極端氣候事件對1978—2017年廣西農作物的災損影響

王奧楓，陳世恒，唐湘玲

（桂林理工大學地球科學學院，廣西桂林 541004）

0 引言

人類活動對自然產生影響，導致地球的氣候發生變化。IPCC（聯合國政府氣候變化專門委員會）第五次評估報告指出人類活動致使20世紀50年代以來溫室氣體大量增加，溫室氣體的增加將使氣候進一步變暖[1]。氣候變化導致了非常高的土地退化，加劇土地荒漠化和土壤養分缺乏。

由于農業對氣候條件的敏感性強，農業生產受氣候影響劇烈[2]，尤其是發展中國家，氣候變化將會對大多數發展中國家的農業產生不利影響，在全球氣候變化的背景下，中國的氣溫不斷上升，增溫幅度由南到北遞增，降水變化趨勢不明顯，年代際波動較大，具有明顯的地區差別[3]。氣候變化導致了非常高的土地退化，加劇了土地荒漠化和土壤養分缺乏。土地退化組織的威脅日益增加，已被定性為一個主要的全球威脅[4]。

據統計，中國由于極端天氣氣候事件而引發的氣象災害就占整個自然災害的70%以上。隨著全球變暖的持續發展，中國的大部分地區極端氣象事件發生頻率增大，并且對農業生產造成大量經濟損失是可以預見的[5-7]。可見，氣候變暖遠遠超出于一個環境問題，不僅對人類賴以生存的自然系統構成了巨大、長遠、甚至不可逆轉的損害，而且對整個世界的經濟社會發展造成了嚴峻的現實威脅。

廣西是農業大區，農業經濟在整體經濟中占據主導地位，從事農業勞動的人口較多，對于農業的依存度遠高于其他地區，因此，如何減少和避免農業因災損失是一個亟待解決的大問題。廣西處于中國南部，位置沿海，占地面積大，其內部水資源豐富，并且時常受暖洋氣流和冷空氣的影響，導致了極端氣象事件引發的災害及其衍生的災害所造成的經濟損失大、影響范圍廣，給廣西國民經濟建設帶來巨大的損失[8]。同時，在中國對外開放的戰略格局中，廣西地區占據非常重要的位置，是陸運和海運的重要節點，在中國提出的“一帶一路”中扮演重要的角色，所以對于極端氣象的適應能力，減小農業經濟損失，是廣西地區迫切需要解決的重大問題。

目前國內外對于氣候變化與農業生產之間影響關系的科學研究取得的成果較為局限。因此，對于農業生產影響關系的區域性研究顯得尤為重要[9]。研究廣西區域氣候變化對農業生產的影響，可以準確認識氣候對農業生產的主要變化影響。本研究利用廣西地區1978—2017年間廣西地區農業受災數據，對旱災、洪澇災害、風雹、低溫成災等極端氣候事件與農業受災數據之間的關系進行研究，從而為科學應對氣候變化，趨利避害，確保廣西農業的持續、健康發展提供決策依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

廣西壯族自治區位于中國西南丘陵過渡地帶，南北約610 km，東西長約750 km，地勢成周邊高中間低態勢，地貌類型復雜多樣（見圖1）。在氣候資源方面，廣西處于亞熱帶濕潤季風氣候區域，農作物一年四季均可以種植，年平均氣溫在16～23℃，日均氣溫10℃，年日照時數達到1400～2000 h，適宜農作物生長，其主要農業氣象災害主要有4種，分別為干旱、水災、風雹災害與低溫成災[10]。

同時，農業經濟在廣西總經濟中占據重要位置，且在全國地區農業經濟中排名第九，截至2019年廣西農業人口突破2000萬，占總人口的比重上升到89.3%。廣西擁有261.42萬hm2的耕地總面積，其中60%是水田，約占154萬hm2；40%是旱地，約占108萬hm2。此外，水稻和玉米為其主要糧食作物，甘蔗、花生、薯類和茶葉作為其主要經濟作物。

1.2 數據來源

本研究農作物相關數據與災情數據來源于國家統計局網站。農作物相關數據主要是廣西地區1978—2017年農作物播種面積，主要是實際播種面積或移植農作物的面積；災情數據主要是干旱、水災、風雹災與低溫成災極端氣候事件在1978—2017年間導致的受災面積和成災面積。其中，受災面積為農作物由于災害而造成相對于正常年份減產的農作物播種面積；成災面積為農作物由于災害而造成相比于正常年份減少三成以上的農作物播種面積。

