范雨嫻，霍治國(guó)，尚 瑩

(1.中國(guó)氣象科學(xué)研究院，北京 100081；2.益陽(yáng)市氣象局，湖南益陽(yáng) 413000；3.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210044)

0 引言

油菜是世界上重要的油料作物之一，隨著我國(guó)人均耕地面積的不斷減少，油菜單產(chǎn)的提高越來越受到重視[1]。油菜澇漬災(zāi)害，通常由持續(xù)陰雨或致洪暴雨引起，指長(zhǎng)時(shí)間地表積水或土壤水分飽和造成油菜根系長(zhǎng)期缺氧，進(jìn)而影響其生長(zhǎng)發(fā)育，造成減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，是長(zhǎng)江中下游地區(qū)油菜減產(chǎn)、質(zhì)量降低的重要原因[2-3]，其中又以春季澇漬災(zāi)害對(duì)油菜產(chǎn)量的影響最為嚴(yán)重[4-7]。因此，開展油菜澇漬災(zāi)害監(jiān)測(cè)及災(zāi)損評(píng)估具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

湖南油菜生長(zhǎng)期跨秋冬春三季，春季湖南油菜正處于產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)恰逢春雨期和汛期[8]，故極易遭受澇漬災(zāi)害。特別是蕾薹期和花期濕害，不但影響油菜生長(zhǎng)速度，使株高、莖粗、單株一次分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)及千粒重減少，菜籽含油量降低[9-12]；還易引發(fā)病害如開花期菌核病的爆發(fā)[13]，導(dǎo)致減產(chǎn)和菜籽品質(zhì)降低。

澇漬指標(biāo)廣泛應(yīng)用于澇漬災(zāi)害強(qiáng)度與災(zāi)損的災(zāi)后記錄、災(zāi)中監(jiān)測(cè)及災(zāi)前預(yù)警等[14]，是國(guó)內(nèi)外澇漬災(zāi)害研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。澇漬指標(biāo)的等級(jí)即指標(biāo)與災(zāi)害強(qiáng)度或?yàn)?zāi)損的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中形態(tài)學(xué)指標(biāo)著眼于作物器官等對(duì)澇漬災(zāi)害的反應(yīng)變化[15-16]，受澇指標(biāo)表示由控制試驗(yàn)淹水歷時(shí)、積水深度等澇漬致災(zāi)因子與產(chǎn)量損失或作物敏感性的關(guān)系[17-20]，天氣氣候指標(biāo)則將天氣氣候尺度的致災(zāi)因子與實(shí)際受災(zāi)情況進(jìn)行匹配[21-24]，農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)在天氣氣候指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮作物及其不同生育期的易損性關(guān)系來得到澇漬等級(jí)[6,25,26]等。油菜澇漬指標(biāo)以天氣氣候指標(biāo)與農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)為主，多針對(duì)連陰雨導(dǎo)致的澇漬災(zāi)害，用于判斷全生育期[6,27]、自然旬和自然月[28]或一次過程[21]的平均受災(zāi)強(qiáng)度，無法用于災(zāi)前預(yù)警與災(zāi)中監(jiān)測(cè)。故范雨嫻等[29]基于連陰雨及致災(zāi)暴雨過程中致災(zāi)因子的動(dòng)態(tài)累積，構(gòu)建了逐日動(dòng)態(tài)的油菜春季澇漬過程災(zāi)變判別指標(biāo)，用于災(zāi)害發(fā)生與否的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但該指標(biāo)缺乏對(duì)災(zāi)害程度的監(jiān)測(cè)。

減產(chǎn)率是受災(zāi)程度及災(zāi)損最直接的表現(xiàn)形式，目前大部分指標(biāo)構(gòu)建時(shí)僅將其用于確定致災(zāi)因子[30]或驗(yàn)證指標(biāo)[21]，故文章從減產(chǎn)率與澇漬災(zāi)害程度的關(guān)系出發(fā)，以湖南油菜春季澇漬災(zāi)變判別指標(biāo)[29]為基礎(chǔ)，以災(zāi)害影響是否可逆為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用基于假設(shè)的滾動(dòng)模擬尋優(yōu)方法，通過引入減產(chǎn)率數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于過程的逐日災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)及基于澇漬災(zāi)變等級(jí)的減產(chǎn)率和災(zāi)害影響量化評(píng)估模型，為區(qū)域澇漬災(zāi)變動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及災(zāi)損量化評(píng)估提供理論支持和方法支撐。

圖1 湖南省97個(gè)氣象站、油菜種植區(qū)及有產(chǎn)量數(shù)據(jù)的縣分布

圖2 湖南省油菜澇漬災(zāi)變過程及分級(jí)

