第40卷 第4期 2022年8月 Vol 40 No 4 August 2022 干 旱 氣 象 JournalofAridMeteorology 河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險評估 樂章燕 1 2 石茗化 2 李 德 3 霍治國 4 杜子旋 1 5 檀艷靜 6 1 中國氣象局 河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點開放實驗室 河南 鄭州 450003 2 河北省廊坊市氣象局 河北 廊坊 065000 3 安徽省宿州市氣象局 安徽 宿州 234000 4 中國氣象科學(xué)研究院 北京 100081 5 河南省氣象科學(xué)研究所 河南 鄭州 450003 6 河南省周口市氣象局 河南 周口 466000 摘 要 為了提高氣候資源利用率 合理優(yōu)化河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)布局 利用1981 2018年河南省 113個國家氣象站冬季逐日最低氣溫資料 采用數(shù)理統(tǒng)計方法計算冬季年最低氣溫標準差和不同低 溫災(zāi)害指標的氣候概率 發(fā)生頻率 發(fā)生強度 并采用等權(quán)重法構(gòu)建設(shè)施農(nóng)業(yè)低溫風(fēng)險指數(shù) 結(jié)合低溫 災(zāi)情資料 選用有序樣本最優(yōu)聚類法劃分設(shè)施農(nóng)業(yè)低溫風(fēng)險等級 且疊加地表覆蓋數(shù)據(jù)進行低溫災(zāi)害 風(fēng)險評估 結(jié)果表明 河南省各地冬季低溫災(zāi)害指標小于等于 5 的氣候概率和發(fā)生頻率均超過 0 80 不適宜發(fā)展塑料小拱棚 且不宜采用單層塑料大棚進行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 信陽和南陽南部小于等 于 10 的氣候概率和發(fā)生頻率均小于0 20 適宜發(fā)展塑料大棚 鶴壁 安陽和濮陽小于等于 10 的 氣候概率和發(fā)生頻率均超過0 80 需發(fā)展日光溫室才能保證設(shè)施作物生長 在塑料大棚發(fā)展區(qū)內(nèi) 信 陽市固始縣和商城縣為低溫災(zāi)害輕度風(fēng)險區(qū) 信陽大部 南陽部分區(qū)域和周口為中度風(fēng)險區(qū) 其他地區(qū) 均為重度風(fēng)險區(qū) 在日光溫室發(fā)展區(qū)內(nèi) 濮陽 安陽和鶴壁部分區(qū)域為低溫災(zāi)害特重風(fēng)險區(qū) 河南省冬 季各地不同等級的低溫災(zāi)害風(fēng)險有一定的區(qū)域性 在發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)時 應(yīng)因地制宜進行科學(xué)布局 關(guān)鍵詞 設(shè)施農(nóng)業(yè) 冬季低溫 災(zāi)害指數(shù) 風(fēng)險評估 有序樣本最優(yōu)聚類 文章編號 1006 7639 2022 04 0667 10 DOI 10 11755 j issn 1006 7639 2022 04 0667 中圖分類號 S16 P421 11 文獻標志碼 A 引 言 設(shè)施農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化最直接表現(xiàn)形式之一 是河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展方向 也是鄉(xiāng)村振興 的主要產(chǎn)業(yè) 1 據(jù) 中國縣域統(tǒng)計年鑒 縣市卷 2 統(tǒng) 計 截至2017年底河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達2000km 2 目前 河南省各地設(shè)施農(nóng)業(yè)類型多樣 既有塑料大 棚又有日光溫室 均以非加溫為主 其內(nèi)部溫度高 低主要依賴于外界天氣條件 冬季在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過 程中 設(shè)施內(nèi)常因強降溫天氣出現(xiàn)低溫逆境 3 如 2018年1月上旬河南省出現(xiàn)大范圍的暴雪寒潮天 氣 致使設(shè)施蔬菜發(fā)生不同程度的低溫災(zāi)害 受災(zāi) 面積達107 1km 2 4 低溫災(zāi)害已成為河南省設(shè)施 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要災(zāi)害之一 5 6 因此了解設(shè)施農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)中冬季不同低溫災(zāi)害指標發(fā)生的時空分布規(guī) 律 并進行風(fēng)險評估具有重要意義 中國幅員遼闊 各地氣候差異較大 且設(shè)施類 型的后墻和覆蓋材料不同 抗低溫的能力也不盡相 同 尤其在冬季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 最低氣溫的高低決定 設(shè)施農(nóng)業(yè)類型 運行成本及設(shè)施作物是否健康生長 發(fā)育 7 目前國內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)低溫災(zāi)害風(fēng)險的研究主 要集中在兩方面 一是針對單一設(shè)施類型的低溫風(fēng) 險 如研究發(fā)現(xiàn)北方以日光溫室低溫冷害風(fēng)險為 主 8 11 南方以塑料大棚低溫凍害風(fēng)險為主 12 二是 針對設(shè)施內(nèi)具體作物的風(fēng)險 多以不同地區(qū)的日光 溫室黃瓜 13 14 和番茄 15 等設(shè)施果菜研究為主 受 氣候和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟水平影響 