基于MCI的沧州市夏玉米、冬小麦干旱风险区划评估

梅凤玉 彭洁文 张海东

摘 要：沧州市位于华北平原东部，是河北省重要的粮食产区，夏玉米、冬小麦是沧州地区最主要的粮食作物，干旱严重影响夏玉米、冬小麦的产量，为完善沧州市农业防灾减灾体系，减少农业损失。研究选取1978—2020年气象观测数据、灾情数据等，分析了沧州市干旱灾情特征，调查了沧州地区的主要干旱过程，建立了沧州市干旱风险评估模型，开展沧州市夏玉米、冬小麦干旱风险区划评估。结果表明：1978—2020年沧州市年干旱受灾人口最多，约为278.17万人，出现在1999年，干旱受灾面积最多，约为35.66万hm2，出现在1992年，直接经济损失最多，约为12.25亿元，出现在1999年；沧州地区区域性干旱灾害等级以轻中旱为主，干旱过程等级以一般、较强为主；干旱高风险主要集中在吴桥、献县、沧县、河间等地，低风险主要集中在海兴、黄骅、青县、肃宁等地。

关键词：MCI；灾情特征；干旱特征；评估模型；风险区划

中图分类号：P461 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

干旱是一种在全球范围内频繁发生的自然灾害，对人类生产生活、社会经济发展、生态环境等影响之大、范围之广、持续之久、危害之深，均超出了其他自然灾害。农业作为受干旱影响最为严重的一个领域，往往因干旱导致一系列与农业生产、农民生活、农村生态环境等紧密相关的问题。

沧州市位于华北平原东部，是河北省重要的粮食产区，夏玉米、冬小麦是沧州地区最主要的粮食作物，干旱会严重影响夏玉米、冬小麦的产量。目前，有关干旱的研究较多[1-3]，番聪聪等[4]基于1961—2014年河北19个气象站点降水数据，计算标准化降水指数，通过ArcGIS得到干旱的空间分布，并对SPI进行M-K趋势检验，研究夏玉米生长季干旱特征。结果表明：张家口、遵化、南宫站干旱发生频率较高，均达到17.6%以上，邢台、承德、围场则相对较为湿润，干旱发生频率在13.9%以下。

赵玉兵等[5]利用河北省南部8个气象站点1962—2018年的逐月气温、降水量数据，采用标准化降水蒸散指数（SPEI），通过小波分析、M-K检验等方法，分析了河北省南部夏玉米生长季（6—9月）的干旱变化特征，以期为干旱灾害的监测、预报预警及防御提供理论依据。结果表明：夏玉米苗期干旱发生频率为31.5%，穗期干旱发生频率为40.3%。

李聪等[6]利用1981—2014年河南省118个观测站气象观测资料，4个农业气象观测站大豆生育期作物观测资料，以及2000—2010年118个县大豆、豆类种植面积、耕地面积、灌溉面积资料，利用干旱等级指标和自然灾害风险指数等方法，对河南省大豆干旱风险进行了区划。结果表明，河南省大豆干旱的高危险区域主要分布在河南省大豆主要种植区域周口大部、商丘东部及新乡和濮阳西部地区。

在前人研究的基础上[7-8]，选取1978—2020年气象观测数据、灾情数据等，分析沧州市干旱灾情特征，调查沧州地区主要干旱过程，建立沧州市干旱風险评估模型，开展沧州市夏玉米、冬小麦干旱风险区划评估，对农业气象灾害风险管理、完善农业防灾减灾体系、减少农业损失、稳定农业生产和增加农民收入，具有重要的现实意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

采用沧州市1978—2020年气象观测数据，沧州市干旱灾情数据，沧州市统计年鉴数据，沧州市县级行政边界数据，数字高程、坡度、土地利用数据等。

1.2 研究方法

1.2.1 MCI（气象干旱综合指数）

旱是由于长期亏缺和近期亏缺综合效应累加的结果，气象干旱综合指数（MCI）考虑了60 d内的有效降水（权重累计降水）、30 d内蒸散（相对湿润度）、季度尺度（90 d）降水和近半年尺度（150 d）降水偏少程度的综合影响。公式如下：

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

式（1）中，MCI为气象干旱综合指数；MI30为近30 d

相对湿润度指数；SPI90、SPI150为近90、150 d标准化降水指数；SPIW60为近60 d标准化权重降水指数；a、b、c、d为权重系数，沧州地区取0.3、0.5、0.3、0.2，Ka为季节调节系数，根据不同季节各地主要农作物生长发育阶段对土壤水分的敏感程度。

