鹽源烤煙冰雹災害精細化風險區劃研究

徐學艷 ,卿清濤 ,周 剛

（1.四川省鹽源縣氣象局，鹽源 615700；2.四川省氣候中心，成都 610072；3.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都 610072）

引言

鹽源縣位于涼山州西部，青藏高原東南緣，雅礱江下游西岸，100°42′～102°03′E，27°06′～28°16′N。年平均日照量為2561h，日照率59.8%，光熱資源充足，無霜期為213d，>10℃的有效積溫為3373℃。充足的日照和良好的熱量條件特別適宜煙葉生長，該產地的煙葉色澤金黃，光澤鮮明，品質優良，香氣濃郁，“清甜香型”風格特征突出，煙葉質量能與全國優質煙葉生產基地的云南省玉溪地區生產的煙葉媲美。烤煙是鹽源地方財政及農民脫貧致富的支柱產業，然而，在烤煙的種植過程中發現，冰雹災害是制約烤煙生長最嚴重的氣象災害之一，對優質煙葉的產量和質量造成嚴重的威脅。鹽源地理位置獨特，既是烤煙生長的適宜區，又是冰雹災害的多發區[1?2]。因此，開展鹽源縣烤煙冰雹災害風險區劃研究刻不容緩。

近年來，許多學者開展了干旱、洪澇、霧霾、冰雹等氣象災害風險區劃的相關工作[3?13]。但具體到對某種作物的農業氣象災害風險區劃工作卻不多見，特別是以鄉鎮為單元，對縣級烤煙冰雹災害風險的精細化區劃研究鮮有報道。為此，本文根據烤煙冰雹氣象災害的特點，參照氣象災害風險區劃方法，從致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力4 個方面出發，基于層次分析法，建立鹽源縣烤煙冰雹災害風險等級區劃模型，利用地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）技術開展鹽源縣各鄉鎮的烤煙冰雹災害區劃，確定烤煙冰雹災害風險等級的空間分布，為有關部門防范烤煙冰雹災害提供技術參考。

1 資料

1.1 基礎數據

氣象資料：1986～2015 年四川攀西地區（包括涼山州和攀枝花市，下同）各縣（市）逐日地面冰雹觀測資料。

作物資料：鹽源縣煙草公司提供的烤煙生育期資料和種植區域資料。

社會經濟資料：依據2016 年鹽源縣統計年鑒，選用以鄉（鎮）為單元的行政區土地面積、年末總人口、耕地面積、第一產業總值等數據。

地理信息數據：四川省1：25 萬GIS 數據中的DEM和水系數據。

由于氣象災害風險區劃指標量綱不同，必須對其初始值進行標準化處理,得到相對統一的量綱，才能參與區域最終風險度的運算。

對于正向指標：

對于負向指標：

式中：Yij為第i個縣第j個指標的歸一化值，Xij為第i個縣第j個指標的初始值，MinXij為第j個指標初始化值中的最小值，MaxXij為第j個指標初始化值中的最大值。

1.2 鹽源烤煙生育期劃分

根據多年的觀測，得到鹽源烤煙種植各生育期所對應的時間范圍（表1）。鹽源烤煙一般于1 月下旬～2 月上旬在大棚育苗，4 月移栽至大田，8 月收獲。

表1 鹽源烤煙生育期時段

2 鹽源冰雹災害對烤煙種植的影響

冰雹也叫“雹”，俗稱雹子，是在對流云中形成，從積雨云中降落下來的一種固態降水物，是一種小尺度強對流天氣，范圍僅幾公里至幾十公里，維持時間有時只有幾分鐘，具有很強的局地性和短時性，有時還伴有局地陣性暴雨和強風，是一種危害性很大的天氣現象。雖然持續時間不長，卻可以使農作物瞬間遭到毀滅，甚至損壞房屋，打死打傷人畜等。統計鹽源縣1986～2015 年冰雹數據，得到各月冰雹日數（表2）。

由表2 可知：鹽源縣冰雹發生在春夏季，其中大多出現在春末和初夏；5 月頻次最高，為1.67d/10a，其次是4 月和6 月，均達到0.67d/10a；年平均出現日數為0.367d。

