当地烟草行业专家的打分分析烤烟阴雨寡照气象灾害风险，因子层为致灾因子危险性、承灾体易损性和孕灾环境敏感性3个因素，副因子层为烤烟种植适宜性、地形、河网密度和降水量，最后对各层评价指标的加权分析得到综合灾害风险。

（1）致灾因子危险性。旺长后期—成熟采烤期（7—8月）阴雨寡照对烤烟影响最大，将阴雨寡照危险性2个影响因子归一化乘以权重后求和得到阴雨寡照危险性指数。由于云南地形和气候复杂，用一个模型在滇西北误差很大，因此将云南分为2个区，滇西北的丽江、迪庆、大理、楚雄、怒江（兰坪）为一个区，并模拟得到危险性方程D1，其余地区得到模拟方程D2（表3）。方程总体回归趋势相关性较好，都通过显著水平0.05的显著性检验。

表3 烤烟阴雨寡照危险性方程

（2）孕灾环境敏感性。孕灾环境与地形、遮蔽以及水文条件等宏观或区域性环境条件密切相关[29]。坡向与接受光照和分配太阳辐射量息息相关，坡度等级高的区域持水能力越弱，利于排渍排湿以降低阴雨危害[30]。河流密集地区强降水后地下水位随着水体水位上升，导致植物根系长期处于过湿状态，加重连阴雨带来的积涝及渍害影响。用坡度、坡向和河网密度作为孕灾环境敏感性的评价指标（表4），并赋予各指标不同权重，如式（1）所示。

表4 阴雨寡照敏感性评价指标体系

（3）承灾体易损性。烤烟适宜种植区随气候变化而变化，适宜性越高，种植烤烟可能性越大，其可能承受的损害越明显。将同年代的烤烟适宜性分为4个评价等级（表5），适宜性越高，承灾体易损性越大，而不适宜区则看作非可种植区，无需再讨论其灾害风险。

表5 阴雨寡照易损性评价指标体系

（4）灾害风险模型。综合考虑3个层次，并选取了7个评价指标，建立如式（2）所示的烤烟阴雨寡照气象灾害风险模型。

其中，RR为阴雨寡照灾害风险指数，D为阴雨寡照危险性，E为阴雨寡照敏感性，C为阴雨寡照易损性。

2 结果与分析

2.1 基准年代云南烤烟阴雨寡照风险区划

根据云南烤烟的阴雨寡照灾害风险区划模型，得到基准年代和2021—2030、2031—2040、2041—2050年3种RCPs气候情景下云南烤烟阴雨寡照灾害区划图（图1）。基准年代云南烤烟阴雨寡照灾害哀牢山西侧大于东侧地区，低风险区主要分布在滇东南，占国土面积12.66%（表6）；中等风险区在全省范围分布较广，主要分布在哀牢山以东，占国土面积30.4%；较高风险区主要分布在哀牢山以西和滇西北，占国土面积21.29%；高风险区分布最少，主要在滇西和滇中局地，占国土面积2.21%；不适宜种植区域所占面积最大，但规律分布集中在滇西北、滇东北、滇西南及滇南的边缘地带，占国土面积33.47%。可见滇西地区的阴雨寡照气象灾害风险最大，这是因为哀牢山的阻挡作用使滇西降雨量较多，发生灾害的可能性高。

图1 基准年代（1981—2010年）云南烤烟阴雨寡照灾害风险区划图

2.2 未来云南烤烟阴雨寡照灾害风险

2021—2050年云南烤烟阴雨寡照在不同气候变化情景下未来各级灾害风险区划结果见图2。云南烤烟阴雨寡照不同灾害风险等级的年代际变化（表6），反映了其灾害发生的时空变化轨迹。

表6 不同时期不同气候情景云南烤烟阴雨寡照灾害风险区划面积分类统计

（1）RCP2.6情景下烤烟阴雨寡照灾害风险变化。2021—2050年烤烟阴雨寡照灾害风险较基准年代低风险减少，而高风险增加，滇中、昭通中部、曲靖和普洱中部风险增加，普洱西部、西双版纳中西部风险减少，高风险区北抬集中在德宏到普洱北部。2021—2030年低等级风险区减少，而高风险区增幅度最大为1.29%。2031—2040年中等以下风险区减少幅度较小不足1%。2041—2050年风险区减少而高风险区增加。

