氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積的影響

氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積的影響

中國(guó)是一個(gè)有13億人的大國(guó)，食品安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和發(fā)展密切相關(guān)。同時(shí)，中國(guó)的自然災(zāi)害種類繁多，頻繁、強(qiáng)度和種類繁多。它是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。近年來(lái),各類自然災(zāi)害每年都造成上千億元的經(jīng)濟(jì)損失,1998年更是達(dá)到了3000多億元,在各類災(zāi)害中由氣候變化引起的占70%以上(王守榮等,2003)。我國(guó)農(nóng)業(yè)在某種程度上還是“靠天吃飯”,干旱和水災(zāi)是我國(guó)影響區(qū)域最廣、發(fā)生最頻繁的自然災(zāi)害(馮相昭等,2007)。自然災(zāi)害的損失評(píng)估是減災(zāi)政策的重要基礎(chǔ),也是災(zāi)后恢復(fù)的重要前提。研究氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積的影響,把握其內(nèi)在規(guī)律,既有科學(xué)價(jià)值,又對(duì)防災(zāi)減災(zāi)有重要意義,同時(shí),還可為管理自然災(zāi)害和開(kāi)辦巨災(zāi)保險(xiǎn)提供基礎(chǔ)信息。一、降水量和氣溫全球氣候變化是人類迄今為止面臨的規(guī)模最大、范圍最廣、影響最為深遠(yuǎn)的挑戰(zhàn)之一,也是影響未來(lái)世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的最重要因素之一。農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中受自然災(zāi)害影響最大的產(chǎn)業(yè),中外學(xué)者就氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響進(jìn)行了較多的探索。氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)特別是發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)業(yè)影響巨大。氣候變化會(huì)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已成為全球共識(shí)(IPCC,1990)。武衛(wèi)政(2007)認(rèn)為氣候變化雖然是環(huán)境問(wèn)題,但歸根到底是發(fā)展問(wèn)題。在全球氣候變化的大背景下,水災(zāi)、旱災(zāi)的發(fā)生頻率和強(qiáng)度將會(huì)增加(馮相昭等,2007)。同時(shí),因基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后、技術(shù)手段不高和農(nóng)民素質(zhì)低下等因素制約,發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)業(yè)受氣候變化的影響會(huì)更大,近年來(lái)日益受到關(guān)注(Watsonetal.,1997)。IPCC(1996)的報(bào)告認(rèn)為受全球氣候變暖的影響,21世紀(jì)全球平均氣溫將上升1.4～5.8℃,海平面將上升9～88cm。世界上人口最多、自然生態(tài)環(huán)境脆弱、自然災(zāi)害嚴(yán)重的中國(guó)是全球氣候變化的最大受害者之一,因氣溫升高和降水量總體偏少,占一半國(guó)土面積的干旱、半干旱地區(qū)直接受到嚴(yán)重影響,并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)同緯度其他國(guó)家(胡鞍鋼、管清友,2008)。在降水量和氣溫對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方向和機(jī)理的影響方面。