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

該文選擇湖南冬油菜種植區(qū)為研究區(qū)(圖1)，對(duì)湖南油菜春季澇漬災(zāi)變判別指標(biāo)[29]進(jìn)行擴(kuò)展分級(jí)；根據(jù)相關(guān)研究[6，7，29]，澇漬災(zāi)害對(duì)湖南油菜的主要影響時(shí)段為開花期(3月上旬至下旬)、結(jié)莢期(4月上旬至下旬)及成熟期(5月上旬至中旬)，考慮到油菜的收曬及實(shí)際災(zāi)情的出現(xiàn)時(shí)間，研究過程中將成熟期影響時(shí)段后延一旬(5月上旬至下旬)；與文獻(xiàn)[29]一致。

油菜產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于中國(guó)種植業(yè)信息網(wǎng)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)庫(kù)，包含1957—2012年湖南省省級(jí)油菜籽單產(chǎn)及澧縣、南縣等20縣市(圖1)的縣級(jí)單產(chǎn)數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)來源于國(guó)家氣象信息中心中國(guó)國(guó)家級(jí)地面氣象站基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集，包含種植區(qū)內(nèi)97個(gè)氣象站(圖1)1961—2012年的逐日降水及日照時(shí)數(shù)資料。缺測(cè)值使用Cressman空間插值[31]進(jìn)行補(bǔ)充。

2 研究方法

2.1 油菜澇漬災(zāi)變過程及分級(jí)

油菜澇漬災(zāi)變過程：從致災(zāi)降水過程開始，致災(zāi)因子累積災(zāi)變，到降水結(jié)束，恢復(fù)無災(zāi)水平的全過程(圖2)。

輕度澇漬災(zāi)害：簡(jiǎn)稱輕災(zāi)，對(duì)應(yīng)災(zāi)害影響可逆或部分可逆的澇漬災(zāi)害。在一次災(zāi)變過程中，將致災(zāi)降水過程開始到致災(zāi)因子累積達(dá)到受災(zāi)水平的過程稱為輕度災(zāi)變。輕度災(zāi)變后受災(zāi)程度為輕災(zāi)，澇漬災(zāi)害雖會(huì)對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育造成一定影響，但可以通過承災(zāi)體的自我調(diào)節(jié)或人為后期補(bǔ)救等減輕或避免，對(duì)最終減產(chǎn)率的影響相對(duì)較小。

重度澇漬災(zāi)害：簡(jiǎn)稱重災(zāi)，對(duì)應(yīng)災(zāi)害影響基本不可逆的澇漬災(zāi)害。輕度災(zāi)變后，若致災(zāi)因子繼續(xù)累積，直至超出作物自我調(diào)節(jié)和人為補(bǔ)救的承受范圍，則將這一過程稱為重度災(zāi)變。重度災(zāi)變后受災(zāi)程度為重災(zāi)，災(zāi)害影響將很難通過后續(xù)補(bǔ)救恢復(fù)，直接影響油菜最終減產(chǎn)率。

從定義及統(tǒng)計(jì)學(xué)角度出發(fā)，重災(zāi)與最終減產(chǎn)率的相關(guān)性好，輕災(zāi)與最終減產(chǎn)率的相關(guān)性相對(duì)重災(zāi)低，且兩者差異比較明顯。

2.2 減產(chǎn)率的計(jì)算

相對(duì)氣象產(chǎn)量是氣象產(chǎn)量與趨勢(shì)產(chǎn)量的比值，計(jì)算公式為：

(1)

式(1)中，yr表示相對(duì)氣象產(chǎn)量，yt表示趨勢(shì)產(chǎn)量，y為實(shí)際產(chǎn)量。其中，yt通過九點(diǎn)二次滑動(dòng)平均法求得。

將減產(chǎn)率yd定義為氣象條件對(duì)產(chǎn)量的負(fù)影響，若相對(duì)氣象產(chǎn)量為負(fù)值，減產(chǎn)率為yr的相對(duì)值，若yr為正，則認(rèn)為減產(chǎn)率yd為0，即：

(2)

該文產(chǎn)量數(shù)據(jù)的范圍為1957—2012年，由于九點(diǎn)二次滑動(dòng)平均會(huì)使前后各4年的趨勢(shì)產(chǎn)量數(shù)據(jù)損失，故減產(chǎn)率的范圍為1961—2008年。

2.3 油菜春季澇漬過程災(zāi)變判別指標(biāo)

湖南省油菜春季澇漬過程災(zāi)變判別指標(biāo)(I)是以有效累積降水量與連陰雨日數(shù)為致災(zāi)因子的逐日動(dòng)態(tài)指標(biāo)，其計(jì)算公式[29]為：

(3)

式(3)中，i=1，2，3分別對(duì)應(yīng)開花期、結(jié)莢期及成熟期；TE(mm)表示有效累積降水量，采用逐日降水資料滾動(dòng)計(jì)算：

TE(j)=t(j)+0.899TE(j-1)

(4)

