1978-2018年我国农业气象灾害时空变化特征

赵娅君，郑粉莉，2，姚亚庆，张加琼，2

（1.西北农林科技大学水土保持研究所，黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌 712100；2.中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌 712100）

引言

全球变暖使极端天气气候事件趋多趋强，干旱、洪涝、低温冷冻、风雹、高温各类气象灾害的发生频率和灾害强度增加，随之而来的是灾害造成的损失增加和防灾减灾的任务更为艰巨［1-2］。我国是世界上受气象灾害影响最严重的国家之一。1998年夏我国长江流域发生的特大洪水损失惨重，造成农田受灾面积2.2×107hm2，直接经济损失约2 551亿元［3］。2004年1-6月，东北西部及内蒙古东部出现了百年一遇的春夏连旱［4］。2006年近海突然增强的“桑美”是登陆我国大陆的百年一遇超强台风，造成483人死亡，直接经济损失196.5亿元［5］。2008年南方百年一遇的低温雨雪灾害，严重影响了我国湖南、安徽等多个省市区，导致全国162人死亡，经济损失1 594.8亿元［6］。2013年7月至8月上旬南方遭受历史最强高温热浪袭击。2020年南方地区遭遇1998年以来最重汛情，洪涝灾害影响范围甚广；同年9月“巴威”、“美沙克”和“海神”三连击造成黑龙江68 hm2农田绝收，1 885.3 hm2农田减产，估算损失达25.81亿元。

极端天气和气象灾害频发对我国农业生产和粮食安全造成严重影响，导致受灾面积增加、粮食减产等问题，进而影响国家粮食安全［7］。房世波等指出1978-2008年我国农业气象灾害日趋严重，成灾面积呈上升趋势，灾害类型中旱灾成灾面积最大，区域分布上北方旱灾严重，中部和南方水灾较重［8］。中国中西部及西北部地区洪涝灾害呈显著上升趋势，西北、东北地区及云南等地区干旱灾害呈显著上升趋势［9］。赵海燕等［10］分析表明我国1951-2018年干旱受灾面积、影响强度随气候增暖先快后缓的速度表现出先大幅增加后减小的趋势。刘玉等［11］使用1978-2012年成灾面积说明不同气象灾害的变化趋势。近年来众多学者对我国全国或某区域一类或多类农业气象灾害的演变趋势和空间结构特征进行相关研究，但对于不同类型气象灾害的变化趋势和空间结构特征研究较少，尤其是已有研究多集中在2012年之前，而近10年不同类型气象灾害的变化趋势和空间结构特征的研究鲜有报导。为此，本研究基于最新农业气象灾害数据分析1978-2018年不同农业气象灾害的变化趋势及空间分布特征，使用2011-2018年数据分析说明气象灾害损失情况和不同农业气象灾害的区域分异，剖析气候变化背景下农业受灾情况的变化态势，对因地制宜的防御气象灾害、制定防灾减灾措施、提高农业生产稳定性和确保粮食安全具有重要意义。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

本文统计对农业生产影响较大的5种农业气象灾害，包括干旱、洪涝、风雹、低温冷冻和雪灾、台风。数据源分别来自《中国农业统计资料》、《中国气象灾害年鉴》、国家统计局。其中，1978-2017年全国及各省（市、区）农作物受灾、成灾、播种面积及5种气象灾害的受灾和成灾面积源于相应年份的《中国农业统计资料》，2018年数据补充自与《中国农业统计资料》数据一致的国家统计局。2011-2018年全国及各省5种气象灾害的受灾和成灾面积、直接经济损失和受灾人口数量源于《中国气象灾害年鉴》。需要说明的是由于台湾地区、香港和澳门特别行政区的灾害数据不完整，故不进行统计分析。

1.2 研究方法

基于1978-2018年数据在时间尺度上分析40 a来我国5种农业气象灾害影响下农作物受灾、成灾变化趋势，在空间上分析我国31个省市区、六大地区的受灾、成灾分布特征。分区是在我国规定的行政地理区划基础上根据南北气候差异调整所得，即东北地区（黑、吉、辽）、华北黄淮区（京、津、冀、晋、蒙、鲁、豫）、长江中下游地区（沪、苏、浙、皖、赣、鄂、湘）、华南地区（粤、桂、琼、闽）、西南地区（云、贵、渝、川、藏）、西北地区（陕、甘、青、宁、新）。为了在全国不同地区具有可比性，消除播种面积年际变化的影响，采用受灾率、成灾率作为评判指标，受灾率（成灾率）定义为受灾面积（成灾面积）与该年农作物总播种面积的比值。

