统计学研究苹果气象灾害评估论文

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编者按：本文主要从资料来源与研究方法；综合评价；结论与讨论进行论述。其中，主要包括：我国是自然灾害频发国之一、天水地处黄土高原与西秦岭山地大陆性干旱半干旱气候区、,气象灾害评估技术研究已引起众多学者高度关注、代表点的选取根据天水气候区划、影响天水市苹果总产量的主要农业气象灾害因子的提取、苹果产量资料的处理、影响天水市苹果总产量的主要农业气象灾害因子的提取、气象灾情等级划分标准、灾情指数的计算及综合评价方法式、主要农业气象灾害分布、影响天水苹果正常生长的主要农业气象灾害是前秋等，具体请详见。

摘要:分析得出影响天水苹果正常生长的主要农综合评价z业气象灾害是前秋9月大气干旱、冬季12—2月暖冬高温、苹果花期4月下旬高温干旱和春季4月下旬低温危害。各灾害发生频率在53%~70%之间,以前秋9月干旱最多,春季4月下旬低温危害最少;前秋9月大气干旱以中—大灾为主;其他灾害均以轻、中灾最多,大灾居次;各种灾害因子重灾年份最少,仅在6%~15%之间。农业气象灾害综合评估除轻灾评估准确率略低,为89%外,中—重灾评估准确率均达100%,灾害评估效果比较理想,对农业防灾减灾有一定的指导意义。

关键词:气象;灾害;苹果生产;甘肃天水

我国是自然灾害频发国之一,年均灾害损失约510×108~640×108元。其中由气象灾害引起的损失占85%左右,仅干旱、洪涝、风暴潮、冰雹、低温冷害这几种气象灾害造成的粮食损失占所有自然灾害损失的97%左右,直接经济损失占总经济损失的76%以上[1]。天水地处黄土高原与西秦岭山地大陆性干旱半干旱气候区,海拔在750~3120m之间,年均气温7.0~11.1℃,年降水量430~600mm之间,平均日照总时数2000~2400h,无霜期156~188d,极适宜优质苹果生产,是甘肃省主要苹果产业发展基地,所产苹果以个大、色艳、硬度强、糖分高、品质佳、耐储存而深受广大客商和消费者青睐,“花牛苹果”已获得全国知名品牌类注册证明商标,是支撑天水市经济发展的四大支柱产业之一。天水市现有苹果面积约6.5×104hm2,总产量约54×104t。但由于境内山多川少,沟壑纵横,海拔高差大,气候差异显著,属全国气象灾害高发区域,干旱、洪涝、冰雹、低温冷害等气象灾害频繁发生,苹果产量、品质和优质率提高很慢,极大地限制了苹果产业化发展。

近年来,气象灾害评估技术研究已引起众多学者高度关注,但大多局限于单种气象灾害[2-5]的定性化研究。特别是针对多年生果树,在实况灾害资料极度缺乏的情况下,果树气象灾害风险评估的研究报道很少。为此,本文利用统计学方法,确定影响该地苹果生产的主要农业气象灾害因子,并将各农业气象灾害因子划分等级,进行天水主要农业气象灾害对果树作物量化评估影响研究,为有效防御农业气象灾害,最大限度减轻或减免农业损失提供参考。

1资料来源与研究方法

1·1资料来源苹果产量资料取自天水市统计年鉴1978—2007年;相关气象资料取自天水市关山区清水、渭北旱区秦安和河谷区麦积二县一区气象站1978—2007年气象观测资料。