TE(j)表示第j日的TE，t(j)為當(dāng)天降水量。D表示連陰雨日數(shù)，計(jì)算公式為：

(5)

D(j)表示第j日的連陰雨日數(shù)，s(j)表示第j日的日照時(shí)數(shù)。TEi、Di為對(duì)應(yīng)生育期有效累積降水量與連陰雨日數(shù)的氣候平均值。

當(dāng)I≥1時(shí)，當(dāng)天油菜為受災(zāi)狀態(tài)，I<1時(shí)，為無災(zāi)狀態(tài)。

2.4 澇漬災(zāi)變等級(jí)閾值的計(jì)算

基于澇漬災(zāi)變判別指標(biāo)的值，將澇漬災(zāi)變劃分為輕度澇漬災(zāi)變與重度澇漬災(zāi)變，采用基于假設(shè)的滾動(dòng)模擬尋優(yōu)法，以0.02為步長(zhǎng)，依次統(tǒng)計(jì)兩者輕災(zāi)與重災(zāi)閾值為1.02，1.04，…，2.20時(shí)，湖南97個(gè)站點(diǎn)1961—2008年開花期、結(jié)莢期、成熟期輕度與重度澇漬災(zāi)害的年站均受災(zāi)天數(shù)。如假設(shè)閾值為1.04時(shí)，則計(jì)算的輕災(zāi)范圍為I=[1，1.04)，重災(zāi)范圍為I=[1.04，∞)，以此類推。

構(gòu)建不同假設(shè)閾值時(shí)1961—2008年湖南油菜減產(chǎn)率與開花期、結(jié)莢期、成熟期輕災(zāi)或重災(zāi)天數(shù)的回歸關(guān)系式，使用決定系數(shù)R2檢驗(yàn)輕災(zāi)或重災(zāi)與減產(chǎn)率的回歸方程的顯著性，其計(jì)算公式為：

(6)

檢驗(yàn)量F的計(jì)算公式為：

(7)

式(7)中，d為自由度即因子量，n為數(shù)據(jù)量，P為F分布中大于檢驗(yàn)值F的概率，即因子與預(yù)報(bào)量不存在線性關(guān)系的概率。若P<0.05則回歸方程顯著，P越小，R2越大，回歸方程越顯著，因子與預(yù)報(bào)量的相關(guān)性越好。根據(jù)災(zāi)害學(xué)中部分可逆災(zāi)害與不可逆災(zāi)害的思想，挑選減產(chǎn)率與重災(zāi)的回歸方程最顯著、輕災(zāi)和重災(zāi)與減產(chǎn)率的相關(guān)性差異大的計(jì)算閾值作為重度澇漬與輕度澇漬的臨界值。

2.5 澇漬災(zāi)害影響評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

基于澇漬災(zāi)變過程的相關(guān)定義，澇漬受災(zāi)天數(shù)對(duì)油菜減產(chǎn)率有正影響，而重度澇漬對(duì)最終減產(chǎn)率的影響較大。以油菜澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)為基礎(chǔ)，分別計(jì)算油菜減產(chǎn)率與受災(zāi)天數(shù)或重災(zāi)天數(shù)的回歸方程。以回歸系數(shù)的歸一化值作為不同生育期澇漬災(zāi)害的影響權(quán)重。構(gòu)建基于受災(zāi)天數(shù)的油菜春季澇漬災(zāi)害影響評(píng)價(jià)模型M1：

(8)

式(8)中，i=1，2和3，對(duì)應(yīng)油菜開花期、結(jié)莢期及成熟期，ai為該生育期澇漬災(zāi)害對(duì)油菜減產(chǎn)率的影響權(quán)重，pi為該生育期內(nèi)澇漬受災(zāi)天數(shù)，用1961—2008年油菜春季澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)判別受災(zāi)的年站均受災(zāi)天數(shù)來表示。同理構(gòu)建基于重災(zāi)天數(shù)的油菜春季澇漬災(zāi)害影響評(píng)價(jià)模型M2：

(9)

式(9)中，i=1，2和3，對(duì)應(yīng)油菜開花期、結(jié)莢期及成熟期，下標(biāo)2，代表重度澇漬災(zāi)害，ai2為該生育期內(nèi)重度澇漬災(zāi)變對(duì)油菜減產(chǎn)率的影響權(quán)重，pi2為該生育期內(nèi)澇漬重災(zāi)天數(shù)，同樣采用1961—2008年油菜春季澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)判別的年站均重災(zāi)天數(shù)來表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 油菜春季澇漬過程災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)構(gòu)建

