复杂地形下的福建省龙眼冻害风险评估_王加义

第34卷Environmental Science &Technology

第34卷第12H 期2011年12月

Vol.34No.12H

Dec.2011

王加义,陈家金,徐宗焕.复杂地形下的福建省龙眼冻害风险评估[J].环境科学与技术,2011,34(12H):362-366.Wang Jia-yi ，Chen Jia-jin ，Xu Zong-huan.

Risk assessment of Longan freezing injury under complicated terrain in Fujian[J].Environmental Science &Technology,2011,34(12H):362-366.

复杂地形下的福建省龙眼冻害风险评估

王加义,陈家金,徐宗焕

（福建省气象科学研究所，福建福州350001）

摘

要：为减小福建省龙眼冻害损失，提高在复杂地形下的防御冻害风险能力，利用福建省67个气象站1950/1951-2009/2010年

60年的极端最低气温资料，融合经纬度、海拔高度、坡度和坡向等地理因子，构建复杂地形条件下的龙眼冻害分布模型，基于GIS 技术分别得出龙眼冻害危险性、暴露性和防灾减灾能力等因子空间分布状态，进而确定龙眼冻害的风险区划并进行风险评估和分析。结果表明：龙眼冻害无(轻)风险区域主要分布在莆田及其以南的沿海县(市)；低风险区域分布比较广泛且零散，总面积较小；中风险区域面积大、

分布广，主要是分布在海拔较高的丘陵山地；高风险区域主要在南平北部的武夷山脉、宁德西北部的鹫峰山脉、龙岩的玳瑁山脉及其它高海拔地区和部分较高海拔的北坡区域。

关键词：风险评估；复杂地形；低温冻害；龙眼中图分类号：X820.4

文献标志码：A

doi ：10.3969/j.issn.1003-6504.2011.12H.087

文章编号：1003-6504(2011)12H-0362-05

Risk Assessment of Longan Freezing Injury under Complicated

Terrain in Fujian

WANG Jia-yi ，CHEN Jia-jin ，XU Zong-huan

（Institute of Meteorology in Fujian Province ，Fuzhou 350001，China ）

《环境科学与技术》编辑部：（网址）ｈｔｔｐ：／／ｆｊｋｓ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ（电话）０２７－８７６４３５０２（电子信箱）ｈｊｋｘｙｊｓ＠１２６．ｃｏｍ

收稿日期：2011-06-22；修回2011－09－23

基金项目：福建省自然科学基金面上项目（2011J01123）；福建省气象局开放式气象科学研究基金项目资助（2010K06，2009K01）

作者简介：王加义（1973-），男，高级工程师，学士，主要从事应用气象和GIS 应用研究，(电话)0591-********（电子信箱）CNFJFZWJY@https://www.wendangku.net/doc/203438594.html, 。

Abstract ：In order to reduce loss of Longan freeze injury in Fujian Province,to improve defense freezing Injury risk ability under complex terrain.To use the extreme minimum temperature data of 67weather station in Fujian from 1950/1951to 2009/2010year,integration of the geographical factors such as latitude,longitude,altitude,latitude,slope and aspect,construction model of Longan freezing injury distribution under the construction complex.Based on the GIS technology,the factors spatial distribution were obtained that included the risk of frost damage,exposure,capacity of disaster prevention and reduction.Contemporarily,the Risk zoning of Longan freezing injury were determined and for risk assessment and analysis.The results showed that the Longan frost-free (light)risk areas were mainly located in Putian and south of the coastal counties.The low-risk areas were distributed more widely scattered,and the total area was smaller.The middling risk areas were large,widely distributed and mainly were distributed in the higher elevations of the hills and mountains.

Key words ：risk assessment ；complex terrain ；freezing injury ；Longan

龙眼是中国南方的名贵特产，重要的亚热带果树

之一，它和荔枝并列为无患子科果树中最优的两种果树。在国际龙眼栽培国家中，中国居首要位置[1]。福建地处中、南亚热带，雨量充沛，日照长，无霜期短，热量资源充足，属温暖湿润的亚热带海洋性季风气候[2]，历

史上福建为中国龙眼栽培最多的省份。

但福建的气象灾害也较为频繁，对龙眼影响最大的是低温冻害。龙眼耐寒力较差，气温降至0℃时幼苗受冻，-0.5～-1℃时，大树表现不同程度的冻害，-4℃时青壮龙眼树会

整株的死亡[3]。近50年来，

福建出现了3年的异常偏冷和2年明显偏冷的低温，这5个年度各气象台站年

景级差达4级。

一旦全省年度极端气温出现异常或明显偏冷，往往会给福建的果树造成不同程度的冻害[4]。低温气候环境已经成为制约福建龙眼高产稳产的主要因素，对其进行冻害风险评估十分必要。

