張 蕾 霍治國 黃大鵬 吳 立

1)(中國氣象科學(xué)研究院，北京100081) 2)(國家氣象中心，北京100081)3)(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210044)4)(國家氣候中心，北京100081)

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10—11月海南省瓜菜苗期濕澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃

張 蕾1)2)霍治國1)3)*黃大鵬4)吳 立1)

1)(中國氣象科學(xué)研究院，北京100081)2)(國家氣象中心，北京100081)3)(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210044)4)(國家氣候中心，北京100081)

為了評(píng)估海南省冬種瓜菜苗期生長階段容易遭受的濕澇災(zāi)害，基于1998—2011年海南省18個(gè)氣象站氣象資料、各市縣西瓜、豇豆、辣椒、絲瓜4種冬種瓜菜產(chǎn)量及苗期濕澇災(zāi)情資料，以降水量、降水日數(shù)等因子建立主成分分析綜合指標(biāo)，通過災(zāi)情反演構(gòu)建苗期濕澇致災(zāi)等級(jí)指標(biāo)，結(jié)合孕災(zāi)、災(zāi)損和防災(zāi)能力進(jìn)行瓜菜苗期濕澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃。結(jié)果表明：瓜菜苗期濕澇危險(xiǎn)性從西南至東北增加，輕度與重度濕澇風(fēng)險(xiǎn)概率分布趨勢相反，苗期濕澇孕災(zāi)敏感性從中西部山區(qū)向沿海和平原地區(qū)增加，瓜菜苗期濕澇災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)和防災(zāi)能力分布存在差異，且不同瓜菜差異明顯；4種瓜菜苗期濕澇綜合風(fēng)險(xiǎn)總體分布趨勢一致，從西南至東北地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)加重，降水、地勢、土地等因素綜合導(dǎo)致東部和北部部分地區(qū)苗期濕澇的風(fēng)險(xiǎn)高。

海南??； 瓜菜； 苗期濕澇； 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

引 言

海南省以其獨(dú)特的氣候優(yōu)勢成為中國冬季菜籃子，西瓜、豇豆、辣椒、絲瓜等是冬季市場供應(yīng)的主要品種。海南省屬暴雨氣候風(fēng)險(xiǎn)的高值區(qū)[1]，瓜菜在苗期常遭受濕澇災(zāi)害，如2010年10月嚴(yán)重濕澇災(zāi)害造成瓜菜受災(zāi)3.7×104hm2，成災(zāi)2.8×104hm2，嚴(yán)重影響了瓜菜的市場供應(yīng)。瓜菜苗期雖然時(shí)間短，但期間天氣氣候條件決定著后期的生長基礎(chǔ)，濕澇的影響不容忽視。因此，開展瓜菜苗期濕澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃有利于做好災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防災(zāi)減災(zāi)工作。

有關(guān)濕澇災(zāi)害和暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究，不少學(xué)者主要從致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的易損性、孕災(zāi)環(huán)境的脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力等單因素、集成多因素進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)分析[2-5]。致災(zāi)指標(biāo)選擇多為降水因子，如暴雨發(fā)生頻次[6]、不同時(shí)段降水量[7]、連陰雨次數(shù)[8]等，也有采用土壤電導(dǎo)率[9]、地表徑流[10]、地下水埋深和土壤含水率[11]等特定因子。蔡大鑫等[12]開展了區(qū)域性暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃，但研究未涉及對(duì)農(nóng)業(yè)的影響。

有關(guān)農(nóng)業(yè)濕澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究，主要針對(duì)冬小麥[13-14]、玉米[15]、水稻[16]、大豆[17]等中國大宗糧食作物，從承災(zāi)體災(zāi)損角度進(jìn)行濕澇風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃。近年來，其他作物濕澇風(fēng)險(xiǎn)的研究也逐步發(fā)展起來。李美榮等[18]提出了連陰雨災(zāi)害指數(shù)，進(jìn)行陜西蘋果產(chǎn)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)量化分析；吳利紅等[19]從降水適宜度角度，評(píng)估了浙江省油菜花期濕害風(fēng)險(xiǎn)；陸魁東等[20]綜合降水量、日照時(shí)數(shù)、降水日數(shù)建立指標(biāo)，對(duì)湖南油菜苗期連陰雨進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。目前，針對(duì)瓜菜作物濕澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估還鮮見報(bào)道。

