十堰烤烟洪涝等级指标及其灾害特征

2022-08-24刘少霞姚道强王霞史志藏李德银任恒

广东气象 2022年4期

刘少霞，姚道强，王霞，史志藏，李德银，任恒

（十堰市气象局，湖北十堰 442000）

烟叶作为一种高经济作物，其生产周期较长，在生长发育过程中受自然环境制约很大，对气象条件的依赖性较高。近年来，大量研究表明气象条件与烟叶生育期、质量与品质之间有着密切关联性［1］。专家学者认为烟叶具有广泛的适应性，但烟叶又对环境十分敏感，气候因素是引起烟叶产量高低的重要生态环境因素之一［2］。

十堰市地处湖北省西北部，秦巴山区东部、汉江中上游，属亚热带季风气候，整体气候温和、降水量丰富，独特的气候条件较适宜烟叶产业发展。十堰烟叶有多年种植历史，烟区分布广，烤烟产量大，是十堰市农村经济发展的支柱性产业，为当地群众增收致富提供了可靠保障。烟叶在生长发育过程中需要适量降水，但烟叶本身的耐涝性能较差，暴雨洪涝灾害会对烟叶根系的通气条件带来不良影响，伸根期内的涝渍不利于根系的形成以及发育，根系会因为积水而缺氧，烟株自下而上出现叶片畸形或非正常落黄，甚至会出现严重的腐烂现象；成熟期的洪涝灾害会使烟叶脱落，影响烟叶产量和品质，造成严重的经济损失。近年来在全球气候变化背景下，由气候变化所导致的极端天气事件也频繁发生［3-6］，十堰市极端降水天气逐渐增多，暴雨洪涝灾害频发，对烟叶生产造成不利影响。因此，开展十堰烤烟洪涝等级指标研究和确定，分析和探明烟叶洪涝灾害分布特征，为监测发布精细化洪涝灾害预警信息、防灾减灾等提供科学指导。

1 资料和方法

1.1 资料

本研究采用十堰烤烟主产区20个烟叶自动气象站及区域自动气象站2011—2020年逐日降水量，所有降水资料均经过质量控制；烟叶洪涝灾情资料来源于十堰市烟草公司烟叶生产科，包括2011—2020年历年烟叶种植面积、洪涝受灾面积、成灾面积、绝收面积，受灾农户数及烟叶产量损失。

1.2 研究方法

1）基于鄂西北洪涝灾害指标的增减调整。

表1为鄂西北洪涝灾害指标［7］。对表1中过程降水量临界值进行幅度为-30～＋30 mm的增减，步长为5 mm，获取十堰烤烟主产区各指标逐年洪涝指数。R为一次连续降水过程累计降水量（包括1 d），且其中有1 d降水量大于50 mm，多于1 d过程期间出现降水量不小于0.1 mm，多于6 d的过程降水划为6 d。

表1 鄂西北洪涝灾害指标 mm

2）洪涝指数。

在研究十堰烤烟洪涝指标过程中，为表征洪涝灾害综合发生强度，定义十堰烟区逐年洪涝指数：在某一指标下，统计所有站点某一年渍涝、轻涝、中涝、重涝发生次数，用它们的加权之和作为该年洪涝指数，用公式表示为［8］

其中，Mi为逐年洪涝指数；Nij为第j年所有站点第i个等级洪涝的发生次数之和；wi为各等级洪涝对应的权重；k为洪涝等级个数，本研究中k取4。

3）灰色关联度法确定权重。

灰色关联分析方法是对系统动态过程的发展态势进行量化比较分析，利用因子间的几何接近，诊断和确定因子对系统主体行为的影响程度［9］，为便于比较洪涝灾害造成的相对损失量或危害程度，定义当年烟叶受灾面积与总播种面积的比值为成灾率，它可以反映灾害的致灾程度。各等级洪涝权重以烟叶洪涝受灾率为参考序列，历年所有站渍涝、轻涝、中涝、重涝次数序列为比较序列，计算灰色关联度确定。

因各指标统计的洪涝次数与受灾率单位不同，为消除差异和影响，需对序列数据进行标准化（即量纲一）处理，标准化法采用最常用的zscore法：

其中，Zik为经过标准化处理后的数据；xik为原始数据，为第i组数据的平均值；Si为标准差。本研究中i取0、1、2、3、4，分别表示受灾率、所有站渍涝次数、轻涝次数、中涝次数、重涝次数，k取1～10，表示每一个序列都有10年数据。

根据式（2）计算各比较序列与参考序列在各年份下的关联系数：

其中，ξi（k）为关联系数；ρ为分辨系数，取ρ＝0.5.

