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东北地区玉米主要气象灾害风险评估研究

高晓容  
【摘要】:我国主要农区受多种气象灾害的影响,作物产量损失严重。准确、定量地评估农业气象灾害风险对农业可持续发展及防灾减灾对策和措施的制定意义重大。将自然灾害风险评估理论和技术应用于农业领域,从农业气象灾害风险的形成机理出发,对农业气象灾害孕灾环境的危险性、承灾体的暴露性、脆弱性及防灾减灾能力的综合评估是农业气象灾害风险评估的最新方向。目前,国内外研究大多是农业气象灾害危险性和承灾体脆弱性研究,尚未涉及多种气象灾害的风险研究,无法反映真实气象条件下农业面临的综合风险;作物在不同发育期或发育阶段遭受气象灾害对最终产量的影响就会不同,现有研究基本是基于作物整个生育期,没有区分灾害发生在哪个发育期或发育阶段,鲜有贯穿作物发育全过程的风险评估。 针对目前国内外研究中存在的问题,本文利用东北地区48个气象站1961-2010年气象资料、48个农气站1980-2010年玉米发育期资料、近50年产量面积资料、近10年灾情资料及土壤资料等多元数据,以东北地区玉米播种—七叶、七叶—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—成熟4个发育阶段冷害、干旱、涝害主要气象灾害的分析为基础,以基于自然灾害风险理论和评价技术的风险评价指标体系和模型构建为重点,研究东北地区玉米主要气象灾害风险评价技术。首先,构建冷害指数、水分盈亏指数识别作物不同发育阶段的冷害、干旱和涝害,分析发育阶段主要气象灾害的时空分布及演变规律。其次,根据自然灾害风险理论,从农业气象灾害风险的形成机制出发,建立完备的发育阶段主要气象灾害风险评价指标体系,利用自然灾害风险指数法构建东北玉米发育阶段及整个生育期主要气象灾害风险评价模型。利用系统聚类分析方法对主要气象灾害风险指数进行区划。主要结论如下: 1.东北地区玉米发育阶段热量及冷害变化 (1)4个发育阶段的年代际热量指数基本呈带状分布,东南部的长白山地最低,由东南(或东)向西北(或西)方向递增;近50a来,热量指数总体表现为明显的增加趋势, 21世纪初的热量条件为近50a最好。 (2)整个生育期全区平均冷害强度呈极显著的减弱趋势,地区间冷害变化趋势呈现差异化的特征,冷害强度减弱趋势由西南向东北方向递增。中熟区冷害强度呈显著的下降趋势,中晚熟区略有下降趋势,晚熟区则略有上升趋势。 (3)4个发育阶段的冷害频率表现为减小趋势,20世纪80年代起冷害频率有比较明显的下降,21世纪初的冷害程度最低。4个发育阶段冷害强度的突变均发生在90年代中期,突变之后冷害强度明显降低。 2.东北地区玉米发育阶段水分供需及旱涝分布 (1)近50a整个生育期需水量没有显著增加。乳熟一成熟,有显著的干旱化趋势,其它3个阶段和整个生育期没有较明显的旱涝变化。 (2)播种—七叶、七叶—抽雄,东北大部分地区中旱及以上频率在10%以下;抽雄—乳熟、乳熟—成熟,中旱及以上频率由西北向东南方向递减,松嫩平原西部和辽宁西部为高发区,频率在30%-50%。 (3)播种—七叶,东北大部分地区中涝及以上频率在10%以下;后3个阶段,中涝及以上频率由东南向西北方向递减,辽宁东南部和吉林东南部为高发区,频率在30%-50%。 (4)发育阶段全域性、区域性中旱及以上、中涝及以上灾害有较明显的年代际变化。80年代起全域、区域干旱和涝害的发生次数明显增加。 3.东北玉米发育阶段主要气象灾害评价指标选取及模型构建 (1)采用孕灾环境多指标法,从东北玉米主要气象灾害孕灾环境指标的气象学、生物学意义出发,选取主要气象灾害危险性指标;从承灾体暴露性、脆弱性的内涵出发选取评估指标;鉴于防灾减灾能力相对滞后的研究现状,选用区域农业水平综合反映防灾减灾能力,形成了比较完备的发育阶段主要气象灾害风险评价指标体系。 (2)利用加权综合评分法和层次分析法,建立作物发育阶段单一灾种危险性评价模型;利用孕灾环境危险性指标及灾害频率综合反映主要气象灾害危险性,采用加权综合评分法构建作物发育阶段主要气象灾害危险性评估模型,根据各主要气象灾害的频率之比确定冷害、干旱、涝害危险性指数的权重系数。 (3)采用自然灾害风险指数法构建作物发育阶段主要气象灾害风险评估模型。在发育阶段主要气象灾害风险评估的基础上,根据作物减产率与各发育阶段主要气象灾害风险指数的相关程度确定各阶段风险指数的权重系数,利用加权综合评分法建立作物整个生育期主要气象灾害风险评估模型。然后,利用系统聚类分析方法对作物4个发育阶段及整个生育期主要气象灾害风险指数进行区划。 4.东北玉米主要气象灾害风险评估与区划 (1)作物发育阶段主要气象灾害危险性的分布有一定的区域差异和连续性。播种一七叶,中高值区主要分布在黑龙江东南部、吉林东部,低值区主要分布在辽宁中偏北地区;七叶—抽雄,高值区主要分布在辽宁东南部,低值区连片性较差;抽雄一乳熟、乳熟—成熟,中高值区主要分布在松嫩平原西部,低值区主要分布在吉林中东部。 (2)玉米暴露性从东北到西南呈递增趋势,中高值区主要分布在除辽西以外的辽宁大部分地区、吉林中部地区;中值区呈西北一东南走向分布在松嫩平原和吉林东北部;低值区主要分布在黑龙江中东部和吉林东北部。 (3)播种—七叶、七叶—抽雄脆弱性指数分布的连续性较差,后2个阶段脆弱性指数有比较连续的分布。防灾减灾能力指数的低值区主要分布在东北地区西部及吉林东北部,中高值区呈东北—西南走向分布在东北地区中部, (4)播种—七叶,主要气象灾害风险指数基本呈东北一西南走向的带状分布,中低值区分布在东北地区中部,中高值区主要分布在东北地区西部和东部;七叶—抽雄,主要气象灾害风险指数基本由东北向西南方向递增,低值区主要分布在黑龙江和吉林东北部,中高值区主要分布在东北地区西部、吉林东南部、辽宁的东部和南部;抽雄—乳熟、乳熟—成熟及整个生育期,风险指数基本由东向西递增,松嫩平原和辽宁为风险指数中高值区。


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