我国农业气象灾害评估研究现状和发展方向

摘 要 :介绍 了当前我国农业气象灾害评估中常用的方法和研究成果 , 对综合模型评估 、作物模型评估和灾害 风险评估等方法进行了 评价 , 认为目前农业气象灾害评 估中存 在的主 要问题 有定量评 估能力 仍显不 足 、作 物机理 模型应用有待加强及灾 害风险评价理论和方法有待完善 等 , 未 来的发 展趋势 主要是作 物模型 的应用 将加强 、农业 气象灾害风险评估将进 一步完善和综合评估技术向多元化发展等 。
灾害风险是指各种危险因子未来若干年内发生
第 3期
余卫东等 :我国农业气象灾害评估研究现状和发展方向
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的可能性及其可能达到的灾害程度 。 灾害风险评价 是一项在灾害危险性 、灾害危害性 、灾害预测 、社会 承灾体脆弱性 、减灾分析及相关的不确定性研究的 基础上进行的多因子综合分析工作 。 灾害风险管理 是指人们对可能遇到的各种灾害风险进行识别 、估 计和评价 , 并在此基础上进行有效地控制和处置灾 害风险 , 以最低的成本实现最大安全保障的决策过 程 。灾害风险评估与管理已逐渐成为灾害科学 、地 球科学的发展方向 、重点领域和前沿课题 [ 36] 。
综合模型评估一般从灾害的强度 、灾害覆盖度 、 作物对灾害的敏感度 、抗灾能力以及社会生产力水 平等因素入手 , 构建灾害评估指标体系 , 利用回归分 析[ 6] 、模糊数学方法[ 7] 、灰色聚类分析[ 8 -9] 、层次分 析法 [ 10] 和 BP神经网络 [ 11] 等多种数学方法 , 建立农 业气象灾害综合评估模型 , 进行农业气象灾害定性 或定量评估 。
灾害风险分析在国外的研究起步较早 , 但多侧 重于经济领域和重大自然灾害等方面 , 在农业气象 灾害风险方面研究成果并不多 。农业气象灾害风险 评估在我国大致开始于 20 世纪 90年代 , 前期以灾 害风险分析技术方法探索研究为主 , 以风险分析技 术为核心 , 探讨了农业自然灾害风险分析的理论 、概 念 、方法和模型 。 后来逐步发展到以灾害影响评估 的风险化 、数量化技术方 法为主 , 构 建灾害风险分 析 、跟踪评价 、灾后评估 、应变对策的技术体系 。王 石立等 [ 37] 分析了小麦各发育阶段在有限灌溉条件
影响评估 , 丰富和拓展了灾害风险内涵 , 建立了灾害 影响评估的技术体系 , 实现了灾害风险的量化评估 。 薛昌颖 [ 41] 、王素艳等[ 42] 利用北方冬小麦近 50 a的 实际单产资料和气象资料 , 进行冬小麦产量灾损风 险评估和风险类型划分 。 以历年平均减产率 、灾年 减产率变异系数 、不同减产率及其发生的概率和抗 灾指数作为产量灾损风险评估指标 , 提出了北方冬
目前的作物模型主要有荷兰 deWit学派的系 列模型 、美国 DSSAT模型 、澳大利亚的 APSIM模型 以及我国的 CCSODS模型 。 其中荷兰模型强调作物 光合作用 , 主要考虑土壤 、气候等因素的作用 , 是一 个通用性强的模型 , 不同作物可以通过改换作物参 数和土壤 、气候数据而共用一个模型框架 。 美国的 DSSAT模型每一种作物都有其独立的模块 , 考虑了 品种遗传特性 、土壤 、天气和管理措施等因素的作用 以及土壤碳循环 , 考虑相同作物不同品种之间的特 性 , 在气候影响评价领域应用比较广泛 。澳大利亚 的 APSIM模拟系统的核心突出的是土壤 , 而不是植 被 、天气和管理措施引起的土壤特征变量的连续变 化 。 国内高亮之等发展的 CCSODS模型具有机理性 和通用性 , 同时也注重实用性 , 面向基层农业管理者 和农田管理者 , 提供作物优化栽培体系 。