1·2研究方法

1·2·1代表点的选取根据天水气候区划,选取渭北旱区、关山区和河谷川区苹果种植面积较大的秦安县、清水县和麦积区作为代表点。

1·2·2苹果产量资料的处理苹果气候产量资料分解的方法和准确性,会直接影响苹果农业气象灾害的分析评估研究。

在参照仅有的农业气象灾害观测调查资料的基础上,将天水市苹果总产量资料按3、5年滑动平均法、线性法、正交多项式法、指数法等多种函数分解方法[6]提取其趋势产量。统计分析表明:天水市苹果总产趋势产量的提取以指数法效果最佳(图1),趋势产量提取方程为y=8682·2e0·126t(y:趋势产量;t:时间序列,t=1,2,3,…;n=30;r=0·93)。用y′i=(Yi-yi)/yi×100%计算逐年苹果总产量动态相对偏差百分率[6-7](y′:苹果气候产量增减率;Yi:苹果实际产量;yi:逐年苹果趋势产量;i:年份)。

1·2·3影响天水市苹果总产量的主要农业气象灾害因子的提取农业气象灾害对天水苹果生产的影响研究[8]中,通过分区统计分析,得出影响天水渭北旱区、关山区和河谷川区三区苹果正常生长的主要农业气象灾害均为上年秋季9月大气干燥度,冬季12月至2月负积温的光照条件订正值和苹果花期4月下旬平均最高气温的大气相对湿度订正值,春季低温晚霜冻出现频率和危害程度正在逐步减轻。

为了更进一步提取影响天水市苹果总产量的主要农业气象灾害因子,将3个气候区主要灾害因子与天水市苹果总产量动态相对偏差百分率进行逐步回归[9],建立如下影响苹果气候总产量的主要农业气象灾害因子提取方程:式中,y′i为苹果总产量动态相对偏差百分率;K′9秦安为渭北秦安上年秋季9月大气干燥度∑T≤0℃×Q12-2麦积为河谷区麦积冬季12—2月负积温的光照条件订正值;TM4月下旬/U麦积为河谷区麦积苹果花期4月下旬平均最高气温的大气相对湿度订正值;Tn4月下清水为关山区清水苹果花期4月下旬平均最低气温。12—2月暖冬高温虽然不属于气象学上定义的气象灾害因子,但随日益加剧的暖干气候[10],暖冬高温对苹果生长影响极大,仅次于前秋9月干旱灾害。

1·2·4气象灾情等级划分标准将渭北秦安上年秋季9月干旱(用大气干燥度表示)、河谷区麦积暖冬(用冬季12—月负积温的光照条件订正值表示)和花期高温危害(用苹果花期4月下旬平均最高气温的大气相对湿度订正值表示)、关山区清水春季低温危害(用4月下旬最低平均气温表示)4种标准化处理后的主要农业气象灾害标准值作为成灾变异值。再将1978—2007年30年成灾变异值中大于或等于0·1以上的成灾变异值(春季低温为小于或等于-0·1以下的成灾变异值),按变异值的离散程度[11]分成相等的4个组,从小到大将灾情等级依次划分为轻灾、中灾、大灾和重灾4个等级,并采用分级赋值和内插法依次赋以1~3、4~6、7~9、10~12。9月干燥度(秦安)、暖冬(麦积)和花期高温(麦积)成灾变异值小于0·1为无灾;春季低温(清水)成灾变异值Z大于0·1为无灾,无灾年份灾害等级分值ci按0分赋值(表1)。

1·2·5灾情指数的计算及综合评价方法式(1)得出影响天水市苹果总产量的主要农业气象灾害为渭北秦安上年秋季9月大气干旱、河谷区麦积12—2月暖冬和4月下旬花期高温干旱、关山区清水春季4月下旬苹果花期低温危害。

为此,本文将以上4种灾害作为影响天水市苹果总产量的主要农业气象灾害因子。用式(1)计算得出的相应站点灾害因子的贡献率(方程中相应灾害因子系数/4种灾害因子系数绝对值之和×100%)作为相应站各类灾害因子的影响权重(wij:其中渭北秦安9月干旱w1=37%;河谷区麦积暖冬w2=27%,花期高温危害w3=22%;关山区清水春季低温危害w4=14%),并与其对应站点相应灾害类型的等级分值相乘,4种灾害类型进行累加[式(2)]就得到农业气象灾情的灾情指数(Pk),并以此作为农业气象灾害危害评估指标,与苹果气候产量增减率实况分级进行对比分析(苹果气候产量增减率实况亦分为无、轻、中、大、重5级,分级方法同灾害成灾变异值分级)。