設(shè)施農(nóng)業(yè)低溫風(fēng)險研究 成果應(yīng)用具有一定的地域局限性 如外界氣溫低 于 9 時 山東省日光溫室黃瓜可能發(fā)生低溫冷害 樂章燕 石茗化 李 德 等 河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險評估 J 干旱氣象 2022 40 4 667 676 LEZhangyan SHIMinghua LI De etal RiskassessmentoflowtemperaturedisasterinwinterforfacilityagricultureinHenanProvince J JournalofAridMeteorology 2022 40 4 667 676 DOI 10 11755 j issn 1006 7639 2022 04 0667 收稿日期 2021 03 04 改回日期 2021 06 01 基金項目 中國氣象局 河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點開放實驗室基金項目 AMF201906 資助 作者簡介 樂章燕 1979 女 高級工程師 主要從事農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險評估 E mail 110312086 通信作者 霍治國 1965 男 研究員 主要從事氣候資源利用和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究 E mail huozg 40卷干 旱 氣 象 風(fēng)險 3 而天津市日光溫室黃瓜 16 和河南省塑料大 棚黃瓜 17 則可能發(fā)生低溫凍害風(fēng)險 在河南省設(shè) 施農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中 以往單一設(shè)施農(nóng)業(yè)類型風(fēng)險評 估研究不能對設(shè)施形式的布局進行選擇 18 19 出現(xiàn) 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型與當(dāng)?shù)貧夂驐l件不適宜的現(xiàn)象 致使設(shè)施內(nèi)作物生長過程中發(fā)生不同程度低溫災(zāi) 害 對其品質(zhì)和產(chǎn)量有一定影響 因此本文針對河 南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)類型多樣性的生產(chǎn)實際 利用河 南省113個國家自動氣象站近37a觀測資料 采用 數(shù)理統(tǒng)計方法 對河南省主要設(shè)施農(nóng)業(yè)類型的低溫 災(zāi)害風(fēng)險進行研究 以期為各地因地制宜選擇設(shè)施 農(nóng)業(yè)類型 減少或避免冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險及科學(xué)合 理利用氣候資源提供參考 1 資料與方法 1 1 資 料 所用資料為中國氣象局提供的河南省113個國 家氣象站 圖1 1981 2018年冬季 12月至翌年 2月 逐日最低氣溫觀測資料 中國科學(xué)院遙感與數(shù) 字地球研究所發(fā)布的2015年全球30m精細地表覆 蓋產(chǎn)品 產(chǎn)品編號為XDA19090201 001 http data 繪制低溫災(zāi)害風(fēng)險圖 2016 2018年河南省冬季低 溫災(zāi)情數(shù)據(jù) 指因低溫災(zāi)害引發(fā)設(shè)施作物受災(zāi)數(shù) 據(jù) 包括持續(xù)時間 發(fā)生區(qū)域和危害程度 來源于服 務(wù)過程中記錄 文獻收集 4 20 以及媒體報道 文中附圖涉及河南省及其市 縣 行政邊界均 基于自然資源網(wǎng)政務(wù)服務(wù)平臺 測繪地理信息 下 載的審圖號為GS 2019 1822號的標準地圖制作 底 圖無修改 1 2 方 法 1 2 1 冬季低溫災(zāi)害指數(shù) 冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 從經(jīng)濟回報效益和能源 消耗考慮 若一地出現(xiàn)某種設(shè)施農(nóng)業(yè)類型不能抵御 冬季某一低溫災(zāi)害指標的氣候概率P 0 80時 說明 此地不適宜發(fā)展該設(shè)施農(nóng)業(yè)類型 7 采用信息擴散 理論 21 計算某一低溫災(zāi)害指標的氣候概率時 當(dāng)樣 本容量較小時 簡單正態(tài)分布優(yōu)于指數(shù)分布和對數(shù) 正態(tài)分布 因此利用正態(tài)擴散模型計算該低溫災(zāi)害 指標的氣候概率 假設(shè)某地n年內(nèi)年最低氣溫的記錄集為X x 1 x 2 x n 以 此 來 確 定 離 散 論 域 U u 1 u 2 u n 年最低氣溫觀測樣本點x按照公式 1 將所攜帶的信息擴散至U中所有點 21 f u j 1 h 2 exp x u j 2 2h 2 1 式中 u j 為離散論域U中第j個點 h為擴散系數(shù) 可 以根據(jù)某一低溫災(zāi)害樣本最大值b 最小值a及樣本 數(shù)量確定 22 當(dāng)樣本數(shù)量n 11時 21 h 2 6851 b a n 1 年最低氣溫標準差 反映某地歷年的年最低 氣溫數(shù)據(jù)離散程度 或稱波動程度 23 標準差越 大 冬季年低溫波動程度越大 對當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)影 響也越大 低溫發(fā)生頻率 F 指某地歷年出現(xiàn)某一 低溫災(zāi)害指標的年數(shù)與總年數(shù)之比 反映受低溫風(fēng) 險影響程度 7 低溫發(fā)生強度 k 是指某地冬季某一 設(shè)施農(nóng)業(yè)類型遭受低溫災(zāi)害的強度 7 具體公式為 k d N 