氣象數據：在廣西地區選取資料代表性好，數據完整的23個氣象站點，資料年代為1978—2017年共計40年的日、旬、月、年各時段的氣溫和降水資料，氣象資料是指23個站點的平均情況，所有氣象資料來源于廣西壯族自治區氣象局氣象信息中心的信息化數據庫。氣象資料與農作物受災面積資料均已同步處理。氣象數據站點分布如圖1所示。

圖1 研究區位與氣象站點分布

2 研究方法

2.1 農作物災損評估

受災面積指因災害造成農作物產量損失一成以上的面積（如果同一地塊的當季農作物多次受同一種災害的危害，只計算其中受災最重的一次）。成災面積是在受災面積中，產量損失三成（含三成）以上的面積。絕收面積是在成災面積中，產量損失八成（含八成）以上的面積。損失產量：指在農作物因自然災害損失的產量。農作物因災損失產量按以公式(1)進行估算。

其中，受災面積指因災害造成在土農作物產量損失一成以上的面積（如果同一地塊的當季農作物多次受同一種災害的危害，只計算其中受災最重的一次）。

根據災害學理論[11-12]，因為受自然災害而減產造成的經濟損失的計算方法[13-14]如式(2)所示。

因受災減產的經濟損失，可以通過凈減產面積與單位面積產值的乘積來計算。單位面積產值為總產值除以實收面積所得的單位面積產值。實收總面積為總播種面積與凈減產面積的差值。由上述分析，可得到農作物因災經濟損失估算，從而得出農作物因災經濟損失估算公式如(3)所示。

但是因為受災面積數據中既有受災面積，又有成災面積以及絕收面積。考慮到因自然災害災而導致農作物減產這一情況，將公式(3)改為式(4)的形式。

式中，C為農作物因自然災害遭受的經濟損失（億元）；B為農作物單位面積產值（億元/103hm2）；A1為農作物受災面積的凈減產面積系數；f1為農作物受災面積。

經研究，A1=0.3為宜。在對某一年農作物因災經濟損失預估時，B值可以使用上一年的農作物單位面積產值。以廣西地區2005年旱災為例，預估當年農作物因旱災造成的經濟損失。廣西地區在2005年發生春夏連旱，據國家統計局公布的數據，受災面積達89.37萬hm2，用2004年廣西地區單位面積產值B=0.09（萬元/hm2）代入公式(4)，可以得出廣西地區2005年因干旱造成農作物經濟損失C=2411.25萬元。與實際情況廣西地區2005年干旱造成農作物經濟損失2413.1萬元基本相同。

2.2 極端災害時空分析

影響農作物產量的因素很多，包括勞動力、播種面積、機械化水平、國家相關政策、市場情況、自然災害等。綜合考慮數據的可獲取性和很多前輩的研究成果[15-18]，本研究運用氣候因素響應頻率指數近似計算得出一定空間內災害發生概率，并結合因災經濟損失值，建立災害空間評估模型，用一定空間站點內災害發生概率與因災經濟損失的乘積來近似估算一定空間內因災經濟損失。其中，氣候因素響應頻率指數F可以表征一定時間段內災害對氣候因素的響應概率，根據文中的指數定義與廣西區1978—2017年日、旬、月、年各時段的氣溫和降水資料，計算得到4種災害的氣候因素響應頻率指數，氣候因素響應頻率指數為1978—2017年廣西區日平均氣溫、平均風速和月降水量的發生頻率，定義見表1所示。

表1 4種災害氣候因素響應頻率指數

將每一年站點不同災害下氣候因素響應頻率指數F進一步概率化處理，得出一定空間內災害發生概率F*，數學公式如(5)所示。

建立的災害評估模型以十年為一步長，其數學定義如(6)所示。

公式(6)中，R表示一定空間內災害損失評估值，億元；F*為4種災害的一定空間內災害發生概率，%；C為農作物因自然災害遭受的經濟損失，億元。

將模型災害損失評估值運用ArcGIS10.5進行克里金插值法，進行以十年為一步長的廣西區災害時空災損分析。

3 結果與分析

3.1 極端災害對農作物災情變化評估

3.1.1 旱災 廣西降水逐年變化大，極為不均勻，降水的季節性差異在廣西較為明顯，且廣西地區境內地理環境復雜多樣，同時受季風影響。據統計，1978—2017年間，除2017年外，每年都有不同程度干旱的發生，因干旱造成的農作物受災面積年平均為56.2×104hm2。廣西地區干旱按季節劃分，可分為春旱、夏旱、秋旱、東旱，其中以春秋2個季節干旱的危害最為嚴重。歷史上，秋季干旱的發生頻率高于春季干旱，分別占33.3%和17%。如果連續干旱天數超過21天的情況，則百色和南寧3—6月的干旱頻率較高，其次是玉林。從7—10月，玉林和梧州的干旱頻率最高，再其次是柳州。3—6月百色地區多出現持續干旱70多天，7—10月多出現在梧州、玉林地區。

