四川省错季草莓生产区冰雹灾害分布及风险区划

2020-05-11邹雨伽张玉芳代昕鹭郭晓梅黄龙斐

湖北农业科学 2020年2期

邹雨伽　张玉芳　代昕鹭　郭晓梅　黄龙斐

摘要：以四川省錯季草莓生产区为研究对象，基于1980—2010年冰雹灾害数据，对冰雹灾害时空分布特征进行分析。结合地理信息数据及防雹作业点数据，从致灾危险性、孕灾环境敏感性及防灾减灾能力3个方面构建四川省错季草莓生产区冰雹灾害风险评估模型，基于GIS平台完成错季草莓雹灾风险区划。结果表明，错季草莓生产区每年均有冰雹发生，发生时段多集中在3—10月，30年内降雹频次呈下降趋势，降雹日数以甘孜藏族自治州最多，攀西地区最少。冰雹灾害风险由西北向东南逐渐降低，高风险区集中在川西北高原西北部及中部，包括石渠县、色达县及理塘县等，低风险区多集中在攀西地区。

关键词：错季草莓;川西高原;冰雹;时空分布;风险区划

中图分类号：X43;S668.4 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）02-0049-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.02.011 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Distribution and risk evaluation of hail disaster of stagger-season strawberry production area in Sichuan province

ZOU Yu-jia1，2，3，ZHANG Yu-fang1，2，3，DAI Xin-lu4，GUO Xiao-mei5，HUANG Long-fei6

（1.Chengdu Institute of Plateau Meteorology，China Meteorological Administration/Heavy Rain and Drought-Flood Disasters in Plateau and Basin Key Laboratory of Sichuan Province，Chengdu 610072，China;2.Water-Saving Agriculture in Southern Hill Area Key Laboratory of Sichuan Province，Chengdu 610066，China;3.Sichuan Provincial Agricultural Meteorological Centre，Chengdu 610072，China;

4.Sichuan Meteorological Observatory，Chengdu 610072，China;5.Weather Modification Office of Sichuan Province，Chengdu 610072，China;

6.Songpan Meteorological Bureau，Songpan 623399，Sichuan，China）

Abstract： Based on the hail disaster data from 1980 to 2010， the temporal and spatial distribution of hail disaster in stagger-season strawberry production area of Sichuan province was analyzed. Combined with the geographic information data and hailstorm operation station data， the hailstorm disaster risk assessment model was constructed from three aspects of hazard risk， hazard bearing sensitivity and disaster prevention and reduction ability， and the hailstorm risk map was completed based on GIS. The results showed that the hail occurred every year in the stagger-season strawberry production area in Sichuan province， mostly from March to October， and the hail frequency showed a decreasing trend in 30 years. The number of hail days was the most in Ganzi prefecture and the least in Panzhihua-Xichang region. The risk of hail disaster gradually decreases from northwest to southeast， and the high risk areas are concentrated in the northwest and central parts of the northwest Sichuan plateau， including Shiqu county， Seda county and Litang county， while the low risk areas are mostly concentrated in Panzhihua-Xichang region.

Key words： stagger-season strawberry; western Sichuan plateau; hail; temporal and spatial distribution; risk evaluation

草莓为蔷薇科（Rosaceae）草莓属（Fragaria）多年生草本植物，作为高效特色经济作物，草莓具有适应性广、周期短、效益好等特点[1]。截至2017年，中国草莓产量已达400多万t，总产值达600多亿元[2]。当前草莓种植主要分为露地栽培和设施栽培，露地栽培的草莓果实上市时间主要集中在每年12月至次年5月，设施栽培虽然能让草莓在一定时间范围内提前或延迟收获，提升出售价格，但也面临着生产投入大，草莓口感相对较差等缺点[3]，因此高品质错季草莓市场有着广阔前景。

