烏日娜,張興東,曹永強(qiáng),王 妍

遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,大連 116029

干旱災(zāi)害是指因土壤水分和作物需水不平衡而造成的作物減產(chǎn)現(xiàn)象[1],是直接影響作物產(chǎn)量、影響范圍較廣、影響持續(xù)時(shí)間較久、發(fā)生次數(shù)比較頻繁的氣象災(zāi)害[2]。近年來,隨著全球氣候變暖和極端氣候事件的加劇,導(dǎo)致干旱災(zāi)害發(fā)生頻率、強(qiáng)度、范圍和持續(xù)時(shí)間均呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)。然而,干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是進(jìn)行干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理和減少干旱災(zāi)害損失的有效途徑[3—4]。

旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控、保障糧食安全的重要內(nèi)容和關(guān)鍵環(huán)節(jié),一直是旱災(zāi)研究的前沿和難點(diǎn)問題。干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制理論主要有“二因子說”、“三因子說”和“四因子說”[5—8]。其中“四因子說”理論認(rèn)為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力綜合作用的結(jié)果,該觀點(diǎn)得到許多學(xué)者的認(rèn)同。干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法分為三類：第一類是基于指標(biāo)的綜合評(píng)估方法[9],主要是以形成干旱風(fēng)險(xiǎn)的各種因子(如致災(zāi)因子、暴露性因子和防災(zāi)減災(zāi)能力等)為基礎(chǔ),探尋干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成因子的指標(biāo),如標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)[10]、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)[11]、降水異常百分比[12]、標(biāo)準(zhǔn)化蒸散虧缺指數(shù)[13]、植被歸一化指數(shù)和氣候敏感指數(shù)等[14—15],從而對(duì)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,本方法基于干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制,對(duì)干旱災(zāi)害發(fā)生前、發(fā)生中和發(fā)生后的相關(guān)因素進(jìn)行了綜合考慮,但缺少對(duì)于干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力各因子之間相互作用機(jī)制的探討[16]。第二類是基于數(shù)據(jù)的概率重現(xiàn)期評(píng)估方法[17],主要是基于研究區(qū)域的歷史災(zāi)害和災(zāi)損樣本數(shù)據(jù),利用數(shù)學(xué)模型對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出干旱災(zāi)害發(fā)生概率和損失規(guī)律,從而對(duì)干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。其分析方法包括回歸模型、聚類分析和風(fēng)險(xiǎn)概率評(píng)估法等[18—20]。該方法雖然計(jì)算過程較為簡單,但過于依賴樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,并且未考慮干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制,在實(shí)際進(jìn)行干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中具有一定的局限性。第三類是基于情景模擬的評(píng)估方法[21],本方法主要依靠RS/GIS和數(shù)值模式等復(fù)雜系統(tǒng)仿真建模手段相結(jié)合,對(duì)人類活動(dòng)干擾下未來可能發(fā)生的災(zāi)害過程進(jìn)行模擬,形成對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的可視化表達(dá),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估,是未來干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要趨勢(shì)[6]。