其中d為某地歷年冬季出現(xiàn)某一低溫災(zāi)害 指標的平均日數(shù) N為該地歷年冬季平均日數(shù) 1 2 2 冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險指數(shù) 低溫氣候概率 P 標準差 發(fā)生頻率 F 發(fā)生強度 k 在一定程度上能反映冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)受 低溫災(zāi)害影響的程度 對上述4個指數(shù) P F k 進行歸一化處理 且用等權(quán)重法計算低溫災(zāi)害風(fēng)險 指數(shù) M 具體公式 7 如下 Y ij y ij y j min y j max y j min 2 M i 1 4 j 1 4 Y ij 3 式中 Y ij 為第i站 第j個低溫災(zāi)害指數(shù)的歸一化值 i 1 2 3 113 j 1 2 3 4 y ij 為第i站 第j個低 溫災(zāi)害指數(shù)值 y jmax 和y jmin 分別為113站第j個低溫災(zāi) 害指數(shù)的最大值和最小值 M i 為第i站低溫災(zāi)害風(fēng) 圖1 河南省地形 彩色填色區(qū) 單位 m 及國家氣象 觀測站分布 Fig 1 Distributionoftopography colorshadedarea Unit m andnationalmeteorologicalobservationstations inHenanProvince 668 第4期 樂章燕等 河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險評估 險指數(shù) 2 結(jié)果與分析 2 1 不同設(shè)施類型的低溫災(zāi)害指標 河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)類型主要以塑料大棚和 日光溫室為主 但部分地區(qū)仍采用塑料小拱棚生 產(chǎn) 根據(jù)設(shè)施栽培的技術(shù)要點 24 26 和設(shè)施農(nóng)業(yè)類 型特點 27 冬季出現(xiàn)低溫災(zāi)害指標小于等于 5 3 的氣候概率大于等于0 80的地區(qū)不能采用 單層塑料大 小 拱棚進行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 根據(jù)不 同設(shè)施農(nóng)業(yè)類型采取不同覆蓋方式的增溫幅度 28 和作物生長發(fā)育溫度的界限指標 得出不同設(shè)施農(nóng) 業(yè)類型的外界低溫災(zāi)害指標I t 表1 2 2 不同低溫災(zāi)害指標下低溫災(zāi)害指數(shù)的時空分 布特征 圖2為1981 2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指 標小于等于 3 0 5 0 的氣候概率 發(fā)生頻 率 發(fā)生強度及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢的時空分布 可 以看出 河南省各地低溫災(zāi)害指標小于等于 3 0 的氣候概率和發(fā)生頻率均達到1 00 低溫災(zāi)害指標 小于等于 3 0 的發(fā)生強度 k 呈南弱北強趨勢 其中信陽 除了息縣北部和市轄區(qū)北部外 南陽西 峽縣南部和淅川縣北部的小部分地區(qū)k 0 20 駐馬 店中南部 南陽中南部和周口西南部0 20 k 0 30 南陽北部和鎮(zhèn)平縣 駐馬店北部 漯河 許昌 大部 周口大部 商丘西南部和夏邑縣中東部及永 城市西部 開封中西部 鄭州大部 洛陽中東部和焦 作中部0 30 k 0 40 平頂山中西部 許昌鄢陵縣 北部和襄城縣西部 洛陽西北部和東部 三門峽中 部和東部 濟源 焦作西部和東部 新鄉(xiāng) 開封尉氏 縣中部和北部 商丘中西部和東南部0 40 k 0 50 三門峽西部和澠池縣西部 安陽 除滑縣南部 外 鶴壁和濮陽k 0 50 低溫災(zāi)害指標小于等 于 3 0 的出現(xiàn)日數(shù)整體呈顯著減少或極顯著減 少趨勢 F檢驗 29 極顯著 顯著分別表示通過 0 01 0 05的顯著性檢驗 不顯著表示未通過檢 驗 下同 信陽中南部和南陽東南部呈增加趨勢 但變化趨勢不顯著 因此即使在氣候變暖背景下 各地也不能采用單層的塑料大 小 拱棚形式進行 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 只能通過提高設(shè)施保溫能力生產(chǎn)耐 寒蔬菜 河南省各地低溫災(zāi)害指標小于等于 5 0 的 氣候概率和發(fā)生頻率均超過0 86 其發(fā)生強度仍呈 南弱北強趨勢 其中信陽 駐馬店南部 南陽淅川縣 西部 鄧州東北部及新野縣西部發(fā)生強度k 0 10 南陽大部 駐馬店中北部 漯河 周口 商丘西南部 開封中西部 許昌大部 平頂山南部和北部 鄭州大 部 洛陽東北部 濟源北部 焦作中部等地區(qū)0 10 k 0 20 平頂山中部 洛陽西部 三門峽中部 濟源 東部 焦作西部 新鄉(xiāng) 鶴壁南部 安陽南部 開封東 部和商丘大部0 20 k 0 30 三門峽西北部和東 部 鶴壁中北部 安陽大部和濮陽區(qū)域k 0 30 除 信陽南部外各地低溫災(zāi)害指標小于等于 5 0 的 出現(xiàn)日數(shù)仍呈減少趨勢 且大部分地區(qū)出現(xiàn)日數(shù)呈 極顯著減少趨勢 因此河南南部采用塑料大棚形 式生產(chǎn)耐寒蔬菜時 也需覆蓋3層膜提高保溫能力 同時生產(chǎn)中應(yīng)常備草苫等必要的保溫材料 應(yīng)對強 降溫天氣 圖3為1981 2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指 標小于等于 8 0 10 0 的氣候概率 發(fā)生頻 率 發(fā)生強度及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢的時空分布 可 以看出 