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1氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)度是表示風(fēng)險(xiǎn)大小的主要指標(biāo)。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析主要是通過風(fēng)險(xiǎn)度的大小,從經(jīng)濟(jì)效益角度評價(jià)作物在生長過程中可能遭受的各種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對作物生長的影響,將分析結(jié)果提供給農(nóng)業(yè)決策者,可降低決策過程中面臨的不確定性。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析是農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)決策和風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)性工作,其核心是建立風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型,通過模型可計(jì)算出各條風(fēng)險(xiǎn)鏈和風(fēng)險(xiǎn)體系的風(fēng)險(xiǎn)度。本文建立的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型以改進(jìn)的農(nóng)業(yè)生態(tài)地區(qū)法為基礎(chǔ),考慮了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對作物營養(yǎng)生長期和生殖生長期干物質(zhì)積累以及對產(chǎn)量的影響,是一種適宜于以籽?；蚬麑?shí)為收獲部分的農(nóng)作物的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型。

2模型綜述

建立一個(gè)實(shí)用的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析模型需經(jīng)過三個(gè)層次逐級放大:(1)概念模型,(2)過渡模型,(3)實(shí)用模型,各層次的具體關(guān)系如所示,下文將對層次結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步闡述。

3模型的層次結(jié)構(gòu)

3.1概念模型

概念模型[1]的結(jié)構(gòu)如所示,風(fēng)險(xiǎn)分析的重要環(huán)節(jié)是建立災(zāi)害模型、價(jià)值模型和抗災(zāi)性能模型。

3.1.1建立災(zāi)害模型

災(zāi)害模型描述災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度以及危害程度,并包括一些與災(zāi)害有關(guān)的信息。災(zāi)害模型主要反映自然災(zāi)害系統(tǒng)的孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、成災(zāi)規(guī)律、承災(zāi)體以及災(zāi)情的特征,包括如下主要內(nèi)容:(1)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生的形式、天氣特點(diǎn)、致害的主要?dú)庀笾笜?biāo)、災(zāi)害的表現(xiàn);(2)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的分級說明以及各級災(zāi)害的指標(biāo);(3)根據(jù)歷史氣象資料和災(zāi)情資料統(tǒng)計(jì)出的各級災(zāi)害發(fā)生的概率;(4)災(zāi)害強(qiáng)度和受災(zāi)程度的定量關(guān)系。

3.1.2建立價(jià)值模型

價(jià)值模型必須反映出不同等級農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害下的最終產(chǎn)值。為計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)度的大小,還應(yīng)研究災(zāi)前、災(zāi)中以及災(zāi)后作物價(jià)值的變化規(guī)律和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入價(jià)值。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn),農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析價(jià)值模型要體現(xiàn)如下特點(diǎn):首先,農(nóng)作物的價(jià)值在其生長發(fā)育過程中是動(dòng)態(tài)變化的。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程始于一定的基礎(chǔ)投入價(jià)值之上,在干物質(zhì)積累的同時(shí)不斷提高農(nóng)作物的價(jià)值,最終形成產(chǎn)出價(jià)值,但是由于作物在不同生育期的干物質(zhì)累積對最終產(chǎn)值的貢獻(xiàn)不同,所以作物價(jià)值的變化與干物質(zhì)累積并不同步。其次,農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析是以投入價(jià)值和最終產(chǎn)值作為風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ),而干物質(zhì)的積累到最終產(chǎn)值的形成需要有良好的轉(zhuǎn)化途徑,對以籽?；蚬麑?shí)為收獲部分的農(nóng)作物而言,這個(gè)轉(zhuǎn)化途徑就是作物能順利地由營養(yǎng)生長過渡到生殖生長。從中可看出,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí),僅研究干物質(zhì)的積累尚不夠,還必須研究最終產(chǎn)值的形成過程。再次,由于作物是活的有機(jī)體,對災(zāi)害有一定的適應(yīng)和防御等調(diào)節(jié)能力,并且能夠通過后期生長來彌補(bǔ)災(zāi)害帶來的損失。所以當(dāng)災(zāi)害發(fā)生后,作物價(jià)值的變化與受災(zāi)程度和抗災(zāi)能力緊密相關(guān),而且災(zāi)后價(jià)值的變化又受作物恢復(fù)能力的影響。

