中國主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害分布及變化特征分析

中國主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害分布及變化特征分析

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害通常是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對作物顯著減少的不利氣候和氣候變化的總稱。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生及其危害是決定于氣候異常與農(nóng)業(yè)對象,同時也決定出現(xiàn)的地區(qū)和季節(jié)。掌握農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的特點和發(fā)生規(guī)律,對于防御氣象災(zāi)害,提高防災(zāi)減災(zāi)的能力,趨利避害,保障農(nóng)業(yè)增產(chǎn)具有十分重要的意義。目前由于對災(zāi)害性天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性難度較大,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)防御災(zāi)害的能力還十分有限,作物產(chǎn)量的增減依賴與氣候條件的優(yōu)劣。不同地區(qū)作物產(chǎn)量的波動趨勢,基本上與歷年受災(zāi)狀況相一致,主要減產(chǎn)年份和各種氣象災(zāi)害的發(fā)生情況相符合。全國平均每年受災(zāi)面積占作物播種面積的31.1%,全國干旱和洪澇(1950年以來)、冷凍害(1978年以來)平均每年受災(zāi)面積分別占全國各種氣象災(zāi)害總受災(zāi)面積的56.2%,24.2%,5.8%,合計占全國各種氣象災(zāi)害總受災(zāi)面積的86.2%。因此干旱、洪澇、凍害是左右作物產(chǎn)量增減的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害,本文對這3種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對作物產(chǎn)量的影響進行了分析。1作物產(chǎn)量及產(chǎn)出率1978-2003年全國受災(zāi)面積(干旱、洪澇,1950-2003年)、作物播種面積、作物灌溉面積和作物產(chǎn)量資料來源于國家統(tǒng)計局。每年國家統(tǒng)計局《農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年報》中作物受災(zāi)面積和作物產(chǎn)量均采用增減百分率來表示。為了在農(nóng)業(yè)與生態(tài)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)中應(yīng)用,為國家政府部門宏觀決策、防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù),本文資料處理方法與國家《農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年報》保持一致,故作物單產(chǎn)的增減分別用(1)式表示:△Yi=(Yi?Yi?1)/Yi?1×100%(1)△Yi=(Yi-Yi-1)/Yi-1×100%(1)由式(1)可得到每個省區(qū)域相鄰兩年作物單產(chǎn)增減百分率。式中,i代表某一年,i–1為第i年的前一年,△Yi為i年與i–1年的產(chǎn)量增減百分率,Yi和Yi-1分別為i年與第i–1年的作物平均單產(chǎn)。1961-2004年氣象資料源于國家氣象中心。2農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害總結(jié)2.1年—農(nóng)業(yè)干旱農(nóng)業(yè)干旱不同于氣象干旱和水文氣象干旱,氣象干旱是由降水和蒸發(fā)的收支不平衡造成的異常水分短缺現(xiàn)象。農(nóng)業(yè)干旱是由外界環(huán)境因素造成作物體內(nèi)水分失去平衡,發(fā)生水分虧缺,影響作物的正常生長發(fā)育,進而導(dǎo)致減產(chǎn)或絕收的現(xiàn)象。農(nóng)業(yè)干旱涉及到土壤、作物、大氣和人類對資源利用等多方面因素,而且與社會經(jīng)濟關(guān)系密切。