劉少霞,姚道強,王霞,史志藏,李德銀,任恒
(十堰市氣象局,湖北十堰 442000)
煙葉作為一種高經濟作物,其生產周期較長,在生長發(fā)育過程中受自然環(huán)境制約很大,對氣象條件的依賴性較高。近年來,大量研究表明氣象條件與煙葉生育期、質量與品質之間有著密切關聯(lián)性[1]。專家學者認為煙葉具有廣泛的適應性,但煙葉又對環(huán)境十分敏感,氣候因素是引起煙葉產量高低的重要生態(tài)環(huán)境因素之一[2]。
十堰市地處湖北省西北部,秦巴山區(qū)東部、漢江中上游,屬亞熱帶季風氣候,整體氣候溫和、降水量豐富,獨特的氣候條件較適宜煙葉產業(yè)發(fā)展。十堰煙葉有多年種植歷史,煙區(qū)分布廣,烤煙產量大,是十堰市農村經濟發(fā)展的支柱性產業(yè),為當?shù)厝罕娫鍪罩赂惶峁┝丝煽勘U?。煙葉在生長發(fā)育過程中需要適量降水,但煙葉本身的耐澇性能較差,暴雨洪澇災害會對煙葉根系的通氣條件帶來不良影響,伸根期內的澇漬不利于根系的形成以及發(fā)育,根系會因為積水而缺氧,煙株自下而上出現(xiàn)葉片畸形或非正常落黃,甚至會出現(xiàn)嚴重的腐爛現(xiàn)象;成熟期的洪澇災害會使煙葉脫落,影響煙葉產量和品質,造成嚴重的經濟損失。近年來在全球氣候變化背景下,由氣候變化所導致的極端天氣事件也頻繁發(fā)生[3-6],十堰市極端降水天氣逐漸增多,暴雨洪澇災害頻發(fā),對煙葉生產造成不利影響。因此,開展十堰烤煙洪澇等級指標研究和確定,分析和探明煙葉洪澇災害分布特征,為監(jiān)測發(fā)布精細化洪澇災害預警信息、防災減災等提供科學指導。
本研究采用十堰烤煙主產區(qū)20個煙葉自動氣象站及區(qū)域自動氣象站2011—2020年逐日降水量,所有降水資料均經過質量控制;煙葉洪澇災情資料來源于十堰市煙草公司煙葉生產科,包括2011—2020年歷年煙葉種植面積、洪澇受災面積、成災面積、絕收面積,受災農戶數(shù)及煙葉產量損失。
1)基于鄂西北洪澇災害指標的增減調整。
表1為鄂西北洪澇災害指標[7]。對表1中過程降水量臨界值進行幅度為-30~+30 mm的增減,步長為5 mm,獲取十堰烤煙主產區(qū)各指標逐年洪澇指數(shù)。R為一次連續(xù)降水過程累計降水量(包括1 d),且其中有1 d降水量大于50 mm,多于1 d過程期間出現(xiàn)降水量不小于0.1 mm,多于6 d的過程降水劃為6 d。
表1 鄂西北洪澇災害指標 mm
2)洪澇指數(shù)。
在研究十堰烤煙洪澇指標過程中,為表征洪澇災害綜合發(fā)生強度,定義十堰煙區(qū)逐年洪澇指數(shù):在某一指標下,統(tǒng)計所有站點某一年漬澇、輕澇、中澇、重澇發(fā)生次數(shù),用它們的加權之和作為該年洪澇指數(shù),用公式表示為[8]
其中,Mi為逐年洪澇指數(shù);Nij為第j年所有站點第i個等級洪澇的發(fā)生次數(shù)之和;wi為各等級洪澇對應的權重;k為洪澇等級個數(shù),本研究中k取4。
3)灰色關聯(lián)度法確定權重。
灰色關聯(lián)分析方法是對系統(tǒng)動態(tài)過程的發(fā)展態(tài)勢進行量化比較分析,利用因子間的幾何接近,診斷和確定因子對系統(tǒng)主體行為的影響程度[9],為便于比較洪澇災害造成的相對損失量或危害程度,定義當年煙葉受災面積與總播種面積的比值為成災率,它可以反映災害的致災程度。各等級洪澇權重以煙葉洪澇受災率為參考序列,歷年所有站漬澇、輕澇、中澇、重澇次數(shù)序列為比較序列,計算灰色關聯(lián)度確定。
因各指標統(tǒng)計的洪澇次數(shù)與受災率單位不同,為消除差異和影響,需對序列數(shù)據進行標準化(即量綱一)處理,標準化法采用最常用的zscore法:
其中,Zik為經過標準化處理后的數(shù)據;xik為原始數(shù)據,為第i組數(shù)據的平均值;Si為標準差。本研究中i取0、1、2、3、4,分別表示受災率、所有站漬澇次數(shù)、輕澇次數(shù)、中澇次數(shù)、重澇次數(shù),k取1~10,表示每一個序列都有10年數(shù)據。
根據式(2)計算各比較序列與參考序列在各年份下的關聯(lián)系數(shù):
其中,ξi(k)為關聯(lián)系數(shù);ρ為分辨系數(shù),取ρ=0.5.