1.2.2 干旱风险评估模型

综合考虑沧州市农业旱灾的成因、特点、表现形式等因素，选取农业干旱风险指数作为沧州市夏玉米、冬小麦干旱风险评价模型：

ADRI=H×E×V×C（2）

其中，Ahi、Aei、Avi、Aci分别为危险性、暴露度、脆弱性、抗灾减灾能力评价因子中第 i个评价指标的量化值，Whi、Wei、Wvi、Wci 分别是Ahi、Aei、Avi、Aci对应的权重值。

2 结果与分析

2.1 干旱过程调查

干旱过程调查内容主要包括年降水量、干旱过程强度、平均干旱过程强度、干旱日数、干旱过程次数等。通过开展干旱过程调查，建立沧州市干旱过程数据库。

2.2 干旱灾情特征

调查收集1978—2020年沧州市各县（市、区）干旱灾情数据，对灾情数据进行统计分析，1978—2020年沧州市年干旱受灾人口最多，约为278.17万人，出现在1999年，2017年相对受灾人口最少，为5.11万人；沧州市年干旱受灾面积最多，约为35.66万hm2，出现在1992年，其中，2017年相对受灾面积最少，为0.514 7万hm2；沧州市年直接经济损失最多，约为12.25亿元，出现在1999年，其中，1997年、2014年干旱直接经济损失均超过10亿元，分别为10.27亿元和11.83亿元；沧州各地区干旱受灾年数量在9～25年之间，河间、献县、南皮、孟村、盐山、沧县干旱受灾年份在20年以上，其中，南皮、孟村、盐山出现干旱年份最多，为25年，任丘、吴桥最少，为9年；沧州各地区累计干旱受灾人口在37.93万人至599.71万人之间，其中，河间累计干旱受灾人口最多，约为599.71万人，沧州市区最少约为37.93万人；献县累计干旱受灾面积最多，约为94.89万hm2，沧州市区最少约为3.82万hm2；黄骅累计干旱直接经济损失最多，约为24.7亿元，沧州市区最少约为1.11亿元。

2.3 干旱过程特征

2.3.1 干旱日数分布特征

1978—2020年，沧州市干旱日数高值区主要分布在沧州市区、沧县、任丘、河间、吴桥等地，低值区主要分布在泊头、青县、南皮、肃宁、孟村；沧州市区、沧县出现干旱日数最多，为6 482 d；泊头最少，为5 885 d；任丘出现轻旱日数最多，为3 561 d；献县最少，为3 166 d；河间出现中旱日数最多，为2 203 d；孟村最少，为1 889 d；

沧州市区、沧县出现重旱日数最多，为783 d；肃宁最少，为451 d；盐山出现特旱日数最多，为204 d；泊头最少，为72 d；沧州各县（市、区）区域性干旱灾害等级以轻中旱为主。

2.3.2 年最强干旱过程强度分布特征

1978—2020年，1999年年最强干旱过程强度最大，

1995年年最强干旱过程强度最小；沧州市1978—2020年，沧州市各县（市、区）年最强干旱过程强度高值区主要分布在沧州市区、沧县、献县等地，低值区主要分布在泊头、南皮、肃宁等地，年最强干旱过程强度最大值为30.16，于1999年出现在沧州市区、沧县，年最强干旱过程强度最小值为18.8，于1999年出现在泊头。

2.3.3 年平均干旱过程强度分布特征

1978—2020年，沧州市各县（市、区）年平均干旱过程强度高值区主要分布在沧州市区、沧县、青县、盐山等地，低值区主要分布在任丘、肃宁、东光、泊头等地，年平均干旱过程强度最大值为9.58，出现在沧州市区、沧县；最小值为7.56，出现在任丘。

2.3.4 干旱过程次数分布特征

1978—2020年，沧州各县（市、区）累计干旱过程次数在67～90次之间，任丘累计干旱过程次数最多为90次，南皮最少为67次；干旱过程等级以一般、较强为主；沧州市区、沧县、献县出现强干旱过程最多，为14次，盐山最少，为7次；任丘、河间、献县、泊头、肃宁出现特强干旱过程最多，为4次，其余地区均为2次。

2.4 干旱风险评估

2.4.1 干旱风险评估指标选取及权重计算

通过研究分析，选取年平均干旱日数、年平均干旱过程强度、最强干旱过程强度作为致灾危险性评级指标，选取夏玉米种植面积比、夏玉米单位面积产量、冬小麦种植面积比、冬小麦单位面积产量作为承灾体暴露度评价指标，选取地形高程、地形坡度作为孕灾环境脆弱性评价指标，选取机电井数、农用水泵数、灌溉机械数作为抗灾减灾能力评价指标。利用层次分析法计算各指标体系权重系数。