遼寧省是我國重要的糧食生產(chǎn)基地,其主要種植農(nóng)作物是玉米,全區(qū)玉米播種面積達(dá)到242.49萬hm2,占全省經(jīng)濟(jì)作物播種面積的56.65%。在遼寧省,種植玉米基本是以雨養(yǎng)為主,如果在玉米生育期遇到干旱災(zāi)害,對(duì)玉米產(chǎn)量造成顯著影響很有可能絕收。然而,隨著全球氣候變暖導(dǎo)致極端氣候事件的加劇,遼寧省干旱災(zāi)害頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì),1992—2010年干旱災(zāi)害總計(jì)發(fā)生355次,年均發(fā)生頻次為18.7次,其中,輕旱發(fā)生85次,中旱發(fā)生182次,重旱發(fā)生75次[22]。從1999—2018年受災(zāi)作物面積累計(jì)已達(dá)0.18億hm2,經(jīng)濟(jì)損失累計(jì)達(dá)420億[23]。因此,本文依據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成理論,由干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力四因子入手,選取10個(gè)副指標(biāo),利用組合加權(quán)方法和GIS空間分析方法,構(gòu)建遼寧省玉米旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。利用自然災(zāi)害指數(shù)法和加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法,構(gòu)建遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,并進(jìn)行遼寧省玉米干旱災(zāi)害時(shí)空分布特征分析及綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與區(qū)劃研究。研究結(jié)果可以為保障遼寧省糧食生產(chǎn)和糧食安全做出貢獻(xiàn),還可為遼寧省防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)提供重要科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于我國東北地區(qū)南部,南臨黃海和渤海,與日本、韓國隔海相望,地處東經(jīng)118°53′—125°46′,北緯38°43′—43°26′(圖1)。遼寧省屬于溫帶大陸型季風(fēng)氣候,境內(nèi)雨熱同期,日照充足,積溫較高,冬長夏暖,春秋季短,雨量不均,東部地區(qū)濕潤,西部地區(qū)較干。遼寧省的年平均氣溫在8—11℃之間,但是由于受季風(fēng)氣候影響,各地差異較大,出現(xiàn)自西南向東北,自平原向山區(qū)遞減趨勢(shì)；年降水量在463—1077mm之間,空間分布不均勻,自東向西降水量呈逐漸減少趨勢(shì)。高值中心位于東部山地丘陵區(qū),年降水量在1000mm以上；中部平原降水量居中,年平均在600mm左右；低值中心處于西北部山地丘陵區(qū),且與內(nèi)蒙古高原相連,年降水量在400mm左右,是全省降水量最少的地區(qū)。

圖1 研究區(qū)地理位置、年平均氣溫和年平均降水量變化趨勢(shì)空間分布圖Fig.1 Spatial distribution of geographical location, annual average temperature and annual average precipitation in the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究所用到的數(shù)據(jù)包括遼寧省的氣象數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和田間管理數(shù)據(jù)等。其中氣象數(shù)據(jù)為1960—2019年遼寧省逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/),包括降水量、平均氣溫、蒸發(fā)量和平均風(fēng)速等。歸一化植被指數(shù)(NDVI)來源于美國宇航局的全球植被指數(shù)數(shù)據(jù)集GIMMS NDVI3g version1(1981—2015),空間分辨率約8km×8km,時(shí)間分辨率為15天。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和田間管理數(shù)據(jù)主要來源于遼寧省統(tǒng)計(jì)局的相關(guān)統(tǒng)計(jì)年鑒[24]。

2 研究方法

2.1 組合加權(quán)法

為了避免評(píng)價(jià)過程中主觀隨意性和客觀唯一性,本文采取了層次分析法[25]和熵權(quán)法[26]相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法,從而確定指標(biāo)的權(quán)重。并采用乘法歸一化的方法求出各個(gè)指標(biāo)的組合權(quán)重[27],組合加權(quán)法公式如下：

(1)

式中,wja為第j個(gè)指標(biāo)的層次分析法權(quán)重系數(shù),wjb為指標(biāo)j的熵權(quán)法系數(shù),wj為第j指標(biāo)的組合權(quán)重系數(shù)。

2.2 加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法

加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法(WCA)是依據(jù)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)的影響程度,預(yù)先分配一個(gè)相應(yīng)的權(quán)重系數(shù),然后與相應(yīng)的被評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值相乘后再相加[28]。用如下公式表達(dá)：

(2)

2.3 氣候敏感指數(shù)

氣候敏感指數(shù)主要反映的是氣候生產(chǎn)力與實(shí)際生產(chǎn)力之間的關(guān)系[29],其定義如下：

(3)

Yv=30000(1-e-0.000956(V-20))

(4)

(5)

L=300+25t+0.05t3

(6)

式中,Km為氣候敏感指數(shù),Yw為某地區(qū)實(shí)際生產(chǎn)力(kg/hm2),Yv為氣候生產(chǎn)力(kg/hm2),采用Thornthwaite[30]記憶模型計(jì)算作物氣候生產(chǎn)力。此外,3000是經(jīng)驗(yàn)系數(shù),e=2.718,V是年平均蒸發(fā)量(mm),R是年降水量(mm),L是年平均最大蒸發(fā)量(mm),而t是年平均氣溫(℃)。