依次計(jì)算春季澇漬過程災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)I的輕災(zāi)與重災(zāi)假設(shè)閾值m=1.02，1.04，…，2.20時(shí)，1961—2008年開花期、結(jié)莢期、成熟期輕災(zāi)(I=[1.0，m))與重災(zāi)(I=[m，∞))的年站均受災(zāi)天數(shù)。將1961—2008年湖南油菜減產(chǎn)率與不同假設(shè)閾值時(shí)開花期、結(jié)莢期、成熟期輕災(zāi)或重災(zāi)受災(zāi)天數(shù)進(jìn)行多元回歸分析，并分別檢驗(yàn)輕災(zāi)或重災(zāi)與減產(chǎn)率的回歸方程的顯著性。得到不同閾值時(shí)回歸方程的決定系數(shù)R2及線性關(guān)系不顯著的概率P，如圖3。

圖3 不同假設(shè)閾值時(shí)輕度及重度澇漬受災(zāi)天數(shù)與減產(chǎn)率相關(guān)關(guān)系的顯著性檢驗(yàn)

結(jié)果表明，重災(zāi)范圍為I=[1.44，∞)時(shí)，重災(zāi)天數(shù)與減產(chǎn)率相關(guān)性最好，通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，且輕災(zāi)天數(shù)、重災(zāi)天數(shù)與減產(chǎn)率相關(guān)性差異最大。在輕災(zāi)與重災(zāi)假設(shè)閾值m在[1，1.20]范圍內(nèi)時(shí)，重災(zāi)天數(shù)與油菜減產(chǎn)率的相關(guān)性變化不大，而輕災(zāi)天數(shù)與油菜減產(chǎn)率的相關(guān)性隨假設(shè)閾值的增大而變強(qiáng)，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)量的增加使計(jì)算結(jié)果趨向于實(shí)際；從重災(zāi)天數(shù)與減產(chǎn)率的相關(guān)性看，假設(shè)閾值m小于1.44時(shí)，重災(zāi)天數(shù)(I=[m，∞))與減產(chǎn)率的相關(guān)性較重災(zāi)范圍為I=[1.44，∞)時(shí)低，這說明I=(m，1.44)范圍內(nèi)的災(zāi)害與減產(chǎn)率的相關(guān)性相對(duì)I=[1.44，∞)時(shí)低；假設(shè)閾值m大于1.44時(shí)，隨著m的增大重災(zāi)天數(shù)(I=[m，∞))與減產(chǎn)率回歸方程的決定系數(shù)基本呈均勻減小，這說明I=[1.44，∞)范圍內(nèi)的災(zāi)害對(duì)減產(chǎn)率的影響基本相同，都有較大影響。故認(rèn)為I=1.44是澇漬災(zāi)害對(duì)減產(chǎn)率有較大影響的下限，表現(xiàn)出了湖南省對(duì)油菜春季澇漬災(zāi)害的易損性及防災(zāi)減災(zāi)能力。

表1 湖南省油菜春季澇漬過程災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 各縣輕度與重度澇漬災(zāi)變等級(jí)閾值

綜上所述，以油菜澇漬災(zāi)變判別指標(biāo)為基礎(chǔ)，以1.44為閾值，可以將湖南省油菜澇漬災(zāi)害劃分為輕度與重度兩級(jí)，擴(kuò)展得到油菜春季澇漬過程災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)如表1。

3.2 縣級(jí)油菜澇漬災(zāi)變等級(jí)閾值計(jì)算

由于無實(shí)際湖南省的油菜春季澇漬災(zāi)變等級(jí)資料，故無法對(duì)災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)進(jìn)行直接驗(yàn)證，同時(shí)湖南省的油菜春季澇漬易損性及防災(zāi)減災(zāi)能力目前并沒有太多具有可比性的指標(biāo)或資料，大多洪澇脆弱性評(píng)估都將洪澇受災(zāi)頻率作為重要影響因子，無法分離出易損性指標(biāo)與防災(zāi)減災(zāi)能力指標(biāo)，很難直接對(duì)等級(jí)閾值進(jìn)行間接驗(yàn)證。故使用縣級(jí)減產(chǎn)率計(jì)算縣級(jí)澇漬災(zāi)變等級(jí)閾值，進(jìn)行相互比較。

在有產(chǎn)量數(shù)據(jù)的20個(gè)縣市中，篩選出產(chǎn)量數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，穩(wěn)定性較好的長(zhǎng)沙、湘潭等8個(gè)縣，使用滾動(dòng)模擬尋優(yōu)法，分別計(jì)算各站輕度澇漬災(zāi)變與重度澇漬災(zāi)變的最佳閾值，結(jié)果如表2。