川西高原是青藏高原东南部的主要部分，分为川西北高原及川西山地，其中川西北高原位于阿坝藏族羌族自治州和甘孜藏族自治州境内，川西山地位于凉山彝族自治州及攀枝花市（攀西地区）境内。川西高原地域辽阔，海拔在3 000～3 500 m，地形地势复杂，垂直气候明显，季节、昼夜温差大，是四川省热量最低地区;另一方面，川西高原日照多，太阳年辐射量高，丰富的光能资源能在一定程度上弥补地高天寒、热量不足的缺陷[4-6]。利用高原夏季与平原冬春季气候特征的相似性，采用秋季假植、春季移栽、温湿度控制及合理调控营养生长与生殖生长等技术，现已在川西高原6—10月成功产出了优质鲜食错季草莓。川西高原各市县依托公司+合作社+农户的模式，农旅结合，向着打造高端错季草莓品牌积极发展。与此同时，高原存在着气候条件脆弱、气象灾害多发的特点，高原错季草莓生产多以露地及简易大棚为主，生长季主要集中在每年4—10月，与当地冰雹灾害高发期相吻合。作为强对流天气的一种，冰雹的发生常伴有强降水、大风等灾害天气，突发性强、危害性大[7]，会给错季草莓的生产带来不可逆的损失。

针对冰雹灾害的时空分布[8，9]、成因[10]、观测跟踪[11-13]已有相关研究，曹茹等[14]、扈海波等[15]、刘彩红等[16]、史莲梅等[17]也通过不同方法开展了冰雹灾害风险区划。错季草莓作为新兴产业，其相关灾害研究还处于起步阶段，研究通过分析四川省错季草莓生产区冰雹灾害时空分布特征，以自然灾害风险理论为支撑，依托GIS技术开展四川省错季草莓生产区冰雹灾害风险区划，以期为错季草莓生产布局及冰雹灾害风险管理提供技术支撑和科学依据，减少生产损失，提高经济效益。

1 资料来源与研究方法

1.1 资料来源

研究选取川西高原及周边市县共40个测站1980—2010年冰雹数据，站点分布如图1所示。地理信息数据包括90 m×90 m川西高原DEM及水系数据，由四川省气象信息中心提供。2018年川西高原各市县防雹作业点数据来自四川省人工影响天气办公室。

1.2 风险评估方法

基于自然灾害风险理论，四川省错季草莓生产区冰雹灾害风险评价综合考虑致灾因子危险性、孕灾环境敏感性及对应防灾减灾能力3个方面，分别对3个因子进行定量分析，通过线性加权指数求和法构建风险评估模型[18-20]：

F=E×we+S×ws+（1-R）×wr （1）

式中，F为冰雹灾害风险指数，F越大，灾害风险越大;E为冰雹灾害气象因子致灾危险性指数;S为孕灾环境敏感性指数;R为应对灾害防灾减灾能力指数;we、ws、wr分别为上述各评价因子权重。

1.3 指标标准化

为消除不同评价因子间量纲及数据集差异，将数据映射到0～1，通过式（2）对各评价指标进行标准化处理[21]。

Di=（2）

式中，Di为第i个评价指标Xi标准化后的值;Xmaxi和Xmini分别为评价指标Xi中的最大值和最小值。

1.4 自然断点分级法

各评价因子等级划分采用GIS平台基于Jenks的自然断点分级法，该方法在原有自然分组上通过增大不同级间差异、减少同一级中差异进行自然聚类，结果使组内的平均离散方差最小，而组间的平均离散方差最大[22]：

SSDi-j=（A[k]-meani-j）2（1≤i≤j≤N）（3）

式中，A為长度为k的数组;meani-j为各级中间值。

2 结果与分析

2.1 四川省错季草莓生产区冰雹时空分布特征

2.1.1 四川省错季草莓生产区降雹年际变化 1980—2010年四川省错季草莓生产区中甘孜藏族自治州（图2a）、阿坝藏族羌族自治州（图2b）及攀西地区（图2c）测站平均降雹频次年际间差异较大。甘孜藏族自治州、阿坝藏族羌族自治州及攀西地区年平均雹日频次分别为8.81次/站、7.03次/站及0.85次/站，甘孜藏族自治州最多，攀西地区最少。其中，甘孜藏族自治州在1986年累计冰雹日数出现最多，平均每站发生降雹12.67次，最少出现在2009年，平均每站6.09次;阿坝藏族羌族自治州降雹日频次最高年份出现在1984年，平均降雹为13.83次/站;攀西地区降雹日频次最高年份出现在1992年，平均降雹为2.29次/站。阿坝藏族羌族自治州最少年份全年平均降雹1.4次/站，出现在2008年，攀西地区则在2007年和2010年最少，无降雹记录。错季草莓生产区整体上降雹频次呈逐年下降趋势，其中，阿坝藏族羌族自治州降雹频次减少最快，平均每站减少速率为3.01次/10年，其次为甘孜藏族自治州，每站减少速率为1.35次/10年，攀西地区最为缓慢，为0.33次/10年。

