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1氣象災害風險評價

風險度是表示風險大小的主要指標。農業氣象災害風險分析主要是通過風險度的大小,從經濟效益角度評價作物在生長過程中可能遭受的各種農業氣象災害對作物生長的影響,將分析結果提供給農業決策者,可降低決策過程中面臨的不確定性。農業氣象災害風險分析是農業風險決策和風險管理的基礎性工作,其核心是建立風險評價模型,通過模型可計算出各條風險鏈和風險體系的風險度。本文建立的風險評價模型以改進的農業生態地區法為基礎,考慮了農業氣象災害對作物營養生長期和生殖生長期干物質積累以及對產量的影響,是一種適宜于以籽粒或果實為收獲部分的農作物的氣象災害風險評價模型。

2模型綜述

建立一個實用的農業氣象災害風險分析模型需經過三個層次逐級放大:(1)概念模型,(2)過渡模型,(3)實用模型,各層次的具體關系如所示,下文將對層次結構作進一步闡述。

3模型的層次結構

3.1概念模型

概念模型[1]的結構如所示,風險分析的重要環節是建立災害模型、價值模型和抗災性能模型。

3.1.1建立災害模型

災害模型描述災害發生的時間、地點、強度以及危害程度,并包括一些與災害有關的信息。災害模型主要反映自然災害系統的孕災環境、致災因子、成災規律、承災體以及災情的特征,包括如下主要內容:(1)農業氣象災害發生的形式、天氣特點、致害的主要氣象指標、災害的表現;(2)農業氣象災害的分級說明以及各級災害的指標;(3)根據歷史氣象資料和災情資料統計出的各級災害發生的概率;(4)災害強度和受災程度的定量關系。

3.1.2建立價值模型

價值模型必須反映出不同等級農業氣象災害下的最終產值。為計算風險度的大小,還應研究災前、災中以及災后作物價值的變化規律和農業生產的投入價值。由于農業生產的特點,農業氣象災害風險分析價值模型要體現如下特點:首先,農作物的價值在其生長發育過程中是動態變化的。農業生產過程始于一定的基礎投入價值之上,在干物質積累的同時不斷提高農作物的價值,最終形成產出價值,但是由于作物在不同生育期的干物質累積對最終產值的貢獻不同,所以作物價值的變化與干物質累積并不同步。其次,農業氣象災害風險分析是以投入價值和最終產值作為風險分析的基礎,而干物質的積累到最終產值的形成需要有良好的轉化途徑,對以籽粒或果實為收獲部分的農作物而言,這個轉化途徑就是作物能順利地由營養生長過渡到生殖生長。從中可看出,進行風險分析時,僅研究干物質的積累尚不夠,還必須研究最終產值的形成過程。再次,由于作物是活的有機體,對災害有一定的適應和防御等調節能力,并且能夠通過后期生長來彌補災害帶來的損失。所以當災害發生后,作物價值的變化與受災程度和抗災能力緊密相關,而且災后價值的變化又受作物恢復能力的影響。

3.1.3建立抗災性能模型

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

3.2過渡模型

3.2.1對農業生態地區法[2]的幾點改進

過渡模型的結構如所示,為適應農業氣象災害價值模型的特點,將農業生態地區法作了如下改進:(1)假設作物營養生長期和生殖生長期的干物質分別為Mn和Mr,而籽粒或果實的干物質(Mf)來源于Mn和Mr的一部分,可表示為:Mf=Mn•Tnf+Mr•d(1)式中,Tnf表示營養生長期總干物質輸送到籽粒或果實中的比例;d表示生殖生長期總干物質被籽粒或果實利用的比例。(2)在實際做風險分析時要求以天為步長考察作物干物質的變化,這是由災害發生的隨機性和作物內在的調解機制決定的。(3)農業生態地區法得到的產量是一種對氣候適應,無限制條件下種植的高產品種的潛在產量,所以有必要考慮除氣象條件以外其他因素對產量的脅迫作用,為此引入了實際最大產量(Ypc)的概念,它是指在當前平均生產水平下,由氣候條件決定的單位面積植物經濟學產量,其計算可依據當地實際產量資料,其值等于代表當前平均生產及管理水平的趨勢產量和最大氣象產量之和,這里最大氣象產量和當地最適氣象條件對應。在缺乏實際產量資料時,可由環境相似地區的實際最大產量訂正求得。(4)引入了表征除氣象條件外其它環境條件對農業生產脅迫作用的系數K,K=1-Ypc•(1-W)Ymp(2)其中:Ymp為由農業生態地區法求得的潛在產量;W為籽粒或果實的水分含量,K值越大,表明除氣象條件以外的其它環境條件的脅迫作用越大;反之亦然。(5)為反映果實干物質和最終產值之間的聯系,在大面積生產上,暫不考慮產后風險,假定都能及時采收上市、保證品質的條件下,可以認為最終產值主要取決于干物質產量,因此引入從果實干物質到最終產值的轉換系數T,其計算式如下:T=YpcPMf(1-K)(3)其中:T表示在最適氣候條件及當前生產狀況下,每公斤果實干物質在當前市場狀況下能獲得的最終產值,單位為元/kg;P為當前平均價格。T隨當前市場價格的變化,可反映市場條件對農業氣象災害風險的影響。