本研究以海南省冬種瓜菜為對(duì)象，以易遭濕澇危害的10—11月為研究時(shí)段，選擇降水量、降水日數(shù)等因子構(gòu)建濕澇致災(zāi)指標(biāo)，綜合苗期濕澇危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力，進(jìn)行瓜菜苗期濕澇綜合風(fēng)險(xiǎn)分析和區(qū)劃，為因地制宜地開展瓜菜避減濕澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、生產(chǎn)優(yōu)化布局提供科技支撐。

1 資料與方法

1.1 資料來源

研究所用氣象資料來自海南省氣象局，包括1998—2011年海南省18個(gè)氣象站逐日平均溫度、降水量、日照時(shí)數(shù)等，對(duì)個(gè)別缺測的日值采用歷年同期平均值代替。西瓜、豇豆、辣椒、絲瓜4種瓜菜生產(chǎn)等資料來自海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜所，包括1999—2011年海南省18個(gè)市縣4種瓜菜的種植面積、產(chǎn)量等。4種瓜菜苗期濕澇災(zāi)情資料來自《中國氣象災(zāi)害大典·海南卷》[21]和海南省氣象科學(xué)研究所。海南省數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)數(shù)據(jù)來自海南省氣象科學(xué)研究所。

1.2 研究方法

依據(jù)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，瓜菜苗期濕澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)包括致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估、承災(zāi)體脆弱性(敏感性)評(píng)估、災(zāi)情損失評(píng)估、防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)估4個(gè)方面。

1.2.1 苗期濕澇致災(zāi)因子選取與指標(biāo)構(gòu)建

農(nóng)業(yè)濕澇災(zāi)害是指降水過于集中或時(shí)間過長導(dǎo)致地表積水或土壤水分飽和，致使作物生長發(fā)育不良或死亡，造成減產(chǎn)或絕收的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害[22]。以10—11月的降水量、降水日數(shù)、連續(xù)降水日數(shù)和最長連續(xù)降水日數(shù)4個(gè)因子，通過主成分分析方法[23]建立瓜菜苗期濕澇的致災(zāi)指標(biāo)。

以瓜菜苗期濕澇等級(jí)致災(zāi)指標(biāo)及其出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)概率，構(gòu)建濕澇危險(xiǎn)性評(píng)估模型：

(1)

其中，Q為濕澇危險(xiǎn)性指數(shù)，Ji為第i等級(jí)濕澇致災(zāi)指標(biāo)，Pi為第i等級(jí)濕澇風(fēng)險(xiǎn)概率，i取1，2，3。

1.2.2 苗期濕澇敏感性指數(shù)構(gòu)建

孕災(zāi)敏感性指災(zāi)害發(fā)生的環(huán)境條件，如地形地貌、水系、植被分布等，可對(duì)災(zāi)害的消長產(chǎn)生影響，但并不起決定作用。山嶺與平原交界處是洪澇多發(fā)區(qū)，地勢低洼地區(qū)和河網(wǎng)地區(qū)易發(fā)生濕害；且地勢越低的平坦地區(qū)越不利于洪水的排泄，易形成澇災(zāi)。因此，低水位農(nóng)田遭受濕澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大。

海南島地形變化較大，濕澇災(zāi)害的發(fā)生差異明顯[12]。地面坡度大小對(duì)濕澇發(fā)生具有反位相效應(yīng)，坡度越小，越容易積水，濕澇越重；反之，則輕。因此，選取坡度的倒數(shù)作為苗期濕澇的孕災(zāi)敏感性指數(shù)。地面坡度數(shù)據(jù)從DEM數(shù)據(jù)經(jīng)ARCGIS軟件處理后獲取。

1.2.3 苗期濕澇災(zāi)損指數(shù)構(gòu)建

瓜菜的減產(chǎn)率定義為瓜菜實(shí)際產(chǎn)量低于其趨勢產(chǎn)量的百分率，其中，趨勢產(chǎn)量采用直線滑動(dòng)平均法[24]擬合。

由于瓜菜的產(chǎn)量資料是最終產(chǎn)量，而瓜菜在生產(chǎn)過程中會(huì)遭受到苗期濕澇、冬季寒害、春季干旱等單一或多種災(zāi)害影響，因此，需要對(duì)不同災(zāi)害導(dǎo)致的減產(chǎn)率進(jìn)行有效分離，得到由苗期濕澇導(dǎo)致的瓜菜減產(chǎn)率?？紤]分別給3種災(zāi)害造成瓜菜減產(chǎn)的貢獻(xiàn)率以不同的權(quán)重(苗期濕澇w1、冬季寒害w2、春季干旱w3)，