2.4 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是指未來某一個(gè)時(shí)期可能達(dá)到的災(zāi)害程度及其發(fā)生的可能性。根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)理[8,31—32],自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力綜合作用的結(jié)果,通常采用自然災(zāi)害指數(shù)表征風(fēng)險(xiǎn)程度,可表示為：

自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)=危險(xiǎn)性∩暴露性∩脆弱性∩防災(zāi)減災(zāi)能力

2.5 SPEI干旱指數(shù)

SPEI干旱指數(shù)具有多時(shí)間尺度特征,可以反映不同時(shí)間不同地區(qū)的干旱變化情況[33]。其具體計(jì)算方法如下所示。

首先估計(jì)水汽平衡：

Di=Pi-PETi

(7)

式中,Di為第i月降水量和蒸發(fā)量的差值(mm),Pi為第i月降水量(mm),PETi為第i月潛在蒸發(fā)量(mm),可以通過Thornthwaite方法[30]求得。

其次,建立不同時(shí)間尺度氣候?qū)W意義上的水分盈虧累計(jì)序列：

(8)

式中,k為時(shí)間尺度(月)；n為計(jì)算次數(shù)。

最后采用三參數(shù)的Log-Logistic概率密度函數(shù)對(duì)D數(shù)據(jù)序列進(jìn)行正態(tài)化轉(zhuǎn)化,計(jì)算出每個(gè)數(shù)值所對(duì)應(yīng)的SPEI值：

(9)

式中,P為超過待定D值的累計(jì)概率,當(dāng)P>0.5時(shí),SPEI值的符號(hào)被逆轉(zhuǎn)；c0=2.515517,c1=0.802853,c2=0.010328,d1=1.432788,d2=0.189269,d3=0.001308。SPEI干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 SPEI干旱指數(shù)等級(jí)劃分

2.6 干旱評(píng)估指標(biāo)

為了更加直觀和科學(xué)的分析遼寧省玉米干旱時(shí)空特征,本文選擇干旱指數(shù)SPEI對(duì)遼寧省玉米干旱進(jìn)行量化。依據(jù)中華人民共和國農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司(http://www.moa.gov.cn/)數(shù)據(jù),將 4—9月定為遼寧省玉米主要生育期,加之玉米作為典型的喜溫和高需水量作物,在其生育期內(nèi)對(duì)于氣象因素的變化較為敏感[34]。因此,本文選擇涵蓋玉米整個(gè)生育期的SPEI_6時(shí)間尺度,對(duì)遼寧省玉米干旱特征進(jìn)行表征分析。本文統(tǒng)計(jì)與分析SPEI_6≤-0.5的所有干旱等級(jí)的干旱,并依據(jù)表2所示的公式及說明計(jì)算干旱次數(shù)、干旱歷時(shí)、干旱強(qiáng)度等指標(biāo)來進(jìn)一步表征遼寧省玉米干旱特征。

2.7 歸一化處理

由于選取的不同指標(biāo)處在不同的量級(jí),而且評(píng)價(jià)單位也不同,因此在權(quán)重計(jì)算時(shí)必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,使得每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值在某個(gè)確定的區(qū)間內(nèi)。本文采取的是極差化方法[35],公式如下所示：

正向指標(biāo)：

(10)

負(fù)向指標(biāo)：

(11)

式中,yij是標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)值；xij是第j年中的第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)量值；max(xj)代表第j年中的第i個(gè)指標(biāo)的最大值,min(xj)而代表年j中的第i個(gè)指標(biāo)的最小值。

3 遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的建立

3.1 指標(biāo)的選取及權(quán)重的確定

本文基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成理論,從致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境的暴露性和承災(zāi)體的脆弱性以及防災(zāi)減災(zāi)能力四個(gè)因子入手,結(jié)合指標(biāo)選擇的系統(tǒng)性、代表性、可獲得性和動(dòng)態(tài)性原則[36],選取10個(gè)副指標(biāo),構(gòu)建了遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。并通過組合加權(quán)法和歸一化處理,確定其各因子的權(quán)重(圖2)。