福建地貌可用“八山一水一分田”来概括，局地多样小气候环境造成龙眼低温冻害风险程度各不相同。现有的地面气象站比较稀少，难以全面反映福建省气

第12H 期

温分布状况，以往采取的方法主要是建立平均温度与

经度、

纬度、海拔高度地理三因子的多元回归模型进行模拟[5-7]。一些研究者在气象站点实测数据的基础上，利用GIS 技术获取影响温度分布的地形要素进行温

度空间分布的推算[8-12]，

大幅提高了分辨率，但对最低气温的模拟较少涉及。风险评估方面的文章较多[13-15]，

在复杂地形下进行灾害模式研究有一些论述[16-17]，

但在复杂地形环境下进行龙眼低温冻害风险评估的研究未见相关资料。本文利用GIS ，融合坡度、坡向和海拔高度等地形因子，结合龙眼冻害指标和专家经验，基于风险评估方法分析潜在的龙眼冻害风险程度，明确各级风险区域，进而阐明应对高风险的措施，为福建

龙眼种植和生产的趋利避害、

优化布局提供科学决策依据，研究具有现实意义。1

资料与方法

1.1资料来源与处理1.1.1资料来源

气象资料来源于福建省气象局，包括福建省67个气象站点历年的年度极端最低气温值（T d ），各气象站经纬度和海拔高度（h ）。农业资料来源于福建省统计局，包括历年（1992-2008年）龙眼种植面积和农民

纯收入。

地理信息资料利用“数字福建”提供的1∶25万基础地理背景资料，包括DEM 、行政边界等数据，坡

度、

坡向资料利用福建DEM 数据生成。1.1.2资料处理

利用相关、插补订正和邻站类比的方法将67个气象站点历年T d 值，统一整理为1950/1951-2009/2010年度资料。计算各站的历年T d 平均值记为T id ，代表i 站的多年年度极端最低气温平均值。统计各县（市、区）在60年中T d 在0℃以上（不含0℃，下同）、0～-1℃、-1～-2℃、-2～-3℃、-3℃以下各温度段出现次数，计算出现频率。将频率结果作归一化处理，记

为P ij ，

代表i 县的T d 在j 温度段的发生频率。将龙眼种植面积以县（市、区）为单位进行多年平均，将均值作归一化处理，记为Q i ，代表i 地区历年龙眼平均种植面积。农民纯收入处理方法与龙眼种植面积

处理方法相同，记为S i ，

代表i 地区农民平均纯收入。1.2复杂地形下福建龙眼冻害风险评估方法1.2.1低温冻害风险指数

自然灾害风险是危险性、暴露性和脆弱性相互综合作用的结果，防灾减灾能力对于自然灾害风险度大小也具有一定的影响，因此在区域自然灾害风险形成

过程中，危险性（H

）、暴露性（E ）、脆弱性（V ）和防灾减灾能力(R )是相辅相成的，

是四者综合作用的结果[18]。本研究中龙眼低温冻害的物理暴露性与其脆弱性有

着密切关系，可以用暴露性指标(种植面积)来涵盖脆弱性指标[19](气象减产率)。以龙眼受低温冻害的风险度作为风险评估的指标，参考相关风险量化公式[20]，龙眼低温冻害风险可以表示为：

龙眼低温冻害风险指数（M ）=危险性(H ）＋暴露性(E ）－防灾减灾能力(R ）

相对应的公式表示为：LCDRI i =H i W h +E i W e -R i W r （1）其中，LCDRI i 是i 地区的龙眼低温冻害风险指

数，其数值越大，表示冻害风险越大；

H i 、E i 和R i 分别表示i 地区的低温冻害危险性、暴露性和防灾减灾能

力；

W h 、W e 和W r 分别是危险性、暴露性和防灾减灾能力的权重，采用专家打分法，分别为0.918、0.065、0.017，可以看出冻害危险性所占权重很大，在风险评估中起决定性作用。

1.2.2确定不同地形下的冻害危险性

灾害危险性是指造成灾害的自然变异的程度，主要是由灾变活动规模（强度）和活动频次（概率）决定

的。一般灾变强度越大，频次越高，灾害所造成的损失越严重，灾害的风险也越大。对于龙眼冻害的危险性，以年度最低气温的发生强度G 和发生时间频率P 来表示，其表达式为：