結(jié)果表明，不同縣澇漬災(zāi)變等級(jí)閾值存在一定差異，且能表現(xiàn)出當(dāng)?shù)貙?duì)油菜春季澇漬災(zāi)害的易損性及防災(zāi)減災(zāi)能力。如長(zhǎng)沙、湘潭地區(qū)防災(zāi)抗災(zāi)能力強(qiáng)，故閾值高；桃源與祁陽(yáng)位于江流中游，泄洪壓力較小，而且受災(zāi)頻率不高[29]，故閾值也很高；湘陰與醴陵災(zāi)變等級(jí)閾值略低，這可能是因?yàn)槠涞匦蔚貏?shì)等對(duì)洪澇災(zāi)害的脆弱性過高而受災(zāi)頻率大，如醴陵境內(nèi)的主要河流淥江拐過九道十八灣，使沿岸很容易受洪澇侵害；溆浦、道縣境內(nèi)多為山地，地形脆弱性高，防災(zāi)減災(zāi)能力弱，而且是受災(zāi)頻率較高的地區(qū)[29]，故洪澇脆弱性高，災(zāi)變等級(jí)閾值最低。

綜上所述，澇漬災(zāi)變等級(jí)閾值大小與受災(zāi)頻率、地形對(duì)洪澇脆弱性的影響、防災(zāi)減災(zāi)能力等有一定的關(guān)系，平均受災(zāi)頻率越低，洪澇脆弱性越低，防災(zāi)減災(zāi)能力越強(qiáng)，閾值越高，故認(rèn)為此方法計(jì)算澇漬災(zāi)變閾值具有可行性，由全省油菜減產(chǎn)率與全省站均受災(zāi)天數(shù)計(jì)算得到的閾值1.44，正是湖南省澇漬受災(zāi)頻率、地形對(duì)洪澇脆弱性的影響、防災(zāi)減災(zāi)能力等的平均體現(xiàn)。

3.3 油菜春季澇漬災(zāi)變等級(jí)頻率空間分布

使用澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)分生育期統(tǒng)計(jì)1961—2008年湖南省97個(gè)氣象站點(diǎn)輕度與重度澇漬年均受災(zāi)頻率，得到不同等級(jí)澇漬受災(zāi)頻率空間分布如圖4。

可見，隨著生育期的推進(jìn)，同等級(jí)澇漬災(zāi)變受災(zāi)頻率的空間分布形勢(shì)由一個(gè)位于湖南東部及南部的高值區(qū)分裂為湘中以北及湘南兩個(gè)高值區(qū)，對(duì)減產(chǎn)率有顯著影響的重災(zāi)的高發(fā)區(qū)逐漸縮小，同時(shí)，同一生育期輕災(zāi)與重災(zāi)的高發(fā)區(qū)基本一致，這是因?yàn)閷?shí)際情況中災(zāi)害程度具有連續(xù)性。

開花期輕災(zāi)頻率較重災(zāi)頻率小，這是因?yàn)樵陂_花期，多陰雨是長(zhǎng)江中下游的重要?dú)夂蛱攸c(diǎn)之一，主要致災(zāi)因子為連陰雨日數(shù)，連續(xù)陰雨時(shí)，受災(zāi)程度一直維持在較高水平，一旦放晴，能較快恢復(fù)到無災(zāi)水平。從空間分布來看，開花期澇漬主要表現(xiàn)為南多北少，東多西少。

結(jié)莢期受災(zāi)頻率的空間差異較大，這主要是由于各地進(jìn)入汛期的時(shí)間存在差異。高發(fā)區(qū)較開花期擴(kuò)大，受災(zāi)頻率發(fā)展為湘中及湘南兩個(gè)高值區(qū)，高值中心為長(zhǎng)沙東部、湘潭、永州與郴州南部，輕災(zāi)頻率在0.18以上，重災(zāi)頻率超過0.09。

成熟期由于湖南絕大部分地區(qū)都已進(jìn)入汛期，故在空間分布上，受災(zāi)頻率的空間差異相對(duì)小。由于成熟期油菜的抗災(zāi)能力強(qiáng)，故雖受災(zāi)頻率大但重災(zāi)頻率較低。

從3生育期總頻率來看，湘潭與永州南部輕災(zāi)變頻率最多，超過0.18；永州南部重災(zāi)頻率最多，超過0.12。

圖4 1961—2008年湖南省油菜春季澇漬受災(zāi)頻率空間分布

3.4 災(zāi)害影響評(píng)價(jià)模型

基于油菜澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)1961—2008年每年各生育期站均澇漬總受災(zāi)天數(shù)(I=(1.00，∞))與重災(zāi)天數(shù)(I=(1.44，∞))，分別與減產(chǎn)率進(jìn)行多元線性回歸，得到回歸方程為：

yd=-3.65+0.17p1+0.65p2+0.16p3

(10)

yd=-0.87+0.19p12+1.33p22+0.24p32

(11)

式(10)中，yd為減產(chǎn)率，p1、p2、p3對(duì)應(yīng)開花期、結(jié)莢期、成熟期澇漬受災(zāi)天數(shù)；p12、p22、p32對(duì)應(yīng)開花期、結(jié)莢期、成熟期重度澇漬受災(zāi)天數(shù)；式(10)的決定系數(shù)R2=0.181 2，P=0.03；式(11)的決定系數(shù)R2=0.198 5，P=0.02，兩者都通過5%顯著性檢驗(yàn)?？梢钥闯觯?11)R2較大，P值較小，即重度澇漬與減產(chǎn)率的相關(guān)關(guān)系更好。