基于2011-2018年数据使用中国省级行政底图在ArcGIS软件中生成全国近8a气象灾害受灾面积、受灾人口、经济损失分布图，分析各省不同灾害类型造成的损失情况。

2 结果与分析

2.1 1978-2018年农业气象灾害时空变化特征

2.1.1 时间变化态势

图1表明，1978-2018年期间全国受灾和成灾面积年际变化大，平均受灾和成灾率分别为27.0%和13.8%，多年平均成灾面积占受灾面积的50.5%，且受灾和成灾面积变化趋势基本一致，即呈现减少-增加-再减少的变化趋势。具体表现为1978-1984年期间受灾和成灾面积略有减小，而1984年后呈增加趋势；在1991-2003年期间持续较高时期出现周期3a的小高峰，2003年后呈明显下降趋势；2010年后受灾和成灾面积持续处于较低水平，并在2017和2019年达到研究期最小值。需要特别说明的是在播种面积逐步增加的情况下，2010年后受灾和成灾面积持续处于较低水平主要是我国农业基础设施建设使农业抗灾能力增强，减少了气象灾害对农业的影响［12］。

图1 1978-2019年全国总受灾和成灾面积年际变化Fig.1 Annual changes of total disasters⁃affected area and disaster area from 1978 to 2019 in whole country

从农业气象灾害类型上看（图2），干旱是影响我国农业的最主要气象灾害，近40 a其受灾和成灾面积皆占总受灾和成灾面积的52%。干旱受灾和成灾面积变化在1978-1984年期间呈减少趋势，1984-1998年期间呈基本稳定波动态势，次后出现1999、2000、2001年3年连续大旱，2000年旱灾影响面积最大，2003年后干旱呈连续下降趋势。图2还表明，旱灾的高峰期也是全国总受灾的高峰期，即我国总受灾和成灾面积与干旱受灾和成灾面积的变化趋势基本一致，说明干旱是影响我国农田受灾程度的关键所在。

图2 1978-2019年5类农业气象灾害受灾和成灾面积变化图Fig.2 Annual changes of disasters⁃affected area and disaster area of five major agrometeorological disasters from 1978 to 2019

洪涝作为我国第二大气象灾害，近40 a受灾和成灾面积占总受灾和成灾面积的25.7%和27.1%。洪涝灾害受灾和成灾面积在1978-1990年期间缓慢上升，1991-2003年是洪涝灾害高峰期，尤其是1991、1998、2003年洪涝灾害严重，之后洪涝受灾面积波动下降。水灾往往与旱灾为此消彼长的关系，如1990年后虽受旱面积减小，但突发性洪涝灾害发生频繁，总受灾程度仍较严重。

风雹近40 a受灾和成灾面积均占总受灾和成灾面积的10.5%。受灾和成灾面积整体呈减小趋势，在1978-1994年期间呈规律性波动变化，1994年后年际变化大且无规律可循，2002-2009年为风雹灾害高峰期，尤其是2002年受灾和成灾面积达到最大，21世纪以来风雹灾害的严重性和不确定性增加。

低温冷冻和雪灾近40 a受灾和成灾面积整体成上升趋势，1991年后低温冷冻和雪灾的受灾规模和频率增加，尤其是1998年和2008年低温灾害十分严重，受灾面积是历年平均值的2.8和4.8倍，在2011年后低温冷冻和雪灾受灾和成灾面积呈逐渐减小的变化趋势。在气候变暖背景下，异常低温冷冻和雪灾的发生频率却在增加。

从图9中可以看出，中国规范、美国规范和加拿大规范的理论设计值取值离散程度均较小；在试验值较小时，中国规范更偏于试验值，美国规范、加拿大规范更趋于保守。

台风近40 a受灾成灾面积仅占总受灾和成灾面积的3%，但在东部沿海地区台风破坏性强且受灾面积大。1978-2018年期间台风受灾和成灾面积呈波动变化，在1996、2005、2012、2018年农作物受台风灾害较重。虽然近年来登录我国的台风强度和数量呈增加趋势［13］，但台风导致的受灾面积无明显增长趋势。