中國大部地區(qū)旱災(zāi)嚴(yán)重,干旱缺水對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所造成的損失比洪澇更為嚴(yán)重,是農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展和糧食安全的主要制約因素。據(jù)1950-2003年資料統(tǒng)計,全國平均每年干旱受災(zāi)面積為21800×103hm2。建國以來全國最嚴(yán)重的干旱災(zāi)害年份分別為2000,1978和2001年。受災(zāi)面積分別達40541×103hm2、40170×103hm2和38472×103hm2(圖1)。主要旱區(qū)發(fā)生在東北、西北、華北和江淮、江漢及四川盆地,但北方地區(qū)尤為嚴(yán)重。根據(jù)1961-2003年北方地區(qū)(東北、西北、華北)10個代表站年降水資料分析表明(圖2),年降水量有明顯減少趨勢。雖然近20多a來各地雖然不斷地修建水利工程和灌溉技術(shù)的改進,使旱災(zāi)得到了不同程度的控制。但抗旱能力地區(qū)之間差異較大,加之經(jīng)濟的迅速發(fā)展、人口增長等原因,導(dǎo)致有限的水資源越來越短缺,干旱仍是制約作物產(chǎn)量的主要災(zāi)害,并有進一步加重的趨勢。全國各地由于降水量的周期波動,也引起干旱發(fā)生的階段性變化。分析1950-2003年全國旱災(zāi)面積的時間序列(圖1)可以看出,近50多a來,全國受旱面積存在明顯3個低值期,即1950-1956年、1963-1970年、1982-1984年,每年受旱面積一般在20000×103hm2以下。還有3個高值期,即1957-1962年、1971-1981年、1986-2001年,每年受旱面積一般在20000×103hm2以上。其中超過32000×103hm2以上的嚴(yán)重干旱年份有1959,1960,1961,1978,1988,1992,1997,2000和2001。從圖1中的趨勢線可見,干旱期在逐漸延長,嚴(yán)重干旱年份出現(xiàn)頻率有增加的趨勢,旱災(zāi)面積與時間的相關(guān)系數(shù)達到0.57,超過了1%的信度檢驗,表明干旱面積的增加趨勢是十分顯著的。2.2洪澇災(zāi)害期50-2002年農(nóng)業(yè)洪澇可分為洪災(zāi)、澇災(zāi)、濕害,這3種類型的洪澇密不可分。洪澇的形成與降水量、地理位置、土壤結(jié)構(gòu)、植被、以及季節(jié)、作物生育期、防洪設(shè)施等密切相關(guān)。但多數(shù)情況下是由于持續(xù)性暴雨、特大暴雨造成江河洪水泛濫淹沒或沖毀作物,造成減產(chǎn)或絕收。全國大部地區(qū)年降水量集中在夏季,年際變化十分明顯,洪澇災(zāi)害較為頻繁,是影響作物產(chǎn)量的重要氣象災(zāi)害。據(jù)1950-2003年資料統(tǒng)計,全國歷年平均洪澇受災(zāi)面積為9378.6×103hm2(圖3)。建國以來最嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害年有1991,1998和1954,受災(zāi)面積分別達24596×103hm2、22292×103hm2和16131×103hm2,主要洪澇區(qū)發(fā)生在長江中下游、華北南部和北部、東北地區(qū)中南部。從1950-2003年全國洪澇受災(zāi)面積的時間序列圖3可以看出,近50多a來,全國洪澇發(fā)生的情況具有明顯的階段性。大體上是20世紀(jì)50年代至60年代中前期洪澇面積較大,60年代中期至80年代初期洪澇面積較小,80年代中前期以來洪澇面積又呈增加趨勢,特別是1991-1998年有明顯的增加,平均洪澇面積達16540×103hm2,是1950-2003年平均受洪澇災(zāi)害面積(9378.6×103hm2)的1.8倍。其中,1991,1998,2003年全國洪澇面積最大,從圖2中的趨勢線可見,洪澇面積有增加的趨勢。洪澇面積與時間的相關(guān)系數(shù)達到0.48,超過了1%的信度檢驗,表明洪澇面積的增加趨勢也十分顯著。2.3冷凍害分布及面積農(nóng)業(yè)冷凍害主要包括低溫冷害和凍害,而凍害包括霜凍害和寒潮凍害。凍害一般發(fā)生時間是秋、冬、春季,冷害發(fā)生在春、夏、秋季。1978-2003年全國平均每年冷凍害受災(zāi)面積為2687.3×103hm2(圖4),全國冷凍害最嚴(yán)重的冷凍害年份有1998,1999和1993,分別達8665×103hm2、6626×103hm2和4716×103hm2。冷凍害區(qū)域,1998年主要發(fā)生在江淮和江漢、江南、華北地區(qū);1999年主要發(fā)生在華南和西南地區(qū);1993年主要發(fā)生在江淮和江漢、江南、華北地區(qū)。由于不同地區(qū)作物的種類不同,在某個發(fā)育期對溫度條件要求的差異。