(2)

其中，y1，y2，y3分別為單獨(dú)遭受苗期濕澇、冬季寒害、春季干旱典型災(zāi)害年份導(dǎo)致瓜菜的減產(chǎn)率平均值(單位：%)。

因此，由苗期濕澇災(zāi)害導(dǎo)致的減產(chǎn)率即瓜菜實(shí)際減產(chǎn)率與苗期濕澇權(quán)重(w1)的乘積，考慮苗期濕澇減產(chǎn)率及其風(fēng)險(xiǎn)概率構(gòu)建災(zāi)損評(píng)估模型：

(3)

其中，s為濕澇災(zāi)損指數(shù)，xi為第i等級(jí)平均減產(chǎn)率，fi為第i等級(jí)減產(chǎn)率的風(fēng)險(xiǎn)概率。i取1，2，3，對(duì)應(yīng)減產(chǎn)率分別為[5%，10%)，[10%，20%)，[20%，100%](輕、中、重3個(gè)等級(jí))。

1.2.4 苗期濕澇防災(zāi)能力指數(shù)構(gòu)建

以單產(chǎn)的變異系數(shù)作為瓜菜防災(zāi)能力的指標(biāo)，變異系數(shù)大，表明瓜菜生產(chǎn)不穩(wěn)定，防災(zāi)能力弱；反之，則強(qiáng)。

1.2.5 概率分布模型構(gòu)建

由于受瓜菜資料時(shí)間長度的限制，以1998—2011年逐年建立的苗期濕澇致災(zāi)指數(shù)、減產(chǎn)率序列為一維隨機(jī)樣本，經(jīng)過多種分布函數(shù)擬合，效果均不理想，不符合曲線擬合需要的條件，因此，采用信息分配方法[25]，通過線性分配得到控制區(qū)間的原始信息分布，建立概率分布模型，計(jì)算得到不同等級(jí)濕澇風(fēng)險(xiǎn)概率和減產(chǎn)率的風(fēng)險(xiǎn)概率。

1.2.6 苗期濕澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

綜合考慮瓜菜苗期濕澇災(zāi)害的致災(zāi)、孕災(zāi)、災(zāi)損及防災(zāi)能力，建立濕澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型：

F=v·Q·p-1·s。

(4)

式(4)中，F(xiàn)為苗期濕澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，v為濕澇防災(zāi)能力指數(shù)，Q為苗期濕澇危險(xiǎn)性指數(shù)，p-1為苗期濕澇孕災(zāi)敏感性指數(shù)，s為濕澇災(zāi)損指數(shù)。

為了消除不同因子量綱的影響，綜合風(fēng)險(xiǎn)模型需對(duì)因子進(jìn)行歸一化處理，且避免函數(shù)的底數(shù)為 0,

fi1=0.5+0.5×(fi-fmin)/(fmax-fmin)。

(5)

其中，fi1為因子歸一化值，fi為因子實(shí)際值，fmin為因子最小值，fmax為因子最大值。

1.2.7 瓜菜需水量

苗期自然降水和瓜菜需水，可以反映地區(qū)瓜菜遭受濕澇災(zāi)害的危害程度。不同瓜菜由于其生理特點(diǎn)的差別，對(duì)水分需求必然存在明顯差異。瓜菜需水量采用FAO的Penman-Monteith公式[26]，其中,瓜菜苗期作物系數(shù)，西瓜取0.4、豇豆取0.4、辣椒取0.6、絲瓜取0.5。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期濕澇致災(zāi)等級(jí)指標(biāo)

通過降水量、降水日數(shù)、連續(xù)降水日數(shù)和最長連續(xù)降水日數(shù)4個(gè)因子兩兩之間的相關(guān)分析，可以發(fā)現(xiàn)各站4個(gè)因子之間，除了少數(shù)因子外，兩兩之間存在明顯的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)普遍在0.5以上，達(dá)到0.1顯著性水平。因此，可以對(duì)4個(gè)因子進(jìn)行主成分分析，各站點(diǎn)前2個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率均達(dá)到88%以上，采用各站的前兩個(gè)主成分，構(gòu)建瓜菜苗期濕澇的致災(zāi)指標(biāo)。

