主要农业气象灾害风险评估技术及其应用研究

□文/鞠思祺

在气候变化背景下，主要农业气象灾害发生的频率和危害程度以及影响范围均有增加趋势。为了提升农业气象灾害风险评估的精度和效率，我们对主要农业气象灾害风险评估技术和其应用的研究进行了深入分析。基于贝叶斯网络技术，我们将气象参数、农业产量指标、农作物品质指标、农产品价格与气象影响因子之间的关系建立了多元非线性回归模型，并对全国主要农区的主要农业气象灾害风险进行了评估。研究结果表明，我国主要农区的主要农产品价格与气象风险因子之间存在显著相关性。

一、研究方法

（一）模型构建

对于农业气象灾害风险评估的相关研究，通常以每年的气象条件为基础，再结合当地实际情况对其进行划分。标准主要是根据受灾面积、影响范围等来判定风险等级。为了便于计算，本研究采用贝叶斯网络技术进行农业气象灾害风险评估。其中，参数设置为：损失函数（i=1/2，i=0）；气象条件与作物产量指标之间的关系用二元非线性回归模型表示；损失函数用线性模型表达。其中a为自变量，b为因变量。

（二）主要气象灾害影响因子的选取原则

选取影响因子是为了进行更好地统计分析，因此首先要对指标进行筛选，主要的指标包括：气候因素、农业气象灾害、社会经济因素、地理位置、自然地理环境以及水文情况。确定了指标的筛选方案，具体如下：作物产量、品质和价格对气象风险的影响因子筛选分析。通过分析中国农作物气象灾害风险评估的相关研究成果，可以发现中国主要农作物气象灾害对农产品价格的影响显著，并且农作物气象灾害和农产品价格之间呈现正相关关系。对于农作物气象风险的预测预报，传统的基于单一预测模型，如BP 神经网络、灰色GM（1，1）模型等的预测结果都存在较大误差。本文采用基于贝叶斯网络分析（Bayesian Network Analysis）的预测方法，通过构建一系列多元非线性回归模型，对中国主要农区的主要农产品价格与气象风险因子之间进行建模和预测［1］。

（三）评估结果与讨论

农业气象灾害风险评估模型建立完成后，利用其模型，根据中国北方农业区划数据和各地主要农产品产量信息，对全国范围内的主要农作物产量和价格与气象影响因子之间进行相关性分析，结果表明气象影响因子对全国主要农区的农业产量影响较大。在不同气象灾害风险等级下，不同农产品的价格与气象影响因子之间存在显著相关关系。其中：玉米、小麦、水稻三种农产品的价格与气象参数间相关关系最密切，其次是大豆和其他农产品；由于我国粮食产量占全国的比重较大，所以在农业气象灾害风险评估中首先考虑主要农作物价格与气象参数之间的相关关系。为了减少因变量对自变量的过度依赖而产生的过拟合问题，可将自变量对数转换为对数形式；如果有多个自变量时，则采用中心差分等方法进行处理。

二、基于灾害风险理论的作物生长模型

除了上述方式，还可以通过建立作物产量模型来研究不同气象条件对作物生长的影响，即确定影响各个品种产量的气象因子及其阈值，然后根据上述指标设计产量模型，从而得到每个品种不同生长期产量的模拟值。将该数据作为产量预估参数，用于预测作物生长状况。建立了生长模型之后，通过计算得到各个品种各发育期产量值及其分布情况。根据已有品种生长模型对不同气象条件的敏感性、适应性和可调控性分析，建立品种不同发育期的种植制度，确定其最佳生产方案。将各品种种植制度与气象因子相结合就得到区域气候模式下作物生长的模拟结果。将不同生长期的结果按面积进行汇总分类并与作物最佳生长方案进行比较分析，得到区域气候模式下最优生产方案。在气候模式下按照区域气候模型中农作物种植品种以及所需气象因子阈值建立作物生长模型，得到每个品种农作物适宜的产量模拟值。将各品种适宜生产的农业气象条件输入至计算机中进行计算并生成相应的作物生长模型。将上述计算结果与实际数据相比较进行检验分析后得出最优种植方案，并确定未来该季节所需管理措施并制定生产计划［2］。最后对各作物模型修正后用于模拟农业气象灾害发生时所造成农作物产量损失情况。

三、综合作物生长模型

基于综合作物生长模型，该系统由数据采集、数据管理与分析等子系统构成。作物产量数据管理：利用历史气象资料，结合农作物生长周期理论、作物发育模型与气候模式等手段，建立了农作物生长模型。灾害风险评估：以不同的风险等级为基准，在该等级的基础上，计算各因素组合带来的风险值，并以此作为对主要农业气象灾害造成损失程度判断的标准。模型参数设置：该系统通过收集历史气象资料以及作物生长发育、生理生化过程及环境条件等资料，利用多元线性回归与逐步回归等数学方法，构建了不同农作物（棉花、水稻、玉米）的产量模拟模型以计算各主要农作物在不同产量水平下所对应的自然灾害及农业气象灾害致灾因子。模型验证与模拟：利用建立好的作物生长模型对各个因素组合后所得到的产量水平进行模拟分析，并对模拟结果进行评估、检验与反馈改进，最终达到提高产量水平的目的［3］。

四、结语

根据上述模型和技术体系，在基于作物生长模型的农业气象灾害风险评估系统的基础上，设计了综合作物产量风险评估系统。软件系统主要由数据采集、数据处理、结果显示三个部分组成，该软件利用Visual Studio 2008 开发工具，在VB6.0 环境下开发和实现。基于VB6.0开发的综合作物产量风险评估系统提供了查询、统计、计算等数据处理功能，可以查询到全国各地、各等级的气象灾害信息、历年农作物种植面积以及当年棉花播种面积；计算出当年棉花单产；对不同等级农作物单产进行比较分析；输入历史气象灾害信息，计算相应区域的气象灾害影响程度；支持多用户同时在线查询等。