低溫災(zāi)害指標小于等于 8 0 的氣候概率 和發(fā)生頻率 除了信陽 駐馬店中南部和南陽中西 部在0 70以下 其他地區(qū)均在0 70以上 河南省低 溫災(zāi)害指標小于等于 8 0 的發(fā)生強度總體不強 除濮陽 安陽大部和鶴壁北部發(fā)生強度k 0 10外 其他地區(qū)基本上k 0 10 鄭州中西部 洛陽大部 平 頂山西部和許昌西部k 0 05且冬季低溫災(zāi)害指標 小于等于 8 0 的出現(xiàn)日數(shù)呈顯著減少趨勢 這些 地區(qū)在暖冬年份可以通過 1層氈布 2層膜 的塑料 大棚方式進行設(shè)施蔬菜生產(chǎn) 信陽市轄區(qū) 息縣以 南 南陽淅川縣和鄧州市部分區(qū)域低溫災(zāi)害指標小 于等于 8 0 的氣候概率和發(fā)生頻率均在0 50以 下 發(fā)生強度在0 05以下 這些區(qū)域的設(shè)施農(nóng)業(yè)類 型可采取 1層氈布 2層膜 的塑料大棚方式進行設(shè) 施作物生產(chǎn) 信陽的固始縣和商城縣 南陽淅川縣 內(nèi)鄉(xiāng)縣 表1 塑料大 小 拱棚和日光溫室不同保溫措施下外界 低溫災(zāi)害指標 Tab 1 Thelowtemperaturedisasterindexforlarge small plasticgreenhousesandsolargreenhousesunder differentinsulationmeasures 設(shè)施類型 塑料小拱棚 塑料大拱棚 日光溫室 覆蓋方式 2層膜 3層膜 1層氈布 2層膜 1層氈布 1層氈布 1層膜 1層棉被 1層氈布 1層膜 低溫災(zāi)害指標I t I t 3 0 I t 5 0 I t 8 0 I t 10 0 I t 12 0 I t 15 0 669 40卷干 旱 氣 象 和鄧州市低溫災(zāi)害指標小于等于 10 0 的氣候概 率P 0 20 信陽大部和南陽新野縣0 20 P 0 30 信陽市轄區(qū)南部和息縣南部 南陽中東部 駐馬店 大部 周口中南部 漯河?xùn)|南部 平頂山北部 許昌 圖2 1981 2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標小于等于 3 0 a b c d 5 0 e f g h 的氣候概率 a e 發(fā)生頻率 b f 發(fā)生強度 c g 及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢 d h 的時空分布 Fig 2 Temporalandspatialdistributionofclimateprobability a e occurrencefrequency b f occurrenceintensity c g andclimatetrendsofoccurrencedays d h oflowtemperaturedisasterindexlessthanorequalto 3 0 a b c d and 5 0 e f g h inHenanProvinceinwinterduring1981 2018 670 第4期 樂章燕等 河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險評估 西北部 洛陽大部 三門峽市轄區(qū) 濟源中西部 焦 作北部和東南部 鄭州中西部0 30 P 0 50 其他 地區(qū)P 0 50 其中鶴壁 安陽和濮陽高達0 80以 上 信陽 南陽 駐馬店 周口大部 商丘柘城縣西南 圖3 1981 2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標小于等于 8 0 a b c d 10 0 e f g h 的氣候概率 a e 發(fā)生頻率 b f 發(fā)生強度 c g 及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢 d h 的時空分布 Fig 3 Temporalandspatialdistributionofclimateprobability a e occurrencefrequency b f occurrenceintensity c g andclimatetrendsofoccurrencedays d h oflowtemperaturedisasterindexlessthanorequalto 8 0 a b c d and 10 0 e f g h inHenanProvinceinwinterduring1981 2018 671 40卷干 旱 氣 象 部 漯河?xùn)|南部 平頂山大部 許昌東北部 洛陽大 部 三門峽市轄區(qū)和陜縣北部 濟源大部 焦作大 部 鄭州大部 開封通許縣低溫災(zāi)害指標小于等 于 10 0 的發(fā)生頻率F 0 50 其他地區(qū)F 0 50 各地低溫災(zāi)害指標小于等于 10 0 的發(fā)生強度 k 0 10 其中安陽西北部和東北部 濮陽大部 k 0 05 其他地區(qū)k 0 05 河南大部分地區(qū)低溫災(zāi) 害指標小于等于 10 0 的出現(xiàn)日數(shù)呈減少趨勢 但大部分地區(qū)減少趨勢未通過 0 05的顯著性檢 驗 隨著氣候變暖 極端天氣增多 駐馬店 南陽等地 的部分地區(qū)低溫災(zāi)害指標小于等于 10 0 的出現(xiàn) 日數(shù)呈增加趨勢 但未通過 0 05的顯著性檢驗 因此低溫災(zāi)害指標小于等于 10 0 的氣候概率和 發(fā)生頻率均在0 50以下的地區(qū)可以考慮塑料大棚 形式生產(chǎn) 需覆蓋 1層氈布 2層膜 在生產(chǎn)中應(yīng)關(guān) 注強降溫 寒潮和持續(xù)性低溫天氣 低溫災(zāi)害指標小 于等于 10 0 的氣候概率和發(fā)生頻率均在0 50以 上的地區(qū)需發(fā)展日光溫室進行設(shè)施作物生產(chǎn) 圖4為1981 2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指 標小于等于 12 0 15 0 時的氣候概率 發(fā)生 