表 2 遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及說明

圖2 遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)權(quán)重概念框架Fig.2 The index system and the conceptual framework of index weight of comprehensive risk assessment of maize drought disaster in Liaoning Province NDVI: 歸化植被指數(shù)Normalized difference vegotation index

3.2 遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的建立

根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)數(shù)學(xué)公式,結(jié)合干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成理論,利用加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法(WCA)和組合加權(quán)法,建立如下遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型:

R=(H)WH×(E)WE×(V)WV×(1-C)WC

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

式中,R為干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),用于表示干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度,其值越大,則干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度越大；H、E、V和C的值相應(yīng)地表示根據(jù)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法建立的干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力因子指數(shù),WH、WE、WV和WC分別代表危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力的權(quán)重值；hi為第i個(gè)危險(xiǎn)性指標(biāo)歸一化數(shù)值；whi為第i個(gè)危險(xiǎn)性指標(biāo)的權(quán)重。ej為第j個(gè)暴露性指標(biāo)歸一化數(shù)值；wej為第j個(gè)暴露性指標(biāo)的權(quán)重。Vk為第k個(gè)脆弱性指標(biāo)歸一化數(shù)值；wvk為第k個(gè)脆弱性指標(biāo)的權(quán)重。ls為第x個(gè)防災(zāi)減災(zāi)能力指標(biāo)歸一化數(shù)值；wls為第x個(gè)防災(zāi)減災(zāi)能力指標(biāo)的權(quán)重。

4 結(jié)果與分析

4.1 遼寧省玉米旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取及空間化

本文基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成理論,從致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性、脆弱性、承災(zāi)體的暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力四因子出發(fā),選取了干旱次數(shù)、干旱烈度、產(chǎn)量變異系數(shù)、NDVI、暴露性指數(shù)、有效灌溉面積比、氣候敏感指數(shù)等10個(gè)指標(biāo),并對(duì)其進(jìn)行插值化處理,得到各指標(biāo)的空間分布狀況(圖3)。由圖3可知,遼寧省干旱次數(shù)、干旱烈度和干旱歷時(shí)空間分布較一致,均處于一個(gè)較高的閾值范圍內(nèi)。此外,遼寧省北部地區(qū)相對(duì)暴露性指數(shù)、蒸發(fā)量和氣象敏感指數(shù)較高,但有效灌溉面積比相對(duì)較低。因此,遼寧省北部地區(qū)產(chǎn)量變異系數(shù)和產(chǎn)量波動(dòng)系數(shù)較高。

圖3 遼寧省玉米干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子空間分布Fig.3 Spatial distribution of maize drought risk factors in Liaoning Province

4.2 遼寧省玉米干旱災(zāi)害時(shí)空分布特征分析

本文利用遼寧省25個(gè)氣象站點(diǎn)的1960—2019年氣象數(shù)據(jù)和降水量數(shù)據(jù),采用SPEI計(jì)算公式,計(jì)算得到了遼寧省不同尺度的干旱頻率空間分布圖、不同年份干旱頻率空間分布圖、平均干旱強(qiáng)度和平均干旱歷時(shí)空間分布圖等(圖4—6)。

遼寧省不同時(shí)間尺度的干旱頻率如圖4所示。如圖可知,遼寧省西北部干旱頻率較高,相反東南部干旱頻率較低,并且干旱頻率呈自西北向東南遞減趨勢(shì)。從月尺度來看,遼寧省干旱頻率高值在遼西北的朝陽、葫蘆島、阜新和錦州等地,其中東部干旱頻率相對(duì)較低。從季節(jié)尺度來看,遼寧省干旱有明顯的季節(jié)性。其中,遼寧省整體干旱頻率較高,僅朝陽西部和葫蘆島西北部干旱頻率較低。從生長季尺度來看,遼寧省干旱頻率具有自中部向東西兩側(cè)遞減趨勢(shì)。從年際尺度來看,遼寧省干旱頻率與其生長季尺度干旱頻率空間變化趨勢(shì)略有不同,主要呈現(xiàn)出自西北向東南遞減的變化趨勢(shì),其干旱頻率西北高,東南低?？傊?遼寧省西北部干旱發(fā)生頻率最高,其次是中部地區(qū),東部地區(qū)干旱頻率最低。

