基于MCI的滄州市夏玉米、冬小麥干旱風險區劃評估

梅鳳玉 彭潔文 張海東

摘 要：滄州市位于華北平原東部，是河北省重要的糧食產區，夏玉米、冬小麥是滄州地區最主要的糧食作物，干旱嚴重影響夏玉米、冬小麥的產量，為完善滄州市農業防災減災體系，減少農業損失。研究選取1978—2020年氣象觀測數據、災情數據等，分析了滄州市干旱災情特征，調查了滄州地區的主要干旱過程，建立了滄州市干旱風險評估模型，開展滄州市夏玉米、冬小麥干旱風險區劃評估。結果表明：1978—2020年滄州市年干旱受災人口最多，約為278.17萬人，出現在1999年，干旱受災面積最多，約為35.66萬hm2，出現在1992年，直接經濟損失最多，約為12.25億元，出現在1999年；滄州地區區域性干旱災害等級以輕中旱為主，干旱過程等級以一般、較強為主；干旱高風險主要集中在吳橋、獻縣、滄縣、河間等地，低風險主要集中在海興、黃驊、青縣、肅寧等地。

關鍵詞：MCI；災情特征；干旱特征；評估模型；風險區劃

中圖分類號：P461 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

干旱是一種在全球范圍內頻繁發生的自然災害，對人類生產生活、社會經濟發展、生態環境等影響之大、范圍之廣、持續之久、危害之深，均超出了其他自然災害。農業作為受干旱影響最為嚴重的一個領域，往往因干旱導致一系列與農業生產、農民生活、農村生態環境等緊密相關的問題。

滄州市位于華北平原東部，是河北省重要的糧食產區，夏玉米、冬小麥是滄州地區最主要的糧食作物，干旱會嚴重影響夏玉米、冬小麥的產量。目前，有關干旱的研究較多[1-3]，番聰聰等[4]基于1961—2014年河北19個氣象站點降水數據，計算標準化降水指數，通過ArcGIS得到干旱的空間分布，并對SPI進行M-K趨勢檢驗，研究夏玉米生長季干旱特征。結果表明：張家口、遵化、南宮站干旱發生頻率較高，均達到17.6%以上，邢臺、承德、圍場則相對較為濕潤，干旱發生頻率在13.9%以下。

趙玉兵等[5]利用河北省南部8個氣象站點1962—2018年的逐月氣溫、降水量數據，采用標準化降水蒸散指數（SPEI），通過小波分析、M-K檢驗等方法，分析了河北省南部夏玉米生長季（6—9月）的干旱變化特征，以期為干旱災害的監測、預報預警及防御提供理論依據。結果表明：夏玉米苗期干旱發生頻率為31.5%，穗期干旱發生頻率為40.3%。

李聰等[6]利用1981—2014年河南省118個觀測站氣象觀測資料，4個農業氣象觀測站大豆生育期作物觀測資料，以及2000—2010年118個縣大豆、豆類種植面積、耕地面積、灌溉面積資料，利用干旱等級指標和自然災害風險指數等方法，對河南省大豆干旱風險進行了區劃。結果表明，河南省大豆干旱的高危險區域主要分布在河南省大豆主要種植區域周口大部、商丘東部及新鄉和濮陽西部地區。

在前人研究的基礎上[7-8]，選取1978—2020年氣象觀測數據、災情數據等，分析滄州市干旱災情特征，調查滄州地區主要干旱過程，建立滄州市干旱風險評估模型，開展滄州市夏玉米、冬小麥干旱風險區劃評估，對農業氣象災害風險管理、完善農業防災減災體系、減少農業損失、穩定農業生產和增加農民收入，具有重要的現實意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

采用滄州市1978—2020年氣象觀測數據，滄州市干旱災情數據，滄州市統計年鑒數據，滄州市縣級行政邊界數據，數字高程、坡度、土地利用數據等。

1.2 研究方法

1.2.1 MCI（氣象干旱綜合指數）

旱是由于長期虧缺和近期虧缺綜合效應累加的結果，氣象干旱綜合指數（MCI）考慮了60 d內的有效降水（權重累計降水）、30 d內蒸散（相對濕潤度）、季度尺度（90 d）降水和近半年尺度（150 d）降水偏少程度的綜合影響。公式如下：

MCI=Ka×（a×SPIW60+b×MI30+c×SPI90+d×SPI150）（1）

式（1）中，MCI為氣象干旱綜合指數；MI30為近30 d

相對濕潤度指數；SPI90、SPI150為近90、150 d標準化降水指數；SPIW60為近60 d標準化權重降水指數；a、b、c、d為權重系數，滄州地區取0.3、0.5、0.3、0.2，Ka為季節調節系數，根據不同季節各地主要農作物生長發育階段對土壤水分的敏感程度。

