農業氣象災害及其對作物產量的影響分析

王亞婷

（寧夏回族自治區西吉縣氣象局，寧夏 西吉 756200）

農業氣象災害種類多樣，如洪澇、干旱、風雹、凍害，這類農業氣象災害對作物產量的影響極為顯著，屬于影響農業生產活動最主要的因素之一。為更好地應對農業氣象災害，應設法明確其對作物產量的影響程度，能夠為水利設施建設、農藥化肥使用、作物品種改良等工作提供依據。

1 常見的農業氣象災害及特點

1.1 常見災害

洪澇、干旱、風雹、凍害均屬于常見的農業氣象災害。洪澇災害存在顯著地域性特點，在我國南部、東部地區多發，如兩廣、兩湖地區，多擁有范圍廣、強度大、季節性長的特征，對農業生產的威脅較大，直接影響作物質量和產量。如存在持續性大暴雨天氣，農作物可能因洪水而顆粒無收。干旱直接影響作物的種植和生長，土壤中水分會因干旱而流失，出現一定程度干裂，作物生長離不開水的支持，水分收支不平衡將引發干旱災害，農作物會因此減產。風雹對農業生產的影響也較為深遠，由于雷暴大風與冰雹往往結伴而行，風雹會帶來作物倒伏、花果脫落、葉片等器官受損、果實品質降低等危害，直接影響作物質量和產量。凍害指的是氣溫長時間較低，其會抑制作物生長發育，很容易導致減產、絕收。凍害多出現于深秋到初春時段，0 ℃以下的溫度會損害作物細胞及根部，嚴重的可能導致其死亡，冬小麥、果樹、油菜、茶樹等作物均很容易遭受凍害，具體影響與區域、作物種類、發育、水分等因素存在一定關聯[1]。

1.2 特點分析

我國農業氣象災害存在一定特點，主要可概括為季節性特點、地域性和局部性特點、并發性特點。

1.2.1 季節性特點 洪澇、干旱、風雹、凍害均存在明顯的季節性特點，如干旱主要涉及春旱、秋旱，風雹多源于春夏之交及夏秋季，由于農作物的生長受氣溫的影響較大，在夏天、秋天溫度較高的季節是農作物生長的主要時間，這2 個季節發生農業氣象災害的頻率較高。尤其在我國四季較為明顯的北方，夏季的降雨量直接影響著農作物的旱澇，冰雹強風等影響著農作物的生長狀態，此階段農作物受氣象的影響較大。

1.2.2 地域性、局部性特點 我國不同地區出現的農業氣象災害存在一定規律。一般來說，一個地區的自然災害相對固定，具有一定的局部性，這種規律體現在種類和強度上，如凍害和干旱更多出現在東北地區，洪澇、風雹則更多出現于南方地區（圖1、圖2）。

圖1 旱災糧食百分比圖

圖2 我國水旱災害分布圖

1.2.3 并發性特點 農業氣象災害會表現出局部性發生的特征，但并不是說在一個區域范圍僅出現一種氣象災害，不同農業氣象災害存在一定關聯，農業氣象災害經常是以組合發生的形式出現的，當出現一種氣象災害時，很可能會同時出現或者先后出現其他類型的災害，如干旱與蟲災共同發生，暴雨會引發洪澇等等。農業氣象災害的組合發生極大程度上會加重造成的破壞影響，而且多種農業氣象災害同時出現的情況較為常見，這對作物產量和質量帶來的影響極大，必須得到高度重視[2]。

2 農業氣象災害對作物產量的影響

2.1 區域概況

為提升研究的實踐價值，以寧夏回族自治區西吉縣作為研究對象，研究地域屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為5.8 ℃，年降水量為391.0 mm，農業所占地位極高。當地以小麥、玉米、雜糧為主要糧食作物，種植面積廣闊，但近年來受到顯著增加的干旱、冰雹、大風、暴雨、霜凍等農業氣象災害影響，當地農業生產活動正面臨嚴重威脅。

2.2 數據來源

以中國種植業信息網及《中國統計年鑒》作為研究數據來源，主要涉及案例區域1990—2019 年主要糧食作物產量及作物播種面積數據以及干旱、冰雹、大風、暴雨、霜凍等災害數據及其造成的農作物成災面積、受災面積等數據。為直觀展示農業氣象災害的危害程度及其帶來的糧食損失量，研究采用災害強度和受災率指標，量化農業氣象災害影響，成災與受災面積比值為災害強度指數，受災面積與播種面積比值為受災率[3]。

2.3 研究方法

為明確農業氣象災害對作物產量的影響，研究采用灰色關聯分析法，對象間的相關程度可由此通過相關因素時間序列曲線間幾何相似程度進行判斷，越是相似的曲線幾何形狀代表存在越大關聯度。該方法的應用需要首先建立比較數列和參考數列，選取糧食單產、糧食總產、小麥、玉米（糧食產量）作為參考數列，選擇干旱、冰雹、大風、暴雨、霜凍的災害強度、受災率指數為比較數列，分別表示為式（1）、式（2），式中的i、n分別為因子數、年份數。

為降低數據間誤差，需標準化處理數據。在關聯系數的計算過程中，一個X0存在多個X1，以此對相同時刻下各比較數列與參考數列關聯系數，具體比較采用式（3）進行，即：

式（3）中，ρ為分辨系數，ρ△（man）、△（min）分別代表參考數列與比較數列差值最大、最小絕對值，ρ取0.5。

最后進行關聯度求取和關聯度排序，采用式（4）：

式（4）中，N、roi分別代表數列數值個數、xi對x0的灰色關聯度。按照大小次序，結合m個子序列對同一母序列關聯度組成關聯序，細分為強關聯、中等關聯、弱關聯，具體范圍分別為(0.7，1.0］、(0.35，0.7］［0，0.35］。

