中级水稻的气象灾害风险评估—–基于湖北省信息传播技术外文翻译资料

 2022-11-28 14:30:30

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中级水稻的气象灾害风险评估-----基于湖北省信息传播技术

摘要：中国水稻（ICR）的产量对湖北省的食品安全性很重要。但是，在该区域，频繁的气象灾害对ICR的产量构成了严重威胁。使用1990年至2009年的产量数据，这份研究通过小样本信息扩散技术就湖北省ICR对气象灾害风险进行了评估。结果表明：ICR气象灾害的低风险，中度和高风险损失大多数普遍每5-10年受到影响，而严重的风险损失一般普遍每二十年受到影响。在综合风险方面，低，高，严重的风险区域覆盖面积分别占研究面积的33.5％，20.0％和46.47％。在区域分布方面，最严重风险最大的气象灾害分布在北，西北，湖北省的江汉平原，其次是湖北东部，西南部和东北部。

1 介绍

中级水稻（ICR）是湖北省主要的作物，其产量占总数的50％以上。 因此，在该区域ICR的产量对食品安全至关重要。 然而，ICR遭遇了气象灾害如洪水，干旱，冰雹和风伤。 鉴于未来气候变化，极端天气灾难发生的频率必将增加（Cheng 2011）。 评估气象灾害对ICR非常重要。

为了加强应对风险防范随着气候变化，学者一直以来都是这样不懈努力。 他们分别从热损伤，冷害，洪水和干旱对水稻进行了气象灾害风险研究（Luo 2009，Wang 2012，Li 2012）。 在研究方法方面，一般从两个方面开始：首先，一些研究利用以前的气象材料，如温度，降雨量和冰雹，结合区域农业生态环境变化，在压力反应的意识形态中揭示风险; 其次，其他研究利用区域气候背景模型数据，在区域大米的前提下，模拟和评估气象风险，构建特殊的农业和生态系统。

以上两种方法是基于环境因素作出的风险分析。然而在水稻生长期的影响因素是众多的，并且它们对水稻的影响太复杂了，无法识别。如果仅通过建筑因素评估系统对水稻的气象风险进行评估，结果将受到主观的影响。 为了减少主观因素的影响，一些研究（Wang 2012，Wang 2013）凭借以前的农业损失物资如受影响地区农业和产量损失在农业方面进行了气象风险分析。 但是，由于有限和不完整的历史统计资料，难以获得长顺序完整产量材料。

为了解决上述问题，Huang Chongfu教授提出了基于信息传播（Huang 2006）的灾难风险评估方法，坚持转向信息传播和模糊数学理论基础的理论的模糊集的观察值。此外，灾后风险被引入后，信息传播的模型被广泛应用于洪水，干旱，火灾，地震，雷暴和环境污染的风险评估，以及进一步扩展到水资源短缺风险评估，战场等领域军事风险评估（Yao 2009，Goodwin 1998）。比较研究显示（Jiang 2008），该方法优于P-III型分布估计和其他给定小样本数据的模型，这是一个有效的来处理小样品问题的渠道。因此，在本文中，通过信息传播理论的美德，分析了湖北省ICR的气象灾害风险。其结果用于风险预测和在该区域就ICR产量的防灾减灾。

2 数据和方法

2.1 研究领域

湖北省位于长江中游，东经108°2142”-116°0750”，北纬29°0153”-33°647”。 湖北省位于亚热带地区，处于典型的季风区。 除高山地区外，大多数地区都处于亚热带季风气候，光照充足，热量充足，无霜季节长，雨季充足，炎热雨季。 年平均气温15-17°C。 夏季是主要的雨季，变化较大。 其气象灾害一般是洪水和干旱。 其主要作物有水稻，玉米，小麦，棉花等。 ICR已经成为过去二十年种植的最受欢迎的作物。 为方便研究，湖北省在本文中分为湖北（NH），湖北东北（NE），湖北中部（CH），江汉平原（JHP），湖北西北和湖北西北部（Fig.1）。

