气候变化对猕猴桃主要气象灾害风险的作用

　　IPCC 发布的历次气候变化评估报告均充分证实全球气候系统变暖已是不争的事实。2013 年第五次评估报告（AR5）指出，1880-2012 年全球平均地表温度大约上升了 0.85（0.65-1.06）℃，且陆地增温大于海洋，冬半年大于夏半年，1983-2012 年可能是过去 1400 年中最暖的 30 年。气候变化影响社会发展的各个方面，特别是农业生态系统受气候变化的影响更为直接。近年来，众多学者通过 IPCC 发布的不同阶段的评估报告，针对气候变化对农业生产及经济林果主要气象灾害的影响展开了一系列的研究。潘根兴、刘彦随等针对气候变化对中国农业生产的气象资源、农业生物环境和生态系统的影响进行了研究，指出区域性干旱将成为我国未来农业生产愈来愈严重的挑战。杨晓光、李勇、徐斌等针对全球气候变化对中国种植制度北界及对长江中下游地区单双季稻高低温灾害风险及其产量影响进行了研究。霍治国等对气候变暖对农作物病虫害的影响进行了详细的分类研究。柳晶、郭海英等的研究认为植物物候对气候变化响应比较敏感。杨小利通过对苹果生产对气候变化的评估后认为苹果生长周期延长,邓振镛、姚小英、刘敬强针对西北地区特色作物对气候变化响应进行过研究。

　　霍治国、李世奎等对主要农业气象灾害风险评估技术进行了研究，提出了针对一年生农作物、多年生果树不同承灾体类型的风险概率估算方法及其风险等级划分。贺文丽等以年平均气温、无霜期、年降水量作为区划因子开展了陕西猕猴桃种植气候生态适宜性区划。王景红等基于自然灾害风险形成原理，构建了猕猴桃高温干旱灾害风险评估模型。但针对气候变化对猕猴桃主要气象灾害风险的影响预估研究尚未见相关文献。

　　陕西是全球最大的猕猴桃生产基地，截止 2012 年，全省猕猴桃种植面积 86.40 万亩，产量 82.29万吨，约占全球猕猴桃种植面积的 1/3，全国猕猴桃种植面积的 2/3 以上。猕猴桃也是陕西农业经济的重要支柱产业，平均每亩经济效益达到 6300 元。因此，开展气候变化对猕猴桃主要气象灾害风险影响研究，为应对气候变化，促进猕猴桃产业合理布局，提高猕猴桃生产气象防灾减灾提质增效具有重要的现实意义。

　　1、 资料与方法

　　1.1 资料收集

　　1.1.1 预估数据

　　全球气候模式（GCM）是预估未来气候变化趋势的有效手段，北京气候中心（BCC）发展的全球气候系统模式 BCC_CSM1.1（Beijing Climate Center _Climate System Model version 1.1）参与了世界气候研究计划（WCRP）组织的第五阶段耦合模式发展比较计划（CMIP5）并表现出较强的模拟能力。在AR5 中，采用了 CMIP5 模式和新排放情景，CMIP5 模式耦合了大气、海洋、陆面、海冰、气溶胶和碳循环等多个模块，动态植被和大气化学过程也被耦合。CMIP5 开发了融入政策因素的代表性浓度路径（Representative Concentration Pathways，RCPs）情景数据。采用新的模式和情景，预估准确性有所提高，这也是 AR5 的亮点之一。RCPs 包括 4 种典型浓度路径 RCP8.5、RCP6、RCP4.5、RCP2.6。其中RCP6 与 RCP4.5 情景是通过采取一系列技术和措施来控制温室气体排放不超过目标水平，并使总辐射强迫在 2100 年之前达到稳定的中间稳定路径。气象灾害评估主要涉及气象要素的日变化，因此对极端天气表现能力更强的 RCPs 情景数据在气候变化对农业影响评估方面更有优势。

　　研究使用国家气候中心研究人员利用国际理论物理研究中心的区域气候模式 RegCM4.0，单向嵌套BCC_CSM1.1 气候系统模式，鉴于 RCP4.5 的优先性大于 RCP6，因此对中国地区进行 RCP4.5 排放情景下，1950-2099 年的连续积分模拟结果输出的气温、降水二进制格点数据作为预估基础，模式水平分辨率为 50 km。采用插值方法将格点数据插值到研究区域中的气象站点，生成 1950-2060 年的平均气温、最高气温、最低气温、降水量逐日时间序列数据。