干旱更容易受降水量的影響，季風氣候在廣西波及程度最大，導致其境內降水量不均勻，正常期間的降雨量只占據全年降雨量的55%以下，而暴雨期間卻能夠達到40%，此后很長一段時間都沒有降雨，根據作物生長期（4—9月）的統計，16～30天不下雨的概率為24%～67%，31～60天不下雨的概率為8%～46%，這與大氣環流異常密切相關。在春夏季節，東亞低槽東部位置異常，西部副熱帶高壓強，南部低槽弱，季風爆發晚，廣西上空水汽少，入侵廣西的冷空氣很強，前鋒越過速度快，前鋒雨量少；秋冬季節，副熱帶高壓強度和位置異常。廣西長期處于副熱帶高壓控制之下，赤道輻合帶位于南部，這些條件可能導致干旱。

廣西區40年來因干旱引起的農作物受災面積與成災面積呈下降趨勢，線性回歸方程系數分別為1.20 萬 hm2/a、0.52萬 hm2/a，平均受災面積為57.6萬hm2、成災面積為29.6萬hm2，其中有12年受災面積在80萬hm2以上，對農業生產影響極大，直到2012年后受災面積才穩定在20萬hm2以下。研究區因旱災經濟損失嚴重，40年來總經濟損失達5008.74億元，1978—2010年因災致損波動上升，到2010年損失達到峰值為735.61億元。見圖2所示。

圖2 1978—2017年廣西區旱災受災、成災面積與災損變化

3.1.2 水災 洪澇水災是廣西第二大農業氣象災害，廣西境內地形多種多樣，其中巖溶地貌分布以及石灰巖地層分布較廣，形成獨特的喀斯特地貌，石灰巖分布全廣西79個縣，面積高達9萬km2，占廣西總面積的38%。獨特的地貌導致石多土少并且易受風化作用影響，耕地分布廣散，洪澇災害容易發生，對農業生產造成危害。

廣西地區洪澇災害的形成除了受地形地貌的影響，還受天氣因素影響：主要是熱帶氣旋（臺風），與臺風伴隨而來的是暴雨，因此容易引發水災。廣西境內水資源豐富，江河流域總長度達3.5萬km，水域面積更有4700 km2，中國降水量分布最多的地區之一就有廣西存在，但是廣西在降水方面存在差異性的問題。空間分布方面：東部多、西部少、南北地區多、中部地區少；沿海區域多、盆地平原占據區域少。時間分布方面：4—9月份是廣西降水量較多的雨季，雨量集中且頻繁，易發生暴雨洪澇、泥石流等災害，造成農業經濟損失。

廣西區40年來因水災引起的農作物受災面積與成災面積變化呈上升趨勢（圖3），線性回歸系數分別為0.11萬hm2/a、0.04萬hm2/a，自1978—1993年受災面積均在60萬hm2以下，1994年因水災造成的受災面積最高，達到152.1萬hm2，而后呈下降趨勢，2012—2017年已下降至20萬hm2。綜合來看，1978—2017年，廣西平均每年因水災引起的受災面積為37.0萬hm2、成災面積為20.2萬hm2。40年來，研究區因水災致使經濟損失總計達4171.15億元，因災經濟損失在1992—2017年間較為嚴重，在2008年損失達到峰值為364.4億元。

圖3 1978—2017年廣西區水災受災、成災面積與災損變化

3.1.3 風雹災 冰雹是由于對流導致積雨云中形成冰塊，墜落而引起的災難。強風和冰雹是2種主要的風雹災害，作用于農作物上主要的損害是機械傷害。冰雹災難是一場由強烈對流引起的嚴重氣象災難，其發生范圍較小，時間較短，但是卻具有強大的能量，往往伴隨著大風、大雨和急寒等突發災難性氣象過程。一般來說，強風會導致莊稼倒塌，使農作物在成熟階段絕收，其在高原地區和華南地區中較為活躍，冷空氣的交換更容易發生冰雹、雷雨、強風等對流。另外，由于強風，建筑物會造成倒塌，很容易造成人員傷亡。如果形成了龍卷風，那么損失往往是非常大的，不過和干旱和洪澇災害相比，風雹這種極端氣象事件的發生頻率較低，但是往往會造成農作物絕收，破壞性大。

