王秀珍,景元书，谢新乔，杨继周，李湘伟，朱云聪，胡保文，田育天， 梅玲丽

(1.南京信息工程大学应用气象学院，江苏 南京 210044； 2.气象灾害预报预警 与评估协同创新中心/江苏省农业气象重点实验室，江苏 南京 210044； 3.红塔烟草(集团)有限责任公司原料部，云南 玉溪 653100)

烤烟是中国的重要经济作物之一，其品质及产量与气候、地形条件密切相关[1]。作为中国优质烤烟种植面积最大的省份，云南烤烟的产量及品质在全国烤烟生产中有着重要影响力[2]。玉溪是云南烤烟主产区之一，烤烟种植面积高达4万公顷。玉溪属于低纬度高原区，山地气候特色明显，夏天光热强度低，复杂的地形使不同海拔区域气候有所差异[3]。受气候变化影响，近年来全球极端天气事件频发，玉溪地区的烤烟种植面临着不同种类的气象灾害，低温冷害是影响烤烟种植的主要气象灾害之一。烤烟是喜温作物，充足的光热有利于烟叶营养物质积累，因此，开展烤烟低温冷害风险评估有利于烤烟生产及烤烟气象服务[4]。

近年来，各类气象灾害风险区划研究方法日益成熟，如王莺等[5]通过建立干旱风险评估模型，运用GIS平台中的自然断点分级法(Jenks)对甘肃省进行了干旱灾害风险评价及区划；陈家金等[6]采用AHP-EWM、加权综合法构建福建省农业气象灾害多因子风险指标体系；陈怀亮等[7]使用概率分析法进行气象灾害的精细化分析，构造灾害函数并评价河南省小麦气象灾害风险。目前，中国烤烟气象研究集中为烤烟适宜性分区及气象因子对烤烟生长和品质的影响。中国主要植烟区如云南、福建、湖南、贵州等均开展了烤烟种植气候分析、适宜性、种植区划的研究[8-13]，为烤烟生产气象服务提供合理依据。但针对植烟区气象灾害风险区划研究较少，缺乏一套系统的、符合生产实际的气象灾害指标。

本研究以玉溪烤烟产区为研究对象，通过对玉溪烤烟进行田间调查及与专家、烟农访谈，结合气象灾害观测资料，发现低温冷害很大程度上影响了该地区优质烤烟的种植与生产。利用气象统计数据和社会经济数据，构建玉溪烤烟低温冷害风险评估模型，从灾害危险性、孕灾环境敏感性、易损性及防灾减灾能力4个角度进行综合评估，为玉溪烤烟生产合理布局，烤烟防灾减灾提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究站点

玉溪市地处云南省中部，地势由西北向东南降低，大部区域海拔处于1 500～1 800 m。玉溪南近海洋，北倚高原，全年温差小，昼夜温差大，属亚热带季风气候。玉溪烤烟种植不仅在气候、地理、土壤等方面具有环境优势，还拥有先进的生产技术[4]，享有“云烟之乡”的称号，是中国优质烟叶的主产区。玉溪市辖七县二区，本研究选取13个烤烟气象站点：澄江吉里站、华宁大村站、华宁红岩站、江川前卫站、通海高大站、通海四寨站、红塔波衣站、红塔黄草坝站、易门底尼站、峨山河外站、峨山兴旺站、新平尼鲊站、元江因远站。站点及海拔分布如图1。

1.2 数据及来源

1.2.1 气象数据 由玉溪市气象局提供的13个烤烟气象站2009—2018年常规气象观测数据，包括日平均气温、最高(最低)气温、日照时数等。且已知13个烤烟气象站点的经纬度及海拔。

1.2.2 基础地理信息数据 玉溪地区底图及1∶25万DEM地形数据(分辨率：30 m×30 m)下载自地理空间数据云。

1.2.3 灾害指标 灾害指标参考中国气象局发布的《中国烤烟气象灾害等级》。

1.2.4 烤烟相关数据 2009—2018玉溪各县(区)烤烟产量及地区生产总值数据来自云南统计局，烤烟种植面积数据由云南红塔集团提供。

注：哀牢山自西北向东南斜贯玉溪市，海拔高至3 137 m， 邻近的元江河谷地区海拔仅328 m，海拔差较大，故图中 西南角差异较大(其余图同)。Note:Ailao Mountain passes through Yuxi City obliquely from northwest to southeast,with an altitude of 3 137 m. The altitude of Yuanjiang River in the valley area is only 328 m. There is a great difference in altitude.The southwest corner in the figure is quite different (The same as the rest figure).