通過海南省各市縣歷史苗期濕澇災(zāi)情資料，將瓜菜苗期濕澇致災(zāi)指標(biāo)序列與歷史典型濕澇災(zāi)害發(fā)生年份實(shí)際受災(zāi)情況進(jìn)行反演對(duì)比分析，確定瓜菜苗期輕度濕澇、中度濕澇、重度濕澇的致災(zāi)等級(jí)指標(biāo)分別為[0.5，1.3)，[1.3，1.8)，[1.8，+∞)。從典型苗期濕澇年份實(shí)際情況看，1999年11月上半月，海南省出現(xiàn)長時(shí)間大范圍的降水天氣，儋州10月底開始降水，持續(xù)半個(gè)月。其中，11月6日和7日降水量分別達(dá)251.3 mm和85.9 mm，導(dǎo)致15000 hm2水稻、冬種瓜菜等農(nóng)作物受淹，而這段時(shí)間儋州的致災(zāi)指標(biāo)值為1.42，顯示為中度濕澇，與實(shí)際情況吻合。2000年10—11月屯昌縣降水量達(dá)1348.8 mm，是常年同期(589.3 mm)的2倍多，最長連續(xù)24 d出現(xiàn)降水，其中，10月13—16日出現(xiàn)連續(xù)暴雨天氣，14日降水量達(dá)到578.7 mm，直接經(jīng)濟(jì)損失16700萬元，屬于重度災(zāi)害，同期由致災(zāi)指標(biāo)值(2.66)確定亦為重度濕澇。可見，上述確立的瓜菜苗期濕澇等級(jí)指標(biāo)與實(shí)際的災(zāi)情吻合度較好。

2.2 苗期濕澇減產(chǎn)率貢獻(xiàn)

從計(jì)算得到的苗期濕澇、冬季寒害、春季干旱3種災(zāi)害對(duì)瓜菜最終減產(chǎn)率貢獻(xiàn)(表1)可知，苗期濕澇對(duì)辣椒減產(chǎn)率的貢獻(xiàn)最大，對(duì)絲瓜減產(chǎn)率的貢獻(xiàn)最小。這符合瓜菜的生理特性：辣椒屬于淺根性植物，根系比較細(xì)弱、吸收少、木栓化程度高[27]，不耐澇、須較低濕度[28]；絲瓜根系吸收能力強(qiáng)、耐澇[29]。

表1 苗期濕澇、冬季寒害、春季干旱對(duì)減產(chǎn)率貢獻(xiàn)(單位：%)Table 1 Contribution rates of yield reduction rate induced by waterlogging, chilling and drought(unit：%)

2.3 瓜菜苗期濕澇危險(xiǎn)性評(píng)估

2.3.1 瓜菜苗期濕澇危險(xiǎn)性分布

將瓜菜苗期濕澇危險(xiǎn)性指數(shù)進(jìn)行區(qū)劃，對(duì)應(yīng)苗期濕澇低危險(xiǎn)性區(qū)、中危險(xiǎn)性區(qū)、高危險(xiǎn)性區(qū)(圖1)。瓜菜苗期濕澇危險(xiǎn)性指數(shù)由西南至東北呈增加趨勢。高危險(xiǎn)性區(qū)主要在海南省東部地區(qū)，主要包括?？凇⑽牟?、澄邁、定安、瓊海、屯昌、萬寧、瓊中中東部、臨高南部、儋州東南部，中危險(xiǎn)性區(qū)主要集中在海南省南部、中部和西北部地區(qū)，低危險(xiǎn)性區(qū)主要集中在海南省西部地區(qū)。

圖1 瓜菜苗期濕澇危險(xiǎn)性分布與等級(jí)濕澇風(fēng)險(xiǎn)概率分布 (a)危險(xiǎn)性分布，(b)輕度濕澇風(fēng)險(xiǎn)概率，(c)中度濕澇風(fēng)險(xiǎn)概率，(d)重度濕澇風(fēng)險(xiǎn)概率Fig.1 Distribution of waterlogging damage risk and risk probability of different grade index (a)distribution of damage risk,(b)risk probability of low waterlogging damage,(c)risk probability of medium waterlogging damage,(d)risk probability of high waterlogging damage