遼寧省年際變化干旱頻率空間分布如圖5可示。首先,遼寧省不同年代的干旱空間分布具有一定的差異性,但總的來看,遼寧省北部的干旱頻率相對(duì)于南方是較高的,其東部地區(qū)的干旱頻率高于其西部地區(qū)的干旱頻率；其次,自1960年以來,遼寧省干旱頻率總體呈上升趨勢(shì),并且在2010—2019年間干旱頻率達(dá)到最高。各年代中,20世紀(jì)60年代和21世紀(jì)10年代的干旱頻率最高,其干旱頻率約為35%；其次為20世紀(jì)70年代、20世紀(jì)80年代和20世紀(jì)90年代,其干旱頻率在28%左右；20世紀(jì)80年代干旱頻率最低,約為25%。此外,從空間尺度上看,其干旱空間分布范圍存在著一個(gè)擴(kuò)大—縮小—擴(kuò)大的過程,其中1960—1979年間高干旱頻率地區(qū)呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì),1980—1999年間高干旱頻率地區(qū)面積有所縮減,但自2000年以后,遼寧省干旱頻率高值地區(qū)逐漸擴(kuò)大,并且逐漸向西北方向靠攏,呈遼西北地區(qū)干旱頻率高但遼東南地區(qū)干旱頻率低的現(xiàn)象?？傊?1959—2019年間,遼寧省干旱具有明顯的交替性。

遼寧省平均干旱強(qiáng)度和平均干旱歷時(shí)空間分布如圖6所示。如圖可知,遼寧省除了極少數(shù)區(qū)域干旱強(qiáng)度較低以外,大部分區(qū)域干旱強(qiáng)度還是很高。整體呈現(xiàn)自中部向東西方向遞減的趨勢(shì),而且遼寧省東部的干旱強(qiáng)度大于其西部的干旱強(qiáng)度。其中干旱強(qiáng)度峰值出現(xiàn)在遼寧省中部的阜新、錦州、盤錦、營口、大連、鞍山和遼陽等地,相反干旱強(qiáng)度低值出現(xiàn)在朝陽西部、葫蘆島西北部、本溪和撫順東南部等地。從干旱歷時(shí)空間分布來看,遼寧省中部地區(qū)正經(jīng)歷著較長時(shí)間的干旱災(zāi)害,其次為遼寧省東部區(qū)域,其西部地區(qū)干旱持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短,并且遼寧省的中西部地區(qū)干旱歷時(shí)具有向西遞減的趨勢(shì)。其中遼寧省鐵嶺北部、鞍山、營口和大連南部等地干旱持續(xù)時(shí)間較長,朝陽中西部、葫蘆島西北部、本溪東部、丹東東北部以及撫順南部等地干旱持續(xù)時(shí)間較短。

圖4 遼寧省不同尺度干旱頻率空間分布圖Fig.4 Drought frequency distribution of different scales in the study area

圖5 遼寧省不同年代干旱頻率空間分布圖Fig.5 Spatial distribution of drought frequency in different years in Liaoning Province

圖6 遼寧省平均干旱歷時(shí)和平均干旱強(qiáng)度空間分布圖Fig.6 Spatial distribution of mean drought duration and mean drought intensity in Liaoning Province