1.2.2 干旱風險評估模型

綜合考慮滄州市農業旱災的成因、特點、表現形式等因素，選取農業干旱風險指數作為滄州市夏玉米、冬小麥干旱風險評價模型：

ADRI=H×E×V×C（2）

其中，Ahi、Aei、Avi、Aci分別為危險性、暴露度、脆弱性、抗災減災能力評價因子中第 i個評價指標的量化值，Whi、Wei、Wvi、Wci 分別是Ahi、Aei、Avi、Aci對應的權重值。

2 結果與分析

2.1 干旱過程調查

干旱過程調查內容主要包括年降水量、干旱過程強度、平均干旱過程強度、干旱日數、干旱過程次數等。通過開展干旱過程調查，建立滄州市干旱過程數據庫。

2.2 干旱災情特征

調查收集1978—2020年滄州市各縣（市、區）干旱災情數據，對災情數據進行統計分析，1978—2020年滄州市年干旱受災人口最多，約為278.17萬人，出現在1999年，2017年相對受災人口最少，為5.11萬人；滄州市年干旱受災面積最多，約為35.66萬hm2，出現在1992年，其中，2017年相對受災面積最少，為0.514 7萬hm2；滄州市年直接經濟損失最多，約為12.25億元，出現在1999年，其中，1997年、2014年干旱直接經濟損失均超過10億元，分別為10.27億元和11.83億元；滄州各地區干旱受災年數量在9～25年之間，河間、獻縣、南皮、孟村、鹽山、滄縣干旱受災年份在20年以上，其中，南皮、孟村、鹽山出現干旱年份最多，為25年，任丘、吳橋最少，為9年；滄州各地區累計干旱受災人口在37.93萬人至599.71萬人之間，其中，河間累計干旱受災人口最多，約為599.71萬人，滄州市區最少約為37.93萬人；獻縣累計干旱受災面積最多，約為94.89萬hm2，滄州市區最少約為3.82萬hm2；黃驊累計干旱直接經濟損失最多，約為24.7億元，滄州市區最少約為1.11億元。

2.3 干旱過程特征

2.3.1 干旱日數分布特征

1978—2020年，滄州市干旱日數高值區主要分布在滄州市區、滄縣、任丘、河間、吳橋等地，低值區主要分布在泊頭、青縣、南皮、肅寧、孟村；滄州市區、滄縣出現干旱日數最多，為6 482 d；泊頭最少，為5 885 d；任丘出現輕旱日數最多，為3 561 d；獻縣最少，為3 166 d；河間出現中旱日數最多，為2 203 d；孟村最少，為1 889 d；

滄州市區、滄縣出現重旱日數最多，為783 d；肅寧最少，為451 d；鹽山出現特旱日數最多，為204 d；泊頭最少，為72 d；滄州各縣（市、區）區域性干旱災害等級以輕中旱為主。

2.3.2 年最強干旱過程強度分布特征

1978—2020年，1999年年最強干旱過程強度最大，

1995年年最強干旱過程強度最??；滄州市1978—2020年，滄州市各縣（市、區）年最強干旱過程強度高值區主要分布在滄州市區、滄縣、獻縣等地，低值區主要分布在泊頭、南皮、肅寧等地，年最強干旱過程強度最大值為30.16，于1999年出現在滄州市區、滄縣，年最強干旱過程強度最小值為18.8，于1999年出現在泊頭。

2.3.3 年平均干旱過程強度分布特征

1978—2020年，滄州市各縣（市、區）年平均干旱過程強度高值區主要分布在滄州市區、滄縣、青縣、鹽山等地，低值區主要分布在任丘、肅寧、東光、泊頭等地，年平均干旱過程強度最大值為9.58，出現在滄州市區、滄縣；最小值為7.56，出現在任丘。

2.3.4 干旱過程次數分布特征

1978—2020年，滄州各縣（市、區）累計干旱過程次數在67～90次之間，任丘累計干旱過程次數最多為90次，南皮最少為67次；干旱過程等級以一般、較強為主；滄州市區、滄縣、獻縣出現強干旱過程最多，為14次，鹽山最少，為7次；任丘、河間、獻縣、泊頭、肅寧出現特強干旱過程最多，為4次，其余地區均為2次。

2.4 干旱風險評估

2.4.1 干旱風險評估指標選取及權重計算

通過研究分析，選取年平均干旱日數、年平均干旱過程強度、最強干旱過程強度作為致災危險性評級指標，選取夏玉米種植面積比、夏玉米單位面積產量、冬小麥種植面積比、冬小麥單位面積產量作為承災體暴露度評價指標，選取地形高程、地形坡度作為孕災環境脆弱性評價指標，選取機電井數、農用水泵數、灌溉機械數作為抗災減災能力評價指標。利用層次分析法計算各指標體系權重系數。

