范雨嫻，霍治國，尚 瑩

(1.中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081；2.益陽市氣象局，湖南益陽 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，指長時(shí)間地表積水或土壤水分飽和造成油菜根系長期缺氧，進(jìn)而影響其生長發(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)測及災(zāi)損評估具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

湖南油菜生長期跨秋冬春三季，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)測及災(zāi)前預(yù)警等[14]，是國內(nèi)外澇漬災(zāi)害研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。澇漬指標(biāo)的等級即指標(biāo)與災(zāi)害強(qiáng)度或?yàn)?zāi)損的對應(yīng)關(guān)系，其中形態(tài)學(xué)指標(biāo)著眼于作物器官等對澇漬災(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[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。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，但該指標(biāo)缺乏對災(zāi)害程度的監(jiān)測。

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)變等級指標(biāo)及基于澇漬災(zāi)變等級的減產(chǎn)率和災(zāi)害影響量化評估模型，為區(qū)域澇漬災(zāi)變動(dòng)態(tài)監(jiān)測及災(zāi)損量化評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

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；根據(jù)相關(guān)研究[6，7，29]，澇漬災(zāi)害對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)來源于中國種植業(yè)信息網(wǎng)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)庫，包含1957—2012年湖南省省級油菜籽單產(chǎn)及澧縣、南縣等20縣市(圖1)的縣級單產(chǎn)數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象信息中心中國國家級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

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：簡稱輕災(zāi)，對應(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)對油菜生長發(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，對最終減產(chǎn)率的影響相對較小。

重度澇漬災(zāi)害：簡稱重災(zāi)，對應(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

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

(1)

式(1)中，yr表示相對氣象產(chǎn)量，yt表示趨勢產(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定義為氣象條件對產(chǎn)量的負(fù)影響，若相對氣象產(chǎn)量為負(fù)值，減產(chǎn)率為yr的相對值，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，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)對油菜減產(chǎn)率有正影響，而重度澇漬對最終減產(chǎn)率的影響較大。以油菜澇漬災(zāi)變等級指標(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)害影響評價(jià)模型M1：

(8)

式(8)中，i=1，2和3，對應(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)害影響評價(jià)模型M2：

(9)

式(9)中，i=1，2和3，對應(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)變等級指標(biāo)構(gòu)建

依次計(jì)算春季澇漬過程災(zāi)變等級指標(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)害對減產(chǎn)率有較大影響的下限，表現(xiàn)出了湖南省對油菜春季澇漬災(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)變等級指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

表2 各縣輕度與重度澇漬災(zāi)變等級閾值

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，擴(kuò)展得到油菜春季澇漬過程災(zāi)變等級指標(biāo)如表1。

3.2 縣級油菜澇漬災(zāi)變等級閾值計(jì)算

由于無實(shí)際湖南省的油菜春季澇漬災(zāi)變等級資料，故無法對災(zāi)變等級指標(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)，很難直接對等級閾值進(jìn)行間接驗(yàn)證。故使用縣級減產(chǎn)率計(jì)算縣級澇漬災(zāi)變等級閾值，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)變等級閾值存在一定差異，且能表現(xiàn)出當(dāng)?shù)貙τ筒舜杭緷碀n災(zāi)害的易損性及防災(zāi)減災(zāi)能力。如長沙、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)變等級閾值略低，這可能是因?yàn)槠涞匦蔚貏莸葘闈碁?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)變等級閾值最低。

綜上所述，澇漬災(zāi)變等級閾值大小與受災(zāi)頻率、地形對洪澇脆弱性的影響、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)變等級頻率空間分布

使用澇漬災(zāi)變等級指標(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)，同等級澇漬災(zāi)變受災(zāi)頻率的空間分布形勢由一個(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)害影響評價(jià)模型

基于油菜澇漬災(zāi)變等級指標(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對應(yīng)開花期、結(jié)莢期、成熟期澇漬受災(zāi)天數(shù)；p12、p22、p32對應(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)。可以看出，式(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 兩組模型的對比與減產(chǎn)率量化評估

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

可知，M1與M2的空間分布形勢十分相似，高值區(qū)也能相互匹配。油菜春季澇漬災(zāi)害對油菜的影響，呈東南向西北逐漸減小的趨勢，有湘中及湘南兩個(gè)高值區(qū)。長沙東部、株洲中部及北部、湘潭、衡陽、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)及油菜生長規(guī)律，成熟期已經(jīng)度過營養(yǎng)物質(zhì)的積累期，油菜對澇漬災(zāi)害的敏感性較小，故澇漬災(zāi)害對產(chǎn)量的影響小，而開花期雖澇漬頻率大，油菜對澇漬災(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)害影響評價(jià)及減產(chǎn)率量化評估，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)確度相對更高。

3.6 個(gè)例分析

以1992年為例，在《中國氣象災(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)變等級指標(biāo)及減產(chǎn)率量化評估模型的評估結(jié)果與實(shí)際描述對比如表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)害對單產(chǎn)的影響小，故未做記錄。從減產(chǎn)率來看，根據(jù)趨勢產(chǎn)量計(jì)算的減產(chǎn)率為3.71%，減產(chǎn)率量化評估模型的計(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年油菜生長期受災(zāi)嚴(yán)重，1994年對油菜為基本無災(zāi)年，故農(nóng)業(yè)災(zāi)情評估時(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)變等級指標(biāo)對油菜受災(zāi)時(shí)間及澇漬災(zāi)害對油菜產(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)情評估方法統(tǒng)一后，實(shí)際災(zāi)損及由減產(chǎn)率量化評估模型逆推出的災(zāi)損結(jié)果與文獻(xiàn)記錄基本相同；故災(zāi)變等級指標(biāo)的演變與減產(chǎn)率量化評估與實(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)等級分為輕度與重度，并據(jù)此構(gòu)建了災(zāi)害影響評價(jià)模型與減產(chǎn)率量化評估模型，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)害影響評價(jià)模型和減產(chǎn)率量化評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)變等級指標(biāo)的大小與等級能指示出一段連續(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)的針對性進(jìn)一步提高。與一般意義上的分級指標(biāo)如澇漬判別系數(shù)Qw[28]、油菜生長期連陰雨指標(biāo)[6]不同，該文并不是針對一個(gè)時(shí)段或一次過程災(zāi)害總強(qiáng)度的分級，而是針對單日災(zāi)害程度的分級，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，將離散的對過程、對時(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)行分級不同，該文的分級依據(jù)是與最終減產(chǎn)率的關(guān)系，通過分離出對于油菜減產(chǎn)率影響顯著的重度澇漬災(zāi)害，準(zhǔn)確的定位澇漬災(zāi)害對油菜產(chǎn)量產(chǎn)生不可逆影響的起止時(shí)間，對于區(qū)域抗災(zāi)措施的決策等具有重要科學(xué)意義。通過災(zāi)害影響評價(jià)模型和減產(chǎn)率量化評估模型的研究，證明了研究方法及模型的可行性和適用性，為災(zāi)害影響評價(jià)及災(zāi)害影響的量化評估提供了方法支持。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級不同，該文構(gòu)建分級指標(biāo)時(shí)，只劃分出了輕度與重度兩個(gè)等級，有待對指標(biāo)等級進(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。