4.3 遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

4.3.1單指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

從圖7可知,遼寧省北部和南部旱災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)較高,這是由其旱災(zāi)頻發(fā)、干旱烈度較大、干旱歷時(shí)較長和蒸發(fā)量較高等因素引起的；但朝陽西部和葫蘆島西北部等地由于干旱次數(shù)較低、干旱烈度較小且干旱歷時(shí)較短等原因,旱災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)較低。旱災(zāi)脆弱性最高的區(qū)域?yàn)檫|寧省的西北部,主要是因其產(chǎn)量變異系數(shù)和氣象敏感指數(shù)較高；而遼寧省中南部地區(qū)旱災(zāi)脆弱性相對(duì)較低,主要是因?yàn)槠銷DVI值較高,并且其產(chǎn)量變異系數(shù)遠(yuǎn)低于遼寧省西北部。遼寧省西北部作為遼寧省玉米主產(chǎn)區(qū),其相對(duì)暴露性指數(shù)最高,因此其面臨的旱災(zāi)暴露性也就越大；遼寧省的東南部旱災(zāi)暴露性較低,其暴露性指數(shù)均在0.40以下,主要是因?yàn)闁|南部玉米種植范圍較小且比例較低。遼寧省東北部的阜新、沈陽和鐵嶺等地防災(zāi)減災(zāi)能力最低,主要是因?yàn)楫a(chǎn)量波動(dòng)系數(shù)遠(yuǎn)高于其它地區(qū),并且有效灌溉面積比值較低；而環(huán)渤海地區(qū)的營口、盤錦和葫蘆島等地防災(zāi)減災(zāi)能力較高,主要是因?yàn)橛衩追N植比例較低,玉米產(chǎn)量波動(dòng)較小,并且其灌溉設(shè)施較為完善。

圖7 遼寧省玉米干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)四因子空間分布圖Fig.7 Spatial distribution of maize drought disaster risk factors in Liaoning Province

圖8 遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)空間分布圖Fig.8 Spatial distribution of comprehensive risk assessment of maize drought disaster in Liaoning Province

4.3.2綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

由圖8可知,遼寧省旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)以遼西北地區(qū)最高,遼寧省中南部地區(qū)次之,遼寧省東南部地區(qū)的丹東北部、本溪和撫順等地旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最低。其中,遼西北地區(qū)面臨的旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)形勢(shì)最為嚴(yán)峻,其旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在0.60以上,主要是因?yàn)槠浜禐?zāi)危險(xiǎn)性、脆弱性和暴露性較高,但其防災(zāi)減災(zāi)能力相對(duì)較低,因此在四因子的疊加作用下產(chǎn)生了遼西北地區(qū)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較高的現(xiàn)象。遼寧省東南部地區(qū)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較低,均在0.40左右,主要是因?yàn)榇说匚ｋU(xiǎn)性指數(shù)遠(yuǎn)低于其它地區(qū),再加上此地暴露性指數(shù)和脆弱性指數(shù)較低,因此遼東南地區(qū)所面臨的旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較小。

5 討論

本文依據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成理論,從危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力四因子入手,構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)模型,進(jìn)行遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。自1960年以來,遼寧省干旱頻率呈上升趨勢(shì)。不管是月尺度、生長季尺度、年代尺度還是生育期尺度,遼寧省干旱災(zāi)害具有明顯的季節(jié)變化和年代變化,在玉米生育期內(nèi)對(duì)干旱災(zāi)害較敏感性,在2010—2019年間干旱頻率達(dá)到最高。并且遼寧省干旱災(zāi)害具有較強(qiáng)的區(qū)域性。遼寧省西北部干旱發(fā)生頻率最高,其次是中部地區(qū),東南地區(qū)干旱頻率最低,自西北向東南呈遞減趨勢(shì)。此結(jié)果與侯陳瑤和林佳楠等人研究結(jié)果基本一致[37—38]。