2.4.2 干旱致灾危险性评估

利用加权综合评价法，根据年平均干旱日数、年平均干旱过程强度、最强干旱过程强度，利用各指标权重叠加计算干旱致灾危险性指数，结果表明：沧州市区、沧县、吴桥、盐山等地致灾危险性较高，肃宁、泊头、海兴等地危险性较低。

2.4.3 干旱承灾体暴露度评估

选取夏玉米种植面积比、夏玉米单位面积产量、冬小麦种植面积比、冬小麦单位面积产量作为承灾体暴露度评价指标。利用各指标权重叠加计算承灾体暴露度风险指数，结果表明：沧州市承灾体暴露度风险整体上呈由西向东降低的分布特征，吴桥、河间、献县、泊头、东光等地承灾体暴露度风险较高，海兴、青县、孟村等地风险较低。

2.4.4 干旱孕灾环境脆弱性评估

选取地形高程、地形坡度作为孕灾环境脆弱性评价指标，通过叠加分析计算孕灾环境脆弱性指数，结果表明：沧州市干旱孕灾环境脆弱性风险整体上呈由西向东降低的分布特征，吴桥、肃宁、献县、泊头等地孕灾环境脆弱性较高，黄骅、海兴、青县等地孕灾环境脆弱性较低。

2.4.5 干旱抗灾减灾能力评估

选取机电井数、农用水泵数、灌溉机械数作为抗灾减灾能力评价指标，通过叠加计算干旱抗灾减灾能力指数，抗灾减灾能力与干旱风险呈负相关。沧州市干旱抗灾减灾能力整体上呈由西向东降低的分布特征，吴桥、河间、泊头、沧县等地抗灾减灾能力较强，黄骅、海兴抗灾减灾能力较弱。

2.4.6 干旱风险区划评估

基于沧州市粮食作物干旱风险评价模型，综合致灾危险性、承灾体暴露度、孕灾环境脆弱性、抗灾减灾能力影响，计算沧州市主要粮食作物干旱风险指数，利用自然断点法进行等级划分。结果表明：沧州市主要粮食作物干旱高风险主要集中在吴桥、献县、沧县、河间等地，低风险主要集中在海兴、黄骅、青县、肃宁等地（图1）。

图1  沧州市夏玉米、冬小麦干旱风险等级的空间分布

3 结论

（1）建立干旱过程数据库。利用1978—2020年与干旱形成密切相关的历史气象观测资料，包括降水量、气温、日照、风、相对湿度、蒸发量等，以及土壤湿度和土壤参数等农气相关观测资料，基于MCI指数，进行干旱过程识别，调查沧州市各县（市、区）历年、历次干旱过程。

（2）1978—2020年，沧州市干旱日数高值区主要分布在沧州市区、沧县、任丘、河间、吴桥等地，低值区主要分布在泊头、青县、南皮、肅宁、孟村；沧州市各县（市、区）年最强干旱过程强度高值区主要分布在沧州市区、沧县、献县等地，低值区主要分布在泊头、南皮、肃宁等地；沧州市各县（市、区）年平均干旱过程强度高值区主要分布在沧州市区、沧县、青县、盐山等地，低值区主要分布在任丘、肃宁、东光、泊头等地；1978—2020年，沧州各县（市、区）累计干旱过程次数在67～90次之间，任丘累计干旱过程次数最多为90次，南皮最少为67次；干旱过程等级以一般、较强为主。

（3）通过研究分析，选取年平均干旱日数、年平均干旱过程强度、最强干旱过程强度作为致灾危险性评级指标，选取夏玉米种植面积比、夏玉米单位面积产量、冬小麦种植面积比、冬小麦单位面积产量作为承灾体暴露度评价指标，选取地形高程、地形坡度作为孕灾环境脆弱性评价指标，选取机电井数、农用水泵数、灌溉机械数作为抗灾减灾能力评价指标。

（4）沧州市区、沧县、吴桥、盐山等地致灾危险性较高，肃宁、泊头、海兴等地危险性较低；沧州市承灾体暴露度风险整体上呈由西向东降低的分布特征，吴桥、河间、献县、泊头、东光等地承灾体暴露度风险较高，海兴、青县、孟村等地风险较低；沧州市干旱孕灾环境脆弱性风险整体上呈由西向东降低的分布特征，吴桥、肃宁、献县、泊头等地孕灾环境脆弱性较高，黄骅、海兴、青县等地孕灾环境脆弱性较低；沧州市干旱抗灾减灾能力整体上呈由西向东降低的分布特征，吴桥、河间、泊头、沧县等地抗灾减灾能力较强，黄骅、海兴抗灾减灾能力较弱；沧州市主要粮食作物干旱高风险主要集中在吴桥、献县、沧县、河间等地，低风险主要集中在海兴、黄骅、青县、肃宁等地。

参考文献

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