因此,冷害具有明顯的地域性,亦有不同的災(zāi)害名稱。如春季江南和華南出現(xiàn)的低溫冷害稱為“到春寒”或“低溫爛秧”天氣;秋季江南和華南晚稻抽穗揚花期出現(xiàn)的低溫冷害稱為“寒露風(fēng)”;冬季華南南部和云南南部屬于熱帶和南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),出現(xiàn)強降溫稱為“寒害”;6-8月東北地區(qū)出現(xiàn)的低溫冷害稱為“夏季低溫”等。根據(jù)1978-2003年全國作物冷凍害受災(zāi)面積(圖3)可以看出,1978-1992年全國冷凍害面積均在3000×103hm2以下,較為平穩(wěn);1993年以來冷凍害面積有所增加,其中1993-1995,1998-1999和2003年冷凍害面積上升明顯。從圖4中的趨勢線可見,雖然冷凍害面積的增加趨勢比干旱和洪澇面積的趨勢較緩,但其與時間的相關(guān)系數(shù)達到0.66,也超過了1%的信度檢驗,表明全國冷凍害面積的增加趨勢也是顯著的。3自然災(zāi)害天氣條件對作物產(chǎn)量的影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅有明顯的地域性,而且有很強的季節(jié)性。凍害出現(xiàn)在冬季,對寒帶和溫帶地區(qū)農(nóng)業(yè)的危害影響不大,但對亞熱帶或熱帶地區(qū)造成的損失相對要大。例如,1999年2月華南北部極端最低氣溫降至0～3℃,出現(xiàn)霜凍,喜溫作物遭受較為嚴(yán)重的凍害。因此說明,當(dāng)作物生長季出現(xiàn)災(zāi)害性天氣時,與作物發(fā)育期不同,其危害程度差異較大。作物在營養(yǎng)生長階段如果遇到災(zāi)害性天氣或不利天氣條件的影響,當(dāng)后期條件轉(zhuǎn)好后,作物有恢復(fù)或彌補這些影響的特性,對最終產(chǎn)量的影響較小;在作物生殖生長階段,特別是在生殖生長初期,如果遇到災(zāi)害性或不利天氣條件的影響,即使后期條件轉(zhuǎn)好,作物長勢也很難恢復(fù)或彌補,最終會對產(chǎn)量造成較大的影響,甚至絕收。例如,1989年東北地區(qū)出現(xiàn)歷史上少有的伏旱,大部地區(qū)8月份前后有35～50d無降水。總受旱面積達7323×103hm2,造成玉米、大豆嚴(yán)重減產(chǎn),其減產(chǎn)幅度僅次于1972年和1979年嚴(yán)重冷害年?？梢姙?zāi)害發(fā)生在關(guān)鍵農(nóng)時季節(jié),對作物生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響是十分重要的。3.1作物產(chǎn)量和水分分配東北地區(qū)作物產(chǎn)量主要限制因素是夏季氣溫的不穩(wěn)定。在主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中干旱較為突出,冷害對農(nóng)業(yè)的危害比20世紀(jì)60-70年代范圍小、程度輕。進入近20世紀(jì)80年代以來作物生長季氣溫有明顯升高的趨勢,基本沒有出現(xiàn)大范圍的嚴(yán)重冷害。干旱發(fā)生頻率增加,受旱范圍大,是造成糧食減產(chǎn)的主要因素。東北地區(qū)近5a有效灌溉面積占總播種面積的27%,其中水稻占55%,旱田僅占總播種面積的12%左右,大部地區(qū)為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。因此,東北地區(qū)作物生長季降水量的多少是作物產(chǎn)量增減關(guān)鍵因素。在近26a中東北地區(qū)平均受旱面積為3730.7×103hm2,占作物播種面積22.0%;受旱在5000×103hm2以上的年份有1982,1989,1997,2000,2001和2003年。受旱頻率最高的是遼寧和吉林,黑龍江略低。在嚴(yán)重干旱的1989年大豆減產(chǎn)31.9%,玉米減產(chǎn)20.3%,一季稻減產(chǎn)17.3%;2000年玉米減產(chǎn)27.5%,大豆減產(chǎn)10.4%(表1);洪澇面積超過5000×103hm2的年份有3a,其中1991受災(zāi)面積最大,主要發(fā)生吉林和遼寧的西部,基本為非糧食主產(chǎn)區(qū),對產(chǎn)量影響較小,其次是1985年洪澇災(zāi)害嚴(yán)重,造成玉米分減產(chǎn)26.7%、一季稻減產(chǎn)18.6%(表1)。東北地區(qū)冷凍害最嚴(yán)重的年份是1995年,遼寧受害最重,一季稻減產(chǎn)19.6%。