关联度即权重的计算公式如下：

其中，i取1～4；ri表示受灾率与各等级洪涝次数的关联度，即各等级洪涝权重。

2 结果与分析

2.1 各等级洪涝权重

对原指标（表1）过程降水量临界值进行幅度为-30～＋30 mm的增减，步长为5 mm，如原始指标临界值＋30 mm时，1 d过程降水量的渍涝临界值下限由61.4 mm变为91.4 mm；临界值上限由72.4 mm变为102.4 mm；其他轻、中、重涝临界值上下限以同样的方法进行同步增减，得到1组指标［10］；在原指标0 mm的基础上每次增加或减少5、10、15……30 mm，重复上述步骤，共得到各等级洪涝对应的13个洪涝指标，分别统计各指标下历年渍涝、轻涝、中涝、重涝发生次数，利用灰色关联度法计算每个指标相对应的等级洪涝权重（表2）。

表2 各指标下等级洪涝权重

2.2 洪涝指数与灾损率相关性

根据表（2）结果和公式（1）分别计算各指标下逐年洪涝指数，其值越大，表明洪涝灾害发生强度越大，以各指标逐年洪涝指数序列为自变量、洪涝受灾率序列为因变量进行相关性分析，相关性越显著，表明所对应指标下洪涝指数越能反映洪涝灾害对十堰烤烟的影响，指标可信度越高。相关性结果（表略）表明，-25和-30 mm洪涝指标与受灾率呈显著性正相关，其它指标均不相关。

2.3 洪涝指标检验及修订

选取两个相关性显著的-25和-30 mm对应指标作为烟区洪涝修订指标，分别与历年烟区洪涝灾情记录进行对比验证分析，若烟区实际洪涝灾害发生区域、时间、强度与同期洪涝灾害指标统计值一致，则说明该指标可靠性较强、吻合度较高。从表3、表4检验结果来看，-30 mm洪涝指标历史记录灾害等级与该指标下灾害等级存在不符合项；而-25 mm洪涝指标从灾害地点、灾害等级都与历史灾情记录基本吻合。由此可见，在原始指标临界值的基础上减少25 mm作为修订后的十堰烤烟洪涝灾害指标（表5）更具有合理性和准确性。

表3 -25 mm洪涝指标验证结果

表4 -30 mm洪涝指标验证结果

表5 十堰烤烟洪涝灾害指标 mm

2.4 烟区洪涝灾害特征

根据修订确定的十堰烤烟洪涝灾害指标（表5），统计烟区各站2011—2020年烟叶大田生育期4—9月渍涝、轻涝、中涝、重涝次数，对历年洪涝灾害频次年际和地域分布特征进行分析。十堰烤烟洪涝灾害频次年际变化（图1）显示，近10年烟区洪涝灾害总体变化趋势不显著，2011年出现洪涝灾害频次最多，共39次，其中渍涝28次，2016和2019年出现最少，仅13次。2013年轻涝出现最多，中涝频次最多的是2012年，2020年重涝出现最多，同时中涝频次位列历年第2，灾害导致全年106户烟农遭受不同程度损失，灾损率达18.36%，灾损强度较大，是近年来洪涝灾害损失最为严重的一年。

图1 2011—2020年十堰烟区洪涝灾害频次年际变化

2011—2020年十堰烟区洪涝灾害频次地域分布如图2所示。从图2可以看出，房县的九道出现洪涝灾害频次最多，达33次；其次是向坝27次，大庙和万峪出现最少，仅6次。中涝出现最多的柳林、桃源和店子，重涝出现最多的是向坝；其次是青峰、湖北口。一般而言，中涝和重涝出现频次较多，造成的灾害损失相应较大，但从实际灾害损失程度来看，向坝、湖北口等烟区洪涝灾损率不足1%，而青峰灾损率高达34.6%，出现洪涝灾害频次与实际灾情不相吻合情况，可能跟烟区所处的地形地貌及土壤结构有关，向坝、湖北口烟区海拔都在1 000 m以上，青峰海拔仅712 m，由此可见，中高山坡地排水较快不易发生涝害［11］，烟区洪涝灾害受地理位置影响较大，海拔越高越不易形成涝灾，地势较低，洼地洪涝灾害风险较高。