對1978—2017年風雹對廣西農作物災害影響分析如圖4所示，因風雹災害引起的農作物受災面積與成災面積變化呈下降趨勢，線性回歸系數分別為0.35萬hm2/a、0.21萬hm2/a，平均受災面積為6.9萬hm2、成災面積為3.7萬hm2，其中1984年受風雹災害最為嚴重，受災面積達到36.67萬hm2，但是至2000年后已基本保證受災面積在5萬hm2以下。1978—2017年來，廣西因風雹災經濟損失達442.73億元，雖然廣西區風雹災受災與成災面積呈現下降趨勢，但由于研究區農作物單位面積產值不斷增加，因災經濟損失有波動上升趨勢，到2016年經濟損失達到峰值為60.3億元。

圖4 1978—2017年廣西區風雹災受災、成災面積與災損變化

3.1.4 低溫成災 低溫成災指農作物在生長期因為溫度過低從而影響發育，造成農作物減產的災害現象。對廣西來說，低溫成災主要是春寒，如果農作物播種育秧期間北方冷空氣南下，就會出現長時間的低溫陰雨天氣，嚴重的話會導致農作物爛秧，致使減產，農業成本增高，補種的話也會導致成熟期延后。

從圖5中可以看出，廣西區1978—2017年間因低溫成災引起的農作物受災面積與成災面積變化呈上升趨勢，線性回歸系數分別為0.25萬hm2/a、0.07萬hm2/a，平均每年受災面積為8.8萬hm2、成災面積為3.9萬hm2，其中1999年受災面積達到峰值78.6萬hm2。1978—2017年間，廣西區因低溫成災總經濟損失達1359.49億元，由于2008—2017年研究區農作物單位面積產值較高，因此該時段因災致損較為嚴重，到2008年因災經濟損失達到峰值為397.94億元。

3.2 極端災害災損時空分析

3.2.1 旱災 模型評估插值結果如圖6所示，1978—2017年間，廣西區旱災因災經濟損失嚴重區域由中部與西部逐步變化至西南部與東北部。1978—1987年間，百色、南寧、平果與北海因旱災經濟損失達10億元以上，其中百色因災致損約為12.36億元，融安與桂林災害損失較輕，均在5億元左右。1988—1997年間，百色、平果、那坡、鳳山、龍州、南寧與來賓因災致損嚴重，均達35億元以上，其中百色因災致損約51.37億元，融安與桂林災害損失則在20億元左右。1998—2007年間，百色、北海、河池與龍州因災經濟損失超過90億元，其中百色約為104.13億元，融安與桂林災害損失較輕。2008—2017年間，廣西區因災經濟損失有所改善，最為嚴重區域為百色、柳州、來賓、龍州與北海，均超過90億元，其中百色因災致損約為94.41億元，融安與都安因災致損較輕。

圖6 1978—2017年廣西區旱災時空插值

3.2.2 水災 模型評估插值結果見圖7所示，1978—2017年間水災因災致損嚴重區域由南部向中西部逐漸變化。1978—1987年間，玉林、防城與欽州因災損失較為嚴重，達5億元以上，其中東興因災致損約為6.16億元，百色與那坡災害損失則較輕。1988—1997年間，桂林、東興、桂平、防城與融安因災經濟損失均超過40億元，其中桂林因災致損約為48.20億元，龍州與來賓因災致損較輕。1998—2007年間，東興、防城與欽州因災經濟損失均超過80億元，其中東興達96.53億元，百色與南寧因災致損較輕。2008—2017年間，都安、東興、蒙山、桂平、欽州、桂林與防城因災致損較為嚴重，均超過85億元，其中都安達172.46億元，龍州與百色因災經濟損失則較輕。

圖7 1978—2017年廣西區水災時空插值

3.2.3 風雹災 模型評估插值結果如圖8所示，1978—2017年間風雹災因災致損嚴重區域由北部與南部向中部與南部逐漸變化。1978—1987年間，桂林、北海與融安因災損失較為嚴重，達2.5億元以上，其中桂林因災致損約為4.05億元，百色與那坡災害損失則較輕。1988—1997年間，北海、防城與桂林因災經濟損失均超過9億元，其中北海因災致損約為10.87億元，百色與龍州因災致損較輕。北海、都安、桂林與防城因災經濟損失均超過15億元，其中北海約為26.04億元，平果與百色因災致損較輕。2008—2017年間，欽州、北海、防城、都安、桂林與鳳山因災致損較為嚴重，均超過25億元，其中欽州達31.27億元，桂平與梧州因災經濟損失則較輕。