頻率 發(fā)生強度及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢的時空分布 可以看出 三門峽西部和東北部 洛陽西北部 焦作 溫縣東部 商丘大部 開封東北部 新鄉(xiāng)中東部 鶴 壁 安陽和濮陽低溫災(zāi)害指標小于等于 12 0 的 氣候概率P 0 30 其他地區(qū)P 0 30 其中安陽和 濮陽P 0 50 從低溫災(zāi)害指標小于等于 12 0 的 發(fā)生頻率看 商丘的永城 虞城縣 市 轄區(qū)東部和 睢縣東部 開封東部 三門峽西部和東部 新鄉(xiāng)中東 部 鶴壁 安陽和濮陽等地發(fā)生頻率F 0 30 其他 地區(qū)F 0 30 其中鶴壁東部 安陽大部和濮陽全境 區(qū)域F 0 70 但低溫災(zāi)害指標小于等于 12 0 的 發(fā)生強度均在0 03以下 且低溫災(zāi)害指標小于等 于 12 0 的出現(xiàn)日數(shù)趨勢大多呈減少趨勢 未通 過 0 05顯著性檢驗 根據(jù)作物生長基本溫度 指標和不同設(shè)施農(nóng)業(yè)類型的保溫能力 低溫災(zāi)害指 標小于等于 12 0 的氣候概率在0 30以下的區(qū)域 可以采用 1層氈布 1層膜 的日光溫室類型 但氣 候概率在0 30以上的區(qū)域 冬季若進行設(shè)施喜溫作 物的生產(chǎn) 需提高設(shè)施的保溫能力 常備增溫材料 或加溫設(shè)備 除三門峽中部 商丘東部 鶴壁北部 安陽大部 和濮陽外 河南省大部分地區(qū)低溫災(zāi)害指標小于等 于 15 0 的P 0 10 其中安陽內(nèi)黃縣和濮陽這些 區(qū)域的氣候概率較高 P 0 20 從低溫災(zāi)害指標小 于等于 15 0 的發(fā)生頻率和發(fā)生強度來看 1981 2018年河南大部分地區(qū)未出現(xiàn)小于等于 15 0 的低溫 從低溫災(zāi)害指標小于等于 15 0 的出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢看 整體呈減少趨勢 因此在 低溫災(zāi)害指標小于等于 15 0 的氣候概率較高的 區(qū)域 需采用 1層棉被 1層氈布 1層膜 日光溫室 的設(shè)施農(nóng)業(yè)類型提升保溫能力 方能抵御強低溫的 危害 2 3 冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險評估和對策 對河南省主要適宜發(fā)展的塑料大棚和日光溫 室2種設(shè)施農(nóng)業(yè)類型進行風(fēng)險評估 考慮不同等級 低溫災(zāi)害指標的低溫災(zāi)害指數(shù)時空分布和設(shè)施農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)過程中投資成本 綜合表1中塑料大 小 拱 棚和日光溫室不同保溫措施下外界低溫災(zāi)害指標 確定塑料大棚和日光溫室發(fā)展的界限溫度指標分 別為 5 和 10 利用有序樣本聚類法 30 并結(jié)合 災(zāi)害年調(diào)查驗證 7 方法 得到塑料大棚和日光溫室 的低溫災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)等級 表2 結(jié)合圖5 a 和表2可知 各地在塑料大棚生產(chǎn) 中 均會遭受不同程度低溫災(zāi)害 其中大部分塑料 大棚種植區(qū)遭受低溫災(zāi)害的風(fēng)險值超過0 52 為重 度風(fēng)險區(qū) 可采用 1層氈布 2層膜 的形式生產(chǎn)耐 寒蔬菜 尤其1月要備好保溫材料提升設(shè)施保溫能 力 應(yīng)對強降溫 寒潮和持續(xù)性低溫天氣 安陽 濮 陽 商丘東南部及三門峽部分區(qū)域塑料大棚的低溫 災(zāi)害風(fēng)險值大于0 76 為特重風(fēng)險區(qū) 說明這些地 區(qū)冬季不適宜采取塑料大棚形式進行設(shè)施農(nóng)業(yè)生 產(chǎn) 與實際生產(chǎn)基本相符 信陽大部和南陽淅川縣 鄧州市 周口太康縣 西華縣和鄲城縣遭受的低溫 災(zāi)害為中度風(fēng)險 可采用覆蓋3層膜的塑料大棚形 式生產(chǎn)耐寒蔬菜 若生產(chǎn)喜溫作物需采用 1層氈 布 2層膜 的塑料大棚形式 信陽固始縣和商城縣 低溫災(zāi)害的風(fēng)險值小于0 33 為輕度風(fēng)險 在生產(chǎn) 中可采用3層膜的塑料大棚形式 結(jié)合圖5 b 和表2可知 南陽淅川縣和鄧州市 綜合風(fēng)險值小于0 18 即冬季采用日光溫室進行設(shè) 施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時基本無低溫災(zāi)害風(fēng)險 但考慮日光溫 室投資成本等因素 即使無風(fēng)險 這些地區(qū)也不宜 發(fā)展日光溫室 日光溫室輕度風(fēng)險區(qū)主要集中在3 個區(qū)域 信陽大部 南陽中西部和駐馬店南部 平頂 山汝州市 鄭州西部和焦作中部 洛陽嵩縣 宜陽縣 中東部 新安縣南部 市轄區(qū)西部 偃師市南部和伊 川大部 這些地區(qū)可以采取1層氈布的日光溫室形 式生產(chǎn)蔬菜 在冷冬年份 需提高保溫能力進行生 產(chǎn) 中度風(fēng)險區(qū)主要集中3個區(qū)域 南陽東部 駐馬 店 漯河南部 周口大部 商丘西南部和開封南部 672 第4期 樂章燕等 河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險評估 平頂山大部 許昌東北部 鄭州東部 焦作東部和新 鄉(xiāng)西部 三門峽中部和東北部 濟源和洛陽東北部 這些地區(qū)可采取 1層氈布 1層薄膜 進行設(shè)施農(nóng)業(yè) 生產(chǎn) 漯河北部 許昌中東部 周口東北部 開封大 圖4 1981 2018年河南省冬季低溫災(zāi)害指標小于等于 12 0 a b c d 15 0 e f g h 的氣候概率 a e 發(fā)生頻率 b f 發(fā)生強度 