2.2 数据源和处理

在研究中，其前几年（1990-2009年）的ICR产量数据基于湖北农业统计年鉴。关于数据丢失的一些问题，采取以下处理方法：一些行政区域孤立于原来的地级市，所以统计是根据2009年划分的。 在研究期间，其中一些城市由城镇（县，市）逐渐增长，ICR的产量从市区选出。 由于部分缺乏或明确的统计学错误发生在一些年份的ICR产量中，最近四年的平均收益率分别为年前和年后两年，作为本年度的估计收益率。

图一.湖北省的划分

2.3 信息扩散风险分析模型

首先，正常扩散模型用于挖掘数据信息如下。

U = {}假定研究区域气象灾害风险指标论域，其中为控制点 ，y = {}是由可测量值组成的n年风险因素指标的实际测量值，并称为y的样本集，一个单一值的样本可以将信息扩散到索引领域的所有要点，表示为：

（1）

其中，h是与样本集合中的最大值b，最小值c和样本数n有关的扩散系数。计算公式为：

并且使得 （3）

定义与样本值对应的模糊子集隶属函数为

（4）

（5）

表1.湖北省ICR气象灾害风险损失水平

对样本来说被称为归一化信息分布，处理是为了获取风险评估得到更好的效果。

然后

（6）

u点上的样本总和为：

（7）

（8）

p（）是中样本的频率值（概率值），用作概率的估计值。

2.4 气象灾害风险的丧失

农作物的产量是包括人和自然元素在内的多种因素共同影响的结果。改善人类生产技术（如改良作物品种，提高田间管理水平）和自然因素的变化对作物产量变化是主要的影响因素，气象因素的影响是自然因素中最为显着的因素。因此，在气象灾害风险调查方面，首先必须从产量中取消气象产量。作物产量用下式表示：

（9）

其中，Y表示实际产量，表示每5年连续移动平均值的作物趋势产量，是指社会进步作物产量和人类生产技术水平的提高。是指在气候因素变化影响下的作物产量；x指的是其他因素（如植物病虫害）除气象因素对作物产量的影响。湖北省的ICR一般受气象因素影响，其他因素对作物产量影响较小，影响可忽略不计。作物产量由趋势产量和气象产量组成，气象产量为：

（10）

为了更好地比较其气象产量波动，本文采用气象产出损失率作为相对数量，用于描述其气象产量变化：

（11）

凭借损失率和小样本信息扩散技术，对其ICR的风险损失进行评估。假设损失率披露领域为：{0,0.025,0.05,0.10,0.20,0.30 ...... 1.0}。实际结果表明，其ICR产量损失率的概率在0.30以后低于0.00001。因此，在0.30之前的披露领域的指标仅在研究中进行，以进行风险评估，并将风险损失划分为4级低，中，高和高风险（表1）。根据上式公式（1）-（8）计算，提取各级风险损失率概率，分析各级风险的概率分布。

基于ICR的不同风险的损失率和概率对各部分综合风险指数进行计算。公式是：

（12）

CI指ICR气象灾害风险综合风险指数。价值越高，风险越高。采用自然断裂的方式将综合风险从上到下分为低，高，高风险；指的是不同层次风险的概率。基于插值的较低解。

3 结果分析

3.1 不同层次风险损失的空间分布

根据研究结果，除湖北东部以外，湖北其他地区（湖北西北部，湖北北部，湖北西北部，湖北西北部，湖北西北部等地区）每5〜10年内，ICR低风险损失区域面积（0.025 lt;le;0.05）。（图 2a），占ICR种植面积的24.1％。每10-20年发生此类风险损失的地区一般分布在湖北西北部，湖北东部和江汉平原东部，占47.4％。每20年发生此类风险损失的地区一般分布在湖北和湖北西南部（28.5％）。因此，可以看出，低风险损失在每10-20年的影响中最为普遍。 宜昌市兴山县的最大发生概率为0.22，即每5年出现中度风险。