2.1.2 四川省错季草莓生产区降雹月际变化四川省错季草莓生产区30年平均每月降雹日数变化如图3所示，各区域月变化明显。其中，川西北高原12月至次年2月为无雹时段，攀西地区2月无降雹纪录。错季草莓生产区内冰雹发生多集中在3—10月，其中阿坝藏族羌族自治州及攀西地区均在5月降雹频数增长最快，后降雹频数逐渐下降，阿坝藏族羌族自治州降雹频数在10月下降最快，攀西地区在8月下降最快，5月也是这两部分地区每月累计降雹日数最多月份，其降雹日数分别占全年的26.56%和28.13%。甘孜藏族自治州降雹日数月变化表现为6月、9月为峰，7月、8月为谷的小双峰趋势，其中6月为降雹日数最多月，占全年降雹日数的23.21%，其次为9月，占全年降雹日数的18.75%。

2.1.3 四川省錯季草莓生产区降雹日数空间分布四川省错季草莓生产区各地年平均降雹日数为0～20 d，冰雹发生区域间差异明显，整体呈西北多东南少地域特征，多雹区集中在川西北高原，攀西地区相对较少（图4）。其中，甘孜藏族自治州石渠、色达和理塘为冰雹高发区，年平均降雹日数大于14 d，其次为甘孜藏族自治州的德格、壤塘、稻城及阿坝藏族羌族自治州的阿坝县、红原县等部分地区，年降雹日数在12～14 d。攀西地区冰雹发生相对较高区域在木里藏族自治县，降雹日数在2～4 d，其余大部区域年降雹日数少于2 d。

2.2 四川省错季草莓生产区冰雹灾害风险评价

2.2.1 致灾危险性评估致灾因子危险性是对气象灾害本身危险程度的反映，主要表现为气象灾害的发生概率和发生强度[23]。四川省错季草莓生产主要于4月中旬移栽定植，7月陆续进入挂果成熟期并在10月末完成周年生产，因此研究以4—10月生产区降雹频率作为致灾因子危险性评价指标，标准化处理后应用GIS空间分析模块中反距离权重法进行插值得到冰雹致灾危险性图层，通过自然断点分级法获得四川省错季草莓生产区冰雹灾害致灾因子危险性评价结果，如图5a所示。四川省错季草莓生产区冰雹灾害次高-高危险性区域有2处，其一呈经向带状分布于理塘、雅江、乡城及稻城部分地区，其二呈纬向带状分布于石渠、德格、甘孜、色达、壤塘、阿坝县部分地区。这两部分区域在错季草莓生长季内发生冰雹频率高，生产遭受冰雹灾害的概率大;冰雹低危险区包括阿坝藏族羌族自治州东南处及攀西地区除木里县外大部分地区。

2.2.2 孕灾环境敏感性评估孕灾环境敏感性是指受气象灾害侵袭地区外部环境面对灾害损失的敏感程度，环境敏感度越高，则同等强度的灾害所造成的破坏损失越严重，气象灾害风险也越高[23]。四川省错季草莓生产区应对冰雹灾害的环境敏感性主要考虑地形因子及水系。下垫面环境对冰雹的形成与发展有明显影响，四川省年均冰雹日数分布与高程关系密切，高程增加，年均冰雹日数增加[24]，地形陡峭程度也是冰雹云的孕灾环境之一[25-27]。因此研究选择海拔高度及地形高程标准差作为冰雹灾害地形影响因子并进行定量化描述，根据川西高原实际情况将海拔高度分为5级，地形标准差分为4级，基于海拔高度越高及标准差越大，影响值越大，越容易孕育冰雹灾害的原则进行赋值，得到冰雹灾害地形因子影响指数（表1）。冰雹灾害孕灾环境中水系的影响主要表现在其电导体特性，在有水体或是距离水体较近的地方遭受冰雹灾害的风险会增大[28]。水系影响指数通过分析河网密度得到，其值越大表示越容易遭受冰雹灾害。对地形影响指数和水系影响指数分别赋予权重0.7和0.3，通过加权指数求和法得到冰雹孕灾环境敏感性指数分布。由图5b可知，四川省错季草莓生产区孕灾敏感性整体表现为北高南低，川西北高原地形抬升作用明显，除阿坝藏族羌族自治州北部若尔盖、红原县及阿坝县等部分区域外，大部分地区敏感性较高;攀西地区孕灾高敏感区主要位于西北木里藏族自治县及雅砻江下游流域、安宁河流域部分区域，其余大部分地区为次低-低敏感性。