學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為降水量增加可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),而氣溫上升則有抑制作用(如Mendelsohnetal.,2004;Jane&Fredrick,2007;Temesgen,2007;Davidetal.,2007;Adams,1989、1995;Alexandrov,2000;Cline,1996)。但是也有例外,Liuetal.(2004)的研究認(rèn)為氣溫上升對(duì)中國(guó)的農(nóng)業(yè)有利。Wangetal.(2008)運(yùn)用1951—2001年全國(guó)氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析后,認(rèn)為氣溫升高和降水增加對(duì)我國(guó)不同區(qū)域、不同季節(jié)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的影響不同;信乃詮和程延年(1995)的研究也得出類似的結(jié)果。曾治權(quán)(1996)從另一角度通過(guò)研究太陽(yáng)活動(dòng)和地磁場(chǎng)干擾,發(fā)現(xiàn)這兩種現(xiàn)象對(duì)水、旱災(zāi)的受災(zāi)面積是有影響的,且影響程度會(huì)因時(shí)間和地域而不同。國(guó)內(nèi)學(xué)者還具體研究了氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積的影響和空間分布。朱雪梅(1996)從理論上分析了當(dāng)氣溫升高時(shí),我國(guó)氣候的季風(fēng)性、大陸性將會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng),降水時(shí)空分布的不均勻性也會(huì)更加明顯,旱、澇和高溫等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生幾率亦將增大,農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積將會(huì)增加。周凌云(2005)應(yīng)用非線性動(dòng)力系統(tǒng)的理論分析了廣東省1950—1999年的旱災(zāi)受災(zāi)面積時(shí)序變化的混沌特性,認(rèn)為廣東省旱災(zāi)受災(zāi)面積的時(shí)間序列具有分形特性。尹義星等(2008)采用復(fù)雜性測(cè)度方法進(jìn)行中國(guó)洪澇災(zāi)害受災(zāi)面積變化的研究,認(rèn)為未來(lái)長(zhǎng)江以南和西部地區(qū),尤其是新疆、甘肅、青海、寧夏等省區(qū)的水災(zāi)受災(zāi)面積將增加。周月華等(2007)用水位和降雨量作為自變量對(duì)湖北省的洪澇災(zāi)害進(jìn)行了分析,認(rèn)為災(zāi)害評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),影響因素較多,表征的物理變量很難把握,災(zāi)情收集難度大,無(wú)論是定性評(píng)估模型還是定量評(píng)估模型都存在很多不足。李茂松等(2003)根據(jù)多年農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積平均資料得出黃淮海地區(qū)受旱面積和成災(zāi)面積分別占全國(guó)的44%和48%,居全國(guó)首位;長(zhǎng)江中下游地區(qū)分別占全國(guó)的24%和19%;東北和西南各占10%左右;華南和西北各占5%左右。梁向陽(yáng)(1997)認(rèn)為我國(guó)農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積在類型方面,中部地區(qū)的旱災(zāi)、水災(zāi)和霜凍災(zāi)受災(zāi)面積略大于東部地區(qū)的對(duì)應(yīng)受災(zāi)面積;西部地區(qū)只有風(fēng)災(zāi)面積大于東部地區(qū)和中部地區(qū),而其他受災(zāi)面積則相對(duì)較小;旱災(zāi)和水災(zāi)受災(zāi)面積最大的省份分別是中部地區(qū)的安徽省和東部地區(qū)的江蘇省。焦建麗等(2008)通過(guò)對(duì)河南省1985—2006年的旱災(zāi)信息資料分析發(fā)現(xiàn)旱災(zāi)受災(zāi)面積較大的年份正好也是降水將較少的時(shí)期。