1.3 研究方法

1.3.1 数据的无量纲化 归一化处理能消除各指标的量纲与数量级之间的差异，将数据映射到0～1范围之内，采用下式计算[14]：

式中:Gi为第i个指标的归一化值；Ai为第i个指标值；maxi和mini分别代表第i个指标值中的最大值和最小值[15]。

1.3.2 GIS空间数据分析 运用Arcgis 10.4软件进行精细化灾害风险评估，结合DEM地形数据和灾害风险指标，采用反距离加权插值法(IDW)、自然断点分级法等，进行玉溪起伏地形下烤烟种植低温冷害风险评价与区划。

1.3.3 烤烟低温冷害风险评估模型构建 农业气象灾害风险往往是多因子综合影响的结果[16-17]，基于灾害风险理论，设定4个评价因子对玉溪烤烟低温冷害风险进行综合评估[3,18-19]，构建如下模型：

I=HwhEweVwvCwc

式中:I为烤烟低温冷害综合风险指数，表示灾害风险程度大小；H为灾害危险性,E为孕灾环境敏感性,V为承灾体易损性,C为防灾减灾能力，以上4个因子均进行归一化处理；考虑到各风险评价因子在风险评估中产生的作用不同，运用层次分析法确定各评价因子权重(wh,we,wv,wc)[20]，分别为0.4，0.3，0.2，0.1，代表各评价因子对灾害的影响程度。

1.3.4 灾害危险性指标 玉溪烟区烤烟多为夏烟，2月播种，9月采收，整个生育期划分为4个阶段：苗期(2月中旬—4月中旬)，移栽伸根期(4月下旬—5月下旬)，旺长期(6月上旬至—6月下旬)，成熟采烤期(7月上旬—9月上旬)。其中成熟采烤期的水热状况尤为关键[21]。参考中国气象行业规定的标准烤烟气象灾害等级及玉溪烤烟灾害指标[4]，选取冷积温作为低温冷害指标，单位为热当量时间/(℃·d)。

低温冷害过程冷积温计算方法为：

式中：Tcl为冷积温/(℃·d)；T1为临界温度/℃，移栽伸根期为13.0 ℃，旺长期为13.0 ℃，成熟采烤期为17 ℃；Ti为日平均气温/℃；n为持续时间/d。

玉溪地形复杂，海拔是影响低温冷害危险性的重要因子[22]。运用IBM SPSS Statistics 25，模拟玉溪不同生长时期的冷积温与气象因子(多年月平均气温、日照百分率)和地形因子(经度、纬度、海拔)的多元线性回归方程[23]。通过逐步回归剔除所建立的方程中不显著的自变量得到最优方程(表1)，且拟合的方程均通过显著性检验。结果分析表明,玉溪地区低温冷害类型主要为春季低温和成熟期低温，4—5月的“倒春寒”对烤烟苗期影响较大，成熟期低温主要受盛夏较强冷空气入侵影响，故选择合适的生长期进行危险性分析。移栽伸根期的低温冷害可采取田间农业措施进行整治，成熟采烤期低温则会直接影响烤烟后期产量与品质[3]，因此，在最后综合风险的计算中，分别赋予移栽伸根期0.4，成熟采烤期0.6的权重进行综合风险的计算。

1.3.5 孕灾环境敏感性指标 当某区域处于气象灾害胁迫时，外部环境对该灾害的敏感程度即孕灾环境敏感性[24-25]。相同气象灾害强度之下，孕灾环境敏感性越大，该区域气象灾害风险性越高，所造成的损失也越大[26]。计算危险性指数时考虑了海拔和经纬度的影响，而孕灾环境敏感性指数主要考虑地形和地貌因素，使用坡向和高程标准差来体现地形地貌特征[3,27]。对坡向、高程标准差分布图层分别进行归一化处理，分析孕灾环境的敏感性，考虑到两者贡献基本相同，赋予相同权重对图层进行叠加[3]，借助GIS平台进行定区间处理，得出玉溪孕灾环境敏感性指数分布图。

表1 玉溪烤烟低温冷害危险性多元回归方程Table 1 Multivariate regression equation of the risk of chilling damage to Yuxi tobacco