對照表1 和表2，冰雹災害對鹽源烤煙的主要影響時段在揭膜上廂、團棵期，而在成熟期（7～8 月）出現冰雹的幾率很小。

表2 1986～2015 年鹽源各月平均冰雹日數（單位：d/10a）

3 鹽源烤煙冰雹風險區劃

3.1 風險區劃方法

根據災害系統理論[14?15]，氣象災害風險性可以表達為：

式中：氣象災害危險性是自然屬性，包括孕災環境和致災因子；承載體潛在易損性是社會屬性。本文根據烤煙生育期冰雹氣象災害的特點以及氣象災害風險區劃的定義，參照近年來風險區劃的方法，從冰雹孕災環境敏感性、致災因子危險性、承災體易損性和防災減災能力4 個方面構建冰雹災害風險評價指標體系，進而建立烤煙冰雹風險區劃模型。

氣象災害風險區劃模型采用指數模型[11]，考慮規范化后的數值區間，本文構建的冰雹風險區劃模型如下：

式中：F為冰雹災害風險指數；E、H、S、R分別表示風險評價模型中的孕災環境敏感性、致災因子危險性、承災體易損性、防災減災能力；we、wh、ws、wr是各評價因子的權重，由層次分析法確定。

3.2 烤煙冰雹風險區劃因子選擇

3.2.1 烤煙冰雹致災危險性因子

氣象災害的致災因子是指造成災害的臨界值，危險性指標主要考慮災害強度以及出現的頻率[15]。根據冰雹天氣的特點，在作物生長期內一旦出現冰雹基本都會造成危害。鹽源烤煙在大棚育苗，且1～3 月鹽源很少出現冰雹，因此本文主要考慮烤煙大田期的冰雹災害影響，從冰雹災害對煙葉產量和質量的危害程度出發，本文選擇活棵期-團棵期和旺長期-成熟采摘期兩個時段進行危險性評價，分別對應4～6 月和7～8 月。危險性因子公式如下：

式中：H表示烤煙冰雹致災危險性因子，Hf表示烤煙活棵期-團棵期冰雹頻次，Hw表示烤煙旺長期-采摘期冰雹頻次，Wf、Ww分別表示對應的Hf、Hw指標權重。

冰雹局地性極強，與地形關系密切，而地面氣象觀測站點相對稀疏。為提高烤煙冰雹災害的精細化程度，本文以與鹽源同屬相同氣候區的攀西地區20個地面氣象觀測站1986～2015 年地面冰雹觀測資料為基礎，計算各氣象站4～6 月、7～8 月冰雹頻次，建立烤煙活棵期-團棵期（4～6 月）、旺長期-采摘期（7～8 月）冰雹頻次與地理位置（經度和緯度）和地形(海拔高度、坡度和坡向) 的多元線性回歸方程[16]，具體結果如表3 所示。表3 中，Hf、Hw分別是攀西地區某地烤煙活棵期-團棵期冰雹頻次、旺長期-采摘期冰雹頻次，Ea、Eb、Ec、Ed、Ee分別表示經度、緯度、海拔高度、坡度、坡向。根據表3，兩個生育期時段回歸方程的復相關系數分別為0.8483 和0.7692，顯著性水平分別達到0.01 和0.05，說明上述兩個生育期冰雹頻次與經度、緯度、海拔高度、坡度、坡向線性相關顯著，方程可信。

表3 攀西地區烤煙關鍵生育期冰雹頻次與地理位置和地形的關系

以鹽源90m × 90m 的DEM 資料為基礎，通過GIS平臺獲取每個網格點的坡度、坡向，然后依據表3 的多元回歸方程，計算鹽源烤煙活棵期-團棵期冰雹頻次和旺長期-采摘期各格點的冰雹頻次。

3.2.2 烤煙冰雹孕災環境敏感性因子

已有研究[17?18]表明，冰雹災害是局地性很強的天氣現象，地形高程和下墊面熱力條件是冰雹災害產生、發展的主要影響因素。涼山州地理位置特殊，地形地貌類型豐富，總體地勢由西北向西南傾斜，地形抬升作用明顯。通過分析涼山多年各氣象站冰雹日數與海拔高度的關系發現：海拔500～1000m，冰雹日數隨海拔高度增加而增加；超過2500m，冰雹日數隨海拔高度增加而下降。以此為依據，選擇海拔高度和下墊面土地覆蓋類型兩個指標開展鹽源烤煙冰雹災害的孕災環境敏感性分析。敏感性因子公式如下：

式中：E為烤煙冰雹孕災環境敏感性因子，Ec和El分別表示海拔高度和下墊面土地覆蓋類型，Wc、Wl分別表示對應的Ec、El指標權重。地形和下墊面2 個指標的賦值見表4[11]。