瓜菜苗期降水量從東到西減少，東部地區(qū)降水量明顯高于需水量，容易造成瓜菜苗期發(fā)生濕澇危害。海南省東部大部地區(qū)苗期降水量偏多2～4成，降水日數(shù)在35 d以上，西部大部偏少2～4成。從降水和瓜菜需水量的供求關(guān)系看，東部地區(qū)4種瓜菜的苗期需水量均不高，最高的辣椒需水量為40～80 mm，而同期平均降水量超過500 mm，遠(yuǎn)大于瓜菜的需水量，極易造成瓜菜苗期的濕澇災(zāi)害；而在西部地區(qū)，4種瓜菜的需水量平均為60～120 mm，辣椒需水量稍高(100～120 mm)，同期的平均降水量為160～300 mm，由于該地區(qū)土壤以沿海沉積沙為主[30]，導(dǎo)致降水不易堆積，因而西部地區(qū)瓜菜苗期受濕澇災(zāi)害危害程度較輕。

2.3.2 瓜菜苗期濕澇危險(xiǎn)性等級(jí)概率分布

瓜菜苗期輕度濕澇危險(xiǎn)性概率呈西高東低的分布(圖1b)，高值區(qū)主要集中在海南省中西部地區(qū)，中值區(qū)主要集中在中部和東部部分地區(qū)。低值區(qū)主要集中在東部和北部部分地區(qū)。瓜菜苗期中度濕澇危險(xiǎn)性概率分布形式比較分散(圖1c)，高值區(qū)分散在東部、南部地區(qū)，低值區(qū)主要集中在西部和東部部分地區(qū)。瓜菜苗期重度濕澇危險(xiǎn)性概率分布呈東高西低(圖1d)，高值區(qū)主要集中在海南省東部地區(qū)，中值區(qū)集中在東部、中部和北部部分地區(qū)，低值區(qū)集中在南部和西部部分地區(qū)。

2.4 瓜菜苗期濕澇敏感性評(píng)估

濕澇孕災(zāi)敏感性中間低四周高(圖2)，低敏感性區(qū)域集中在海南省中西部的山區(qū)，主要包括五指山山脈、鸚哥嶺山脈和雅加大嶺山脈高海拔區(qū)域，由中部向四周孕災(zāi)環(huán)境敏感性逐漸增加，沿海地區(qū)和東部平原地區(qū)敏感性高。

圖2 瓜菜苗期濕澇孕災(zāi)敏感性分布Fig.2 Distribution of waterlogging damage sensitivity

2.5 瓜菜苗期濕澇災(zāi)損評(píng)估

4種瓜菜苗期濕澇災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)在區(qū)域分布上存在明顯差異(圖3)。西瓜災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)呈中間高、東西低的分布形式(圖3a)，高值區(qū)主要集中在海南省中部，包括五指山大部、瓊中大部、屯昌大部、白沙東部地區(qū)；中值區(qū)主要集中在中北部地區(qū)；低值區(qū)主要集中在東部和西部地區(qū)。豇豆災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)呈中間高、四周低的分布(圖3b)，高值區(qū)有兩個(gè)，集中于白沙中北部和?？?；中值區(qū)分布在中部和北部部分地區(qū)；低值區(qū)主要集中在南部、西部和東北部部分地區(qū)。辣椒災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)呈中西部高、東部低的分布(圖3c)，高值區(qū)主要集中在五指山、白沙中東部、保亭西北部以及?？谑写蟛浚恢兄祬^(qū)主要集中在中部、西部和南部地區(qū)；低值區(qū)集中在東部和北部部分地區(qū)。絲瓜災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)分布零散，總體上西部高、東部低(圖3d)，高值區(qū)分散，集中在?？诖蟛?、臨高北部、瓊中中部、保亭東北部、東方西部、萬寧以及白沙局部；中值區(qū)主要分布在中部、西部和北部部分地區(qū)；低值區(qū)主要分布在東部和南部部分地區(qū)。

圖3 瓜菜苗期濕澇災(zāi)損綜合指數(shù)分布 (a)西瓜，(b)豇豆，(c)辣椒，(d)絲瓜Fig.3 Distribution of waterlogging damage loss (a)watermelon,(b)cowpea,(c)paprika,(d)luffa