Pk=∑4j=1Cij×wij(2)式中,Pk为灾情指数;Cij为4种灾害等级分值(i:1978—2007年各年份,i=1,2,3,…,30;为4种农业气象灾害,j=1,2,3,4;下同);wij为相应灾害因子的影响权重。灾情指数(Pk)越大,表明农业气象灾害对农业生产的影响越大,灾情越重;反之,对农业生产的影响小,灾情越轻。

2综合评价

2·1主要农业气象灾害分布表2是影响天水苹果生产的前秋9月干旱、冬季12—2月高温、花期4月下旬高温干旱气候和春季4月下旬低温发生频率统计。1978—2007年30年中,前秋9月旱灾最多,发生频率70%,主要以中—大灾为主,占旱灾年份的52%;轻灾年份次之,占38%;重灾年份最少,占10%。暖冬和花期高温灾害次之,发生频率分别为63%和67%,均以轻灾为主,分别占灾害年份的47%和45%;中—大灾次之,分别占47%和40%;重灾年份最少,分别占5%和15%。春季低温危害最少,发生频率53%,仍以轻灾居多,占灾害年份的50%;中—大灾次之,占44%;重灾年份最少,占6%。

2·2综合评价将式(2)计算的逐年农业气象灾害综合灾情指数(Pk)分成1、2、3、4、5相等的5个组从小到大将灾情等级依次划分为无灾、轻灾、中灾、大灾和重灾5个等级与苹果总产量动态相对偏差百分率实况分级(表3)进行对比分析。

天水市1978—2007年30年逐年主要农业气象灾害对苹果生产的影响进行综合评估,并与实况(表4)进行对比分析。评估无灾11年,与实况相符10年,评估准确率91%。灾害年份中,评估轻灾9年,与实况相符8年,评估准确率89%。评估中灾5年,大灾5年,重灾1年,均与实况相符,评估准确率均为100%。灾害年份除轻灾评估准确率略低外,中—重灾评估准确率较高,特别是重灾的1991年、大灾的1984年、1987年、1989年、1992年和1997年,苹果均出现较大幅度减产,灾害评估效果比较理想。

3结论与讨论

(1)分析得出影响天水苹果正常生长的主要农业气象灾害是前秋9月大气干旱、冬季12—2月暖冬高温、苹果花期4月下旬高温干旱和春季4月下旬低温危害。各灾害发生频率在53%~70%之间,以前秋9月干旱最多,春季4月下旬低温危害最少;前秋9月大气干旱以中—大灾为主;其他灾害均以轻、中灾最多,大灾居次;各种灾害因子重灾年份最少,仅占6%~15%。

(2)综合评估表明:影响天水市苹果生产的农业气象灾害综合评估除轻灾评估准确率略低(89%)外,中—重灾评估准确率均达100%,灾害评估效果比较理想。

(3)由于苹果灾害实况调查观测资料极少,给苹果灾害的评估研究工作带来了极大不便。

为此,本文主要采用统计学方法,利用苹果产量资料,在参照仅有的农业气象灾害观测调查资料的基础上,将指数法分解后的苹果总产量动态相对偏差百分率,按其离散程度确定为无灾、轻灾、中灾、大灾和重灾5种灾害程度实况类型。影响天水市苹果总产量的主要农业气象灾害因子的提取,也是采用了统计分析方法,进行理论提取。研究结论除轻灾评估准确率略低外,中—重灾评估准确率较高,在缺乏农业气象灾害实况观测调查资料的情况下,可作为气象灾害评估的有效方法,对农业防灾减灾有一定的指导意义。但因苹果灾害实况灾情资料极少,现实生产中仍有待更进一步研究验证。

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