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1、6卷 3期 1 9 9 7年 8月 自然灾害学报 J OURNAI OF NATURAI，DI SAS TERS Vo 1 6+No 3 A u g 1 9 97 一、一 华北地区冬小麦干旱 互童 娄秀荣(中国气 象科学研究院 北京1 0 0 0 8 1)暇 摘 要 作者在率文中探讨 了利用 风险分析进行气象灾害影 响评估 的方法。根据华北地 区冬小 麦干旱的特点 确定 了小 麦各发育阶段 在有限灌溉 条件下 的干旱指 标及发生 概 率。利用 F A O 产量 与水分关系模型，计算 出干旱 引起的减产 率 一 并综台 考虑当地 抗灾性能和承灾体密 度 得到 冬小麦各发育 阶段墨全 生育 期的干
2、旱风险 度，进行分级 定量评估。为小麦持续 高产 稳产决策提供科学依据。主题 词：冬 小麦干 旱 中国 图书 P 4 2 0 引言 旦堕 兰苎 些垦 61 6 华北地区是我国重要的粮食 生产基地之一，冬小麦产量占全国夏粮总产的四分之三，对全 国的粮食产量有较大的影响。但是华北地区水资源短缺，干旱频繁，严重地制约农业生产的发 展。因此，正确、客观地评估干旱对华北地区冬小麦的影响，为制定防灾、减灾对策提供科学依 据是气象为农业服务的重要任务。目前，历史干旱对农业影响的评估 大多是对典型年的气候特 征、影响范围 受灾程度进行描述，分析所用的干旱指标基本未考虑作物对干旱的响应，损失的 评估缺乏定量依据
3、，更没有涉及农业生产过程中的非气象因素。为了更科学地评估干旱对小麦生产 的影响，作者采用 了自然灾害风险分析方法。选择能够 反映土壤一 作物一 大气系统 水分运动的干旱指标，综台考虑干旱概率、抗灾性能和承灾体密度等 多种因素，对华北地区小麦干旱风险度进行客观评估，旨在为小麦高产稳产和减灾救灾提供科 学依据，同时探讨利用风险分析进行气象灾害影响评估的方法。2冬小麦干旱风 险分 析方法 风险分析是一种用于评价灾害损失的方法，主要包括风险辨识、风险估算和风险评价三个 部分。风险辫识主要描述可能对系统产生影 响的各种因素；风险估算着眼于定量分析处于风险 中的系统特性 阐明灾害的成因、发生概率及其后果；
4、风险评价则在此基础上为决策提出建 议“。干旱是一种气象灾害，但是它对农业的影响不仅取决于气候条件，还与农业生产本身以 及社会经济等因素有关。因此，本文进行冬小麦干旱风险分析时建立 了干旱概率、产量损失、抗 灾 性 能和承 灾体 密度 等 四个模 型，进 行综 合分 析和 定量 评估(图 1)。本文得到 国家科委 8 5-0 0 6 0 1 1 7 华北农业干旱篮酗预报与影响评估技术研究 课题资助。王石立：副研究员 收稿 日期：1 9 9 0 1 1 6 究 研 S步 初 的 估 评 险 风 维普资讯 http:/ 6 4 自然灾害学报 6卷 2 1 干旱 概 率模 型 该 模 型 包 括冬 小
5、 麦 干 旱 指 标 的 确 定 和 干旱 发生 概率 分 析 蒸 散是 土壤 一 作物 大 气 系统 中水分 交换 的连续 过程。实 际土 壤 水 分 条 件 下 的 农 田蒸 散 量(E T )与土 壤 水 分 适 宜 时 的农 田 最大 蒸 散 量(E )的比值(相 对蒸 散)可 较 好 地 反 映 作 物 水 分 亏缺 程度 J 因此，本 文采 用 相 对蒸 散 作 为表征 小麦 干 旱 的物 理 量。选取 华北 地 区具 有 代表 性 的 个 站 点 利 用 1 9 5 6 1 9 9 5年 冬 小 麦 生 长 季 逐 旬 气 象、发 育 期、土 壤水 文 资料，计 算 了进 行有
6、限灌 溉 的 冬小 麦不 同发 育阶段 的相对 蒸散。根 据造 成 不 同减 产程 度【曩 篓 率 l 抗 蠢 董 能 i 承 省 模 型 l 模 型 l j 模 型 =一 广 l 产 损 一 暖雨厍 I 堕型 J 口巫亟匝 4 口巫亟匿 图1 冬小麦干旱风险评估 系统 表 1 各发育阶段 干旱强度指标(相对蒸散)2 0 )的相 对蒸 散值，确 定各 发育 阶段 干 旱强 度(轻、中、重)的指 标(表 1)。按 照指标，计 算 了各 发育 阶段 不 同干 旱 强度韵 发 生概 率 2 2 损失模 型 本 研究 以小 麦 产量 的减 少表 示损 失大 小 应 用 F A O 产 量 与水分 关