3.2.2實際最終產值的計算

為計算風險度必須求得實際最終產值,而實際最終產值又與果實的干物重密切相關,文中以Mfp表示實際果實干物重,可按下式計算:Mfp=(Mnp•Tnfp+Mrp•dp)•Fp(4)其中:Mnp為實際狀態下營養生長階段積累的干物質;Mrp為實際狀態下生殖生長階段積累的干物質;Tnfp,dp分別為實際狀態下營養及生殖生長期干物質的利用比例;Fp為實際狀態下受開花受粉狀態影響的果實轉化系數。前文已有介紹,籽粒和果實的形成需要有良好的干物質轉化途徑,這種轉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正反映了該時段氣象條件的優劣程度。各變量的計算式如下: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為實際狀態下營養生長期和生殖生長期每天干物質積累;M為最適氣象條件下每天的干物質生產量;R為在抗災性能模型中確定的抗災性能指數;f1(d),f2(d),f3(d),E1,E2分別描述災害對營養生長期每天干物質、生殖生長期每天干物質、開花受粉情況、Tnf和d的影響;d為當天的受災程度;d為花芽分化期或開花受粉期的平均受災程度;F為理想狀態下的轉化系數,其值恒為1。受災程度是對作物受災等級的定量描述,其取值范圍在[0,1]之間,在取值范圍內,隨著受災等級增加,受災程度逐漸增大。E1和E2的確定可根據營養生長期及生殖生長期的平均受災程度。

3.3實用模型

針對具體的災害類型,根據各種災害的實際資料,可確定上述5個災害影響函數的具體形式,代入相應計算式中即得到農業氣象災害風險分析實用模型。

4以華南荔枝生產為例的農業氣象災害風險分析

4.1資料來源華南荔枝生產農業氣象災害指標依據廣西玉林地區農業氣象實驗站多年調研和實驗研究的成果,同時參考了有關文獻[3,4]。氣象資料取自廣東珠江三角洲代表臺站,包括從化(1959-1993)、高要(1955-1993)、廣州(1951-1993)、惠陽(1953-1993)、臺山(1954-1993)、珠海(1962-1993)、深圳(1953-1993),同時以廣西玉林(1954-1993)和陸川(1962-1993)作為對比。選取了與各農業氣象災害指標有關的氣象要素,包括從11月至次年5月逐日的平均氣溫、最低氣溫、日照時數和降水量。荔枝價格假定為15元/kg,并以15萬元/hm2作為目標產值。

4.2荔枝生產的主要農業氣象災害及影響函數

華南荔枝生產的主要農業氣象災害有:(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。越冬期凍害指標如下:當極端最低氣溫≤0℃時,幼苗開始受凍,下降到-2.0—-3.0℃時,成齡樹中等受害,當出現-4.0℃的低溫時,凍害嚴重[5]。荔枝的花芽分化需要一定時間的低溫誘導,如果花芽分化期氣溫持續偏高,則難以形成果枝[6],構成“暖害”。荔枝暖害有兩種指標形式: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,為輕暖害;5.1—7.0℃時為中度暖害;≥7.1℃時為嚴重暖害。二是最冷月平均氣溫,一般最冷月平均氣溫在13.0至14.0℃時為輕暖害,14.1至15.0℃時為中度暖害,≥15.1℃時為重度暖害。荔枝開花期的氣象條件以低溫陰雨日數表示: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,若盛花期連續低溫陰雨天氣≤2d為小害,3—4d為中害,≥5d為重害[7]。根據以上分析,華南荔枝生產的風險體系如所示。荔枝凍害可發生在營養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為對轉化途徑的影響,考慮到低結實率下籽粒重(或單果重)的補償效應,其函數選用冪函數形式。具體函數如所示。

4.3計算結果分析

風險曲線描述了風險度和目標產值之間的關系,珠江三角洲代表臺站以及廣西玉林地區荔枝生產的花芽分化期暖害風險曲線如所示,其余災害有相似的形式。同時在表3中列出了對指定目標產值的各條風險鏈和風險體系的風險度。從風險曲線可以看出,風險度和風險曲線都有較好的指數關系,即:隨著目標產值的上升,風險度呈指數上升。同時從可看出:(1)華南地區荔枝越冬期凍害對生產影響不大,其風險度均小于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險要大得多,所以該地區荔枝生產的災害防御應以防御上述兩種災害為主。(2)凍害和暖害的風險程度存在較明顯的緯向分布特征:往北越冬期凍害嚴重,往南花芽分化期暖害逐漸加強,從風險體系的風險度可看出,華南地區荔枝生產的最適區域在北緯23度附近。

5討論

建立的模型不足之處在于以線性函數描述農業氣象災害對農業生產各方面的影響,并以受災程度的線性減少來表示作物對某些災害的恢復機制,這些方面都有待進一步提高。而且由于農業投入相關因素眾多,并且難以獲得準確的數據資料,現有模型未考慮農業投入的變化,如能將其引入模型中,模型將更加完善。