2.1.2 空间分布特征

图3是以受灾面积占比和受灾率排序的各省份1978-2018年受灾和成灾面积分布图。由于不同地区自然地理特征、经济发展水平、防灾减灾能力不同，各省份受灾和成灾情况差异显著。就受灾面积而言，前三省份为黑龙江、山东、河南，均为北方地区，主要因干旱导致灾情严重［14］。地处南方的湖北、四川、湖南等地受灾严重，大多为洪涝灾害所致；北京、上海、西藏等地损失较轻。受灾和成灾面积前三省份（黑龙江、山东、河南）因本省播种面积基数大使受灾和成灾率在全国位列中游，而受灾率位列前三省份的为山西、内蒙古、甘肃。在南方地区海南受灾和成灾率最高。

图3 1978-2018年各省（市、区）总受灾和成灾面积分布Fig.3 The disaster distribution of total disasters⁃affected area and disaster area in each province from 1978 to 2018

表1可得，从六大分区来看，1978-2018年灾害总体表现为北方地区农业受灾面积大于南方，东北地区是平均受灾和成灾程度最严重地区，其次为西北地区，受灾率均在30%以上，其余四区受灾率在21%～28%，西南与华南地区受灾率相当。就年代际变化来看，七大区20世纪90年代受灾和成灾率最高，以西北地区和长江中下游增长最多，主要与90年代气候变暖明显，干旱和洪涝灾害严重有关［15］。21世纪以来各地区受灾和成灾率降低，2011-2018年期间各地区受灾和成灾率最低，其中东北地区受灾和成灾率比年平均值减少15%和9%，其余地区受灾率减小9%～12%，成灾率减小4%～8%，受灾率最大地区为西北地区。

表1 六大区年代际平均受灾和成灾率变化Table 1 Decadal changes of average disaster rates in the six regions

2.2 2011-2018年各省灾害结构差异分析

基于2010年后受灾面积持续减小的情况，这里分析2011-2018年近8a各省灾情损失情况和灾害结构特征。表2表明，2011-2018年受灾面积大幅减小，其平均值相比于1978-2010年受灾面积平均值（45 627×103hm2）减小了45.0%，总体灾害程度较轻。2011-2018年中2011、2013和2016年灾情较为突出，2011年受灾面积和受灾人口均为最大，主要是该年全国年降水量创60年最低，旱灾较为严重所致［16］。2013年和2016年主要是暴雨、台风和高温气象灾害较为严重，因此所造成的直接经济损失均高于往年平均值［17-18］。

表2 2011-2018年我国农业气象灾害灾情统计Table 2 The statistics of agrometeorology disasters from 2011 to 2018 in whole country

总受灾面积（图4）及直接经济损失、受灾人口（图5）分级方法采用使各级别间差异最大化的自然间断点分级法。图4表明，近8 a各省受灾面积呈西-东、南-北增加趋势，西藏、青海灾害最轻，内蒙古、黑龙江灾害最重，华北黄淮区、东北地区以及西北多数地区总受灾面积较大。从灾害结构看，各省之间存在明显地区分异。华北黄淮区、东北地区、西北地区是干旱重灾区，辽宁省干旱比重最大，其占比为72.6%；山西、内蒙古、吉林、甘肃、宁夏、贵州、云南干旱占比在50%以上。华中长江中下游西部、西南地区多为旱涝并重，西藏洪涝灾害占比59%，四川、重庆、湖北、湖南等地干旱洪涝占比相当。华南、长江中下游沿海地区台风受灾较重，海南地区台风受灾达93.6%，广东、广西、上海台风受灾比重大。风雹灾在华北黄淮、东北、西北、西南地区均有分布，南部地区占比较小。最严重省份新疆风雹灾占比为56%，其次西藏、北京风雹灾害较重。低温冷冻和雪灾在全国各地分散分布，受灾比例均较小，在山西、浙江、云南、青海占比多为17%左右。

图4 2011-2018年各省（市、区）农业气象灾害平均受灾面积的空间分布Fig.4 The spatial distribution of disasters⁃affected ar⁃ea in each province from 2011 to 2018