7、系模式 计 算 干旱 引起 的减 产率：1一【y。Y)一 K(1一。E )(1)式 中 y 为实 际 产量；y 为 水 分适 宜 条件 下 由辐 射 和 温度 决 定 的最 高 产 量；K 为 作 物水 分 亏 缺 反应 系数，它 依作 物 不同 发育阶 段对 水分 的敏 感程 度而 异。用 Ry表 示 减产 率，R ET表 示 相 对 蒸 散，则：RYK(1 一RET)(2)2 3 抗 灾 性能模 型 灌 溉是 防御、减 轻干 旱 的主要 农业 生 产措 施，产 量水 平反 映一 个地 区农业生 产水 平 和抗 御 灾 害 的能力。故 本 文 灌溉 水平 和产量 水平 表 示抗 灾性 能 的
8、高低。灌 溉水 平 为冬小 麦灌 溉 面 积 与种 植面 积 的 比值，产 量水 平以 当地 不 同年代 的平均 产 量 与所 在气候 区最 高 产量 之 比表示。2 4 承 灾体 密度 模 型 干 旱造 成 的损 失 与小 麦种植 面积有 关。种植 比例越 大，承 灾体 的密 度越大 发生 干旱 时产 量的损失也越大。文 中 小麦种植面积与耕地面积 比表示承灾体密度。2 5 冬小 麦 干旱风 险 度计算 R 一(尸，RY，)(1 1 RL)(1一 YL)C(3)式 中 尸 为一 定 干旱 强度 的概率；R Y为 减 产率；i为干旱 强度；P RY 表示 某干 旱 强度 下 减 产 损 失 的
9、概率 为 干旱 等 级数；1 RL表 示 灌 溉水平；为 产 量水 平；C 指 冬小 麦 种 植 面 积 占耕 地 面 积 百分 比，各 项 均 为百 分数 R 为风 险度，是 综 合上 述 五 个 因 素所 得 的结 果 R值 用 O 维普资讯 http:/ 3期 王石立：华北地 区冬小麦 干旱风险评估的 初步研究 6 5。i 0 0表 示，其值越 大 则造 成损 失 的可能 性越 大，即 风险度 越 大 3 冬小麦干旱风 险度的因素分析 3 1 冬 小麦 干旱 发生概 率 及损 失概 率 作 为一种 气 象 灾 害，干 旱 对某 地冬 小麦 生 产 的影 响 大 小，首 先 取 决于 当地
10、 的气 候 条件，即 不 同强 度干旱 的发 生 概率 小 麦各个 发育 阶段 不 同强 度 干旱 的 概率 计算 结果 表 明，在 进行 有 限 灌 溉的 条件下，从 播种 至返 青 阶段基 本 没有 明显 的干 旱发 生。拔 节期 需 水 量增 加较 为迅速，华 北 麦区 中、北 部(北 京、天 津、河北 尢部、山东大 部、河南 中北 部)中等 强 度 干旱 发 生概 率 为 1 0 2 5 山东东南部和河南南部在 j 以下。抽穗期华北大部 出现 中等强度干旱的概率为 4 0 6 0，重度干旱为 1 j 3 0 山东东南部和河南南部中等干旱概率为 1 O 3 0，重度干 旱概 率 山东东
11、南部 为 1 0 1 j 河南南 部 不到 5 。乳熟 至成 熟期 华北 大 部 中等强 度干 旱概 率 为 3 5 j 5 重 度干旱 为 1 5 2 5 山东 东南 部 沿 海 和河 南南 部 的 中度 和重 度 干 旱概 率 分别 为 1 0 2 0 和 1 0 左右 在 干旱 概 率分 析 的基 础 上，计 算 了冬小 麦 各发 育 阶 段 不 同强 度 干 旱 的发 生 概率 与相 应减 产 率乘 积 的总 和，作 为各 发育 阶段 干旱 影 响 的损 失 概率。全 生育 期 的 损失 概 率 为各 生 育 期之 和。损 失概 率反 映 了构成 小麦 干旱 风 险 中的环 境气 象
12、因素 图 2为 小 麦 全 生 育 期 干 旱 损 失 概 率 的分 布。损 失 概 率 从南 向北 增 加，以 河 南 南 部 和 山 东 东南 沿 海 最 低，约 为 1 5 以 下，其 中 驻 马 店、固 始 仅 5 左 右。郑 卅l、洛 阳以北 大部地 区为 2 5 2 8 北 京、天 津、河北 中部、半 岛北部 达 2 8 3 0 最 为 突 出。河 南 西 部 为 2 0 2 5 属 中等 偏低 范 围 3 2 冬 小麦 灌溉 水平 和产 量 水平 随 着农 业 现 代 化 的发展，华 北 冬麦 区 各地 灌溉 能 力 有 了 一定 的提 高 产量 也 尢幅 度增 长。8 0年代北