2.4 影響分析

2.4.1 糧食生產分析 結合糧食產量變化情況進行分析可以發現，1990—2019 年案例區域存在大體一致的糧食單產和總產量變化趨勢，表現為波動上升，單產、總產增產速率分別為每年73.41 kg/hm2、25.77 萬t，同時存在基本趨于穩定的糧食作物播種面積，播種面積變化對糧食產量影響較小；結合不同糧食作物種類產量進行分析可以發現，小麥、玉米與糧食產量變化趨勢一致，糧食總產量中玉米的貢獻率最高，其次為馬鈴薯、小麥，糧食總產量與玉米產量間存在較為一致變化趨勢，玉米、水稻分別為當地第一、第二大糧食作物，當地小麥產量較低，玉米產量較為穩定。

2.4.2 農業氣象災害數據分析 1990—2019 年案例區域存在變化趨勢基本一致的成災面積和受災面積，波動性較大，災害強度和受災率指數存在負向變動趨勢，即災害發生范圍較窄時段存在較高災害強度，反之則較低。1990—2019 年案例區域平均受災率、平均災害強度指數分別為37.21%、58.28%，災害發生較強年份存在超過70%的災害強度指數，2006年存在高達87%的災害強度指數。案例區域農業氣象災害與時空分布不均的降水、東亞冬季風偏強等因素存在密切關聯，如出現較為嚴重農業自然災害。該年度存在糧食產量顯著下降的情況。

2.4.3 關聯分析 結合不同災害類型受災率和糧食產量，可圍繞3 個階段開展關聯分析，即1990—1996 年、1997—2007 年、2008—2019 年，表1 為2008—2019 年不同災害類型受災率與糧食產量的關聯分析。

表1 2008—2019 年不同災害類型受災率與糧食產量關聯分析

1990—1996 年4 種氣象災害受災率與小麥、玉米單產、總產間存在基本一致的關聯度排序，干旱、洪澇為中等相關，凍害和風雹為強相關，說明凍害和風雹存在較大的作物產量影響，風雹影響最大，干旱影響較小；1997—2007 年對糧食單產和總產影響最大的仍為風雹，凍害影響最小，干旱為影響玉米和玉米產量的關鍵氣象災害；2008—2019 年洪澇和風雹帶來的影響仍為強相關，風雹為影響小麥和玉米產量的關鍵氣象災害，在對小麥產量的影響上，4 種氣象災害均存在中等相關。綜合分析可以發現，在1990—1996 年、1997—2007 年、2008—2019 年間氣象災害受災率與糧食單產、總產間存在呈現一致的關聯度排序，但與特定糧食作物產量存在不同關聯性，說明不同作物在不同階段存在差異顯著的受災范圍，特定災害發生的時段會導致不同災害受災范圍帶來的影響發生變化。干旱和凍害受災范圍對糧食產量存在下降顯著的關聯性，風雹、洪澇的危害出現一定上升，危害較大的為風雹，凍害在1990—1996 年危害較大，干旱在1997—2007 年危害顯著上升，洪澇在2008—2019 年危害略有上升。

3 氣象災害防范的具體措施

3.1 利用氣候資源優化現代農業

農業和氣候的關系非常緊密。充分掌握當地氣候資源及特性，提早采取防范措施，可以有效避免災害性氣候造成的損害。在農業生產過程中，要按照當地氣候條件、農業氣象災害出現的規律，改善耕作制度，合理分配作物生產，引入新品，合理規劃，并根據天氣預報進行農業生產活動。

3.2 多部門聯合，實施整體防范

氣象災害的防范是一項系統工程，需要相關單位的統一領導，協調各部門聯合行動，真正實現有效防范。災害發生前，氣象部門要完成測量報警并及時傳達給相關單位，相關單位要制訂應急預案，并根據測報結果采取防范措施；災害發生時，相關單位要及時實施應急救援，唯有整體防范才能使氣象災害對農業生產及人民生命財產所造成的危害最大限度地減輕。

3.3 建立保障渠道

在采取農業氣象災害防范措施時，可以建立保障方案。第一，當農田發生災害時，將造成非常嚴重的農業經濟危害。為了避免這一問題出現，必須建立氣候保障方案，改善氣象災害防御力工作中的弊端。例如,在多雨季節，氣象專家可以給農戶提供防災工作建議。如果氣象災害出現，便可以及時采取措施，有效防止農業遭受災害。第二，由于農業氣象災害發生突然，為了有效減少氣象災害造成的損害，必須建立農業服務項目保障機制，宣傳普及防災手段，提高農戶的風險防控意識。在這個過程中，氣候管理人員還可以建立災害應急方案，降低農業損失。

3.4 延伸氣象服務領域

氣象部門要不斷創新發展一系列氣象服務產品。首先，要加強農業防災減災服務，在災害發生前公布氣象預報預警信息內容，災后進行跟蹤調查，編寫災害影響評估分析報告。其次，根據當地氣候特點，提高特色農業氣象服務，氣象部門應結合當地實際情況，開發設計出畜禽、農作物、大棚種植等類別的氣象服務產品。除此之外，加強氣象決策服務，提高對農業新產品、新技術、新模式推廣和運用的氣象科學研究。

4 結論

農業氣象災害對作物產量的影響較為深遠，為了更好地保障農作物的正常生長發育和農業的健康發展，相關部門務必高度重視且加強災害性天氣的信息預警工作，并提出詳細的應對措施。同時，為了更好地應對農業氣象災害，防災減災措施優選、作物品種改良、水利設施建設等工作必須得到高度重視。