c g 及出現(xiàn)日數(shù)氣候趨勢 d h 的時空分布 Fig 4 Temporalandspatialdistributionofclimateprobability a e occurrencefrequency b f occurrenceintensity c g andclimatetrendsofoccurrencedays d h oflowtemperaturedisasterindexlessthanorequalto 12 0 a b c d and 15 0 e f g h inHenanProvinceinwinterduring1981 2018 673 40卷干 旱 氣 象 部 新鄉(xiāng)大部 鶴壁南部 安陽南部和商丘大部等這 些區(qū)域在日光溫室生產(chǎn)過程中遭受低溫災(zāi)害等級 為重度風(fēng)險 可采用 1層氈布 1層膜 的日光溫室 形式生產(chǎn) 鶴壁東部 安陽大部地區(qū)和濮陽的日光 溫室低溫災(zāi)害風(fēng)險 特重 達到最高 需采取 1層棉 被 1層氈布 1層膜 方式生產(chǎn)作物 中度和特重風(fēng) 險區(qū) 均需關(guān)注1月的強降溫 寒潮和持續(xù)性低溫天 氣 常備保溫材料 如保溫塊 棉被等 提升設(shè)施保 溫能力 3 結(jié)論與討論 3 1 討 論 在河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 設(shè)施內(nèi)部溫度 高低主要依賴于外界氣象條件 常因強降溫天氣出 現(xiàn)低溫災(zāi)害 杜子旋等 17 曾以日最低氣溫為致災(zāi)指 標 對河南省單一設(shè)施類型塑料大棚主要種植的蔬 菜黃瓜和西紅柿低溫冷害風(fēng)險進行研究 認為低風(fēng) 險區(qū)在河南南部 本文對塑料大棚風(fēng)險區(qū)評估結(jié)論 與其基本一致 由于在河南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中 設(shè)施類型多 樣 本文綜合4個低溫災(zāi)害指數(shù)對河南省2種主要 設(shè)施類型的低溫災(zāi)害進行風(fēng)險評估 雖然較已有單 一設(shè)施類型低溫災(zāi)害風(fēng)險研究 11 有所改進 但在確 定低溫災(zāi)害指標時僅考慮不同覆蓋方式的保溫效 果 實際上設(shè)施內(nèi)溫度還與覆蓋物質(zhì)量 管理水平 后墻材質(zhì) 31 等因素有關(guān) 因而 本文給出的低溫災(zāi) 害指標可隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高進行 修正 同時在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 不同作物各個生育 期遭受低溫災(zāi)害的下限指標并不相同 如番茄在苗 期遇小于等于5 的低溫和花果期遇小于等于8 的低溫則易受低溫災(zāi)害風(fēng)險 而甜椒在苗期遇小于 等于10 的低溫和花果期遇小于等于12 的低溫 則易受低溫災(zāi)害風(fēng)險 19 25 26 因此在今后的研究中 還應(yīng)結(jié)合不同作物的生育期進行具體風(fēng)險分析 增 強研究和成果應(yīng)用的針對性 此外 在低溫災(zāi)害風(fēng)險評估時 耦合了地表覆 蓋數(shù)據(jù)中的耕地數(shù)據(jù) 但由于河南省地形復(fù)雜 局 地小氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有一定影響 因此在今后研 究中也應(yīng)考慮地形 32 等因素的影響 以期為設(shè)施農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)布局提供更具體更優(yōu)化的方案 3 2 結(jié) 論 根據(jù)河南省主要設(shè)施農(nóng)業(yè)類型的不同覆蓋方 式所能抵御低溫界限指標和作物生長發(fā)育對溫度 的基本要求 綜合得出冬季生產(chǎn)中主要設(shè)施農(nóng)業(yè)類 型低溫災(zāi)害指標 進而提出河南省適宜各地發(fā)展的 設(shè)施農(nóng)業(yè)類型 更接近生產(chǎn)實際 具體結(jié)論如下 1 河南省各地均不適宜發(fā)展塑料小拱棚 塑 料大棚與日光溫室應(yīng)是河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)的主 要生產(chǎn)形式 信陽大部 南陽部分地區(qū) 鄭州中西 部 洛陽大部 平頂山西部和許昌西部可采取 1層 氈布 2層膜 的塑料大棚形式進行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 表2 河南省冬季設(shè)施農(nóng)業(yè)低溫災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)等級 Tab 2 Thegradeclassificationoflowtemperaturedisaster riskindexoffacilityagricultureinwinterinHenanProvince 低溫災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)M 塑料大棚 M 0 15 0 15 M 0 33 0 33 M 0 52 0 52 M 0 76 M 0 76 日光溫室 M 0 18 0 18 M 0 36 0 36 M 0 50 0 50 M 0 66 M 0 66 風(fēng)險等級 無 輕度 中度 重度 特重 圖5 河南省冬季塑料大棚 a 日光溫室 b 低溫災(zāi)害風(fēng)險分布 Fig 5 Theriskdistributionoflowtemperaturedisasterinplasticgreenhouses a andsolargreenhouse b inwinterinHenan Province 