　　1.1.2 基础数据

　　用于计算基准期气象灾害风险指数的数据来源于陕西省气候资料室，主要收集日平均气温、日最高气温、日最低气温、日降水、日照等数据。陕西猕猴桃基地县的种植面积、品种等数据来源于陕西省果业局。陕西省主栽的猕猴桃主要为秦美和海沃德等晚熟品种，占到种植面积的 70%以上，因此猕猴桃主要气象灾害风险的评估时段主要与晚熟品种的特性和物候期一致，根据陕西生态物候监测网对秦美猕猴桃的物候监测，一般树液流动期在 3 月上旬、芽膨大期 3 月下旬、雌花开放盛期在 5 月上旬、可采成熟期在 9 月下旬-10 月上旬、落叶期在 11 月中下旬。

　　1.2 研究方法

　　1.2.1 风险指数计算

　　气象灾害致灾因子的危险性主要表现为其危害强度和发生概率，因而气象灾害的气候风险可用其发生时的危害强度和发生概率来表征。根据柏秦风等的研究成果，构建猕猴桃主要气象灾害风险指数：

　　式中：VH 为某种灾害的气候危险性风险指数，用于表示气候致灾因子风险大小，其值越大，则气候致灾风险程度越大，灾害发生时造成损失越大。sd、md、ld 分别为重度、中度、轻度气象灾害的发生概率，sc、mc、lc 分别为重度、中度、轻度灾害的灾损系数。

　　根据陕西省经济作物气象服务台历次灾害实地调查及有关文献资料，确定了猕猴桃越冬期冻害、芽膨大期冻害、日灼灾害的受灾分析时段、致灾气候因子、成灾等级指标及灾损系数，见表 1。

　　1.2.2 分析时段划分

　　以 1971-2000 年为基准期，预估期分 2001-2030 年和 2031-2060 年两个时段，利用历史基础数据和预估数据，分别计算在基准期和未来不同时段猕猴桃主要种植区三种主要气象灾害风险指数分布，预估未来猕猴桃果区主要气象灾害风险区较基准期的变化情况。

　　2 结果与分析

　　2.1 越冬期冻害风险

　　越冬期冻害是陕西猕猴桃生产中最为普遍也是最主要的气象灾害，主要集中在初挂果果园和长势过旺的果园。通过对基准时段越冬期冻害指数风险进行分析表明，越冬期冻害主要分布在秦岭山区海拔约1000-1400 米的山区，以及关中北部和西部海拔 800-1000 米的大部分地区。该区域中度冻害发生约 2a1遇，同时存在 2-6a1 遇的重度冻害。中度风险区主要分布在陕南米仓山、大巴山、秦岭南麓海拔约800-1000 米的台塬和关中平原北部海拔 500-800 米的地区及关中平原东部海拔 500 米以下部分地区，该区域中度越冬期冻害 2a1 遇，同时存在 3-5a1 遇的轻度冻害。秦岭南麓、米仓山、大巴山以北海拔约600-800 米的大部区域和关中平原处在轻度风险区，轻度冻害约 2-5a 一遇。陕南汉江流域海拔 600 米以下区域基本无风险，该区处在北亚热带季风气候区，冬季气温较关中高，猕猴桃越冬期寒潮降温幅度较小。

　　从预估情况看，在 RCP4.5 排放情景下，未来猕猴桃越冬期冻害的重度及以上风险区和基本无风险区都将逐渐缩小，到 2031-2060 年关中将以中度风险区为主，陕南将基本以轻度风险区为主。全省目前种植面积较为集中的秦岭北麓重点种植区越冬期冻害风险有所增加，其越冬期冻害风险将由轻度风险区变为中度风险区，汉中盆地种植区将由基本无风险区向轻度风险区过渡，而关中北部的次适宜种植区的越冬期冻害风险没有明显增加趋势，秦岭南坡的冻害重度风险去将逐渐减小，逐步变为中度风险区。

　　2.2 芽膨大期冻害

　　陕西猕猴桃种植区 3-4 月的冷空气过程占到全年的 1/3，此时正值猕猴桃芽膨大期，因此常受到冻害影响，从而影响产量和品质。通过分析基准时段芽膨大期冻害风险指数，发现关中的渭南市和铜川市全区，咸阳市的淳化、永寿、礼泉以及宝鸡市的岐山、凤翔、千阳和陇县芽膨大期冻害风险最高，其中中度冻害 3-4a1 遇，同时存在 3-5a1 遇的重度冻害。中度风险区主要分布在关中北部及秦岭南麓的部分地区，其中陕南中度风险区海拔较高，关中区地理略偏北，该区重度冻害 5-12a1 遇、中度冻害 8-12a1遇。秦岭南麓海拔约 800-1000，米仓山、大巴山山区海拔约 800-1200 米的大部分地区以及渭河平原及其两岸海拔约 500-800 米的大部分地区属轻度风险区，中度和轻度芽膨大期冻害发生频率低，危害小。