3.2干旱、洪澇、灌溉農(nóng)業(yè)西北地區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特點是干旱范圍廣、持續(xù)時間長、頻率高。糧食產(chǎn)量波動與干旱發(fā)生頻率基本一致,尤其是玉米產(chǎn)量的變化更為突出。西北地區(qū)中東部(山西、陜西、寧夏、甘肅)有效灌溉面積約占作物播種面積的35%,其中水稻約占播種面積的6%,旱田有效灌溉面積占作物總播種面積的28%左右,主要集中在河套灌區(qū),其余地區(qū)基本上為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè),干旱是造成作物減產(chǎn)的主要原因。近26a平均干旱面積為4321.4×103hm2,占作物播種面積34.6%,超過5500×103hm2受旱面積的有7a,即1991,1994,1995和1997年和1999-2001年。有些年份出現(xiàn)了旱凍交加,致使冬小麥死苗率明顯上升。如1980年冬季和初春溫度異常偏低加之嚴(yán)重干旱,造成冬小麥減產(chǎn)33.1%;1997年和1999年的干旱,造成玉米減產(chǎn)20.6%和11.4%(表1)。新疆各地年平均降水量差異較大,山區(qū)降水較為豐沛,平原地區(qū)年平均降水量是全國最少的地區(qū)。新疆農(nóng)業(yè)有效灌溉面積占作物播種面積的90%左右,基本為灌溉農(nóng)業(yè)。而干旱年份往往是氣溫偏高,促使高山冰雪融化,來水量增加,有利于滿足農(nóng)業(yè)灌溉,因此新疆的干旱年份對糧食產(chǎn)量的影響不大。凍害是新疆的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害,受凍的作物主要是冬小麥,尤其是北疆冬小麥往往遇凍害而造成減產(chǎn)。當(dāng)小麥越冬遇到積雪淺薄或融雪過早又凍結(jié)的年份,死苗率較高。冬小麥凍害主要發(fā)生在初冬和初春,多數(shù)凍害發(fā)生的地域主要在新疆北部。1999年12月新疆北部遭受嚴(yán)重的凍害,導(dǎo)致2000年冬小麥減產(chǎn)3.0%。在26a中西北地區(qū)洪澇面積超過1200×103hm2的年份有1981和2003年。其中1981年西北地區(qū)東南部夏澇嚴(yán)重,陜西遭受洪澇面積達1000×103hm2以上,造成玉米減產(chǎn)21.3%;2003年夏末至秋季,西北地區(qū)東南部連降大到暴雨,渭河流域出現(xiàn)了歷史上罕見的秋汛,先后有900×103hm2以上農(nóng)田遭受洪澇,由于洪澇發(fā)生時大部地區(qū)的秋作物已成熟收獲,故對產(chǎn)量危害不大,但嚴(yán)重影響了秋播。3.3化產(chǎn)品水勢分析華北地區(qū)干旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響極大,致使作物減產(chǎn),甚至絕收。在近26a平均受旱面積為6901×103hm2,占作物總播種面積的20.9%,受旱面積達7000×103hm2以上的年份有1981,1986,1987-1989,1992,1997和1999-2002年。20世紀(jì)80年代(1986-1989年)和近10多年(1999-2002年)連續(xù)4年出現(xiàn)干旱,但近10a受旱面積略小于20世紀(jì)80年代,20世紀(jì)80年代受旱面積占作物總播種面積的21.9%,進入20世紀(jì)90年代以來受旱面積占作物總播種面積的20.0%。分析華北地區(qū)降水表明,年降水量呈減少趨勢。受旱面積減少這與灌溉面積逐步擴大有一定的關(guān)系,冬小麥灌溉面積達90%左右,增加了抗旱能力;但由于玉米和棉花主要生長期處于雨季,灌溉投入少,干旱仍是影響玉米產(chǎn)量最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害,而棉花相對耐旱,對產(chǎn)量影響則較輕。1997,1999年華北地區(qū)發(fā)生了春夏連旱,玉米減產(chǎn)幅度分別為11.6%和12.2%(表1)。華北地區(qū)遭受洪澇的頻率明顯低于干旱,受災(zāi)面積小。在近26a中洪澇面積超過1000×103hm2的年份有1988,1994和1996年,連降暴雨發(fā)生洪澇一般在7月中下旬至8月上旬,發(fā)生洪澇的年份對棉花產(chǎn)量的影響大于玉米。華北地區(qū)發(fā)生冷凍害的頻率較低,但個別年份凍害對冬小麥產(chǎn)量影響很大。1980年春季華北地區(qū)大部冬小麥遭受嚴(yán)重的凍害,造成冬小麥減產(chǎn)26.5%(表1)。3.4干旱、洪澇年產(chǎn)量及變化江淮、江漢地區(qū)處于長江、淮河流域,旱澇災(zāi)害是范圍最廣、危害最大的氣象災(zāi)害。歷史上特大洪澇都是由于梅雨期特別長,暴雨頻繁且強度大、范圍廣而造成的。