綜上所述,盡管國(guó)內(nèi)從氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)總體影響、影響方向和受災(zāi)面積進(jìn)行了大量研究,但采用全國(guó)系統(tǒng)降水、氣溫和受災(zāi)面積的時(shí)間序列進(jìn)行回歸分析鮮有報(bào)導(dǎo),特別是幾乎未見(jiàn)有采用季度氣候數(shù)據(jù)來(lái)解釋農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積的文獻(xiàn),我國(guó)受季風(fēng)氣候影響,全年降水量和氣溫分布的季節(jié)差異較大,使得農(nóng)業(yè)受災(zāi)的時(shí)間多集中在春夏季,筆者認(rèn)為采用季度數(shù)據(jù)來(lái)分析受災(zāi)面積更客觀。因此,本文擬定量分析季度平均降水量和氣溫與受災(zāi)面積的關(guān)系,并為減災(zāi)防災(zāi)提出具體的建議。二、農(nóng)業(yè)、抗旱、氣象觀測(cè)因農(nóng)業(yè)成災(zāi)面積受灌溉條件、科技進(jìn)步等人為因素影響較多,故本文選擇受災(zāi)面積作為研究對(duì)象。農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積數(shù)據(jù)來(lái)源于1982、1993和2010年的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》,其中1967—1969年數(shù)據(jù)缺失,以下數(shù)據(jù)均不包括這3年。根據(jù)對(duì)1951—2009年全國(guó)受災(zāi)面積的統(tǒng)計(jì)資料的分析,20世紀(jì)50年代以來(lái),我國(guó)農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積呈擴(kuò)大趨勢(shì),50年代、60年代、70年代、80年代、90年代、本世紀(jì)前10年(2000—2009)的年均受災(zāi)面積分別為2361.8、3760.3、3771.5、4155.1、4995.1和4615.7萬(wàn)公頃。1951—2009年農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積一般達(dá)到總播種面積的30%左右,其中水、旱災(zāi)受災(zāi)面積合計(jì)一般占到總受災(zāi)面積的80%左右。同時(shí),全國(guó)多年平均受災(zāi)面積約為3974萬(wàn)公頃,約占全國(guó)平均播種總面積14896萬(wàn)公頃的26.7%,其中水災(zāi)平均受災(zāi)面積為964萬(wàn)公頃、旱災(zāi)平均受災(zāi)面積為2259萬(wàn)公頃,水旱災(zāi)受災(zāi)面積合計(jì)占受災(zāi)面積的81.1%。1951—2009年全國(guó)季度平均氣溫和降水量是根據(jù)分布在各省的160個(gè)樣本氣象觀測(cè)站點(diǎn)(全國(guó)氣象觀測(cè)站點(diǎn)總數(shù)為25420個(gè)1)59年的氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)用算術(shù)平均法算出,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣候中心網(wǎng)站()。按照計(jì)算結(jié)果,1951—2009我國(guó)平均氣溫春、夏、秋、冬季分別為13.212℃、23.802℃、13.210℃和0.005℃;季度平均氣溫呈現(xiàn)升高趨勢(shì),增幅從20世紀(jì)90年代開(kāi)始加快,本世紀(jì)前10年季度平均氣溫比20世紀(jì)50年代提高了0.5～1.5℃,尤以冬季和春季增溫最為明顯。我國(guó)多年來(lái)春、夏、秋、冬季降水量分別為71.47mm、136.91mm、53.90mm和21.81mm,四季降水量變化趨勢(shì)不明顯,波動(dòng)幅度在25～50mm之間,這與《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》關(guān)于氣溫和降水量變化的結(jié)論基本一致2。