麻炳欣　談豐　孫健

摘要 基于上海10個區(qū)縣30年大風(fēng)統(tǒng)計資料和閔行區(qū)域自動站近年大風(fēng)統(tǒng)計資料，通過對大風(fēng)天氣現(xiàn)象的時空分析結(jié)合設(shè)施大棚抗風(fēng)強(qiáng)度得出大棚成災(zāi)與風(fēng)力等級的關(guān)系，將研究結(jié)論應(yīng)用于閔行區(qū)，基于GIS平臺，制作了閔行區(qū)設(shè)施大棚風(fēng)災(zāi)農(nóng)業(yè)氣候風(fēng)險區(qū)劃。結(jié)果表明，上海市閔行區(qū)大風(fēng)主要出現(xiàn)在夏季，春季次之；其中近38%的大風(fēng)出現(xiàn)在7～8月份；近30年來大風(fēng)日數(shù)呈現(xiàn)逐年下降趨勢。閔行區(qū)西南部地區(qū)主要包括馬橋鎮(zhèn)、江川路街道、吳涇鎮(zhèn)南部等大風(fēng)出現(xiàn)頻率較高，為風(fēng)災(zāi)較高風(fēng)險區(qū)；中部地區(qū)梅隴鎮(zhèn)、莘莊鎮(zhèn)、顓橋鎮(zhèn)、吳涇鎮(zhèn)北部、浦江浦江鎮(zhèn)西南部等大風(fēng)出現(xiàn)頻率中等，為風(fēng)災(zāi)中等風(fēng)險區(qū)；七寶鎮(zhèn)、虹橋鎮(zhèn)、古美街道以及浦江鎮(zhèn)東北部等大風(fēng)出現(xiàn)頻率最低，是風(fēng)災(zāi)較低風(fēng)險區(qū)。

關(guān)鍵詞：設(shè)施農(nóng)業(yè)；大棚風(fēng)災(zāi)；大風(fēng)日數(shù)；風(fēng)險區(qū)劃

中圖分類號：S424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）08-167-03

設(shè)施農(nóng)業(yè)以人工建好的設(shè)施為基礎(chǔ)，為種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)及其產(chǎn)品貯藏保鮮提供最佳的環(huán)境條件，進(jìn)而提供高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品[1]。設(shè)施園藝作為一種對設(shè)施裝備要求較高的生產(chǎn)方式，其設(shè)施的規(guī)模與結(jié)構(gòu)、裝備的種類與數(shù)量代表了一個國家或地區(qū)的總體生產(chǎn)能力與保障水平。我國設(shè)施園藝歷史悠久，2000多年前已經(jīng)有利用室內(nèi)加溫技術(shù)冬季種植蔬菜的記載。但現(xiàn)代設(shè)施園藝技術(shù)起步較晚。20世紀(jì)60～70年代開始經(jīng)過40年的發(fā)展我國設(shè)施園藝面積已經(jīng)位居世界第一位[2]。上海設(shè)施農(nóng)業(yè)主要以塑料大棚為主，由于設(shè)施作物的生長在很大程度上依賴于氣候條件（降水、氣溫、光照等），但塑料大棚對自然災(zāi)害的抵御能力較差，因此塑料大棚易在大風(fēng)天氣影響下，會吹壞大棚，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失[3]。筆者在此利用上海10個區(qū)縣30年大風(fēng)資料，對大風(fēng)天氣現(xiàn)象的時空分布特征進(jìn)行了分析，并基于GIS平臺制作了閔行區(qū)設(shè)施大棚風(fēng)災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃。

1 資料來源與成災(zāi)機(jī)理

1.1 氣象資料來源 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為上海市各個區(qū)縣，包括閔行、寶山、嘉定、崇明、徐家匯、南匯、金山、青浦、松江、奉賢的大風(fēng)日數(shù)30年統(tǒng)計資料（1981～2010年），閔行區(qū)域自動站近10年氣象資料。