將式(10)～(11)回歸系數(shù)進(jìn)行歸一化，得到各生育期澇漬災(zāi)害對(duì)油菜減產(chǎn)率的影響權(quán)重：a1=0.18，a2=0.66，a3=0.16；a12=0.11，a22=0.75，a32=0.14。分別建立油菜春季澇漬災(zāi)害影響評(píng)價(jià)指數(shù)M1、M2：

M1=0.18p1+0.66p2+0.16p3

(12)

M2=0.11p12+0.75p22+0.14p32

(13)

3.5 兩組模型的對(duì)比與減產(chǎn)率量化評(píng)估

計(jì)算各站點(diǎn)油菜春季澇漬災(zāi)害影響評(píng)價(jià)指數(shù)M1、M2，空間分布如圖5所示。

可知，M1與M2的空間分布形勢(shì)十分相似，高值區(qū)也能相互匹配。油菜春季澇漬災(zāi)害對(duì)油菜的影響，呈東南向西北逐漸減小的趨勢(shì)，有湘中及湘南兩個(gè)高值區(qū)。長(zhǎng)沙東部、株洲中部及北部、湘潭、衡陽(yáng)、永州東部及郴州M1在8.1以上，M2在5.4以上，是油菜春季澇漬災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)，也是1961—2008年澇漬災(zāi)害對(duì)油菜產(chǎn)量影響最大的區(qū)域。

圖5 1961—2008年湖南省油菜春季澇漬災(zāi)害影響評(píng)價(jià)指數(shù)M1、M2空間分布

從M1、M2的表達(dá)式(12)、(13)來看，兩者都表現(xiàn)為結(jié)莢期澇漬或重度澇漬對(duì)油菜減產(chǎn)率的影響最大。聯(lián)系澇漬災(zāi)害的時(shí)空分布規(guī)律、氣候特點(diǎn)及油菜生長(zhǎng)規(guī)律，成熟期已經(jīng)度過營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累期，油菜對(duì)澇漬災(zāi)害的敏感性較小，故澇漬災(zāi)害對(duì)產(chǎn)量的影響小，而開花期雖澇漬頻率大，油菜對(duì)澇漬災(zāi)害敏感性高，但由于3月湖南以持續(xù)陰雨為主，且每年都有發(fā)生，加之避災(zāi)難度較暴雨洪澇小，故常提前進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)工作，在一定程度上減輕了澇漬災(zāi)害對(duì)油菜產(chǎn)量的影響。

將式(10)～(11)變換為減產(chǎn)率與災(zāi)害影響指數(shù)的關(guān)系，得到減產(chǎn)率量化評(píng)估模型：

(14)

圖6 1961—2008年湖南省20縣市油菜年平均減產(chǎn)率的空間分布

在式(14)中，災(zāi)害影響指數(shù)M1與M2的系數(shù)都為正值，證明澇漬災(zāi)害對(duì)油菜減產(chǎn)率具有正影響；從系數(shù)大小來看，同樣受災(zāi)天數(shù)時(shí)，重度澇漬災(zāi)害對(duì)油菜產(chǎn)量的影響高于平均強(qiáng)度澇漬災(zāi)害的影響，這都與澇漬災(zāi)害對(duì)油菜生產(chǎn)的影響特點(diǎn)一致。從常數(shù)項(xiàng)來看，由于在計(jì)算過程中將相對(duì)氣象產(chǎn)量為正值部分的減產(chǎn)率令為0，故常數(shù)項(xiàng)的理想值為0，在式(14)中M2與減產(chǎn)率的關(guān)系式常數(shù)項(xiàng)更接近0。

為更準(zhǔn)確地討論災(zāi)害影響指數(shù)與減產(chǎn)率的關(guān)系，計(jì)算1961—2008年長(zhǎng)沙、湘潭等20縣市的平均減產(chǎn)率，得到空間分布圖如圖6。圖6中減產(chǎn)率較大的縣市基本與圖5中湘中及湘南的災(zāi)害影響指數(shù)的高值區(qū)匹配，減產(chǎn)率較小縣市也與災(zāi)害影響指數(shù)的低值區(qū)匹配。

圖7 1992年3—5月湖南省油菜澇漬受災(zāi)站數(shù)占總站數(shù)的百分率隨時(shí)間的變化

綜上所述，M1與M2都可以用于災(zāi)害影響評(píng)價(jià)及減產(chǎn)率量化評(píng)估，兩者分析結(jié)果較一致，但相比而言，澇漬災(zāi)害影響指數(shù)M2的準(zhǔn)確度相對(duì)更高。

