廖云琛，李興陽，黃冬梅，戴 彤，馮 帥，閆 俊

(天津市靜海區(qū)氣象局 天津301600)

0 引 言

在我國，氣象災(zāi)害是自然災(zāi)害中最重要的方面。氣象災(zāi)害的評估在防災(zāi)減災(zāi)中占據(jù)有重要地位。天津市位于海河水系尾閭，是我國北方重要的沿海大城市[1]。農(nóng)業(yè)對于天津的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。靜海區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積位列全市第四，玉米是其重要的糧食作物之一。雨澇是靜海區(qū)玉米農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。雨澇是由于降雨量過大或過于集中，造成農(nóng)田積水，使得作物受災(zāi)。靜海地區(qū)大部分地勢低平，在低洼地區(qū)易形成積水，造成雨澇。暴雨致災(zāi)影響評估是氣象部門決策氣象服務(wù)的首要工作，是政府和有關(guān)部門有效組織避險(xiǎn)防災(zāi)等工作的重要依據(jù)，是決策服務(wù)工作迫切需要解決的問題[2]。在國家防災(zāi)減災(zāi)工作要求下，評估農(nóng)作物暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，建立農(nóng)作物因暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)閾值非常必要。

不少學(xué)者在暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方面取得了大量的成果。黃朝迎等[3]建立了公路路基水毀長度與農(nóng)田受澇、成災(zāi)面積的統(tǒng)計(jì)模型；李鳳琴[4]研究了寧夏50年來暴雨洪澇災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；田心如等[5-6]對江蘇省梅雨及其災(zāi)害影響進(jìn)行了分析評估；蔡冰等[7]對江蘇省設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行了區(qū)劃；Plummer[8]、Zhai[9]、鞠笑生[10]、李慶祥等[11]提出了不同的方法來確定暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的閾值；魏慶朝等[12]對災(zāi)害損失及災(zāi)害等級進(jìn)行了定義和指標(biāo)的確定。前人對于暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)閾值已有很多研究，但并沒有針對不同閾值量化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失程度的研究。此外，針對影響天津市靜海區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)閾值還未見研究。

本文針對 2009—2017年 5～9月的靜海區(qū)暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)以及玉米因暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估和區(qū)劃，通過線性回歸方法建立了玉米作物暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)閾值，量化不同暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)閾值所對應(yīng)的玉米受災(zāi)情況，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論性建議，還可以在降水預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供預(yù)警服務(wù)，減少暴雨災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失，為制定有效的防災(zāi)減災(zāi)政策提供科學(xué)的依據(jù)和保障，具有一定科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。

1 資料來源和研究方法

1.1 資料來源

本文研究數(shù)據(jù)來源于靜海區(qū)氣象本站和20個(gè)區(qū)域自動(dòng)站的 12,h(08時(shí)至 20時(shí)、20時(shí)至 08時(shí))、24,h(20時(shí)至轉(zhuǎn)天 20時(shí))的降水量數(shù)據(jù)，以及由靜海區(qū)中國人民保險(xiǎn)公司提供的靜海區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)因暴雨受損的玉米減產(chǎn)率數(shù)據(jù)。降水量數(shù)據(jù)時(shí)間尺度為2009—2017年5～9月。玉米減產(chǎn)率數(shù)據(jù)時(shí)間尺度為2013—2017年。

1.2 研究方法

本文采用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算靜海區(qū)12,h、24,h暴雨發(fā)生概率以及玉米暴雨致災(zāi)概率，并繪制風(fēng)險(xiǎn)(概率)分布圖。此外，使用相關(guān)分析[13]及線性回歸[14]的方法研究玉米作物減產(chǎn)率與所對應(yīng)的 12,h降水量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，從而劃分出玉米暴雨致災(zāi)閾值。

2 暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估及區(qū)劃

本文整理了 2009—2017年靜海區(qū) 21個(gè)自動(dòng)站5～9月08時(shí)～20時(shí)與20時(shí)～08時(shí)(12,h)、20時(shí)～20時(shí)(24,h)的降水量資料。定義 12,h降水量≥30,mm，24,h降水量≥50,mm 為暴雨的標(biāo)準(zhǔn)?；诖藰?biāo)準(zhǔn)，從整理好的靜海區(qū) 21個(gè)自動(dòng)站的降水量數(shù)據(jù)中挑選出達(dá)到暴雨的日期。將不同站的達(dá)到暴雨的次數(shù)累積后計(jì)算出不同站12,h、24,h降水量達(dá)到暴雨的概率，見表1、表2。