H i =1

1

n

j =0

ΣG ij

P

ij

（n =0,1,2,3,4）（2）

式（2）中n 1为冻害强度出现次数，n 为冻害强度，G ij 为i 地区n 等级冻害强度的权重值，其取值通过专家评分法确定为0、0.05、0.15、0.3、0.5。

首先，建立危险性与经纬度及海拔高度关系模型：

H i ＝-0.000000425x i +0.000000788y i +0.000552h i

-1.965（3）

式（3）中x i 、y i 、h i 为i 地区的经度、纬度和海拔高度，从经济栽培角度考虑，采用10年1遇（即保证率为90%）的H i 来反映龙眼低温冻害危险性。H i 值地理推算模型的复相关系数R =0.8963，F =85.8，f 1=3，f 2=

64，

F 0.01=3.65，F >>F 0.01，相关极显著。根据福建龙眼冻害实际情况，结合有关专家意见，龙眼低温冻害危险性分级指标见表1。

由于地形因素对温度的影响，相同H i 的不同地域往往对龙眼冻害潜在危险程度却不相同，将地形对H i 的影响考虑进来更能反映实际的龙眼冻害情况。地形中的坡向可分为平地、北坡、南坡和东西坡，坡向与地形相对应以正北为0°顺时针旋转的角度表示。在本研究中，限定坡度在40°以内。同等条件下，坡度大，冷

王加义，等复杂地形下的福建省龙眼冻害风险评估

363

第34

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程度暴露性指数防灾减灾能力指数

风险指数高0.1以上0.04以上0.4以上中0.05~0.10.03~0.040.2~0.4低0.01~0.050.02~0.030.1~0.2轻

0.01以下

0.02以下

0.1以下

表2各因子及风险指数的分级标准

冻害危险性

地形90%保证率H i

坡向（°）坡度（°）平地≤0.1

无

≤1北坡≤0.070～45或315～360

1～25南坡≤0.16135～225

1～40平地0.1～0.2无

≤1北坡0.07～0.170～45或315～360

1～25南坡0.16～0.26135～225

1～40平地0.2～0.4无

≤1北坡0.17～0.370～45或315～360

1～25南坡0.26～0.46135～225

1～40严重冻害危险

平地＞0.4无

≤1北坡＞0.370～45或315～360

1～25南坡＞0.46135～225

1～40东、西坡

＞0.42

45～135或225～315

1～40

无（轻）冻害危险

东、西坡≤0.1245～135或225～3151～40中度冻害危险

东、西坡0.12～0.2245～135或225～3151～40重度冻害危险

东、西坡0.22～0.4245～135或225～3151～40表1福建龙眼低温冻害危险性分级指标

空气不易堆积，有利于避冻[21]，潜在危险性相应减小。将H i 与坡度、坡向进行逻辑关系运算，得到综合空间推算模型式(4)～(7)。

H i 1＝（H i ）AND （P D 1）（4）

式（4

）中：H i 1代表平地龙眼冻害危险度；P D 1代表平地坡度，P D 1≤1°。

H i 2＝（（（H i ）AND （P X 2A ））OR （（H i ）AND （P X 2B ）））AND （P D 2）（5）

式（5）中：H i 2代表北坡龙眼冻害危险度；P X 2A 、P X 2B

代表北坡的坡向，0°≤P X 2A ≤45°，315°≤P X 2B ≤360°；P D 2代表北坡坡度，1°＜P D 2≤25°。

H i 3＝（H i ）AND （P X 3）AND （P D 3）（6）

式（6

）中：H i 3代表南坡龙眼冻害危险度；P X 3代表南坡的坡向，135°≤P X 3≤225°；P D 3代表南坡坡度，1°＜P D 3≤40°。

H i 4＝（（（H i ）AND （P X 4A ））OR （（H i ）AND （P X 4B ）））AND （P D 4）（7）

式（7

）中：H i 4代表东、西坡龙眼冻害危险度；P X 4A 、P X 4B 代表东、西坡的坡向，45°＜P X 4A ＜135°，225°＜P X 4B ＜315°；P D 4代表东、西坡坡度，1°＜P D 4≤40°。1.2.3确定冻害风险的其他影响因子

暴露性或承险体是指可能受到危险因素威胁的人员、财产或其他能以价值衡量的事物。一个地区暴露于危险因素的事物越多，则可能遭受的潜在损失就越大，灾害风险越大。本文以龙眼的种植面积作为龙眼冻害风险的暴露性特征，种植面积越大，遭受冻害的潜在损失越大，冻害风险越大，其表达式为：