13、 京、天津、河北 大 部、河 南 北 部 灌 溉 率 达 7 0 8 5 ；山 东 大 部、河 南 中部 为 5 0 6 5 ；河 南 西 部(洛 阳、卢 氏)和 东 部(商 丘)较 低 约 4 0 左 右。进 入 9 O年代 华北 平均 灌 溉 率 比 8 0年代增 长 5 但 各地 发展 水平 有所 差异。山 东北 部 和 西部、河 南 东 部 增 民 6 左 右；北 京、天 津、河 北 大 一 I tt鼬 抠，一，l 日 日 手 若、L(日 量 0 丑 等 E -一 0 矾 ：i 扯 i，醐、。、一 ：。图 2 华北各 地冬小麦生生育期 干旱损失概率()部、半 岛北 部、河南 大部增 长
14、 3 5 ，其 中河 南 西部 自然条 件 较差，生 产力 平 不高，灌 溉能 力发展 较慢，9 0年代基 率 没有增 长 局 部地 区甚至 略有 减 少。另外，河南 南 部 和山东 东南 部 在 维普资讯 http:/ 6 6 自然灾害学报 6卷 正常气候条件下 自然降水基本可满足小麦 生产需求，因而灌溉面积不大。9 0 年代华北地区灌溉率比8 0 年代增 长 4 6 砀的地区，小麦增产 1 5 3 0 (表 2)。可见灌溉水平的提高，抗御干旱能 裹 2 灌溉水平和产量 水平 变化()地 区 天津保定石家庄德州济南馏博 灌溉 3 4 4 6 6 6 产量 2 8 l 9 l 5 2 O 2
15、5 3 4 力的增强，对小麦产量增长的效益是明显的。总体上来看，华北地区灌溉水平与产量水平的高 低分布基本一致，即灌溉水平高的地区产量水平较高，反之亦然。北京、天津、河北中部、山东中 部和西部为高产区；河北南部、山东南部和半 岛大 部、河南 中北部为中产区；河 南南部、西部等 为低产 区。3 3 冬小麦种植比例 由于各地的 自然条件、气候环境和农业布局上的差异，冬小麦种植面积有一定差别。8 O 年 代华北地 区冬小麦平均种植面积占耕地面积的 6 0 左右，进入 9 0年代增长约 3。其中，河南 大部、河北 中南部和 山东中南部小麦种植 比例达 6 5 7 5；山东西北部和半 岛大部为 5 0
16、6 0；北京、天津为 3 5 4 5，比例最小。4 冬小麦干旱风险评估 4 1 干旱风险度分级 按(3)式计 算了不同发育 阶段 裹 3 冬小麦干旱风险度 分级 及全生育期的干旱风险度，并对风险度作相应的等级划分(表 3)。4 2 冬小麦干旱风险度评估(1)冬小麦全生育期干旱风险度评估 华北冬麦区 3 o个代 表站冬小麦全生育期风险度的平均值 8 0年代 为 2 6，9 0年代为 2 1，比 8 o 年代略有减轻，但均属 中度风险。这表明，华北冬麦区 目前在有限灌溉条件下，小麦产量受 旱的影响仍较大 8 0 年代河南西部(洛阳、卢氏)和半岛北部(莱阳、烟台)为极重风险区；河 北南部c 邯郸)、
17、河南中北部和东部(郑州、安阳、商丘)、山东西部(济南、菏泽)为重度风险区；山 东大部(惠民、淄博、泰安、兖州、临沂)及河北的邢台、河南的许 昌等地为中度风险区；北京、天 津、河北中部及河南南部、山东东南部沿海为轻度风险区(图 3)。比较图 2和图 3可以发现一些很有意义的事实。北京、天津和河北中部仅由气候条件决定 的减产损失概率在华北地区最大，而综合考虑五个因素后的风险度大大降低，显然灌溉水平和 产量水平所反映的较强的抗灾性能起到了很重要的作用。相反，河南西部(洛阳、卢氏)在图 2 中属中等偏低的损失概率，但由于灌溉率低，产量水平不高，抗灾能力较差，因而干旱风险度最 大，比河北 中部、北京、天
18、 津等地大 5 倍之多，属于极重风险区 另外，图 2中山东半岛北部的干 旱减产损失概率与北京、天津、河北中部相近，但灌溉水平和产量水平较低，因而 干旱风险度比 这些地 区大，属极重度风 险区。河南中北部地区灌溉率和产量水平中等，但小麦种植 比例几乎 最大，因而干旱风险度较大，属重度风险区。河南南部和 山东东南部沿海降水相对较多，干旱发 生概率最低，在风险因素中起主导作用，因而干旱风险最小 进入 9 o年代 以来，除极重度风险区仍维持在河南西部和半岛北部外，其余 各地 由于农业 维普资讯 http:/ 3期 王石 立：华北地 区冬小麦干旱风险评估 的初步 研究 6 7 生 产水 平 的提 高 抗