由图5可得，直接经济损失最大和受灾人口数量最多地区多为四川、湖南、湖北等南部省份，而受灾面积最高的内蒙古、黑龙江地区经济损失和人口受灾下降，西藏和青海地区最低。此外经济损失中广东、浙江、山东、内蒙古、甘肃、吉林损失较重，分布较为分散。甘肃、贵州、云南、山东地区受灾人口较多，分布较为集中，这表明受灾人口多分布在地形复杂、人口集中或抗灾能力差的地区。就灾害结构地区分布来看，暴雨洪涝造成的直接经济损失最大，占总经济损失的47.6%，台风次之，占总经济损失的21.3%；长江中下游、华南、西南地区洪涝和台风造成的经济损失占总经济损失的78.6%；东北、西北、华北黄淮地区干旱造成经济损失减小，洪涝占比从受灾面积的19.2%提高到经济损失的43.4%，说明北方地区暴雨洪涝相比于干旱对直接经济损失影响较大，与赵姗姗等研究一致［19］。受灾人口灾害结构分布与受灾面积相似，但干旱造成的人口受灾减小，南方地区洪涝占比增加，北方地区风雹、低温和洪涝占比增加。

图5 2011-2018年各省（市、区）平均经济损失和受灾人口数量空间分布图Fig.5 The spatial distribution of average economic loss and number of affected people driven in each province from 2011 to 2018

图6表明，与1978-2010年灾害结构相比，2011-2018年干旱受灾面积占比减少9.1%，但仍是我国第一大农业气象灾害。洪涝、风雹、低温冷冻和台风受灾面积占比均呈上升趋势，尤其是台风灾害占比增加5.5%，低温冷冻、风雹和洪涝灾害占比分别增加1.7%、1.1%、0.8%。农业气象受灾结构的变化一方面与不同气象灾害频率和强度变化有关，另一方面与我国有效的防灾减灾有关。

图6 2011-2018年我国农业气象灾害结构变化情况Fig.6 Changes of agrometeorological disaster structure from 2011 to 2018 in whole country

图7可知，我国受灾和成灾率呈西北、华北黄淮、东北向华南递减趋势。与1978-2010年平均受灾和成灾率相比，2011-2018年我国各地受灾和成灾率均有不同程度下降；新疆、青海地区受灾和成灾率无明显变化，甘肃、宁夏、内蒙古、辽宁、海南受灾率减小1/3左右，西南地区以及上海、江苏、天津、山东地区受灾和成灾率减幅大，减少2/3，其余地区受灾和成灾率减小一半。此结果说明近8a来我国不同地区受灾情况减轻，尤其是在经济发达地区，防灾减灾成效更为显著。

图7 2011-2018年各省（市、区）平均受灾和成灾率空间分布变化情况Fig.7 Changes in the spatial distribution of average disaster rates in each province from 2011 to 2018

3 讨论与结论

3.1 讨论

在全球变暖背景下，干旱和洪涝等极端天气事件频次和影响范围明显增加。本研究发现，农业气象灾害受灾和成灾面积在1978-2002年呈增加趋势，2002-2019年期间除2007和2009年灾害较重外，总体上受灾和成灾面积呈明显下降趋势，2011-2018年总受灾和成灾面积仅为多年平均值的55.0%。这一方面与20世纪80年代增温速度加快，1998年后气候变暖趋缓有关［10］；另一方面是21世纪以来我国经济不断发展，农业基础设施不断完善，防灾减灾能力加强，也说明21世纪以来极端气候事件频发的背景下我国农业受灾情况仍走向稳定向轻的态势。