3.1.3建立抗災(zāi)性能模型

抗災(zāi)性能模型的主要功能是根據(jù)作物種植環(huán)境以及作物本身特征來確定作物的抗災(zāi)性能指數(shù)。影響作物抗災(zāi)性能的因素很多,與作物有關(guān)的因素有品種、發(fā)育期、作物長勢等等,與環(huán)境有關(guān)的因素有地形、地勢、海拔高度、土壤狀況等等。理想的抗災(zāi)性能模型應(yīng)能較好地回答如下問題:(1)抗災(zāi)性能與哪些因子有關(guān);(2)抗災(zāi)性能與這些相關(guān)因子的定量關(guān)系如何;(3)如何綜合這些相關(guān)因子對抗災(zāi)性能的影響。

3.2過渡模型

3.2.1對農(nóng)業(yè)生態(tài)地區(qū)法[2]的幾點(diǎn)改進(jìn)

過渡模型的結(jié)構(gòu)如所示,為適應(yīng)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害價(jià)值模型的特點(diǎn),將農(nóng)業(yè)生態(tài)地區(qū)法作了如下改進(jìn):(1)假設(shè)作物營養(yǎng)生長期和生殖生長期的干物質(zhì)分別為Mn和Mr,而籽?；蚬麑?shí)的干物質(zhì)(Mf)來源于Mn和Mr的一部分,可表示為:Mf=Mn•Tnf+Mr•d(1)式中,Tnf表示營養(yǎng)生長期總干物質(zhì)輸送到籽?；蚬麑?shí)中的比例;d表示生殖生長期總干物質(zhì)被籽?；蚬麑?shí)利用的比例。(2)在實(shí)際做風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)要求以天為步長考察作物干物質(zhì)的變化,這是由災(zāi)害發(fā)生的隨機(jī)性和作物內(nèi)在的調(diào)解機(jī)制決定的。(3)農(nóng)業(yè)生態(tài)地區(qū)法得到的產(chǎn)量是一種對氣候適應(yīng),無限制條件下種植的高產(chǎn)品種的潛在產(chǎn)量,所以有必要考慮除氣象條件以外其他因素對產(chǎn)量的脅迫作用,為此引入了實(shí)際最大產(chǎn)量(Ypc)的概念,它是指在當(dāng)前平均生產(chǎn)水平下,由氣候條件決定的單位面積植物經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量,其計(jì)算可依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際產(chǎn)量資料,其值等于代表當(dāng)前平均生產(chǎn)及管理水平的趨勢產(chǎn)量和最大氣象產(chǎn)量之和,這里最大氣象產(chǎn)量和當(dāng)?shù)刈钸m氣象條件對應(yīng)。在缺乏實(shí)際產(chǎn)量資料時(shí),可由環(huán)境相似地區(qū)的實(shí)際最大產(chǎn)量訂正求得。(4)引入了表征除氣象條件外其它環(huán)境條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)脅迫作用的系數(shù)K,K=1-Ypc•(1-W)Ymp(2)其中:Ymp為由農(nóng)業(yè)生態(tài)地區(qū)法求得的潛在產(chǎn)量;W為籽粒或果實(shí)的水分含量,K值越大,表明除氣象條件以外的其它環(huán)境條件的脅迫作用越大;反之亦然。(5)為反映果實(shí)干物質(zhì)和最終產(chǎn)值之間的聯(lián)系,在大面積生產(chǎn)上,暫不考慮產(chǎn)后風(fēng)險(xiǎn),假定都能及時(shí)采收上市、保證品質(zhì)的條件下,可以認(rèn)為最終產(chǎn)值主要取決于干物質(zhì)產(chǎn)量,因此引入從果實(shí)干物質(zhì)到最終產(chǎn)值的轉(zhuǎn)換系數(shù)T,其計(jì)算式如下:T=YpcPMf(1-K)(3)其中:T表示在最適氣候條件及當(dāng)前生產(chǎn)狀況下,每公斤果實(shí)干物質(zhì)在當(dāng)前市場狀況下能獲得的最終產(chǎn)值,單位為元/kg;P為當(dāng)前平均價(jià)格。T隨當(dāng)前市場價(jià)格的變化,可反映市場條件對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響。