關聯(lián)度即權重的計算公式如下:
其中,i取1~4;ri表示受災率與各等級洪澇次數(shù)的關聯(lián)度,即各等級洪澇權重。
對原指標(表1)過程降水量臨界值進行幅度為-30~+30 mm的增減,步長為5 mm,如原始指標臨界值+30 mm時,1 d過程降水量的漬澇臨界值下限由61.4 mm變?yōu)?1.4 mm;臨界值上限由72.4 mm變?yōu)?02.4 mm;其他輕、中、重澇臨界值上下限以同樣的方法進行同步增減,得到1組指標[10];在原指標0 mm的基礎上每次增加或減少5、10、15……30 mm,重復上述步驟,共得到各等級洪澇對應的13個洪澇指標,分別統(tǒng)計各指標下歷年漬澇、輕澇、中澇、重澇發(fā)生次數(shù),利用灰色關聯(lián)度法計算每個指標相對應的等級洪澇權重(表2)。
表2 各指標下等級洪澇權重
根據表(2)結果和公式(1)分別計算各指標下逐年洪澇指數(shù),其值越大,表明洪澇災害發(fā)生強度越大,以各指標逐年洪澇指數(shù)序列為自變量、洪澇受災率序列為因變量進行相關性分析,相關性越顯著,表明所對應指標下洪澇指數(shù)越能反映洪澇災害對十堰烤煙的影響,指標可信度越高。相關性結果(表略)表明,-25和-30 mm洪澇指標與受災率呈顯著性正相關,其它指標均不相關。
選取兩個相關性顯著的-25和-30 mm對應指標作為煙區(qū)洪澇修訂指標,分別與歷年煙區(qū)洪澇災情記錄進行對比驗證分析,若煙區(qū)實際洪澇災害發(fā)生區(qū)域、時間、強度與同期洪澇災害指標統(tǒng)計值一致,則說明該指標可靠性較強、吻合度較高。從表3、表4檢驗結果來看,-30 mm洪澇指標歷史記錄災害等級與該指標下災害等級存在不符合項;而-25 mm洪澇指標從災害地點、災害等級都與歷史災情記錄基本吻合。由此可見,在原始指標臨界值的基礎上減少25 mm作為修訂后的十堰烤煙洪澇災害指標(表5)更具有合理性和準確性。
表3 -25 mm洪澇指標驗證結果
表4 -30 mm洪澇指標驗證結果
表5 十堰烤煙洪澇災害指標 mm
根據修訂確定的十堰烤煙洪澇災害指標(表5),統(tǒng)計煙區(qū)各站2011—2020年煙葉大田生育期4—9月漬澇、輕澇、中澇、重澇次數(shù),對歷年洪澇災害頻次年際和地域分布特征進行分析。十堰烤煙洪澇災害頻次年際變化(圖1)顯示,近10年煙區(qū)洪澇災害總體變化趨勢不顯著,2011年出現(xiàn)洪澇災害頻次最多,共39次,其中漬澇28次,2016和2019年出現(xiàn)最少,僅13次。2013年輕澇出現(xiàn)最多,中澇頻次最多的是2012年,2020年重澇出現(xiàn)最多,同時中澇頻次位列歷年第2,災害導致全年106戶煙農遭受不同程度損失,災損率達18.36%,災損強度較大,是近年來洪澇災害損失最為嚴重的一年。
圖1 2011—2020年十堰煙區(qū)洪澇災害頻次年際變化
2011—2020年十堰煙區(qū)洪澇災害頻次地域分布如圖2所示。從圖2可以看出,房縣的九道出現(xiàn)洪澇災害頻次最多,達33次;其次是向壩27次,大廟和萬峪出現(xiàn)最少,僅6次。中澇出現(xiàn)最多的柳林、桃源和店子,重澇出現(xiàn)最多的是向壩;其次是青峰、湖北口。一般而言,中澇和重澇出現(xiàn)頻次較多,造成的災害損失相應較大,但從實際災害損失程度來看,向壩、湖北口等煙區(qū)洪澇災損率不足1%,而青峰災損率高達34.6%,出現(xiàn)洪澇災害頻次與實際災情不相吻合情況,可能跟煙區(qū)所處的地形地貌及土壤結構有關,向壩、湖北口煙區(qū)海拔都在1 000 m以上,青峰海拔僅712 m,由此可見,中高山坡地排水較快不易發(fā)生澇害[11],煙區(qū)洪澇災害受地理位置影響較大,海拔越高越不易形成澇災,地勢較低,洼地洪澇災害風險較高。
圖2 2011—2020年十堰煙區(qū)洪澇災害頻次地域分布
1)修訂確定的十堰烤煙洪澇等級指標為在原始指標臨界值基礎上-25 mm,修訂指標計算得到煙葉洪澇指數(shù)與洪澇受災率呈顯著相關,相關系數(shù)為0.81(P<0.01),經驗證,修訂后指標與實際災情吻合度較高。
2)2011—2020年,十堰煙葉洪澇災害頻次出現(xiàn)最多的是2011年,共出現(xiàn)39次,2016和2019年出現(xiàn)最少,各出現(xiàn)13次。輕澇頻次最多的是2013年,中澇出現(xiàn)最多的是2012年,2020年重澇出現(xiàn)頻次位列歷年第1,中澇排歷年第2,全年災損率達18.36%,為近10年來洪澇災損最嚴重年。
3)近10年,九道出現(xiàn)洪澇頻次最多,共33次,大廟和萬峪出現(xiàn)最少,各6次。中澇出現(xiàn)最多的是柳林、桃源和店子,重澇出現(xiàn)最多的是向壩;其次是青峰、湖北口,青峰災損強度明顯高于向壩和湖北口,表明重澇出現(xiàn)頻次與災損強度不一定成正比,主要跟煙區(qū)海拔高度有關,地勢較低,洼地更易形成澇災。