圖8 1978—2017年廣西區風雹災時空插值

3.2.4 低溫成災 模型評估插值結果見圖9所示，1978—2017年間，廣西區低溫成災因災經濟損失嚴重區域主要集中在北部。1978—1987年間，桂林、融安與賀縣因災經濟損失達1億元以上，其中桂林因災致損約為2.12億元，龍州與防城害損失較輕。1988—1997年間，桂林、賀縣與融安因災致損嚴重，均達5億元以上，其中桂林因災致損約8.84億元，龍州與百色因災致損較輕。1998—2007年間，桂林、融安與賀縣因災經濟損失超過44億元，其中桂林約為107.24億元，龍州與百色因災致損較輕。2008—2017年間，最為嚴重區域為桂林、融安、賀縣與蒙山，均超過45億元，其中桂林因災致損約為105.64億元，龍州、平果與百色因災致損較輕。

圖9 1978—2017年廣西區低溫成災時空插值

4 結論與討論

本研究利用廣西地區1978—2017年間廣西地區農業受災數據與氣象數據，對旱災、水災、風雹災、低溫成災4種極端氣候事件與農業受災數據之間的關系進行時空研究，并建立農作物受災害的損失評估時空模型，結論如下。

（1）1978—2017年間，廣西區旱災、水災、風雹災與低溫成災因災致損總計分別為5008.74億元、4171.15億元、442.73億元、1359.49億元。研究區防災減災應關注程度為：旱災＞水災＞低溫成災＞風雹災。

（2）1978—2017年來，廣西區因干旱引起的農作物受災面積與成災面積呈下降趨勢，平均受災面積為57.6萬hm2、成災面積為29.6萬hm2，其中有12年受災面積在80萬hm2以上，對農業生產影響極大，直到2012年后受災面積才穩定在20萬hm2以下。模型評估插值結果表明，1978—2017年間，廣西區旱災因災經濟損失嚴重區域由中部與西部逐步變化至西南部與東北部，百色、南寧與北海等地因災損失嚴重，需要增大防災減災力度。

（3）1978—2017年來，廣西區因水災引起的農作物受災面積與成災面積變化呈上升趨勢，自1978—1993年受災面積均在60萬hm2以下，1994年因水災造成的受災面積最高，達到152.1萬hm2，而后呈下降趨勢，2012—2017年已下降至20萬hm2。綜合來看，1978—2017年，廣西平均每年因水災引起的受災面積為37.0萬hm2、成災面積為20.2萬hm2。模型評估插值結果表明，1978—2017年間水災因災致損嚴重區域由南部向中西部逐漸變化，應重點關注東興、桂林與桂平水災防災工作，減少災害農作物經濟損失。

（4）1978—2017年來，廣西區因風雹災害引起的農作物受災面積與成災面積變化呈下降趨勢，平均受災面積為6.9萬hm2、成災面積為3.7萬hm2，其中1984年受風雹災害最為嚴重，受災面積達到36.67萬hm2，但是到2000年后已基本保證受災面積在5萬hm2以下。模型評估插值結果表明，1978—2017年間風雹災因災致損嚴重區域由北部與南部向中部與南部逐漸變化，加強北海、欽州與桂林防災減災應對，有利于降低廣西區災害損失。

（5）1978—2017年來，廣西區因低溫成災引起的農作物受災面積與成災面積變化呈上升趨勢，平均每年受災面積為8.8萬hm2、成災面積為3.9萬hm2，其中1999年受災面積達到峰值78.6萬hm2。由于2008—2017年研究區農作物單位面積產值較高，因此該時段因災致損較為嚴重。模型評估插值結果表明，1978—2017年間，廣西區低溫成災因災經濟損失嚴重區域主要集中在北部，增強桂林、融安與賀縣等地低溫成災抵抗能力，可以降低因災經濟損失。

綜上，1978—2017年間廣西地區干旱、水災、低溫成災和低溫冷害對農作物經濟損失巨大，由于氣溫和降水事情有關的極端氣候事件呈增加趨勢，對廣西農作物的危害程度在不斷加劇。加強農業基礎設施的建設，建立較為完善的應對氣象災害的預警機制，積極抵御氣象災害，做好極端氣候事件變化對農作物影響的預防措施，有利于降低廣西區農作物因災致損。此外，本研究還存在很多不足的地方，在以后的研究中，在廣西區域盡可能選擇分布均勻的多數站點，資料年代更長的時間序列數據，以提高研究分析的準確度；其次，可以增加廣西地區與農業生產密切相關的其他氣候因子做進一步細致的研究。