1.3.6 承灾体易损性与防灾减灾能力指标 烤烟气象灾害程度大小不仅与自然环境有关，承灾体的易损性也是一个重要影响因子。从社会属性角度出发，选取烤烟气象产量标准差作为易损性评价指标，表示在不同强度气象灾害下烤烟生产的损失程度。防灾减灾能力则反映了当地抵御灾害的能力，指标选取玉溪市烤烟种植面积比例和各县(区)生产总值，分别赋予0.5的权重。烤烟种植面积占全市比例越大，受灾暴露程度越大，产生灾害的风险也越大，对应地区的防灾减灾工作难度就更高[28]。地区生产总值代表着当地经济水平，能表示各地抗灾性能，如防护措施、种植技术、灌溉机械水平等。地区生产总值与防灾减灾能力呈正比。对玉溪市各县(区)烤烟气象产量标准差、种植面积比例和生产总值进行归一化处理并在GIS平台进行插值处理，分别进行易损性、防灾减灾能力的分析。

2 结果与分析

2.1 玉溪烤烟致灾因子危险性分析

分析烤烟两个生长阶段的低温冷害危险性分区，玉溪地区烤烟低温危险性总体呈北高南低的分布趋势，且与玉溪地区海拔分布有着较高的相关性。对比两个不同阶段，移栽伸根期低温冷害危险性分布(图2)总体趋势与成熟采烤期(图3)基本一致。不同的是，成熟采烤期各县(区)低温冷害危险性有所增强。

烤烟移栽伸根时期(图2)，元江流域一带的低海拔烤烟种植区域及峨山南部、华宁东部部分烟区(1 200～2 000 m)危险性较低；相反，在海拔较高的区域(1 800～3 100 m)，如澄江、红塔、易门北部，移栽伸根期气温偏低，属于高危险区；通海、华宁、江川及峨山各县的重度灾害区面积较小。成熟采烤期各县(区)高危险区面积有所增加(图3)，其中东北部地区较为明显。如江川、红塔、华宁、澄江、华宁等大部地区低温冷害由中等危险性升至高危险性；华宁东部、峨山南部等部分区域危险性等级由低升至中等，且玉溪各植烟区均存在中等危险性低温冷害。综上所述，低温冷害高危险区主要分布在玉溪市海拔1 800 m以上的山区；中等危险区分布在中部和东部海拔相对较高的山区；低危险区分布在西南部元江河谷沟谷及一些丘陵、缓坡地区。这是因为高海拔地区所获热量不足，受到强冷空气影响时，易导致烟草生长发育受到低温影响，从而影响烤烟产量与品质。

图2 移栽伸根期低温冷害危险性区划 Fig.2 Risk division of cold damage in transplanting mature and root extension period

图3 成熟采烤期低温冷害危险性区划Fig3 Risk division of cold damage in picking and baking period

2.2 玉溪烤烟孕灾环境敏感性分析

图4中总体敏感性呈现西南向东北部递减趋势，敏感性在中等及中等偏上(0.9～1.2)的区域在玉溪市分布较广，约占据全市面积的76.45%。东北部抚仙湖、星云湖、杞麓湖3个湖区为低敏感区，地形起伏较小，敏感性指数较低(0.2～0.4)，西南部元江河谷沟谷地区敏感性指数也较低(0.5～0.8)；在易门西部、元江东南部、新平中部存在小区域高敏感区(1.2～1.9)。对比低温冷害危险性区划结果与孕灾环境敏感性分布，发现高海拔地区低温冷害危险性较大，但敏感性并不是最高的。这是由于敏感性受海拔、经纬度、作物本身适应力等多种因子综合影响[29]。

图4 玉溪孕灾环境敏感性指数分布Fig.4 Distribution of disaster forming environmental sensitivity index in Yuxi

2.3 玉溪烤烟承灾体易损性与防灾减灾能力分析

玉溪烤烟承灾体易损性指数分布如图5所示，总体呈现西部、北部高，中部、东部低。承灾体易损程度较高的为江川、元江、新平、澄江，所对应的气象产量标准差大，烤烟产量波动起伏大；次低易损区分布在峨山、易门、华宁；通海和红塔为低易损区。图6为玉溪防灾减灾能力分布图，总体空间格局呈东高西低。由图6可见，不同县(区)存在较大差异，其中华宁、江川防灾减灾能力较强，防灾减灾能力指数高达0.8；新平、元江、峨山防灾减灾能力较弱，防灾减灾能力指数为0.2；易门、澄江、通海及红塔防灾减灾能力属于中等偏上(0.4～0.7)。