以2000年典型的苗期濕澇年份為例，各地苗期濕澇導(dǎo)致的瓜菜實(shí)際減產(chǎn)率(圖略)分布各異。西瓜苗期濕澇減產(chǎn)率高值區(qū)在中部的白沙、瓊中、五指山、屯昌和?？谑?，東西部減產(chǎn)率低；豇豆苗期濕澇減產(chǎn)率高值區(qū)主要在白沙、臨高和海口市，東部、南部和西部地區(qū)減產(chǎn)率較低；辣椒苗期濕澇減產(chǎn)率高值區(qū)主要在五指山和海口市，東部地區(qū)減產(chǎn)率低；絲瓜苗期濕澇減產(chǎn)率高值區(qū)主要集中在保亭、瓊中、白沙、東方和?？?，北部和東部地區(qū)減產(chǎn)率較低。顯然，瓜菜苗期濕澇災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)的分布與典型濕澇年瓜菜實(shí)際減產(chǎn)率分布有較好的對(duì)應(yīng)。

2.6 瓜菜苗期濕澇防災(zāi)能力評(píng)估

受瓜菜本身生產(chǎn)穩(wěn)定程度影響，4種瓜菜對(duì)苗期濕澇的防災(zāi)能力區(qū)域差異明顯(圖4)。西瓜防災(zāi)能力呈中部低兩邊高(圖4a)，防災(zāi)能力強(qiáng)的區(qū)域主要集中在海南省東部、西部和北部部分地區(qū)，中等防災(zāi)能力區(qū)主要分布在中部和北部部分地區(qū)，防災(zāi)能力弱的區(qū)域主要在海南中部。豇豆防災(zāi)能力指數(shù)總體上呈南部高、中部山區(qū)北部低(圖4b)，防災(zāi)能力強(qiáng)的區(qū)域主要分布在海南省南部和北部部分地區(qū)，防災(zāi)能力中等的區(qū)域分布在北部、中部和東部部分地區(qū)，防災(zāi)能力弱的區(qū)域主要集中在中部山區(qū)以北地區(qū)。辣椒防災(zāi)能力東部高、中部山區(qū)低(圖4c)，防災(zāi)能力強(qiáng)的區(qū)域主要在文昌中南部、瓊山南部、瓊海中東部、樂東中部、儋州東部、澄邁中部以及臨高東部地區(qū)，防災(zāi)能力中等的區(qū)域主要分布在西部、北部和南部地區(qū)，防災(zāi)能力弱的區(qū)域主要集中在中部和?？谑小＝z瓜防災(zāi)能力分布較分散，東部和南部局部高、東北低(圖4d)，防災(zāi)能力強(qiáng)的區(qū)域主要分布在海南省東部和南部地區(qū)，包括文昌中南部、瓊山中部、萬寧東北部和西南部、陵水東部、三亞西部和南部、樂東中東部、昌江中部、儋州東部以及臨高北部部分地區(qū)；防災(zāi)能力中等的區(qū)域主要集中在中部、北部和西部部分地區(qū)；防災(zāi)能力弱的區(qū)域主要分布在東北部部分地區(qū)和中部局部地區(qū)。

圖4 瓜菜苗期濕澇防災(zāi)能力指數(shù)分布 (a)西瓜，(b)豇豆，(c)辣椒，(d)絲瓜Fig.4 Distribution of waterlogging prevention capability (a)watermelon,(b)cowpea,(c)paprika,(d)luffa

2.7 瓜菜苗期濕澇綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

綜合考慮瓜菜苗期濕澇的致災(zāi)、孕災(zāi)、災(zāi)損、防災(zāi)能力指數(shù)，得到瓜菜苗期濕澇綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型。綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果(圖5)可知，4種瓜菜苗期濕澇的綜合風(fēng)險(xiǎn)趨勢一致，從西南地區(qū)至東北地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)逐漸加重。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在海南省東部和北部部分地區(qū)，包括海口、文昌、定安、屯昌、瓊海和萬寧部分地區(qū)。造成這些地區(qū)濕澇災(zāi)害嚴(yán)重的直接原因是海南省東部地區(qū)降水量多、持續(xù)時(shí)間長，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害比較頻繁，暴雨對(duì)東部和北部地區(qū)的影響大于西部。海南省東部地區(qū)是暴雨風(fēng)險(xiǎn)的高值區(qū)，其中，東部萬泉河流域區(qū)域地形復(fù)雜，降水變率大，暴雨頻發(fā)，洪澇災(zāi)害重。流域的暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的空間差異很大，東部的大部分地區(qū)處于中等以上風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，西部則多處于次低以下風(fēng)險(xiǎn)區(qū)[13]。除了濕澇的危險(xiǎn)性較高外，這些地區(qū)主要為臺(tái)地平原區(qū)或丘陵地帶中的坪地及緩坡地，孕災(zāi)敏感性高，土層深厚，易造成降水堆積；同時(shí)，地區(qū)農(nóng)田水利基本設(shè)施滯后，水庫分布不均，渠系工程配套不完善，輸配水不暢通，排灌條件差。這些因素綜合導(dǎo)致海南省東部和北部部分地區(qū)瓜菜苗期濕澇的綜合風(fēng)險(xiǎn)高。