就灾害类型来说，旱灾与总受灾面积变化趋势基本一致，1978-2002年期间呈现不断加重的变化趋势，而在2003年后呈现持续减小的变化趋势。近年来我国大力修整水利设施，提倡节水灌溉技术，对于干旱的预警能力提高，是受旱面积减小的主要原因［20］。但目前干旱仍是我国最大的气象灾害（图6），气候变暖导致的干旱加重以及经济社会发展带来的水资源短缺日益凸显，未来我国的抗旱减灾工作仍面临严重挑战［21-22］。1978-2018年洪涝受灾情况整体呈下降趋势，在21世纪以来变化明显，这与20世纪90年代投资水利等人为活动相关［23］。低温冷冻和雪灾的受灾范围和强度不断增加，在气候变暖背景下低温灾害却频发，究其原因是气温升高导致作物抗寒性减弱和生育期长、抗寒性弱的作物品种不断推广，一旦作物生长期气温骤变极易影响作物长势和产量［24］。低温冷冻灾害在我国影响范围较小，但其灾害突发性和不可逆性使其在未来防灾减灾中不容忽视。总体来看，近40 a我国总受灾情况不断下降，但不同气象灾害农业受灾高峰期此起彼伏，各气象灾害受灾面积峰值和重灾频率增加，2010年后有所好转。气候变化导致极端气候事件的增加会引起农业生产的不稳定性增加［24］，或许会导致未来农业成本和防灾投资需求不断加大，未来加强我国防灾和减灾能力建设仍显得十分重要。

本研究分析了2011-2018年我国灾情损失和灾害结构的空间分布特征，结果表明受灾面积的灾害结构空间分布情况与历年研究基本一致［25］，受灾面积较大地区是以干旱为主的华北黄淮、东北、西北地区。经济损失、人口受灾数量最为严重地区在经济发达的长江中下游、华南地区，洪涝灾害造成经济损失更大范围更广，与刘彤等研究一致［26］。通过与1978-2010年灾害结构对比可知，2011-2018年我国灾害结构发生变化，虽然干旱灾害的发生频率和范围在增加［27］，但近8a来因旱受灾面积占比减小，而其余灾害呈现增加趋势，这与我国极端气候事件增多和对旱涝灾害治理的结果相一致［28］。从各区域灾害治理来看，相比于1978-2010年，2011-2018年各地区灾害率均有不同程度的减少，但经济较为发达地区的受灾率大幅减小，西北、东北等地区灾害发生率减小幅度较小，这说明农业气象受灾除与气候影响外，也与区域经济发展相关。

本文讨论了我国农业气象灾害的受灾面积的变化趋势，并对近8a各地区的灾害损失进行了分析，一定程度上揭示了农业气象灾害的时空分布特征。但受数据来源的限制，尚未分析造成我国农业气象灾害的关键影响因素。在全球气候变化背景下，未来发生灾害的不确定性会明显增加［29］，因此必须加强防灾减灾能力建设，减小气象灾害对农业生产造成的不利影响。

3.2 结论

（1）1978-2018年全国平均受灾和成灾率分别为27.0%和13.8%，主要农业气象灾害旱灾和水灾受灾面积占总受灾面积的52.0%和25.7%。1978-2018年受灾和成灾面积呈减少-增加-再减少的变化趋势，具体表现为1978-1984年受灾和成灾面积略有减小，1985年后呈增加趋势，2003年后呈明显下降趋势，2010年后持续处于较低水平。从灾害类型来看干旱、洪涝、风雹的受灾面积呈减小趋势，低温冷冻受灾面积呈增加趋势，台风受灾面积无明显增减趋势。

（2）空间分布上1978-2018年灾害发生率均为北部省份大于南部。各省份受灾和成灾率较大省份有山西、内蒙古、甘肃等地，北京、西藏、新疆、上海受灾和成灾率较小。从分区来看，东北是研究期间最为严重地区，其次为西北、华北黄淮地区，西南地区最轻。各区年代际受灾和成灾率先增后减的变化趋势与总受灾面积表现一致。

（3）2011-2018年近8 a各地区农业灾害较轻，受灾面积为往年受灾面积平均值的55.0%。受灾面积灾害结构表现为东北、华北黄淮、西北地区以干旱为主，长江中下游沿海地区、华南地区以台风、洪涝为主，长江中下游西部、西南地区旱涝并重。与1978-2010年相比，受灾面积灾害结构干旱占比减小9.1%，洪涝、风雹、低温冷冻和雪灾、台风占比均有增加。各省份受灾和成灾率均有减小，南部省份更为显著。

（4）2011-2018年各地区直接经济损失多以洪涝和台风灾害为主，分别占总经济损失的47.6%、21.3%，重灾区分布分散，多为经济发达地区。受灾人口数量因洪涝、风雹、低温和洪涝灾害占比增加，其重灾区分布集中，多为人口密集、地形复杂、抗灾能力差的地区。