3.6 個(gè)例分析

以1992年為例，在《中國(guó)氣象災(zāi)害

大典》(湖南卷)[32]的記載中，當(dāng)年3—5月的災(zāi)情主要為：“3月12—26日全省持續(xù)陰雨天氣”、“4月20—23日湘北部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨”、“5月1—6日，芷江、會(huì)同、古丈、保靖等地強(qiáng)降雨”。對(duì)油菜的主要影響為：“油菜授粉受抑，減產(chǎn)1～2成”。

表3 基于澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)的1992年春季湖南省站均受災(zāi)天數(shù)及減產(chǎn)率與實(shí)際災(zāi)情記錄的對(duì)比

圖8 1988—1996年湖南省油菜單產(chǎn)及M-K突變檢驗(yàn)

澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)及減產(chǎn)率量化評(píng)估模型的評(píng)估結(jié)果與實(shí)際描述對(duì)比如表3，當(dāng)年3—5月受災(zāi)站數(shù)占全省總站數(shù)(97站)的百分率隨時(shí)間的變化如圖7。從受災(zāi)天數(shù)看，由指標(biāo)判斷得到的受災(zāi)天數(shù)與實(shí)際災(zāi)情描述基本一致，開花期站均重災(zāi)天數(shù)最多。從受災(zāi)站數(shù)占總站數(shù)的百分率來看，當(dāng)年最嚴(yán)重的澇漬災(zāi)害出現(xiàn)在3月中下旬，油菜處于開花期，3月中旬起湖南澇漬受災(zāi)與重災(zāi)站數(shù)快速上升，在3月下旬受災(zāi)近100%，重災(zāi)也在80%以上，此次澇漬災(zāi)害影響一直延續(xù)到4月上旬，與災(zāi)情記錄中的全省持續(xù)陰雨天氣，油菜授粉受抑對(duì)應(yīng)，4月下旬及5月上旬的局地強(qiáng)降水也有體現(xiàn)，但5月中旬的局地受災(zāi)并沒有記錄對(duì)應(yīng)，考慮可能因?yàn)榇藭r(shí)油菜處于收獲階段，局地澇漬災(zāi)害對(duì)單產(chǎn)的影響小，故未做記錄。從減產(chǎn)率來看，根據(jù)趨勢(shì)產(chǎn)量計(jì)算的減產(chǎn)率為3.71%，減產(chǎn)率量化評(píng)估模型的計(jì)算結(jié)果與之接近，其中，基于受災(zāi)天數(shù)的量化減產(chǎn)率稍大，為4.26%，基于重災(zāi)天數(shù)的量化減產(chǎn)率稍小為3.20%，這是因?yàn)榛谑転?zāi)天數(shù)時(shí)，沒有排除輕災(zāi)造成的可逆影響，而基于重災(zāi)天數(shù)時(shí)，則忽略了輕災(zāi)影響沒有恢復(fù)的部分。從災(zāi)損看，記錄為減產(chǎn)1～2成，由于農(nóng)業(yè)災(zāi)情評(píng)估通常以最近的正常年為參考，與該文減產(chǎn)率并不一致，為對(duì)比減產(chǎn)率與記錄的災(zāi)損，將計(jì)算1992年減產(chǎn)率涉及的1988—1996年單產(chǎn)進(jìn)行M-K突變檢驗(yàn)(圖8)，結(jié)果表明，1991年湖南油菜單產(chǎn)發(fā)生了突變，同時(shí)根據(jù)文獻(xiàn)[32]的記載，1992年、1993年油菜生長(zhǎng)期受災(zāi)嚴(yán)重，1994年對(duì)油菜為基本無災(zāi)年，故農(nóng)業(yè)災(zāi)情評(píng)估時(shí)1992年災(zāi)損的參照標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是1994年。將1994年單產(chǎn)作為參照產(chǎn)量，1992年實(shí)際災(zāi)損為16.49%，根據(jù)兩組模型計(jì)算的減產(chǎn)率逆推的災(zāi)損分別為16.97%、16.05%，與災(zāi)情記錄一致。

綜上所訴，澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)對(duì)油菜受災(zāi)時(shí)間及澇漬災(zāi)害對(duì)油菜產(chǎn)量的主要影響時(shí)段有較好的指示作用；在與農(nóng)業(yè)災(zāi)情評(píng)估方法統(tǒng)一后，實(shí)際災(zāi)損及由減產(chǎn)率量化評(píng)估模型逆推出的災(zāi)損結(jié)果與文獻(xiàn)記錄基本相同；故災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)的演變與減產(chǎn)率量化評(píng)估與實(shí)際災(zāi)情記錄有很高的一致性。