E i =Q i

（8）

防灾减灾能力表示出受灾区在长期和短期内能够从灾害中恢复的程度，能力越高，可能遭受的潜在

损失越小，灾害风险越小。由于防灾减灾能力包括的范围很广，数据的收集受到条件限制，本研究以农民人均纯收入作为防灾减灾能力因子，其表达式为：

R i =S i

（9）

根据式（1）确定出龙眼的LCDRI i ，形成相应风险区划进行风险评估。根据计算结果和福建省实际情况确定各指标的分级标准，见表2。

2结果与分析

2.1

龙眼冻害危险性及冻害潜在风险空间分布利用上述（4）～（7）公式，分别推算冻害危险性指

标在空间分布的状态，将各级指标图合成，确定福建50m ×50m 网格的龙眼冻害危险性指标在不同坡度、坡向上的分布图。根据表1，将福建分为无(轻)冻害危险、中冻害危险、重冻害危险、严重冻害危险四个区域，叠加福建县级行政边界和政府所在地等图层要素，形成福建龙眼低温冻害危险性复杂地形分布图，见图1。利用公式(8)、

(9)计算得出暴露性和防灾减灾能力指标，为反映全面性，如某区域指标值缺失，则赋予该区域一极小值处理。

根据公式（1）计算得到福建省龙眼在复杂地形下的低温冻害潜在风险指数值分布图，见图2。2.2龙眼冻害风险分析

龙眼冻害无(轻)风险区域分布在莆田及其以南的

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第12H期

沿海市，主要集中在泉州、厦门、漳州3市的东部。福州市的长乐、福清等地有较少分布，以及宁德内湾南坡也有零星分布。该区域龙眼无冻害或少冻害，受冻风险极低，种植面积适中，经济实力雄厚，防灾减灾能力较强，可发展该区的龙眼种植业。今后应着力品种的更新改造，早、中、迟熟品种合理搭配，避免集中上市，同时考虑龙眼的深加工，争取更大经济效益。

龙眼冻害低风险区域分布比较广泛，东至宁德的福鼎，西至龙岩的武平，北至南平的建瓯，南至漳州的诏安。但该区总面积不大，主要分布在闽江干流下游河谷以及沿海各县从平原到丘陵过渡的缓坡地上和内陆低海拔的南坡地上。在本区域区要注意选择有利的地形，例如向阳缓坡地的中坡位地段，适当发展龙眼种植，避开低洼冻害重的地块。

龙眼冻害中风险区域面积较大，从福鼎到诏安均有分布，在龙岩市的东部和南部、福州市的北部和西部也有零星分布，主要是海拔较高的丘陵山地。该区冻害经常且严重，龙眼产量低质量差。因该区冻害风险较高，一般不作为龙眼发展区域，除非个别特别有利的小地形外。

龙眼冻害高风险区域主要在南平北部武夷山脉、宁德的鹫峰山脉、龙岩的玳瑁山脉及其它地区高海拔地区，部分较高海拔的北坡区域也有分布，由于该区冻害发生程度严重、频次较高，不建议种植龙眼。

3讨论和小结

（1）利用坡向、坡度、海拔高度因子可以反映福建省龙眼冻害潜在风险在复杂地形环境下的分布格局。

（2）龙眼冻害无(轻)风险区域分布在莆田及其以南的沿海市，主要集中在泉州、厦门、漳州3市的东部；低风险区域分布比较广泛，但该区总面积不大，主要分布在闽江干流下游河谷以及沿海各县从平原到丘陵过渡的缓坡地上和内陆低海拔的南坡地上；中风险区域面积大、分布广，主要是海拔较高的丘陵山地；高风险区域主要在南平北部武夷山脉、宁德的鹫峰山脉、龙岩的玳瑁山脉及其它高海拔地区和部分较高海拔的北坡区域。

（3）风险评估中危险性因子的比重最大，其他因子对风险指数的影响较小，但在体现风险布局细节和风险划分指标时仍具有重要作用。

根据研究结果，应该在冻害轻风险的气候适宜区大力发展龙眼种植业，在冻害高风险区域，要制定防御气象灾害措施，加强防灾减灾能力建设。尽管本文得出了龙眼在复杂地形环境下的龙眼冻害风险布局，但由于农业资料不完整，难免在部分区域存在误差，需在今后研究中对冻害风险分布做进一步调整。

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