2.2.3 防灾减灾能力评估防灾减灾能力代表遭受自然灾害时受灾区域采取的抗灾减灾的政策方针、技术行动以及自身恢复的能力[14]。针对冰雹灾害，研究选取四川省错季草莓生产区内各市县防雹作业点个数作为防灾减灾能力评价指标，通过GIS转换模块生成矢量数据层并标准化得到防灾减灾指数评价区划。由图5c可知，整体上攀西地区应对冰雹灾害能力最强，生产区内冰雹灾害高防灾减灾区多集中在攀西地区南部，包括会理、会东、米易、盐源、雷波县，其防雹作业点在38个以上。甘孜藏族自治州冰雹防灾减灾能力在3个地区中最弱，低防灾减灾区多集中在甘孜藏族自治州北部，这部分地区防雹作业点均少于等于7个。

2.2.4 综合风险指标评估冰雹灾害综合风险指标是对四川省错季草莓生产过程中冰雹灾害不利影响程度的反映，综合考虑了致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和防灾减灾能力的相互作用，综合风险值越大，生产受冰雹灾害的不利影响越重。研究通过层次分析及专家打分法分别对以上3个评价指标赋予权重0.6、0.3和0.1，利用GIS空间分析模块，按照式（1）对各评价指标的栅格数据层进行叠加，通过自然断点分级法获得四川省错季草莓生产区冰雹灾害综合风险区划结果。由图5d可知，四川省错季草莓生产中冰雹灾害次高-高风险区主要位于川西高原西北及中部，包括石渠、德格、甘孜、色达、壤塘、阿坝、白玉一带及理塘、雅江、稻城、乡城等地区，其中高风险区集中在石渠县、色达县及理塘县。次高-高风险区内错季草莓生产期内降雹频次每年在12次以上，危害较重，同时地形地势影响作用突出，冰雹防灾减灾能力较弱。冰雹灾害低风险区集中在攀西地区，降雹频率相对低，地形抬升作用没有川西北高原明显，同时该区域在防雹方面投入较大，是四川省错季草莓生产冰雹灾害低风险区。

3 小结与讨论

冰雹是四川省错季草莓生产主要气象灾害之一，研究基于自然灾害系统理论，结合生产实际，利用冰雹灾害数据、地理信息数据及防雹站点资料从冰雹灾害的危险性、孕灾环境敏感性和防灾减灾能力3个方面建立四川省错季草莓生产区冰雹灾害风险评价模型，弥补了当前对错季草莓生产灾害研究的空白，为其产业结构调整及冰雹灾害防御提供参考建议。

冰雹发生具有很强的时间性及地域性，四川省错季草莓生产区内每年均有冰雹发生，整体上冰雹发生频率呈波动下降趋势，不同地区月变化有所差异，但降雹多集中在每年3—10月，这与杨淑群等[29]对四川省冰雹时空分布的研究一致。错季草莓生产区冰雹灾害风险整体由西北向东南逐渐降低，有2处呈带状分布的次高-高风险区，分别位于川西高原西北部及中部，其中高风险区分布在石渠县、色达县及理塘县。错季草莓生产选址应尽量避开冰雹多发带及环境敏感区，对于风险较高的生产区域一方面可通过加强绿化，改善生态环境，抑制局地热对流发展，减少减轻冰雹危害;另一方面应加大冰雹灾害预警预报研究，提升人工影响天气能力，增强防灾减灾能力，同时在生产中合理增加防雹设施投入。

气象灾害从致灾因子形成到成灾是一个涉及多因子作用的复杂过程，冰雹灾害局地性强、地域特点突出，现有冰雹灾害记录是以测站为单位记载，对比实际冰雹发生并不全面，因此研究所得结果对满足局地小气候冰雹灾害防御需求还有差距。同时，高原错季草莓产业属于起步阶段，当前冰雹灾害风险区划只考虑了生产时间，缺少对生产面积及产业投入的探讨。随着冰雹观测资料信息的不断积累，各地错季草莓生产适宜性、产值、设施投入等资料的完善，冰雹灾害风险区划研究结果将为四川省错季草莓产业发展提供更系统的建议，这也是下一步重点研究的方向。

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