1.2 設(shè)施大棚風(fēng)災(zāi)成災(zāi)機(jī)理 上海市是受大風(fēng)影響較嚴(yán)重的區(qū)域，造成風(fēng)災(zāi)的致災(zāi)因子多種多樣。有寒潮大風(fēng)、雷雨大風(fēng)、臺風(fēng)大風(fēng)和局地的龍卷風(fēng)；風(fēng)災(zāi)是由于風(fēng)力過大而對較為脆弱的承載體造成損害[4]。農(nóng)業(yè)設(shè)施大棚主要包括蔬菜大棚、西甜瓜大棚、草莓大棚、葡萄大棚以及水產(chǎn)養(yǎng)殖大棚等。大棚主要由鋼制件或竹木和塑料薄膜構(gòu)成，寬度一般在5～8 m，受風(fēng)面積較大，本身的抗壓能力有限，所以遇到強(qiáng)烈的大風(fēng)，當(dāng)風(fēng)壓超過棚膜及棚架的抗壓能力時，會造成棚膜撕毀，嚴(yán)重時可導(dǎo)致棚架倒塌；或由于大風(fēng)持續(xù)時間較長，風(fēng)壓使得棚膜在棚架上反復(fù)搖晃，上、下鼓打以致出現(xiàn)破口，風(fēng)侵入破口后在膜內(nèi)反復(fù)鼓風(fēng)加壓將棚膜撕碎，甚至連棚架一同拔出刮倒，從而殃及棚中作物的正常生長[5]。

研究表明，設(shè)施大棚迎風(fēng)面以風(fēng)壓力為主，迎風(fēng)邊緣風(fēng)壓等值線密集，風(fēng)力梯度大；背風(fēng)面則受風(fēng)吸力影響，風(fēng)力變化平緩。在不同風(fēng)向角下，設(shè)施大棚各迎風(fēng)區(qū)域風(fēng)壓系數(shù)均有正壓與負(fù)壓的過渡，在此過程中出現(xiàn)了零壓區(qū)；而一直背風(fēng)的區(qū)域風(fēng)壓系數(shù)均為負(fù)值。

2 上海市與閔行區(qū)大風(fēng)時空分布特征

2.1 大風(fēng)日數(shù)年際變化 從大風(fēng)日數(shù)年際變化（圖1）可以看出，上海市整體大風(fēng)日數(shù)呈現(xiàn)逐年下降趨勢，主要原因是上海市城市化進(jìn)程不斷加快，城市建筑物越來越多，建筑物之間相互遮擋減弱了風(fēng)力。

2.2 大風(fēng)日數(shù)月變化 從1981～2010年大風(fēng)日數(shù)月變化（圖2）可以看出，上海夏季7、8月份大風(fēng)日數(shù)明顯高于其他月份，約占全年大風(fēng)日數(shù)的34.7%；8月份是大風(fēng)發(fā)生頻率最高的月份，7月次之。因?yàn)?、8月份是上海臺風(fēng)和強(qiáng)對流等天氣發(fā)生頻率最多的2個月份。閔行區(qū)大風(fēng)集中發(fā)生的月份與整個上海市保持了較高一致性，7、8月份大風(fēng)日數(shù)明顯高于其他月份，約占全年大風(fēng)日數(shù)的37.6%；8月份是大風(fēng)發(fā)生頻率最高的月份，7月次之。

2.3 大風(fēng)日數(shù)空間分布特征 從1981～2010年大風(fēng)日數(shù)空間分布（圖3）可以看出，上海市大風(fēng)日數(shù)分布區(qū)域差異較明顯，主要出現(xiàn)在崇明區(qū)和金山區(qū)，其次為南匯、青浦、奉賢和閔行，發(fā)生較少的為徐家匯、寶山等；閔行區(qū)空間分布有較大的差異性，交大和女兒涇水閘自動站發(fā)生大風(fēng)頻次最多，其次為浦江光繼村（2013年已經(jīng)停用）、閔行本站以及陳家角自動站，頻次最少的為浦江二小、浦江三小自動站。

3 大棚風(fēng)災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃

3.1 風(fēng)力等級與大棚風(fēng)災(zāi)的關(guān)系 監(jiān)測分析表明，隨著風(fēng)速增大，大風(fēng)持續(xù)時間增長，或伴隨的降水強(qiáng)度愈強(qiáng)，其危害也愈大。參考楊再強(qiáng)等研究成果，設(shè)施大棚受風(fēng)破壞，最小臨界風(fēng)速為14.5 m/s，大棚端面的最小臨界風(fēng)速為18.3 m/s，此時受風(fēng)壓影響，設(shè)施大棚頂端較大棚端面更易被大風(fēng)損壞[6]。

根據(jù)劉桂枝等得出的結(jié)論6級大風(fēng)成災(zāi)機(jī)率為10%，且是輕災(zāi)；7級大風(fēng)成災(zāi)機(jī)率為67%，多是輕災(zāi)，當(dāng)大風(fēng)持續(xù)達(dá)5 h以上就會造成嚴(yán)重風(fēng)災(zāi)；8級以上大風(fēng)成災(zāi)機(jī)率達(dá)100%[5，7]。根據(jù)以上結(jié)論得出大棚受損程度與風(fēng)級對照表（表1）。從2012年臺風(fēng)“?？弊畲箫L(fēng)速對蔬菜大棚影響危害調(diào)查（表2）可以看出，風(fēng)力越大，過程降水越大，大棚受災(zāi)情況越嚴(yán)重。