表4 孕災環境敏感性地形和下墊面指標賦值

3.2.3 烤煙冰雹承載體易損性因子

烤煙冰雹承載體易損性指烤煙接受一定強度的冰雹災害打擊后受到損失的容易程度，它取決于烤煙的物理特性和冰雹災害的類型，反映了烤煙抵御冰雹打擊的能力。本文參照張菡等[11]研究給出的四川烤煙生產區冰雹災害風險評估，選取烤煙播種面積率、地均農業GDP 和地均農業人口作為冰雹災害風險評估的易損性指標因子，具體公式如下：

式中：S為烤煙冰雹承載體易損性因子，Ss、Sg 和Sp分別表示烤煙播種面積率、地均農業GDP 和地均農業人口，Wm、Wg和Wp分別表示對應的Ss、Sg和Sp指標權重。

3.2.4 鹽源烤煙冰雹災害防災減災因子

鹽源烤煙冰雹防災減災能力是指受煙區對冰雹災害的抵御和恢復程度，包括鹽源縣的應急管理能力、減災投入資源準備等。防災減災能力越高，可能遭受的潛在損失越小，氣象災害風險越小。本文選取人均GDP 和單位面積人工防雹作業點個數作為鹽源烤煙冰雹災害防災減災因子，具體公式如下：

式中：R為烤煙冰雹災害防災減災因子，Rg和Rn分別表示人均GDP 和單位面積人工防雹作業點個數，Wd和Wn分別表示對應的Rg和Rn指標權重。

綜上所述，鹽源縣烤煙冰雹風險區劃指標體系如圖1 所示。

圖1 鹽源縣烤煙冰雹風險區劃指標體系

3.3 指標因子權重確定方法

本文采用層次分析法（AHP）作為確定指標因子權重的方法[9]，權重確定結果如表5 所示。

表5 烤煙冰雹災害風險區劃指標權值

3.4 區劃分級方法

本區劃分級方法采用GIS 軟件中的自然斷點分級法[9]，自然斷點分級法指用統計公式來確定屬性值的自然聚類，目的是為減少同一級中差異、增加不同級間差異。其公式為：

式中：SSDi?j是第i?j指標的方差，A是一個數組（k為數組長度），meani?j為每個等級中的平均值。

4 鹽源縣烤煙冰雹災害風險區劃結果

4.1 冰雹災害危險性區劃結果

根據3.2.1，得到鹽源縣烤煙冰雹致災危險區劃（圖2）。由圖可見，鹽源縣烤煙冰雹致災低危險區主要集中在東、南和東北邊緣地區，中部和西南也有零散分布，主要包括東面金河鄉和右所鄉，東南德石鄉、樹河鎮和馬鹿鄉等鄉鎮的絕大部分地區，北面梅子坪鄉和官地鎮等鄉鎮的東部邊緣地區。中等危險區主要集中在鹽源縣中部和西北，主要包括白烏鎮和棉椏鄉大部分地區，大河鄉的西部，西北前所鄉和瀘沽湖鎮的大部分地區。高危險區主要集中在中東部和北部，主要包括北面梅子坪鄉和官地鎮的東部，白烏鎮的北部，洼里鄉和沃底鄉西部邊緣山區，白烏鎮的東北部，大河、平川、右所、衛城等鄉鎮相鄰的山地，西北部蓋租、前所和瀘沽湖等鄉鎮的高山區。

圖2 鹽源縣烤煙冰雹致災危險區劃

4.2 鹽源縣烤煙冰雹災害敏感性區劃結果

根據公式（6），計算鹽源縣各鄉鎮烤煙冰雹災害孕災環境敏感因子值，得到鹽源縣烤煙冰雹災害敏感性區劃（圖3）。由圖可見：鹽源縣烤煙冰雹災害孕災環境大部分地區為低敏感區；中等敏感區集中在中部，包括干海鄉、下海鄉和雙河鄉；高敏感區面積小且分散，主要位于從北到南東部各鄉鎮的的東部邊緣區；鹽源縣其余廣大地區都是冰雹災害的低敏感區。