图2b显示了湖北省ICR中度风险的空间分布（0.05 lt;le;0.10）。

每5-10年发生这种风险损失的地区一般分布在湖北西北，湖北北部，湖北西北东北，江汉平原以南，湖北东部北部，占该地区ICR种植面积的52.7％。每10〜20年中等风险的区域一般分布在湖北东北部和湖北西南部，占总面积的25.9％。每20年发生的区域，分布在湖北西北，湖北西北，江汉平原，占ICR总面积的31.2％。因此，可以看出，湖北省ICR的中度风险损失一般每5-10年发生一次。 除了湖北东北部次要影响，其他地区影响较大。江汉平原建利市发生最大可能性（0.27），表明每4年遇到中度风险。

ICR高风险区（0.10 lt;le;0.20）分布在湖北，湖北西北部，江汉平原，湖北东部（图2c），以集中的方式，占种植总面积的43.6％。湖北襄樊市发生最大风险概率（0.23）；每10-20年出现的地区分布在湖北，湖北西北，湖北中部，江汉平原中部相对集中的地区，影响范围较小，占全省种植面积的25.9％。每20年出现的地区分布在湖北西南部，江汉平原以北，湖北东北部五分之一，占种植总面积的30％左右。

在严重风险损失的空间分布方面（图2d），湖北省绝大多数地区很少发生这种损失。多数地区（66.8％）每20年遇到严重损失，而每10-20年的发生这种损失的地区以湖北和江汉平原的北方为中心，分布在湖北西南部的和丰县，风险最大的几率为0.13，表明每7年遇到严重的风险。

图2. ICR气象灾害风险水平的空间分布

3.2 综合风险的空间分布

湖北省ICR综合风险指数在公式12中进行了计算分级，如图3所示，可以看出，严重后果风险地区一般分布在湖北北部和江汉平原南部的城市乡村，其他地区分布较少，占全省ICR种植面积的33.5％。高风险地区一般分布在湖北西北部，湖北东部和江汉平原以西的县市，影响面积占总面积的20.0％。低风险控制区域一般分布在湖北东北，江汉平原以北，大部分湖北西南部，影响面积达46.47％。在分区方面，湖北和江汉平原北部51.3％和21.4％分别位于一级风险区域；湖北西北和湖北省东部71.5％和74.5％位于二级风险地区。

图3. ICR气象灾害的综合风险

4 结论与讨论

根据湖北省ICR产量数据，利用小样本信息扩散对湖北省的ICR气象灾害风险进行了评估。 在评估结果方面，湖北省ICR的气象灾害每5-10年发生的风险中低，中，高风险损失最常见，严重的风险损失通常每20年发生一次。在分区方面，湖北北部，湖北西北部，江汉平原北部的低地对ICR造成最严重的灾难性影响，伴随着湖北的东部，湖北西南部和湖北的北部的高风险。

湖北省中等水稻气象风险空间布局方面，湖北北部和南部平原沿海地区的高寒风险地区一般分布在丘陵和丘陵地带。差异化布局可能与湖北省气候和地形因素有关。根据Wu Fengyan et al.（Wu2011），湖北省的降水量从北向南逐渐增加，年均蒸发量从北方到南方逐渐减少。降水和蒸发积极叠加的布局分别使南北向干旱和洪水倾斜。这种情况总是加剧，增加了ICR的风险损失。对于湖北省中等降水量的江汉平原，倾向于由于低洼的地形，多层水域的拥抱，来自于长江和汉江高水位的攻击而造成的洪水。此外，该地区夏季干旱，冰雹等灾害频繁，多次灾害多次发生叠加，造成该地区风险偏高。

另外，国家气候变化评估报告指出，在接下来的日子里，南部极端天气日增加，暴雨和极端干旱的频率也会增加。其实这样的一个变化正在影响该地区的农业安全。以2011年6月湖南东南部的“干旱急剧转向”为例，曾经遇到“50年一次”的干旱，“200年一次”的暴雨之后。此外，湖北北部和湖北西北地区连续5年发生旱灾。由于目前技术难以掌握气候变化，因此今后进一步深入研究ICR风险的风险评估。

致谢

本研究得到中国国家基础研究计划（973计划）（2012CB955403）和湖北省自然科学基金（2013BDF049）的支持。

参考文献

见原文

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