（2）RCP4.5情景下烤烟阴雨寡照灾害风险变化。2021—2050年烤烟阴雨寡照灾害风险区较基准年代变化总体低风险区减少，高风险区增加，滇中风险增加，高风险区集中在普洱到德宏地区，低风险主要在红河中部到文山东部。2021—2030年较高风险区增幅大于5%，高风险东移，滇中风险降低。2031—2040年高风险区略减少，高风险主要集中在普洱北部到德宏地区，不适宜区减少幅度最小为2.56%。2041—2050年较高和高风险区增加明显，较高风险区分布广，滇中到滇东均有增加，普洱中部风险增加。

（3）RCP8.5情景下烤烟阴雨寡照灾害风险变化。烤烟阴雨寡照灾害风险变化剧烈，高风险区主要是哀牢山以西北抬东扩，滇中和昭通到曲靖南部风险增加，红河中部和文山中部风险降低。2021—2030年不适宜区减少最明显，减幅为5.38%，滇中和昭通中部到曲靖南部风险增加，并表现为高风险区东扩，红河中部和文山中部风险降低。2031—2040年中等风险以下减少明显，较高风险以上风险增加幅度最大为8.73%，哀牢山西侧高风险区东扩，且哀牢山东侧风险增加，特别是昭通中部到曲靖南部风险增加明显。2041—2050年代高风险区减少最大为0.18%，滇中和昭通中部到曲靖南部风险增加，普洱西南部、西双版纳、红河中部风险降低。

未来云南烤烟阴雨寡照灾害风险分布哀牢山西侧大于东侧，中等风险区分布较广，较高风险区位于哀牢山以西，高风险区集中在普洱北部到保山中部。未来哀牢山西部的普洱北部、临沧、保山和德宏地区高风险区增加，昭通到曲靖风险增加，主要表现为中等风险向较高风险转变，普洱南部、西双版纳、红河和文山风险降低，滇西边缘和滇南边缘风险区随不适宜种植区的变化而改变。滇中北部不适宜区减少，但相应的高风险区增加，风险分布较为分散，主要是高纬度高海拔地区的种植制度改变，导致风险增加。滇中南部风险稳定，以中等或低风险为主。哀牢山西侧明显为风险增加，也表现为高风险区域最大。未来云南烤烟阴雨寡照灾害风险总体变化趋势为低风险减少、高风险增加，且高风险中心北抬东扩。

3 结论

受气候变化和人类活动影响，未来云南烤烟阴雨寡照灾害发生随时间和空间变化。笔者利用烤烟阴雨寡照灾害模型，分析了基准年代和HadGEM2-ES模式RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下云南2021—2030、2031—2040、2041—2050年烤烟阴雨寡照灾害风险的变化规律。

（1）在未来3种情景下，未来气候变暖将增加云南烤烟的适宜种植区，但也将增加灾害的风险性。烤烟阴雨寡照灾害大部分时期高风险到较高风险增加，而中等以下风险均降低，并且未来低等级向高等级转变。哀牢山西侧总体表现为风险增加，也是高风险集中区，且风险中心较基准时段均有北抬东扩趋势。昭通和曲靖在未来风险增加明显，普洱南部、西双版纳、红河和文山表现为风险降低，滇中北部不同时期风险有差异，而滇中南部风险较稳定。

（2）未来灾害风险在3种情景下和3个年代间有明显的差异。RCP8.5排放情景下风险变化剧烈，表现为不适宜种植区最大，高风险在不同年代间有增有减，而较高风险增幅最大。低风险和中等风险在2021—2030年的RCP2.6排放情景下减少量明显；较高风险在2031—2040年的RCP8.5排放情景下增幅最大；高风险在2031—2040年的RCP4.5排放情景下和2041—2050年的RCP8.5情景下略有减少，其他时期增加，但增加幅度较小；不适宜区2021—2030年的RCP8.5排放情景下减少明显。RCP2.6和RCP4.5排放情景下2031—2040年和2041—2050年变化相似。

（3）未来不适宜区降幅大于高风险区增幅，原非可种植区转变为可种植区，但遭受阴雨寡照灾害的可能性更大。同样，未来低风险降低，而高风险有明显增幅，可见未来低风险向高一等级风险转化。

4 讨论

未来云南烟区烤烟旺长期的阴雨寡照灾害风险变化表现为时间和空间上的增加和差异，灾害风险的位移和风险的转变使云南不同烤烟种植区面临更加严峻的挑战。农业生产和规划部门加大基础设施建设是非常有必要的。建议在低至中等阴雨寡照灾害风险区增加烤烟种植面积，高风险区必须通过优化烤烟种植结构，合理规避阴雨寡照灾害风险。此外，笔者仅采纳了单一气候模式，由于模型本身的不确定性，对未来气候模拟结果仍不可避免地存在一定偏差，今后可用更新的全球气候模式和多模式结合分析，以降低研究结果的不确定性。