三、平均氣溫和降水選取1951—2009年的農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積、水災(zāi)受災(zāi)面積和旱災(zāi)受災(zāi)面積作為因變量,分別用y1、y2、y3表示;選取1951—2009年的季度平均氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)作為自變量,其中春、夏、秋、冬季的平均氣溫分別用t1、t2、t3、t4表示,降水量分別用p1、p2、p3、p4表示。在此基礎(chǔ)上研究其內(nèi)在關(guān)系。首先對(duì)t1和p1、t2和p2、t3和p3、t4和p4進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果顯示均不存在相關(guān)性。1.平穩(wěn)性檢驗(yàn)與單位根檢驗(yàn)當(dāng)時(shí)間序列非平穩(wěn)時(shí),即使兩個(gè)序列互相獨(dú)立,用傳統(tǒng)的回歸方法及顯著性檢驗(yàn)仍可能會(huì)顯示出兩者在統(tǒng)計(jì)上有較高的相關(guān)關(guān)系,即出現(xiàn)所謂的“虛假回歸”現(xiàn)象,故需先對(duì)各變量進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)。使用Eviews6軟件逐個(gè)進(jìn)行ADF單位根檢驗(yàn)。由表1可知,各序列都是穩(wěn)定的。2.模型構(gòu)建與驗(yàn)證已有研究成果顯示,氣溫升高會(huì)降低農(nóng)業(yè)收益,降水量增加會(huì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)增收。同時(shí),由于受災(zāi)后恢復(fù)生產(chǎn)還需要時(shí)間,農(nóng)業(yè)收益可能受上一年度受災(zāi)情況影響。在此基礎(chǔ)上,本文假設(shè)農(nóng)業(yè)總受災(zāi)面積、水災(zāi)受災(zāi)面積和旱災(zāi)受災(zāi)面積是氣溫和上年受災(zāi)面積的增函數(shù),農(nóng)業(yè)總受災(zāi)面積和旱災(zāi)受災(zāi)面積是降水量的減函數(shù),而水災(zāi)受災(zāi)面積則是降水量的增函數(shù)。構(gòu)建如下模型并進(jìn)行驗(yàn)證:yik=cik+αkjpij+βkjtij+γiky(i-1)k其中,yik表示第i年k類受災(zāi)面積,cik為常數(shù)項(xiàng),αkj為季降水量系數(shù),βkj為季平均氣溫系數(shù),γik為上年受災(zāi)面積系數(shù),pij表示第i年第j季的降水量,tij表示第i年第j季的平均氣溫,y(i-1)k表示第k類第(i-1)年的受災(zāi)面積;i=1,2,…,59,代表59個(gè)觀察年份;j=1,2,3,4,代表春、夏、秋、冬四個(gè)季度;k=1,2,3,代表總受災(zāi)、水災(zāi)和旱災(zāi)三類受災(zāi)面積。(1)對(duì)年度受災(zāi)面積的影響本文分別用四個(gè)季度降水量、氣溫?cái)?shù)據(jù)和上年總受災(zāi)面積對(duì)受災(zāi)面積進(jìn)行線性回歸。結(jié)果顯示,春季的氣候數(shù)據(jù)對(duì)受災(zāi)面積有較好的解釋力(見(jiàn)表2),這是因?yàn)榇杭臼亲魑锇l(fā)芽、開(kāi)花季節(jié),抗逆性弱,降水量和氣溫的異常很容易影響到作物的生長(zhǎng)。春季降水量、春季平均氣溫和上年總受災(zāi)面積分別在10%、5%和1%的水平上顯著。降水量每增加1毫米,總受災(zāi)面積將減少25萬(wàn)公頃;氣溫每升高0.1℃,總受災(zāi)面積將增加39萬(wàn)公頃;上年總受災(zāi)面積每增加1萬(wàn)公頃,本年度受災(zāi)面積將增加0.72萬(wàn)公頃,這是由于小春作物的跨年度生產(chǎn)和土壤墑情恢復(fù)的滯后性,因而上年受災(zāi)面積對(duì)下一年的受災(zāi)面積也有較大解釋力?；貧w分析的R2為0.63,說(shuō)明總受災(zāi)面積有63%可由春季的降水量、氣溫和上年總受災(zāi)面積解釋。DW值為1.87,模型總體上具有較好的擬合和預(yù)測(cè)效果。