3.2.2實(shí)際最終產(chǎn)值的計(jì)算

為計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)度必須求得實(shí)際最終產(chǎn)值,而實(shí)際最終產(chǎn)值又與果實(shí)的干物重密切相關(guān),文中以Mfp表示實(shí)際果實(shí)干物重,可按下式計(jì)算:Mfp=(Mnp•Tnfp+Mrp•dp)•Fp(4)其中:Mnp為實(shí)際狀態(tài)下營養(yǎng)生長階段積累的干物質(zhì);Mrp為實(shí)際狀態(tài)下生殖生長階段積累的干物質(zhì);Tnfp,dp分別為實(shí)際狀態(tài)下營養(yǎng)及生殖生長期干物質(zhì)的利用比例;Fp為實(shí)際狀態(tài)下受開花受粉狀態(tài)影響的果實(shí)轉(zhuǎn)化系數(shù)。前文已有介紹,籽粒和果實(shí)的形成需要有良好的干物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑,這種轉(zhuǎn)化途徑的好壞主要受花芽分化期以及開花受粉期氣象條件的制約,Fp正反映了該時(shí)段氣象條件的優(yōu)劣程度。各變量的計(jì)算式如下:Mnp=∑mi=1Md(5)Md=M•(1-K)•f1(d)•R(6)Mrp=∑ni=1M′d(7)M′d=M•(1-K)•f2(d)•R(8)Tnfp=TnfE1(9)dp=d•E2(10)Fp=F•f3(d)(11)其中:Md和M′d為實(shí)際狀態(tài)下營養(yǎng)生長期和生殖生長期每天干物質(zhì)積累;M為最適氣象條件下每天的干物質(zhì)生產(chǎn)量;R為在抗災(zāi)性能模型中確定的抗災(zāi)性能指數(shù);f1(d),f2(d),f3(d),E1,E2分別描述災(zāi)害對營養(yǎng)生長期每天干物質(zhì)、生殖生長期每天干物質(zhì)、開花受粉情況、Tnf和d的影響;d為當(dāng)天的受災(zāi)程度;d為花芽分化期或開花受粉期的平均受災(zāi)程度;F為理想狀態(tài)下的轉(zhuǎn)化系數(shù),其值恒為1。受災(zāi)程度是對作物受災(zāi)等級的定量描述,其取值范圍在[0,1]之間,在取值范圍內(nèi),隨著受災(zāi)等級增加,受災(zāi)程度逐漸增大。E1和E2的確定可根據(jù)營養(yǎng)生長期及生殖生長期的平均受災(zāi)程度。

3.3實(shí)用模型

針對具體的災(zāi)害類型,根據(jù)各種災(zāi)害的實(shí)際資料,可確定上述5個(gè)災(zāi)害影響函數(shù)的具體形式,代入相應(yīng)計(jì)算式中即得到農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析實(shí)用模型。

4以華南荔枝生產(chǎn)為例的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1資料來源華南荔枝生產(chǎn)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)依據(jù)廣西玉林地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象實(shí)驗(yàn)站多年調(diào)研和實(shí)驗(yàn)研究的成果,同時(shí)參考了有關(guān)文獻(xiàn)[3,4]。氣象資料取自廣東珠江三角洲代表臺(tái)站,包括從化(1959-1993)、高要(1955-1993)、廣州(1951-1993)、惠陽(1953-1993)、臺(tái)山(1954-1993)、珠海(1962-1993)、深圳(1953-1993),同時(shí)以廣西玉林(1954-1993)和陸川(1962-1993)作為對比。選取了與各農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)有關(guān)的氣象要素,包括從11月至次年5月逐日的平均氣溫、最低氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量。荔枝價(jià)格假定為15元/kg,并以15萬元/hm2作為目標(biāo)產(chǎn)值。

4.2荔枝生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害及影響函數(shù)