圖5 瓜菜苗期濕澇綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃 (a)西瓜，(b)豇豆，(c)辣椒，(d)絲瓜Fig.5 Distribution of comprehensive waterlogging risk (a)watermelon,(b)cowpea,(c)paprika,(d)luffa

中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在海南省的北部和南部部分地區(qū)。這些地區(qū)降水量處于平均水平，土壤保水性適中、孕災(zāi)環(huán)境的高敏感性導(dǎo)致地區(qū)瓜菜苗期濕澇風(fēng)險(xiǎn)屬于中等水平。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在西部地區(qū)，包括五指山、樂東、昌江、白沙、三亞和保亭北部部分地區(qū)。這些地區(qū)降水量少，持續(xù)時(shí)間短。就年平均情況而言，西部平均暴雨日數(shù)少，西部沿海的東方最少，僅4 d[21]。地區(qū)砂質(zhì)土壤不利于水分堆積、地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境敏感性較低，使地區(qū)瓜菜苗期濕澇的風(fēng)險(xiǎn)較低。

3 結(jié)論與討論

本文從風(fēng)險(xiǎn)角度，對(duì)海南省瓜菜苗期生長中易遭受的濕澇災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃，得到以下主要結(jié)論：

1) 苗期濕澇危險(xiǎn)性從西南至東北呈增加趨勢，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于海南省東部地區(qū)，自然降水多是地區(qū)濕澇嚴(yán)重的主要原因；不同等級(jí)苗期濕澇風(fēng)險(xiǎn)概率分布差異明顯，輕度與重度濕澇的風(fēng)險(xiǎn)概率分布趨勢相反。

2) 瓜菜苗期濕澇孕災(zāi)敏感性從中西部山區(qū)向沿海和平原地區(qū)敏感性逐漸增加，濕澇災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)和防災(zāi)能力在區(qū)域上存在明顯差異。

3) 綜合考慮致災(zāi)、孕災(zāi)、災(zāi)損和防災(zāi)能力，4種瓜菜苗期濕澇綜合風(fēng)險(xiǎn)總體分布趨勢一致，從西南地區(qū)至東北地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)逐漸加重。降水、地勢、土地等因素綜合導(dǎo)致東部和北部地區(qū)瓜菜苗期濕澇的綜合風(fēng)險(xiǎn)高，西部瓜菜苗期濕澇風(fēng)險(xiǎn)低，這與海南省實(shí)際苗期濕澇情況相符。上述風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估結(jié)果可為優(yōu)化冬季瓜菜生產(chǎn)布局、減避濕澇災(zāi)害、保證瓜菜生產(chǎn)提供參考。

海南省各市縣雖然均有瓜菜種植，但種植情況差異較大，東部地區(qū)是冬季瓜菜的主產(chǎn)區(qū)，中西部山區(qū)瓜菜種植較少，因此，在瓜菜的濕澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃上存在差異，需要細(xì)化瓜菜的種植分布適宜性。由于氣候變化影響，西部和北部地區(qū)氣候條件有所改善，瓜菜種植面積不斷增加[31]，且山區(qū)可挖掘潛力較大[32]。因此，這種苗期濕澇的風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化，進(jìn)行瓜菜種植調(diào)整、濕澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移有指導(dǎo)意義。

研究中，瓜菜發(fā)生苗期濕澇的時(shí)間段是針對(duì)瓜菜生產(chǎn)的主要平均時(shí)段，具有統(tǒng)籌指示意義。但由于氣候差異顯著，各地區(qū)瓜菜的生產(chǎn)時(shí)段存在出入，像西瓜的生產(chǎn)就存在西部—南部—東部—北部循環(huán)播種生產(chǎn)上市的分布模式[30]，這就可能導(dǎo)致濕澇的發(fā)生時(shí)段對(duì)不同地區(qū)瓜菜的影響存在差異。