气象与环境科学
第 32卷
郑景云 [ 16] 利用实际粮食产量资料 , 从影响粮食生产 的因素入手 , 提出了自然灾害粮食损失的评估模型 , 并对我国近 40 a来的粮食灾损量进行了估计 。姚 晓红等 [ 6] 根据实测气象和粮食产量资料 , 建立了基 于农业气象灾害强度的天水市玉米 、冬小麦的气候 产量数学模型 , 并以此作为气象灾情评估和定量分 析农业气象灾害对粮食作物产量影响的依据 。 宫德 吉等[ 17] 提出了 “期望产量 ”的概念并将其用于灾害评 估和产量预报 。 此后徐为根 、刘静 、陈素华 、张星 、王 雨 [ 18 -22] 等先后利用该方法对在不同地区的农业气象
1 农业气象灾害评估 研究现状
农业气象灾害对农业造成的影响通常以农业气 象灾害指标体系 为依据进行评 价 , 尤其是 20世纪 80年代以来 , 我国学者以人工控制条件和大田试验 以及灾害资料统计分析为基础 , 形成了主要农业气 象灾害指标体系 , 在此基础上建立了各种农业气象 灾害评价的数学模型 [ 3 -5] , 使灾害评价由定性逐渐 向定量发展 。其研究对象涉及干旱 、洪涝 、连阴雨 、 热带气旋 、晚霜冻 、干热风等多种农业气象灾害 。针
下的干旱指标及发生概率 , 计算出了干旱引起的减 产率 , 得出冬小麦各发育阶段及全生育期的干旱风 险度并进行分级定量评估 。 邓国等 [ 38] 以风险理论 为指导 , 初步探讨了粮食生产中的风险问题 , 并从粮 食产量序列入手采用解析概率密度 曲线积分的方
法 , 着重粮食产量的波动情况 , 定量地反映该地区粮 食生产风险水平的高低状况 。 针对农业生产中大范 围农业气象灾害影响的定量评估需求 , 霍治国 [ 39] 、 李世奎 [ 40] 等将风险原理有效地引入农业气象灾害
的后效性及作物不同发育 阶段对水分胁迫 的敏感 性 , 研制出实际水分条件下的冬小麦生长模拟模式 , 并利用该模式对干旱进行了动态 、客观评估 。 孙宁 等[ 32] 利用 APSIM-Wheat模型的模拟结果评估了北 京地区干旱造成的冬小麦产量风险 。 张雪芬等[ 33] 利用 WOFOST模型 , 选取干物质重 、穗重 、茎重等模
20世纪 80年代中期 , 以农业专家系统为代表 的评估模型开始应用于农业管理 , 其应用范围也逐 渐从单一的病虫害诊断转向生产管理 、经济决策分 析 、生态环境评估等 。伴随着作物模型的进一步发 展 , CERES系列模型也逐渐被许多国家广泛应用于 不同环境条件下的作物估产 、干旱评价以及气候变 化对农业的影 响 。 国内农业 评估模型研究 开始于 20世纪 80年代初期 , 90年代后金之庆等[ 30] 采用作 物模拟模型与气候变化情景耦合的方法 , 评价了全 球气候变化对我国东北 、华北和长江中下游平原大 豆产量和灌溉量的影响 。 王石立 [ 31] 利用水分胁迫
据干旱指数建立了受灾面积和成灾面积评估模型以 及经济损失评估模式 。王守荣等 [ 25] 把灾害造成的 经济损失分解为时间序列趋势项 、气候异常影响项 和随机波动项 , 建立了气候异常直接经济损失统计 预测模型 。 王镇铭等[ 26] 根据受灾面积 、经济损失 、 GDP值等资料 , 对浙江省重大旱涝气象灾害对国民 经济的影响进行了评估 。袭祝香等 [ 27] 根据统计资 料及受灾面积 , 利用多元回归方法 , 建立了吉林省历 年洪涝损失序列和洪涝损失评估模型 。吴蓁 、吴富 山 [ 28 -29] 等利用多元回归方程对河南省暴雨洪水灾 害损失进行了预评估 , 并提出了相应的减灾对策 。 1.2 作物模型评估