图5 玉溪承灾体易损性指数分布 Fig.5 Distribution of vulnerability index of disaster bearing body in Yuxi

图6 玉溪防灾减灾能力分布Fig.6 Distribution of disaster prevention and mitigation capacity in Yuxi

2.4 玉溪烤烟低温冷害风险区划

综合玉溪市烤烟低温冷害危险性、敏感性、易损性和防灾减灾能力4个风险评价因子，运用构建的低温冷害风险模型进行评价和区划，在GIS平台利用自然断点分级法将烤烟低温冷害风险划分为5个等级。图7所示，高风险区分布范围较小，主要分布在江川中部、元江流域西侧、新平东部及峨山西部，这些地区海拔相对较高，产生低温冷害的概率较高，烤烟种植面积占比较大，产量波动性大；次高风险区集中分布于江川、峨山中部，东北部各县均有少量分布；中等风险区在各县(区)均有分布，东北部分布面积较大；红塔中部、易门东部、通海等地存在次低风险区；低风险区主要位于元江流域地区、华宁东部，红塔、通海等地也有少量分布，究其原因为海拔偏低，热量水平中等偏好，生产总值较高，抵御低温冷害能力强，综合风险较低。

图7 玉溪低温冷害风险区划Fig.7 Risk division of chilling damage in Yuxi

3 结论与讨论

1)本研究结果表明，低温冷害危险性与海拔相关性高，区域性差别较大，1 800 m以上的植烟区易发生低温冷害。这与张玉芳等[30]、李蒙等[2]、黄中艳等[31]得出的结论较吻合。与同纬度的其他地区相比，云南省的特殊地形及气候使得低温冷害影响程度更大，且云南省的低温冷害有季节差异性[31]，春季低温冷害强度较夏季大，冬季低温冷害影响较小。因此，本研究区分不同生长时期进行危险性分析，可以更客观精细地描述低温冷害的时空分布特征。玉溪烤烟低温冷害主要发生在春夏两季，且成熟采烤期的灾害危险性较移栽伸根期高，春夏季的低温对烤烟生长进程、化学成分有直接影响，因此，高海拔植烟区应当适宜提前移栽日期或采取地膜种植。不足的是，没有考虑到烤烟种植存在着不同类型的低温冷害过程，如张玉芳等[30]将攀西地区的烤烟低温冷害类型进行了细化，分为障碍型、延迟型和杀伤型；贺升华等[32]也从生物学和农业气象角度将云南地区烤烟低温冷害进行分类型研究。

2)本研究综合了4个评价因子进行烤烟低温冷害风险分析，结果表明，玉溪烤烟低温冷害综合风险整体呈中等偏低，整体与玉溪烤烟适宜性分区结果较一致[33-34]。玉溪市大部分植烟区属于适宜区，是名副其实的优质烤烟产地。玉溪多为山区，在选取风险构成因子时不仅考虑了经纬度、海拔、坡向和高程标准差，还考虑了烤烟种植面积、气象产量标准差及地区生产总值，这对实际烤烟种植防灾决策有着重要的参考意义。但这些经济指标较为特殊，插值出来的结果存在误差，未来需进行更精细化的研究。

3)本研究将烤烟低温冷害分析细化到玉溪的各县区，且考虑到不同区域指标的规范性和差异性，综合参考了中国烤烟气象、玉溪烤烟气象灾害指标[4]。与以往云南省的研究不同的是，充分考虑了玉溪当地的实际情况，更为合理科学。

4)基于GIS平台和烤烟低温冷害风险评估模型，对玉溪地区进行精细化的低温冷害空间分布模拟及评价和区划，可为当地烤烟合理规划种植布局、改善烤烟种植技术、规避低温冷害风险、促进稳产高产提供参考。

5)气象灾害往往伴随着次生灾害，且玉溪地区烤烟种植不仅面临着低温冷害，还存在干旱、冰雹等灾害，因而，对单一灾害进行区划存在局限性，且烤烟不同品种的耐受性不同，后期研究可开展多灾种、多品种的综合性分析。