降水因子是造成瓜菜遭受濕澇災(zāi)害的主要原因，選擇降水量和降水日數(shù)等因子表征濕澇致災(zāi)指標(biāo)比較合理。但作物有自身的供水與需水平衡關(guān)系，降水量過大必然對(duì)瓜菜產(chǎn)生危害，而降水量小未必造成瓜菜受害，反而有利于滿足瓜菜的生長需水，因此，可能存在臨界值問題。如許瑩等[33]在研究安徽省一季稻澇災(zāi)損失，指標(biāo)中考慮了降水量臨界值：10 d 內(nèi)降水量不小于50 mm，且降水日數(shù)不小于3 d。

除了降水主導(dǎo)因素外，濕澇危害程度與土壤類型明顯相關(guān)，粘土透水性差，田間排水差，易發(fā)生濕害。海南省各地土質(zhì)差異較大，東部水土流失面積較多，不少地區(qū)沿丘陵坡度順坡開墾種植，極易引起水土流失。因此，有必要在濕澇孕災(zāi)敏感性方面考慮土質(zhì)方面。

瓜菜遭受濕澇災(zāi)害，會(huì)由于缺氧引起生理失調(diào)，出現(xiàn)根系長勢弱、生長緩慢、爛根和授粉不良等[34]，導(dǎo)致瓜菜品質(zhì)下降，最終影響產(chǎn)量。因此，在濕澇災(zāi)損評(píng)估上有待考慮災(zāi)害對(duì)瓜菜品質(zhì)的影響。另外，本研究在防災(zāi)能力上主要考慮瓜菜本身的情況，并未將地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平、農(nóng)田水利措施等納入，而這些也可以在一定程度反映地區(qū)抗災(zāi)性能。因此，隨著資料的延長和補(bǔ)充，細(xì)化分析時(shí)段與瓜菜種植分布、致災(zāi)指標(biāo)、孕災(zāi)與防災(zāi)能力指標(biāo)等方面有待完善。

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Assessment and Distribution of Waterlogging Damage Risks for Melons and Vegetables in Hainan Province from October to November

Zhang Lei1)2)Huo Zhiguo1)3)Huang Dapeng4)Wu Li1)

1)(ChineseAcademyofMeteorologicalSciences,Beijing100081)2)(NationalMeteorologicalCenter,Beijing100081)3)(CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044)4)(NationalClimateCenter,Beijing100081)

Hainan, as an important agricultural zone for winter melons and vegetables in China, suffers from waterlogging, chilling and drought risks that threat production during its growth period. In order to offer guidance to reduce waterlogging damage and assure production, the theoretical framework of natural disaster risk system is implemented based on meteorological station observations from 1998 to 2011, the yield and planted area data, as well as waterlogging disaster data for melons and vegetables. A waterlogging level index system is constructed through comparing the hazard index with disaster based on the principal component analysis of four factors, i.e., precipitation, rain days, continuous rain days and maximum continuous rain days. A comprehensive waterlogging risk index model for melons and vegetables is built integrating with hazard index, damage sensitivity index, damage loss index and damage prevention capability index.

Results show that the waterlogging hazard index increases from southwest to northeast, the risk probability of different level hazard index are different in regions, and the distribution of high and low risk probability are of the opposite. Due to results of disaster hazard spatial pattern, it implicates that more attention should be paid to those high hazard regions. Considering waterlogging sensitivity is partly influenced by slope gradient, the damage index increases from the central mountain to the periphery. Among three disasters, waterlogging causes most yield reduction for paprika, watermelon and cowpea which are in conformity with their biological characteristic. Taking yield loss and production status as factors to represent damage vulnerability and prevention capability, waterlogging damage loss index and prevention capability index differ in different regions. The distribution of comprehensive waterlogging risk index for melons and vegetables is similar for four kinds of melons and vegetables, which increases from southwest to northeast induced by factors such as precipitation, terrain and soil. The distribution characteristic is conformed to the real waterlogging situation in Hainan Province. Results can provide useful information which contribute to a better understanding of disaster damage risk for melons and vegetables and help for the policy formation of agro-meteorological disaster risk management.

Hainan Province; melons and vegetables; waterlogging at seeding stage; damage risk assessment

10.11898/1001-7313.20150405

公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201206019),國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2007FY120100),國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41101517)

張蕾,霍治國,黃大鵬,等. 10—11月海南省瓜菜苗期濕澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2015，26(4)：432-441.

2015-01-05收到， 2015-05-07收到再改稿。

* 通信作者, email: huozhigg@cams.cma.gov.cn