收稿日期 :2009 -03 -24;修订日期 :2009 -04 -22 基金项目 :河南省气象局科研项目 (Z200806)资助 作者简介 :余卫东 (1972 -), 男 , 河南商丘人 , 高级工程师 , 硕士 , 主要从事生态与农业气象研许多学者也对全球气候变化背景 下农业气象灾害时空分布及强度对气候变化的响应
进行了研究 。 近年来随着 3S技术的应用以及作物 模型的日趋成熟 , 农业气象灾害评估在时间和空间 的精细化程度方面得到明显提高 。目前国内外关于 农业气象灾害影响评估主要包括综合模型评估 、作 物模型评估和灾害风险评估 , 评估内容包括作物产 量损失 、人类社会经济损失和灾害风险区划及管理 等方面 。 1.1 综合模型评估
灾害进行了定量分析评估 。通过期望产量计算出的
产量损失率涵盖了生育进程中所有灾害对最终产量
的影响 , 作物生育期过程中一般要遭受多种气象灾 害 , 因此它反映的是灾害影响的整体状况 。 当具体分 析每一种灾害的影响时 , 还要确定每种灾害对产量影 响的权重 。各种灾害权重系数的确定常采用专家打 分 、灰色关联分析和熵权法[ 23] 等 。 其中专家打分法 是根据专家经验与个人判断 , 把定性转为定量的一种 评价预测方法 , 可以充分发挥专家的集体效应 , 简单 易行 , 但客观性不足 ;灰色关联分析法是通过计算不 同气象灾害与总灾害的关联度得到其对农业生产的
影响权重 ;“熵权 ”理论是一种在综合考虑各因素提 供信息量的基础上 , 计算一个综合指标的一种客观赋 权方法 , 使得权值的分配有了一定的理论依据 , 在自 然灾害评估评价中得到了广泛应用 。
经济损失评估是综合评估模型的另外一个重要 评估内容 。 李翠金[ 24] 采用降水距平百分率和干旱 指数确定了华北平原单站及区域的干旱等级 , 并依
第 32卷 第 3期 2009年 8月
气象与环境科学 MeteorologicalandEnvironmentalSciences
Vol.32 No.3 Aug.20 09
我国农业气象灾害评估研究现状和发展方向
余卫东1, 2 , 张 弘 1, 2 , 刘伟昌 1, 2
(1.河南省气象科学研究所 , 郑州 450003;2.中国气象局农业气象保障与应用技术重点开放实验室 , 郑州 450003)
型输出量定量评估了黄淮 平原晚霜冻对产 量的影 响 。 马树庆等 [ 34] 应用改进后的玉米生长发育和干 物质积累动态模型 , 采用新的玉米低温冷害指标和 参数 , 建立了玉米低温冷害发生及损失程度 。 张建 平等 [ 35] 借助 WOFOST模型在东北地区玉米适应性 验证的基础上 , 实现了东北地区玉米低温冷害的定 量化评估 。 1.3 农业气象灾害风险评估
刘静等[ 12] 运用产量逐级分离模拟和逐步筛选
聚类分析方法 , 建立了综合灾害等级查询表和灾损 评估模型 。马晓群 、魏瑞江 、姜爱军等 [ 13 -15] 分别建 立了安徽 、河北 、江苏等省的农业气象灾害定量指标 和评估方法 。 在综合评估模型中 , 作物产量损失评 估是农业气象灾害定量评估的基础 。农业部门一般 根据绝收面积 、成灾面积和受灾面积计算粮食损失 。