華南荔枝生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害有:(1)越冬期凍害、(2)花芽分化期暖害和(3)開花期低溫陰雨天氣。越冬期凍害指標(biāo)如下:當(dāng)極端最低氣溫≤0℃時(shí),幼苗開始受凍,下降到-2.0—-3.0℃時(shí),成齡樹中等受害,當(dāng)出現(xiàn)-4.0℃的低溫時(shí),凍害嚴(yán)重[5]。荔枝的花芽分化需要一定時(shí)間的低溫誘導(dǎo),如果花芽分化期氣溫持續(xù)偏高,則難以形成果枝[6],構(gòu)成“暖害”。荔枝暖害有兩種指標(biāo)形式:一是冬季極端最低氣溫,一般冬季極端最低氣溫在4.0—5.0℃時(shí),為輕暖害;5.1—7.0℃時(shí)為中度暖害;≥7.1℃時(shí)為嚴(yán)重暖害。二是最冷月平均氣溫,一般最冷月平均氣溫在13.0至14.0℃時(shí)為輕暖害,14.1至15.0℃時(shí)為中度暖害,≥15.1℃時(shí)為重度暖害。荔枝開花期的氣象條件以低溫陰雨日數(shù)表示:一般以日平均氣溫≤17.0℃或極端最低氣溫≤12.0℃,且雨量≥0.1mm或日照≤1.0h為低溫陰雨天氣,若盛花期連續(xù)低溫陰雨天氣≤2d為小害,3—4d為中害,≥5d為重害[7]。根據(jù)以上分析,華南荔枝生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)體系如所示。荔枝凍害可發(fā)生在營養(yǎng)生長期或生殖生長期,并能影響Tnfp和d,而暖害和低溫陰雨均表現(xiàn)為對轉(zhuǎn)化途徑的影響,考慮到低結(jié)實(shí)率下籽粒重(或單果重)的補(bǔ)償效應(yīng),其函數(shù)選用冪函數(shù)形式。具體函數(shù)如所示。

4.3計(jì)算結(jié)果分析

風(fēng)險(xiǎn)曲線描述了風(fēng)險(xiǎn)度和目標(biāo)產(chǎn)值之間的關(guān)系,珠江三角洲代表臺(tái)站以及廣西玉林地區(qū)荔枝生產(chǎn)的花芽分化期暖害風(fēng)險(xiǎn)曲線如所示,其余災(zāi)害有相似的形式。同時(shí)在表3中列出了對指定目標(biāo)產(chǎn)值的各條風(fēng)險(xiǎn)鏈和風(fēng)險(xiǎn)體系的風(fēng)險(xiǎn)度。從風(fēng)險(xiǎn)曲線可以看出,風(fēng)險(xiǎn)度和風(fēng)險(xiǎn)曲線都有較好的指數(shù)關(guān)系,即:隨著目標(biāo)產(chǎn)值的上升,風(fēng)險(xiǎn)度呈指數(shù)上升。同時(shí)從可看出:(1)華南地區(qū)荔枝越冬期凍害對生產(chǎn)影響不大,其風(fēng)險(xiǎn)度均小于0.1,而荔枝花芽分化期暖害和開花期低溫陰雨天氣所造成的風(fēng)險(xiǎn)要大得多,所以該地區(qū)荔枝生產(chǎn)的災(zāi)害防御應(yīng)以防御上述兩種災(zāi)害為主。(2)凍害和暖害的風(fēng)險(xiǎn)程度存在較明顯的緯向分布特征:往北越冬期凍害嚴(yán)重,往南花芽分化期暖害逐漸加強(qiáng),從風(fēng)險(xiǎn)體系的風(fēng)險(xiǎn)度可看出,華南地區(qū)荔枝生產(chǎn)的最適區(qū)域在北緯23度附近。

5討論

建立的模型不足之處在于以線性函數(shù)描述農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各方面的影響,并以受災(zāi)程度的線性減少來表示作物對某些災(zāi)害的恢復(fù)機(jī)制,這些方面都有待進(jìn)一步提高。而且由于農(nóng)業(yè)投入相關(guān)因素眾多,并且難以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料,現(xiàn)有模型未考慮農(nóng)業(yè)投入的變化,如能將其引入模型中,模型將更加完善。