19、旱 能 力 普遍 增 强，风 险度 均有 所降低(图 4)图 3中 8 0 年 代 山东 境 内 的重 度 风 险 区 到 9 0年 代 仅存 在 于 西 南部(菏 泽)其 余 地 区 均 变 为 中或轻 度风 险 区。河 南 重 度风 险区范 围缩小 到 中部 和东 部 的郑 州至 商丘一带，其程度也有所减轻。中度和 轻 度风 险 区范 围扩 大，北 京、天 津 和河 北 中部 则变 为基本 无风 险区，(2)冬 小 麦 不 同 发 育 阶段 干 旱 风 险度 评估 如 前 所 述，冬 小 麦 不 同 发 育 阶 段 对 水 分 亏缺 的 敏 感程 度 不 同，造 成 的 产量 损失 有一
20、定差 异。因此，即使在 相 同 的抗 灾能 力、承灾 体密 度 等 条件 下，各 发育 阶段 的风 险度 也 有 较 大 差 别“小 麦 进 入拔 节期 后需 水 迅 速 增 加，抽 穗 期 达到 最高，然后 下 降直 至成熟 其 中孕 穗 至抽 穗 为对 水 分 最 敏 感、对 产 量 影 响最 大 的时 期，因 而 干 旱 风 险 度 最 大，占 全 生 育 期 风 险 度 的 4 0 5 O；其次是乳熟至成熟期，干旱风 险 度 占全 生 育 期 的 2 O 3 0 ；拔 节 期 干旱 风 险度最 小，只 占 1 0 左 右。这 一 事实 说 明，根据 小麦 需 水 规律，实 行 科 学、
21、合理 的灌溉 制度，可 以减轻 小 麦 生 产 中的干 旱风 险程度。5 结论与讨 论(1)农业 干旱 发 生 概 率 的 大 小 是 评 估不 同 地 区历史 干 旱 影 响的 主要 依 据 之 一。华北冬 麦 区 各地 干旱 概率 从 南 向北 加大。同时，干 旱影 响 的减产 损 失 概 率 亦 随 之 加 大，北 京、天 津、河 北 中 南 部、河南 北 部、山 东 半 岛北 部 最 大(2)于 旱 影 响 还 与 农 业 生 产 本 身 r 、一&日 墨 、0-t ；0 日 瀚 0 n 一 ，j 日 址 ；土 曩 上 r _ 、一矗，蚌坤 _ I L，f _ j，-j I 圈 3 华
22、北 地区 8 0年代冬 小壹干旱风 险虚、一：(一、，-，7 r 一 一。牲 ，1一 j 土 I ，；一，：、：二 一 _ 上 煎、l。一 蚌埠 、一 d 、一 、图 4 华北 地区 9 0年代冬小麦 干旱风 险度 维普资讯 http:/ 6 8 自然灾害学报 6卷 有关。由于各地的生产水平、抗灾性能和承灾体密度不同，因而干旱所造成的损失不同，小麦生 产风 险存 在较 大差 异。北 京、天 津、河 北 中部 等地 生 产 力水平 较 高 的地 区灌溉 率 高，抗 灾性 能较 强，即使 干旱发 生 概率 大 减产 的风 险度 也较低。而 在 河南 西部 和 山东 半 岛北部 这些 生 产水平 不
23、 高、灌 溉水平 较 低 的地 区，尽 管气候 干 旱概 率不 大，而 其 风 险度 也明 显加大 因此，评牯 干 旱 对 各地 冬小麦 生 产 的影响 时，应 结合 干 旱发 生概 率、造 成损 失、抗 灾能 力、承 灾体 密 度等 多种 因 素 考虑。因此，风险 度评 估是一 种较 为客观 的分 析方 法。(3)冬小 麦 干旱 的风 险评估 应选 择 有农 业意 义的 干旱 指 标 并 要结 合 不 同发育 阶段 于 旱对 产 量的影 响进 行分 析。冬小 麦 干旱 风 险主要 来 自拔节 一抽 穗 一乳熟 期 的 水分 亏缺，尤 以孕穗 一 抽穗阶段为甚。另外，华北大部地区进入 9 0年
24、代以来 由于生产水平的提高，抗灾能力增强，干 旱风险度比 8 O年代有所降低。(4)目前，干旱 仍是华 北 大部 分地 区冬 小麦 生产 的 主要 风险 各地 应进 一 步 开发和 整治，提 高有 效灌 溉率，发展 节水 农 业，增 强抗 旱能 力，这 是保 证 冬小 麦持 续 高产 稳产 的重要 条 件。风 险度分 析涉 及 自然 环境 变量 和农业 经济 变量 两方 面 的 因素，是 十分复 杂 的问题，本 文关 于生 产 水平、灌 溉 水平 的资 料和 分 析还 很 有 限，有 待于 在 今后 进 一 步结 合 农业 产值、经 济损 益 等 问题开展 更 深人 的研究。参考文献 1 P