4 結(jié)論與討論

(1)該文利用減產(chǎn)率與受災(zāi)程度及災(zāi)害強(qiáng)度與災(zāi)害影響可逆性的相關(guān)關(guān)系，將湖南省澇漬災(zāi)變判別指標(biāo)的受災(zāi)等級(jí)分為輕度與重度，并據(jù)此構(gòu)建了災(zāi)害影響評(píng)價(jià)模型與減產(chǎn)率量化評(píng)估模型，據(jù)此進(jìn)行了個(gè)例分析，主要結(jié)論如下：輕度澇漬與重度澇漬的閾值大小體現(xiàn)了湖南省油菜澇漬受災(zāi)頻率、地形、防災(zāi)減災(zāi)能力等對(duì)澇漬脆弱性的影響，各縣市的閾值與湖南省的平均閾值有一定差異，表現(xiàn)為平均受災(zāi)頻率越低，洪澇脆弱性越低，防災(zāi)減災(zāi)能力越強(qiáng)，閾值越高；基于受災(zāi)天數(shù)和基于重災(zāi)天數(shù)計(jì)算的災(zāi)害影響評(píng)價(jià)模型和減產(chǎn)率量化評(píng)估模型都可以很好的表現(xiàn)澇漬災(zāi)害的影響并運(yùn)用于減產(chǎn)率量化評(píng)估，但基于重災(zāi)的模型準(zhǔn)確度更高；通過個(gè)例分析發(fā)現(xiàn)，澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)的大小與等級(jí)能指示出一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)油菜澇漬災(zāi)害的起止時(shí)間和影響油菜產(chǎn)量的主要時(shí)段，減產(chǎn)率量化評(píng)估模型能表現(xiàn)出實(shí)際災(zāi)損程度，在統(tǒng)一參照標(biāo)準(zhǔn)后，與實(shí)際災(zāi)損記錄匹配。

(2)該文通過耦合產(chǎn)量數(shù)據(jù)與災(zāi)情數(shù)據(jù)，構(gòu)建分級(jí)指標(biāo)，使指標(biāo)能一定程度上體現(xiàn)防災(zāi)減災(zāi)能力、地形脆弱度等因素的影響，指標(biāo)的針對(duì)性進(jìn)一步提高。與一般意義上的分級(jí)指標(biāo)如澇漬判別系數(shù)Qw[28]、油菜生長(zhǎng)期連陰雨指標(biāo)[6]不同，該文并不是針對(duì)一個(gè)時(shí)段或一次過程災(zāi)害總強(qiáng)度的分級(jí)，而是針對(duì)單日災(zāi)害程度的分級(jí)，可以更細(xì)致的表示出一次災(zāi)變過程中受災(zāi)程度的變化和影響范圍的變化，將離散的對(duì)過程、對(duì)時(shí)段的判斷轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的逐站逐日判別，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)災(zāi)害強(qiáng)度、影響范圍、分析油菜澇漬災(zāi)害的時(shí)空演變情況等提供了理論支撐。同時(shí)，與常用的根據(jù)氣象災(zāi)害強(qiáng)度[21]或根據(jù)災(zāi)情資料的描述[33]進(jìn)行分級(jí)不同，該文的分級(jí)依據(jù)是與最終減產(chǎn)率的關(guān)系，通過分離出對(duì)于油菜減產(chǎn)率影響顯著的重度澇漬災(zāi)害，準(zhǔn)確的定位澇漬災(zāi)害對(duì)油菜產(chǎn)量產(chǎn)生不可逆影響的起止時(shí)間，對(duì)于區(qū)域抗災(zāi)措施的決策等具有重要科學(xué)意義。通過災(zāi)害影響評(píng)價(jià)模型和減產(chǎn)率量化評(píng)估模型的研究，證明了研究方法及模型的可行性和適用性，為災(zāi)害影響評(píng)價(jià)及災(zāi)害影響的量化評(píng)估提供了方法支持。通過個(gè)例分析，反映出指標(biāo)及模型與歷史災(zāi)情資料的匹配程度，為災(zāi)情記錄的補(bǔ)充及量化，歷史災(zāi)情資料的再分析提供了新思路。

(3)不足的是，與目前大部分已有澇漬指標(biāo)將澇漬災(zāi)害分為輕度、中度及重度3級(jí)不同，該文構(gòu)建分級(jí)指標(biāo)時(shí)，只劃分出了輕度與重度兩個(gè)等級(jí)，有待對(duì)指標(biāo)等級(jí)進(jìn)行更加精細(xì)的劃分。由于資料的限制，指標(biāo)構(gòu)建時(shí)雖考慮了產(chǎn)量及氣象因子等的影響，但未具體量化品種、地形、防災(zāi)減災(zāi)能力等的影響，也未將氣象因子與直接影響油菜生長(zhǎng)的淹水深度與淹水、漬水歷時(shí)相聯(lián)系[16，18，34]，利用相關(guān)模型如FloodArea模型[35]等將氣象因子與淹水漬水過程相聯(lián)系也是優(yōu)化指數(shù)與模型的方向。