(2)夏季單次降雨影響和洪水受災(zāi)面積本文分別用四個(gè)季度降水量、氣溫?cái)?shù)據(jù)和上年水災(zāi)受災(zāi)面積對(duì)受災(zāi)面積進(jìn)行線性回歸。結(jié)果顯示,夏季氣象數(shù)據(jù)有較好的解釋力,擬合優(yōu)度最高0.276(見(jiàn)表3),這與我國(guó)水災(zāi)基本發(fā)生在7—9月份相吻合。夏季降水量和上年度總受災(zāi)面積分別在1%和5%水平上顯著,平均氣溫影響不顯著。降水量每增加1毫米,水災(zāi)受災(zāi)面積將增加21萬(wàn)公頃;上年水災(zāi)受災(zāi)面積每增加1萬(wàn)公頃,本年度將增加0.30萬(wàn)公頃。這是由于夏季總體降水量多且強(qiáng)降雨發(fā)生頻率高,容易形成水災(zāi),且水災(zāi)具有突發(fā)性,使得大雨過(guò)后氣溫引起的蒸發(fā)量變化對(duì)地面含水量影響微乎其微。這與早期的研究結(jié)論(梁向陽(yáng),1997)和最近有關(guān)洪災(zāi)的研究結(jié)論(尹義星等,2008)是基本吻合的。另外,水災(zāi)受災(zāi)面積受上年受災(zāi)面積的影響較大,主要是我國(guó)水災(zāi)多發(fā)區(qū)一般是江河沿線?；貧w分析的總體擬合優(yōu)度不高,與我國(guó)耕地面積廣闊有關(guān),經(jīng)常發(fā)生“南澇北旱”現(xiàn)象,即便夏季全國(guó)平均氣溫和降水量與往年相比變化不大,由于在強(qiáng)度、時(shí)間、地域分布上的不均勻,水災(zāi)受災(zāi)面積也可能出現(xiàn)較大波動(dòng)。DW值為1.94,模型不存在一階自相關(guān)。(3)夏季平均氣溫與年度干旱受災(zāi)面積本文分別用四個(gè)季度降水量、氣溫?cái)?shù)據(jù)和上年旱災(zāi)受災(zāi)面積對(duì)旱災(zāi)受災(zāi)面積進(jìn)行線性回歸。結(jié)果表明,春季、夏季氣候數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)度都高,分別為0.416和0.417,具有同樣強(qiáng)的解釋力(見(jiàn)表4)。以夏季為例,夏季平均氣溫與上年旱災(zāi)受災(zāi)面積均在1%水平上顯著,降水量在5%水平上顯著。降水量每增加1毫米,旱災(zāi)受災(zāi)面積將減少26萬(wàn)公頃;氣溫每升高0.1℃,旱災(zāi)受災(zāi)面積將增加72萬(wàn)公頃;上年旱災(zāi)受災(zāi)面積每增加1萬(wàn)公頃,本年度受災(zāi)面積將增加0.57萬(wàn)公頃。這說(shuō)明總體來(lái)說(shuō)氣溫上升會(huì)使旱災(zāi)受災(zāi)面積增加。但是,Wangetal.(2008)認(rèn)為氣溫上升將使西北地區(qū)積雪融化加快,有利于灌溉,反而會(huì)減輕旱災(zāi)影響。回歸分析的R2為0.417,不是很高,這是由于導(dǎo)致農(nóng)作物旱災(zāi)與降水量、降水蒸散比、土壤含水量、作物內(nèi)部調(diào)節(jié)能力等多種氣候以外的因素有關(guān)(趙聚寶、李克煌,1995)。DW值為1.88,模型不存在一階自相關(guān)。四、開(kāi)展氣象災(zāi)害防御的科技研究首先,近60年來(lái),農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積一般達(dá)到總播種面積的30%左右,其中水、旱災(zāi)受災(zāi)面積合計(jì)一般占到總受災(zāi)面積的80%左右。一般而言,旱災(zāi)的受災(zāi)面積要大于水災(zāi)的面積。其次,春季平均氣溫、降水量對(duì)農(nóng)業(yè)總受災(zāi)面積有較高的解釋力;夏季平均氣溫和降水量對(duì)旱災(zāi)受災(zāi)面積有較高的解釋力,夏季降水量的變化能夠在一定程度上解釋水災(zāi)受災(zāi)面積波動(dòng);上年的受災(zāi)面積對(duì)農(nóng)業(yè)總受災(zāi)面積、水災(zāi)受災(zāi)面積和旱災(zāi)受災(zāi)面積有相當(dāng)大的解釋力,說(shuō)明了農(nóng)業(yè)災(zāi)害的跨年性強(qiáng)。第三,氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利影響的一個(gè)重要方面是氣溫上升導(dǎo)致旱災(zāi)面積逐年擴(kuò)大,水災(zāi)受災(zāi)面積雖然變化趨勢(shì)不明