25、e t a kW a n d Ai k i s s o nA 自然灾害风险评价与域灾政策北京：地震 出版 社-l 9 9 3 2 王 石立，娄秀荣，沙窦卓 华北 地区小麦水分亏缺状况韧探 应 用气象学报-1 9 9 5，(6)：4 2 4 7 3 D o o r e n b o s J a n d Ka s s a m A H Yie l d r e s p o n s e t o wa t e r FRO I r r i g a t i o n a n d Dr a i n a g e Pa p e r，No 3 3 FAO R0 PRELI M I NARY S TUDY oN THE D
26、RoU GHT RI S K AS S ES S M ENT oF W I NTER W H EAT I N NoRTH CH I NA W a n g S hi l l Lo u Xi ur o n g (Ch i n e s e Ac a d e n y o f Me t e o r o l o g i c a l S c i e n c e-Be i j i n g)ABS TRACT Th e me t h o d o f i n f l u e n c e a s s e s s me n t o f me t e。r。l。g i c a 1 d i s a s t e r s u
27、s i n g r i s k a n a l y s i s i s d i s c u s s e d Th e d r o u g h t i n d e x e s o f wi n t e r wh e a t i n v a r i o u s d e v e l o p me n t s t a g e s u n d e r l i mi t e d i r r i g a t i o n a r e d e t e r mi n e d a n d t h e d r o u g h t p r o b a b i l i t i e s a r e c a l c u l
28、a t e d B a s e d o n t h e mo d e l o f y i e l d r e s p o n s e t o wa t e r b y FAO t h e r e d u c t i o n s o f y i e l d r e s u l t e d f r o m d r o u g h t a r e e s t i ma t e d Co m b i n e d wi t h p r o pe r t y o f c o m ba t i ng dr ou g ht a n d de ns i t y of da ma g e d s y s t e
29、m t he dr ou g ht r i s k d e g r e e s a r e o b t a i n e d f o r e a c h d e v e l o p me n t s t a g e a n d wh o l e g r o wi n g s e a s o n，a n d a l s o t h e d r o u g h t i n f l u e n e e a s s e s s me n t i s ma d e o n t h e b a s i s o f r i s k d e g r e e c l a s s i fi c a t i o n Th e r e s u l t s c o u l d p r o v i d e s c i e n t i f i c b a s i s f o r d e c i s i o n ma k i n g o f s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t o f wi n t e r whe at KEY W ORDS：W i n t e r wh e a t Dr o u g h t Ri s k a s s e s s me n t No r t h Ch i n a 维普资讯 http:/