2.4.2 干旱致災危險性評估

利用加權綜合評價法，根據年平均干旱日數、年平均干旱過程強度、最強干旱過程強度，利用各指標權重疊加計算干旱致災危險性指數，結果表明：滄州市區、滄縣、吳橋、鹽山等地致災危險性較高，肅寧、泊頭、海興等地危險性較低。

2.4.3 干旱承災體暴露度評估

選取夏玉米種植面積比、夏玉米單位面積產量、冬小麥種植面積比、冬小麥單位面積產量作為承災體暴露度評價指標。利用各指標權重疊加計算承災體暴露度風險指數，結果表明：滄州市承災體暴露度風險整體上呈由西向東降低的分布特征，吳橋、河間、獻縣、泊頭、東光等地承災體暴露度風險較高，海興、青縣、孟村等地風險較低。

2.4.4 干旱孕災環境脆弱性評估

選取地形高程、地形坡度作為孕災環境脆弱性評價指標，通過疊加分析計算孕災環境脆弱性指數，結果表明：滄州市干旱孕災環境脆弱性風險整體上呈由西向東降低的分布特征，吳橋、肅寧、獻縣、泊頭等地孕災環境脆弱性較高，黃驊、海興、青縣等地孕災環境脆弱性較低。

2.4.5 干旱抗災減災能力評估

選取機電井數、農用水泵數、灌溉機械數作為抗災減災能力評價指標，通過疊加計算干旱抗災減災能力指數，抗災減災能力與干旱風險呈負相關。滄州市干旱抗災減災能力整體上呈由西向東降低的分布特征，吳橋、河間、泊頭、滄縣等地抗災減災能力較強，黃驊、海興抗災減災能力較弱。

2.4.6 干旱風險區劃評估

基于滄州市糧食作物干旱風險評價模型，綜合致災危險性、承災體暴露度、孕災環境脆弱性、抗災減災能力影響，計算滄州市主要糧食作物干旱風險指數，利用自然斷點法進行等級劃分。結果表明：滄州市主要糧食作物干旱高風險主要集中在吳橋、獻縣、滄縣、河間等地，低風險主要集中在海興、黃驊、青縣、肅寧等地（圖1）。

圖1? 滄州市夏玉米、冬小麥干旱風險等級的空間分布

3 結論

（1）建立干旱過程數據庫。利用1978—2020年與干旱形成密切相關的歷史氣象觀測資料，包括降水量、氣溫、日照、風、相對濕度、蒸發量等，以及土壤濕度和土壤參數等農氣相關觀測資料，基于MCI指數，進行干旱過程識別，調查滄州市各縣（市、區）歷年、歷次干旱過程。

（2）1978—2020年，滄州市干旱日數高值區主要分布在滄州市區、滄縣、任丘、河間、吳橋等地，低值區主要分布在泊頭、青縣、南皮、肅寧、孟村；滄州市各縣（市、區）年最強干旱過程強度高值區主要分布在滄州市區、滄縣、獻縣等地，低值區主要分布在泊頭、南皮、肅寧等地；滄州市各縣（市、區）年平均干旱過程強度高值區主要分布在滄州市區、滄縣、青縣、鹽山等地，低值區主要分布在任丘、肅寧、東光、泊頭等地；1978—2020年，滄州各縣（市、區）累計干旱過程次數在67～90次之間，任丘累計干旱過程次數最多為90次，南皮最少為67次；干旱過程等級以一般、較強為主。

（3）通過研究分析，選取年平均干旱日數、年平均干旱過程強度、最強干旱過程強度作為致災危險性評級指標，選取夏玉米種植面積比、夏玉米單位面積產量、冬小麥種植面積比、冬小麥單位面積產量作為承災體暴露度評價指標，選取地形高程、地形坡度作為孕災環境脆弱性評價指標，選取機電井數、農用水泵數、灌溉機械數作為抗災減災能力評價指標。

（4）滄州市區、滄縣、吳橋、鹽山等地致災危險性較高，肅寧、泊頭、海興等地危險性較低；滄州市承災體暴露度風險整體上呈由西向東降低的分布特征，吳橋、河間、獻縣、泊頭、東光等地承災體暴露度風險較高，海興、青縣、孟村等地風險較低；滄州市干旱孕災環境脆弱性風險整體上呈由西向東降低的分布特征，吳橋、肅寧、獻縣、泊頭等地孕災環境脆弱性較高，黃驊、海興、青縣等地孕災環境脆弱性較低；滄州市干旱抗災減災能力整體上呈由西向東降低的分布特征，吳橋、河間、泊頭、滄縣等地抗災減災能力較強，黃驊、海興抗災減災能力較弱；滄州市主要糧食作物干旱高風險主要集中在吳橋、獻縣、滄縣、河間等地，低風險主要集中在海興、黃驊、青縣、肅寧等地。

參考文獻

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