遼寧省降水量空間分布特征可知(圖1),全省降水量由東南向西北逐漸遞減。東南部降水量最多,其次中部,西部地區(qū)降水量最少。從遼寧省蒸發(fā)量空間分布來看(圖3),蒸發(fā)量變化趨勢(shì)為東部小,西部大,中部過渡,跟降水量空間分布正好相反。加之遼寧省水資源總體分布趨勢(shì)與降水量分布基本一致都是自東南向西北遞減[39]。因此,水資源短缺、蒸發(fā)量大而且降水量少的西部和中北部地區(qū)極易發(fā)生干旱災(zāi)害。遼寧省大部分區(qū)域?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候,遼寧省東南部靠海域,地形以山脈為主,存在對(duì)降水再分配有利的迎風(fēng)坡地形,并且水汽的來源對(duì)遼寧省干旱區(qū)域分布起到重要的作用。因此,遼寧省東南地區(qū)相比較于西北部地區(qū)受干旱災(zāi)害影響較弱。年代之間季風(fēng)的不穩(wěn)定性,將會(huì)導(dǎo)致降水在年內(nèi)及年代間分布不均勻,也是年際干旱頻率不同的主要因素。隨著全球氣候變暖導(dǎo)致極端氣候事件加劇,對(duì)遼寧省干旱頻率增長也有促進(jìn)作用,固然導(dǎo)致遼寧省干旱災(zāi)害高發(fā)頻發(fā)現(xiàn)象[40]。

本文利用偏主觀的層次分析法和偏客觀的熵權(quán)法相結(jié)合的組合加權(quán)法,對(duì)選取的指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的確定,使得干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。從單指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果來看,遼寧省普遍存在干旱災(zāi)害危險(xiǎn)性較高；遼寧省西北部干旱災(zāi)害脆弱性和暴露性均較高；遼寧省整個(gè)區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)能力普遍較低。通過加權(quán)綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),遼寧省遼西北地區(qū)是玉米干旱災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),也是防災(zāi)減災(zāi)工作重點(diǎn)把控區(qū)。研究所得到的結(jié)果與張巍[41]、盧曉昱等[42]、曹永強(qiáng)等[43]和吳宜宣等[44]研究結(jié)果大致相同。

遼寧省水資源總量有限,特別是西北部是屬于本省貧水區(qū),且干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高,要有效抵抗旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),必須加強(qiáng)節(jié)水意識(shí),提高地表水資源綜合利用效率,改善生態(tài)環(huán)境,提高水資源涵養(yǎng)能力,需要因地制宜的選取工程節(jié)水技術(shù)較先進(jìn)的設(shè)備及灌溉方式。遼寧中北部多數(shù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的缺水也是引起干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高的主要原因。應(yīng)采取的措施是推廣抗旱耐旱農(nóng)作物品種及耕作技術(shù),提高農(nóng)作物的干旱適應(yīng)性,優(yōu)化調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu),改變粗放型耕作方式[41]。

6 結(jié)論

本文從干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成的危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力四個(gè)因子入手,構(gòu)建了遼寧省玉米干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)模型,并進(jìn)行遼寧省玉米干旱災(zāi)害時(shí)空分布特征分析及綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究,結(jié)果如下：

(1)從空間特征來看,遼寧省西北部干旱頻率較高,而東南部干旱頻率較低,并且干旱頻率呈現(xiàn)出自西北向東南遞減趨勢(shì)。從時(shí)間序列來看,自1960年以來,研究區(qū)干旱頻率總體呈上升趨勢(shì),尤其2010年以后有明顯增加態(tài)勢(shì)。其中1970—1979年間干旱發(fā)生頻率較低,2010—2019年間干旱頻率最高。總的來看,遼寧省干旱災(zāi)害發(fā)生次數(shù)較多,干旱頻率較高。

(2)從危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性和防災(zāi)減災(zāi)能力四因子來看,遼寧省大部分地區(qū)干旱災(zāi)害危險(xiǎn)性較高；遼寧省西北部的葫蘆島、朝陽和阜新干旱災(zāi)害脆弱性較高；干旱災(zāi)害暴露性較高的區(qū)域集中分布在遼寧省的西北部；遼寧省大部分地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力較低,僅環(huán)渤海地區(qū)的營口、盤錦、葫蘆島、錦州和大連等地防災(zāi)減災(zāi)能力較高。由于遼寧省西北部干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性較高、脆弱性較高和暴露性較高,但防災(zāi)減災(zāi)能力整體相對(duì)較低。因此,遼西北地區(qū)是遼寧省玉米干旱災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),也是防災(zāi)減災(zāi)工作重點(diǎn)把控區(qū)。