圖3 鹽源縣烤煙冰雹災害孕災環境敏感性區劃

4.3 鹽源縣烤煙冰雹災害易損性區劃結果

根據公式（7），采用3.2 節方法繪制鹽源縣烤煙冰雹災害易損性區劃（圖4）。由圖可見：鹽源縣烤煙冰雹災害承載體以低和中等易損區為主，高易損區面積很少；從東北到西南，在官地鎮、大河鄉、下海鄉、博大鄉和巫木鄉西北面為低易損區，東南基本是中等易損區；發生冰雹災害時高易損區可能會導致烤煙減產嚴重，而官地鎮、大河鄉等地損失相對較輕。

圖4 鹽源縣烤煙冰雹災害承載體易損性分布

4.4 鹽源縣烤煙冰雹災害防災減災能力區劃結果

使用公式（8），采用前述方法得到鹽源縣烤煙冰雹災害防災減災能力區劃（圖5）。由圖可見：鹽源烤煙生產大部分鄉鎮抵御冰雹災害的能力為中、低等級，抗災能力高的鄉鎮極少，只有瀘沽湖鎮局部區域、以及梅雨鎮、博大鄉和黃草鎮接壤區域；西部和北部為低抗災能力區，東部和南部為中等抗災區。防災減災能力較高的區域，經濟相對發達，或者是人工防雹點的保護區域，發生同等災害時，抵御災害的能力較強，造成的損失相對較輕。

圖5 鹽源縣烤煙冰雹災害抗災能力區劃分布

4.5 鹽源縣烤煙冰雹災害風險區劃結果

利用公式（4），在 GIS 平臺計算格點風險值，得到鹽源縣烤煙冰雹災害風險區劃（圖6）。由圖可見：在鹽源縣農業用地區域，烤煙冰雹災害風險等級以中、高等級為主，低風險區域面積最少；低風險區主要集中在東南、西北兩個角落，以及東邊各鄉鎮的東部邊緣地區；中等風險區主要集中在中部，西部和西南是中低風險混雜區域；高風險區主要集中在東北和中東部的連片區、南部以及北面的局部地區。

圖6 鹽源縣烤煙冰雹災害風險區劃

低風險區包括東南的德石、樹河、馬鹿和甘塘等4 個鄉鎮的大部分農業用地，西北的瀘沽湖和前所兩個鄉鎮大部分地區，東面金河鄉大部分農業用地，梅子坪、官地和平川3 鄉鎮的東部邊緣地區。

中等風險區包括棉椏、白烏兩個鄉鎮的大部分農業用地區域，大河鄉的西部，博大鄉和長柏鄉的大部分區域。西到西南的桃子鄉、鹽塘鄉和巫木鄉為中、低風險相間區域。

高風險區主要集中在東北和中東的連片區、南部以及北面的局部地區。東北、中東高風險區包括官地和衛城2 鎮的絕大部分區域，白烏鎮的東北，大河鄉的東部，平川鎮北、西、南3 面的邊界地區，以及樹河、衛城和右所3 鄉鎮接壤區域。南部高風險區主要有鹽井和梅雨2 鎮的農業用地以及黃草鎮的東南部。北面高風險區包括白烏鎮西北、棉椏鄉北部和大草鄉東北連片地區以及蓋租鄉北部等地區。

5 結論與討論

本文根據烤煙冰雹氣象災害的特點，參照氣象災害風險區劃方法，從致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力4 個方面出發，建立鹽源縣烤煙冰雹災害風險等級區劃模型，利用GIS技術開展鹽源縣各鄉鎮的烤煙冰雹災害區劃，得到如下主要結論：

（1）鹽源縣烤煙冰雹風險等級區域差別較大，烤煙冰雹災害風險等級以中、高等級為主，低風險區域面積較少。部分烤煙種植區同時又是冰雹災害的高風險區，需要加強針對冰雹災害的預報及防御措施 。在鹽源縣烤煙防雹的重點時段，要高度重視冰雹的短臨預報預警工作，同時積極有效的進行人工防雹，保證烤煙不受到或減小冰雹的危害。

（2）冰雹災害是烤煙生產中非常嚴重的自然災害，對烤煙的品質和產量影響很大。且冰雹災害的局地性較強，氣象臺站冰雹頻次難以反映全縣（市）實際冰雹災害。采用多元線性回歸方程的方法求得冰雹頻次，綜合考慮致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力等多種因素，實現了致災因子評價的定量化、精細化轉變，比以往僅僅利用地面氣象站的冰雹頻次統計結果直接在GIS 平臺進行插值有較大的改善，分析結果可信度更高，是開展縣級氣象災害風險區劃的有益嘗試，對今后類似的研究具有一定的指導意義。