表1 靜海區(qū)各自動(dòng)站暴雨概率(12小時(shí)降水量)Tab.1 Rainstorm probabilities of all automatic station in Jinghai(12 hours)

表2 靜海區(qū)各自動(dòng)站暴雨概率(24小時(shí)降水量)Tab.2 Rainstorm probabilities of all automatic station in Jinghai(24,hours)

將以上概率數(shù)據(jù)匯總后，通過克里金插值法對數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，繪制出 12小時(shí)、24小時(shí)靜海區(qū)暴雨概率分布圖，如圖1、圖2。

圖1 靜海區(qū)暴雨概率分布圖(12 h)(單位：%)Fig.1 Rainstorm probabilities in Jinghai(12,hours)(unit：%)

圖2 靜海區(qū)暴雨概率分布圖(12 h)(單位：%)Fig.2 Rainstorm probabilities in Jinghai(12,hours)(unit：%)

從圖1中可以看出，在12,h的尺度上，靜海區(qū)暴雨發(fā)生概率呈自西北向東南逐步增加的分布，發(fā)生暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較低的地區(qū)為臺頭鎮(zhèn)、大邀堡、團(tuán)泊、沿莊、紀(jì)莊子等地，暴雨發(fā)生概率在 5%以下，發(fā)生暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域?yàn)闁|南部的薛莊子、中旺以及中部的靜海等地，暴雨發(fā)生概率在5%以上。

從圖2中可以看出，在24,h的尺度上，靜海區(qū)的暴雨發(fā)生概率分布與圖1在12小時(shí)尺度上的分布較為一致，大致呈現(xiàn)出自西北向東南增加的分布，臺頭、團(tuán)泊仍是發(fā)生暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較低的地區(qū)，但是沿莊在24,h的尺度上發(fā)生暴雨災(zāi)害的概率較12,h的尺度上明顯減少。東南部的中旺、薛莊子、胡連莊以及中部的靜海的暴雨發(fā)生概率均在 7%以上，暴雨災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)較高。

本研究從靜海區(qū)中國人民保險(xiǎn)公司獲取了2013—2017年靜海區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)玉米作物暴雨致災(zāi)出險(xiǎn)數(shù)據(jù)。中國人民保險(xiǎn)公司的農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)在靜海區(qū)的投保范圍較廣、保戶較多，屬于農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)中主要的提供方，因此其數(shù)據(jù)具有較好的代表性。

對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)玉米作物暴雨致災(zāi)出險(xiǎn)的次數(shù)進(jìn)行整理，結(jié)合靜海區(qū)氣象臺開具的氣象證明所對應(yīng)的災(zāi)情，計(jì)算得到靜海區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)玉米暴雨致災(zāi)概率(見表3)，并使用克里金插值法對數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，從而繪制出靜海區(qū)玉米暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)概率分布圖(見圖3)。

表3 靜海區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)玉米作物暴雨致災(zāi)概率Tab.3 Probabilities of maize production loss caused by rainstorm in Jinghai

圖3 靜海區(qū)玉米作物暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)概率分布圖(單位：%)Fig.3 Probabilities of maize production loss caused by rainstorm in Jinghai(unit：%)

從圖3可以看出，靜海區(qū)玉米作物暴雨致災(zāi)概率呈現(xiàn)出自西南向東北逐漸減少的分布。南部的中旺鎮(zhèn)的暴雨致災(zāi)概率與暴雨發(fā)生概率較為一致，表現(xiàn)出略高的致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。臺頭、子牙、團(tuán)泊等區(qū)域的暴雨致災(zāi)概率也與暴雨發(fā)生概率一致，表現(xiàn)出較低的致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。但是沿莊和陳官屯區(qū)域卻出現(xiàn)了玉米作物暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)概率的最大值，表現(xiàn)出了很高的暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，這與圖1、圖2的結(jié)果不對應(yīng)。通過查閱《靜海縣志》及《靜海區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》，發(fā)現(xiàn)沿莊鎮(zhèn)、陳官屯鎮(zhèn)的玉米播種面積占全區(qū)比重較高，分別占靜海區(qū)播種總面積的 10.1%、7.8%，且有黑龍港河與南運(yùn)河貫穿，其地勢較為平整，低洼地區(qū)易形成積水，造成雨澇，較小的降水量可能會(huì)引起較大的農(nóng)作物暴雨災(zāi)害。