　　从预估结果来看，未来猕猴桃芽膨大期冻害高风险区将明显减小，风险将以无风险区和中低风险区为主，基本覆盖了目前除关中西部之外的大部分区域。特别是陕南的芽膨大期冻害风险将大大降低。关中中部的芽膨大期冻害风险略有增加，关中北部的越冬期冻害和芽膨大期冻害不容忽视，应是该区域拓展猕猴桃产业应重点关注的气象问题。

　　2.3 日灼灾害

　　陕西晚熟猕猴桃的幼果期和果实膨大期遇到夏季高温过程，易造成果实灼伤，较为严重的可引起落叶落果，严重影响其品质及储藏性。通过分析气候基准时段猕猴桃日灼灾害风险指数，猕猴桃的日灼灾害基本以基本无风险和轻度风险为主，其中基本无风险区主要分布在秦岭南麓及米仓山、大巴山海拔约 1100 米以上的山区，关中西部和北部海拔约 1000 米以上的山区，夏季高温日数少，持续时间短，偶有轻度日灼灾害发生。轻度度风险区主要分布在关中南部、北部和西部以及陕南海拔 500-1000 米的区域，该区以台塬、丘陵为主猕猴桃果实膨大期，轻度日灼灾害 2-7a1 遇，同时存在 3-4a1 遇的重度和中度日灼灾害。中度风险区主要分布在关中中东部，除轻度风险区以外的大部分平原川道地区，另外，陕南的汉江下游和丹江下游两岸有小部分分布,该区地势略偏低、地形以河谷川道为主，夏季受下沉气流影响，高温日数较多，持续时间较长，在猕猴桃果实膨大期易形成高温与干旱相互胁迫的形势，造成猕猴桃膨大期水分欠缺，中度日灼灾害 2-3a1 遇，同时存在 3-4a1 遇的重度灾害。

　　从预估结果来看，未来日灼灾害呈现逐渐加重的趋势，呈现出从东北向西南逐步扩大的趋势，到2001-2030 年，关中东部的渭南市基本都在中度风险区，商洛和汉中部分地区的日灼灾害由轻度和基本无风险区向中度风险区过渡，目前重点扶持种植的秦岭北麓沿线基地县除关中西部外基本都处在中度风险区域。到 2031-2060 年，关中东部、商洛和汉中东部基本都严重的日灼风险。关中以西安为界的东部区域，陕南以安康为界的东部区域基本都在中度风险以上，全省猕猴桃种植区基本无风险区基本消失。

　　3、 讨论

　　气候变化对农业影响的模型模拟通常采用敏感性分析或情景分析，本研究基于 RCP4.5 排放情境下的预估数据对陕西猕猴桃产地的主要气象灾害风险的未来变化进行了评估，该预估数据能够很好地表现出陕西省温度的地理分布特征以及降水由南向北递减的基本特点。原有的气候变化预估研究大多基于IS92、SRES 等情景状况，本研究采用的 RCPs 情景考虑了政策因素，能够更加科学客观的预估未来的气候变化状况，同时 RCPs 情景数据对极端天气预估方面较强，对于研究由极端温度引起的灾害影响评估分析结果更为可信。然而，由于气候预估的复杂性，特别是在区域尺度上的模拟与未来的实际有一定的差异，因此，本研究结果仅从气候模拟角度出发，应存在一定的不确定性。

　　在猕猴桃主要气象灾害成灾等级指标及灾损系数确定方面，本研究均基于原有研究成果及陕西省经济作物气象服务台调查的基础上，对品种及树龄等因素未做区分，而影响猕猴桃种植及对灾害抗逆性的因素除气象条件外还有品种和其它立地条件等。刘占德等的研究表明，陕西关中的猕猴桃冻害程度与树龄和树势有关，初挂果果树和长势较旺的幼树发生较为严重，因此未来的研究中气象灾害及灾损率等指标针对不同的猕猴桃品种或在不同区域内均应有所区别。同时随着气候变化的加剧，作物物候期也将随之发生变化，生长发育速度加快，发育期缩短，其不同发育期所对应的气象灾害风险应与其对应的关键发育阶段息息相关，因此后期在研究气象灾害风险变化中也应注意果树物候期随气候变化发生的变化。

　　4、 结论

　　在最新的排放情景 RCP4.5 下，预计未来陕西秦岭北麓基地县的越冬期冻害和萌芽期冻害风险将较目前有所增加，日灼将成为未来陕西猕猴桃生产中的最主要气象灾害，特别是关中东北部及商洛等地风险极高。陕南的汉中盆地未来三种主要气象灾害的综合风险较低，应为继关中秦岭北麓连片种植区后又一个猕猴桃产业重点发展区域，可在该区适度扩大猕猴桃种植规模。