674 第4期 樂章燕等 河南省設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季低溫災(zāi)害風(fēng)險評估 北部的鶴壁 安陽和濮陽需發(fā)展日光溫室才能保證 設(shè)施作物生長 濮陽和安陽以日光溫室的設(shè)施類 型進行生產(chǎn)時 還應(yīng)儲備一定的保溫材料 避免因 出現(xiàn)強降溫 寒潮和持續(xù)性低溫天氣對作物造成低 溫危害 2 在現(xiàn)有的氣象要素監(jiān)測時段內(nèi) 河南省冬 季各地不同等級的低溫災(zāi)害風(fēng)險有一定的區(qū)域性 中南部主要以塑料大棚的形式進行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 其中信陽固始縣和商城縣為低溫災(zāi)害輕度風(fēng)險區(qū) 信陽大部 南陽部分地區(qū)和周口為中度風(fēng)險區(qū) 其 他地區(qū)為重度風(fēng)險區(qū) 北部以日光溫室的形式進行 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 濮陽 安陽和鶴壁的部分地區(qū)為低 溫災(zāi)害特重風(fēng)險區(qū) 參考文獻 1 王牧野 中國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)效率研究 以果菜為例 D 北京 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2020 2 國家統(tǒng)計局農(nóng)村社會經(jīng)濟調(diào)查局 中國縣域統(tǒng)計年鑒 縣市卷 M 北京 中國科學(xué)出版社 2018 3 薛曉萍 李楠 楊再強 日光溫室黃瓜低溫冷害風(fēng)險評估 技術(shù)研究 J 災(zāi)害學(xué) 2013 28 3 61 65 4 程芳芳 楊光仙 李紅衛(wèi) 等 2018年1月河南省暴雪寒潮 天氣對設(shè)施農(nóng)業(yè)的影響評估 J 科學(xué)技術(shù)與工程 2020 20 4 1344 1348 5 王謙 孫治強 陳景玲 河南省日光溫室低溫寡照游程特 征研究 J 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2004 35 1 125 128 6 程芳芳 鄭州霧霾寡照天氣大棚小氣候特征及低溫預(yù)報 J 農(nóng)學(xué)學(xué)報 2015 5 2 105 108 7 李德 楊太明 劉瑞娜 等 安徽省設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季低溫風(fēng) 險分析和區(qū)劃 J 中國農(nóng)業(yè)氣象 2013 34 6 703 709 8 孫智輝 冬季強低溫天氣對日光溫室作物的影響 J 氣 象科技 2004 32 2 126 131 9 孫智輝 李宏群 鄭小陽 延安日光溫室冬季低溫凍害天 氣分析與預(yù)報 J 中國農(nóng)業(yè)氣象 2005 26 3 197 199 10 魏瑞江 李春強 康西言 河北省日光溫室低溫寡照災(zāi) 害風(fēng)險分析 J 自然災(zāi)害學(xué)報 2008 17 3 56 62 11 楊再強 張婷華 黃海靜 等 北方地區(qū)日光溫室氣象災(zāi) 害風(fēng)險評價 J 中國農(nóng)業(yè)氣象 2013 34 3 342 349 12 楊再強 朱凱 趙翔 等 中國南方塑料大棚氣象災(zāi)害風(fēng) 險區(qū)劃 J 自然災(zāi)害學(xué)報 2012 21 5 213 221 13 李楠 陳辰 張繼波 等 日光溫室黃瓜低溫冷害預(yù)警模 型構(gòu)建技術(shù)研究 J 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015 47 9 106 111 14 柳芳 陳思寧 黎貞發(fā) 低溫對天津日光溫室黃瓜產(chǎn)量 的影響 J 氣象與環(huán)境科學(xué) 2021 44 3 69 75 15 李楠 陳辰 張繼波 等 近30年山東省日光溫室番茄低 溫冷害發(fā)生規(guī)律研究 J 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016 48 9 110 114 16 陳思寧 柳芳 黎貞發(fā) 等 基于不同發(fā)育期的日光溫室 黃瓜低溫冷害風(fēng)險評估研究 J 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃 2016 37 2 154 160 17 杜子旋 劉忠陽 曹淑超 低溫冷害對河南省設(shè)施農(nóng)業(yè) 的影響分析 J 氣象與環(huán)境科學(xué) 2014 37 1 5 12 18 魏瑞江 王鑫 國內(nèi)設(shè)施種植氣象災(zāi)害研究進展 J 海 洋氣象學(xué)報 2021 41 4 73 81 19 薛曉萍 設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害及風(fēng)險區(qū)劃 黃淮海與環(huán)渤 海設(shè)施蔬菜優(yōu)勢區(qū)域 M 北京 氣象出版社 2021 20 王記芳 左旋 朱業(yè)玉 1961 2019年河南省寒潮時空 分布及其對農(nóng)業(yè)的影響 J 氣象與環(huán)境科學(xué) 2021 44 4 8 15 21 黃崇福 自然災(zāi)害風(fēng)險評價 理論與實踐 M 北京 科 學(xué)出版社 2005 22 黃崇福 用信息擴散模型改進臺風(fēng)風(fēng)險估計 J 系統(tǒng)工 程理論與實踐 2018 38 9 2315 2325 23 魏淑秋 農(nóng)業(yè)氣象統(tǒng)計 M 福州 福建科學(xué)技術(shù)出版 社 1985 24 吳堅 群落有序樣本的一種聚類分析方法 J 生物數(shù)學(xué) 