夏旱則反之,空梅或梅期特別短、降水量異常偏少所造成的。在近26a中干旱面積在5000×103hm2以上的年份有1978,1988,1992,1994和2000-2001年,其中1978年干旱面積最大,達10685×103hm2,占作物播種面積43.6%。大部地區(qū)4-9月降水量比常年同期偏少5～7成,為歷史上罕見的特大干旱年,造成江淮、江漢大豆減產(chǎn)25.9%,安徽玉米減產(chǎn)22.0%。洪澇面積4000×103hm2以上的年份有1980,1991,1996,1998和2003年,其中1991年受澇面積最大,達12312×103hm2,占作物播種面積51.9%,造成冬小麥減產(chǎn)18.3%(表1)。冷凍害面積500×103hm2以上的有年份有1987,1992,1993,1996,1998-2000和2003年,其中1998年凍害面積最大,達5390×103hm2,占作物播種面積39.9%,冬小麥遭受凍害加之洪澇的影響減產(chǎn)23.5%,油菜減產(chǎn)21.0%(表1)。3.5洪澇災(zāi)害期2002年江南地區(qū)春夏之交冷暖氣流交匯,暴雨、大暴雨明顯增加,洪澇災(zāi)害頻繁。盛夏受副熱帶高壓影響,常出現(xiàn)晴熱高溫天氣,形成干旱;亦是熱帶風(fēng)暴影響東部沿海的頻率最大的時期。江南在近26a中遭受洪澇面積3000×103hm2以上的年份有1993,1995,1996,1998和2002年,其中20世紀(jì)90年代江南大部地區(qū)連續(xù)發(fā)生洪澇災(zāi)害,1998年受災(zāi)面積最大,達4938×103hm2,占作物播種面積27.1%,早稻減產(chǎn)12.0%(表1);干旱面積達3000×103hm2以上的年份有1986,1988,1990-1991和2003,其中2003年受旱面積最大,達5278×103hm2,占作物播種面積33.0%,致使江西和湖南晚稻減產(chǎn)4.4%。冷凍害面積在500×103hm2以上的有年份有1987,1998和2000年。其中1998年受凍面積最大,達1425×103hm2,占作物播種面積7.8%,油菜減產(chǎn)21.0%(表1)。3.6干旱和典型交易,是導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低的主要原因2.華南地區(qū)季風(fēng)進退異常會造成降水和氣溫變率大,洪澇和早春的低溫陰雨、秋季的寒露風(fēng)及臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣出現(xiàn)頻率高,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成危害。由于華南大部地區(qū)水資源較為豐富,以水田為主,干旱對農(nóng)業(yè)的影響較輕。在近26a中洪澇面積在1500×103hm2以上的年份有1985,1993,1994,1997-1998和2002年。其中1994年受災(zāi)面積最大,達3675×103hm2,占作物播種面積25.6%,早稻減產(chǎn)7.9%(表1)。干旱面積達1800×103hm2以上的年份有1980,1986,1988,1990-1991,1999和2002-2003年。其中1991年受災(zāi)面積最大,達3242×103hm2,占作物播種面積22.1%。冷凍害面積在500×103hm2以上的有年份有1993,1996,1999-2000和2003年,其中1999年受災(zāi)面積最大,占作物播種面積12.7%。由于華南冬季在田作物很少,凍害對作物產(chǎn)量影響不大,主要是12月中旬末至下旬華南大部出現(xiàn)了大面積的冰凍和霜凍,荔枝和香蕉等熱帶經(jīng)濟林果及蔬菜被凍傷或凍死;其次是1988年春季低溫和秋季“寒露風(fēng)”天氣嚴(yán)重,早稻減產(chǎn)7.8%,晚稻減產(chǎn)29.2%(表1)。3.7作物產(chǎn)量和災(zāi)澇面積西南地區(qū)以山地為主,氣候條件復(fù)雜,各地發(fā)生氣象災(zāi)害時空差異不盡相同。在近26a中干旱面積在3500×103hm2以上的年份有1978-1979,1985,1987,1990,1992-1994,1997和2001年。其中2001年受災(zāi)面積最大,達5660×103hm2,占作物播種面積44.6%,其中棉花和一季稻分別減產(chǎn)19.9%,6.6%(表1)。洪澇面積在2000×103hm2以上的年份有1991,1993,1995,1996,1998和2002-2003年。其中2002年受災(zāi)面積最大,達2606×103hm2,占作物播種面積11.1%;其中一季稻減產(chǎn)4.2%;冷凍害面積在600×103hm2