3 靜海區(qū)玉米作物暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)閾值

利用收集整理的靜海區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2013—2017年玉米作物減產(chǎn)率及其所對應(yīng)的 12,h降水量數(shù)據(jù)，剔除異常值后，進(jìn)行回歸分析。結(jié)果表明，12,h的降水量和減產(chǎn)率具有顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，其結(jié)果見圖4?？梢钥闯?，隨著 12,h降水量的增加，玉米作物的減產(chǎn)率呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，二者有顯著的正相關(guān)關(guān)系。通過回歸分析，得到了玉米作物減產(chǎn)率與 12,h降水量之間的回歸方程：y＝0.008,2x+0.066

圖4 靜海區(qū)12 h降水量和減產(chǎn)率之間的一元線性回歸Fig.4 Linear regression between 12 h precipitation and production loss of maize

本文劃分出減產(chǎn)率的4個(gè)區(qū)間，分別代表玉米減產(chǎn)的低、中、高、極高等級，并根據(jù) 12,h降水量和玉米作物減產(chǎn)率之間的方程推算出靜海區(qū)玉米暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)閾值。另外考慮到風(fēng)險(xiǎn)閾值在實(shí)際應(yīng)用過程中要便于推廣和記憶，因此對公式推導(dǎo)出的閾值進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)，最終得到了靜海區(qū)玉米暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級及對應(yīng)的閾值(見表4)。

表4 靜海區(qū)12 h玉米暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)閾值Tab.4 12-hour precipitation thresholds for maize production loss

從表4可以看出，12,h降水量＜10,mm時(shí)，則靜海區(qū)的玉米可能出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)較低的減產(chǎn)，而當(dāng) 12,h降水量＞41,mm時(shí)可能出現(xiàn)極高風(fēng)險(xiǎn)的減產(chǎn)情況。利用 1991—2015年靜海區(qū)的玉米氣象產(chǎn)量和 12,h大于 10,mm的降水總量之間的關(guān)系對這一重要閾值進(jìn)行了驗(yàn)證(氣象產(chǎn)量通過回歸分析方法得到的玉米趨勢產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算)，結(jié)果表明(見圖5)，靜海區(qū)的玉米氣象產(chǎn)量和12h大于10,mm降水總量之間有顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。因此 12,h降水量10,mm作為靜海區(qū)玉米暴雨致災(zāi)的重要風(fēng)險(xiǎn)閾值，也是符合實(shí)際情況的。

圖5 靜海區(qū)玉米年氣象產(chǎn)量與 12 h大于 10,mm的年降水總量的一元線性回歸Fig.5 Liner regression between the annual meteorological production of maize in Jinghai and the annual precipitation which is greater than 10,mm

4 結(jié)論與討論

在 12,h降水量尺度上，靜海區(qū)暴雨發(fā)生概率呈自西北向東南逐步增加的分布，發(fā)生暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較低的地區(qū)為西北部的臺頭、子牙、團(tuán)泊、沿莊、陳官屯等地區(qū)，發(fā)生暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域?yàn)闁|南部的薛莊子、中旺以及中部的靜海鎮(zhèn)等地區(qū)。

在 24,h降水量尺度上，靜海區(qū)的暴雨發(fā)生概率分布與 12,h尺度上的分布較為一致，大致呈現(xiàn)出自西北向東南增加的分布。

靜海區(qū)玉米作物暴雨致災(zāi)概率呈現(xiàn)出自西南向東北逐漸減少的分布。南部的中旺鎮(zhèn)表現(xiàn)出較高的致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。臺頭、子牙、團(tuán)泊區(qū)域表現(xiàn)出較低的致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。沿莊和陳官屯區(qū)域出現(xiàn)了玉米作物暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)概率的最大值，表現(xiàn)出了很高的暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

在 12,h降水量尺度上劃分出了靜海區(qū)玉米暴雨致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)閾值，12,h降水量＜10,mm以上時(shí)，靜海區(qū)的玉米可能出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)較低的減產(chǎn)，而當(dāng) 12,h降水量＞40,mm時(shí)，預(yù)測出現(xiàn)極高風(fēng)險(xiǎn)的減產(chǎn)情況。

玉米的生長發(fā)育受多種自然災(zāi)害影響，并且各種自然災(zāi)害影響的程度不一樣，為了能夠更加全面地進(jìn)行玉米致災(zāi)評估，在今后的研究中需要轉(zhuǎn)向多災(zāi)種的綜合災(zāi)害評估研究。