3.2 風(fēng)險區(qū)劃指標(biāo) 因?yàn)?級以上大風(fēng)成災(zāi)機(jī)率達(dá)100%會對設(shè)施大棚造成嚴(yán)重的損壞，故筆者根據(jù)閔行區(qū)域自動站2005～2012年實(shí)際記錄的年大風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)作為統(tǒng)計指標(biāo)，用等分法將閔行區(qū)年大風(fēng)日數(shù)≤1.5 d作為風(fēng)災(zāi)風(fēng)險較低區(qū)域，>1.5 d而≤2.3 d為風(fēng)災(zāi)風(fēng)險中等區(qū)域，2.3 d以上為較高風(fēng)險區(qū)域，由此將閔行境內(nèi)區(qū)域自動站2005～2012年年均大風(fēng)日數(shù)進(jìn)行風(fēng)險等級劃分。

3.3 風(fēng)險區(qū)域劃分 利用ARCGIS空間分析模塊，選用反距離加權(quán)插重法IDW（Inverse Distance Weighted）對樣本進(jìn)行插值，反距離加權(quán)插值法是基于相近相似原理，以插值點(diǎn)與樣本點(diǎn)間的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，離插值點(diǎn)越近的樣本點(diǎn)被賦予的權(quán)重越大[8]。

根據(jù)以上統(tǒng)計結(jié)果與風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)用GIS空間分析模塊得出閔行區(qū)大棚風(fēng)災(zāi)農(nóng)業(yè)氣候風(fēng)險區(qū)劃圖（圖4）。

從圖4可以看出，Ⅰ區(qū)（風(fēng)災(zāi)較高風(fēng)險區(qū)）主要包括馬橋鎮(zhèn)、江川路街道、吳涇鎮(zhèn)南部等區(qū)域，該區(qū)域年大風(fēng)次數(shù)出現(xiàn)頻率高，為風(fēng)災(zāi)較高風(fēng)險區(qū)；Ⅱ區(qū)（風(fēng)災(zāi)中等風(fēng)險區(qū)）主要包括梅隴鎮(zhèn)、莘莊鎮(zhèn)、顓橋鎮(zhèn)、吳涇鎮(zhèn)北部、浦江浦江鎮(zhèn)西南部等區(qū)域，該區(qū)域年大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)居于中等水平，為風(fēng)災(zāi)中等風(fēng)險區(qū)；Ⅲ區(qū)（風(fēng)災(zāi)較低風(fēng)險區(qū)）主要包括七寶鎮(zhèn)鎮(zhèn)、虹橋鎮(zhèn)、古美街道以及浦江鎮(zhèn)東北部等地區(qū)，該區(qū)域年大風(fēng)次數(shù)出現(xiàn)較少，為風(fēng)災(zāi)較低風(fēng)險區(qū)。

4 結(jié)論與討論

針對閔行區(qū)風(fēng)災(zāi)高風(fēng)險區(qū)域應(yīng)盡量避開在沿江（河）附近或存在狹管效應(yīng)的風(fēng)口處的開闊地段建大棚[8-9]，選取抗風(fēng)能力強(qiáng)的棚型和棚架材料，增強(qiáng)棚體的堅固性。同時結(jié)合綠化林帶和生態(tài)農(nóng)業(yè)的開發(fā)建設(shè)，可以在設(shè)施大棚主要生產(chǎn)季節(jié)的主導(dǎo)強(qiáng)風(fēng)風(fēng)向的上風(fēng)方，種植具有一定寬度與高度的成片林帶，可有效減弱風(fēng)速，降低大棚受大風(fēng)襲擊時導(dǎo)致風(fēng)害的幾率。另外要盡量將進(jìn)出門、透風(fēng)口安置在當(dāng)?shù)卦O(shè)施大棚主要生產(chǎn)季節(jié)主導(dǎo)強(qiáng)風(fēng)風(fēng)向的下風(fēng)方。材料上要選取質(zhì)地堅韌、耐老化的塑料薄膜，棚膜與地表層相交處要用泥土填結(jié)實(shí)等方式進(jìn)行加固。同時要重點(diǎn)關(guān)注造成大風(fēng)的天氣系統(tǒng)如寒潮大風(fēng)天氣預(yù)告，在大風(fēng)來臨前或出現(xiàn)時及時關(guān)閉透通風(fēng)口、氣窗，防止進(jìn)風(fēng)和避免棚膜在棚架上搖晃，反復(fù)鼓打而撕碎棚膜，有效減小大棚受損，從而減少農(nóng)民的財產(chǎn)損失和人員傷亡。

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