學(xué)報 1996 11 3 11 14 25 馬占元 日光溫室實用技術(shù)大全 M 石家莊 河北科 學(xué)技術(shù)出版社 1997 26 張福墁 設(shè)施園藝學(xué) M 北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社 2010 112 177 27 王少斌 陳振開 潘洪玉 等 日光溫室蔬菜栽培 M 北 京 金盾出版社 1997 28 吳曼麗 張淑杰 孫立德 等 不同類型日光溫室氣溫對 比分析 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020 48 11 227 234 29 高聿清 吳素文 魯春銘 等 概率論與數(shù)理統(tǒng)計 M 長 春 吉林科學(xué)技術(shù)出版社 1999 30 柴東紅 吳孟恒 李菊香 等 2000年寒潮低溫對不同結(jié) 構(gòu)棚膜溫室效應(yīng)的分析 J 氣象科學(xué) 2002 22 3 367 371 31 魏瑞江 樂章燕 王鑫 等 不同材質(zhì)墻體日光溫室內(nèi)氣 溫演變 J 干旱氣象 2019 37 3 483 489 32 魏瑞江 趙春雷 基于GIS的河北果菜日光溫室最佳發(fā) 展區(qū)域確定 J 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃 2005 26 1 35 38 675 40卷干 旱 氣 象 Risk assessment of low temperature disaster in winter for facility agriculture in Henan Province LEZhangyan 1 2 SHIMinghua 2 LIDe 3 HUOZhiguo 4 DUZixuan 1 5 TANYanjing 6 1 CMA Henan Key Laboratory of Agrometeorological Support and Applied Technique Zhengzhou450003 China 2 Langfang Meteorological Bureau of Hebei Province Langfang065000 Hebei China 3 Suzhou Meteorological Bureau of Anhui Province Suzhou234000 Anhui China 4 Chinese Academy of Meteorological Sciences Beijing100081 China 5 Henan Institute of Meteorological Sciences Zhengzhou450003 China 6 Zhoukou Meteorological Bureau of Henan Province Zhoukou466000 Henan China Abstract Thepurposeofthisstudywastoimproveutilizationrateofclimateresourcesandreasonablyoptimizelayoutofwinterfacil ityagricultureinHenanProvince Basedondailyminimumtemperaturedatafrom113nationalmeteorologicalstationsduring1981 2018inHenanProvince themathematicalstatisticsmethodwasusedtocalculatestandarddeviationofminimumtemperatureinwinter andclimaticprobability frequencyandoccurrenceintensityofdifferentlowtemperaturedisasterindices Thelowtemperatureriskin dexoffacilityagriculturewasconstructedbyusingtheequalweightmethod Thelowtemperaturerisklevelsoffacilityagriculturewere classifiedusingtheoptimalclusteringmethodoforderedsamplescombinedwithlowtemperaturedisasterdata andtheriskassessment wasconductedusingtherisklevelcombinedwithland coverdata Theresultsshowthattheclimaticprobabilityandoccurrencefre quencyoflowtemperaturedisaster lessthanorequalto 5 inallpartsofHenanProvincearemorethan0 80 soitisnotsuitable fordevelopmentofsmallplasticarchsheds anditisnotsuitabletousesingle layerplasticgreenhousesforfacilityagriculturalproduc tion Theclimaticprobabilityandoccurrencefrequencyoftemperaturelessthanorequalto 10 inbothXinyangandsouthernNan yangarelessthan0 20 itissuitablefordevelopmentofplasticgreenhouses Theclimaticprobabilityandoccurrencefrequencyoftem peraturelessthanorequalto 10 inHebi AnyangandPuyangareallmorethan0 80 sointheseregionssolargreenhousesshould bedevelopedtoensurecropgrowthin