
基于灾损的日光温室雪灾预警等级研究
Research on Early Warning Level of Snow Disaster in Solar Greenhouse Based on Disaster Damage
为了满足现代农业发展的精细化服务需求,建立日光温室雪灾预警,指导农户提前采取有效措施,做好灾前防御,减少或避免雪灾造成的经济损失。本研究采用极值概率分布模型对青海省河湟谷地13个县区1978—2021年最大积雪深度观测资料进行分析,计算了30 a重现期日光温室坡度角为30°、35°和40°的最大雪压,得到日光温室雪灾临界指标。在此基础上选取1985—2021年河湟谷地日光温室实际雪灾资料、积雪深度资料,以各雪灾年造成的日光温室损失率作为因子,依据计算标准化降水指数不同等级灾害占总灾害比例的方法,确定日光温室雪灾不同强度等级的阈值,再根据积雪深度和温室损失率的函数关系,构建基于日光温室损失率的雪灾预警指标,将日光温室雪灾预警等级分为轻度、中度、重度三级。此方法对日光温室雪灾指标划分提出新的思路和方法,不仅简单,而且具有地域普适性,便于气象服务业务应用。
In order to satisfy the refined service requirements of modern agriculture, this study established a snow disaster warning system of solar greenhouses, which could guide farmers to take effective measures to reduce or avoid economic losses that caused by snow disasters. The extreme probability distribution model was used to analyze the maximum snow depth data of 13 counties in Hehuang Valley of Qinghai Province from 1978 to 2021, and calculated the maximum snow pressure of the solar greenhouse with 30°, 35°and 40° slope angles during the 30-year return period, and then the snow disaster critical index of the solar greenhouse was obtained. It was selected the actual snow disaster data, the snow depth data of solar greenhouse, and the loss rate caused by the snow disaster year as a factor in Hehuang Valley from 1985 to 2021 based on the previous foundation. According to the method of calculating the standardized precipitation index to the proportion of different levels disasters in the total disaster, the threshold values of different levels of snow disasters of solar greenhouse were determined, and then the snow disaster warning indicator system was established based on the solar greenhouse loss rate according to the relationship between snow depth and greenhouse loss rate. It was classified the warning levels of solar greenhouse snow disasters into three levels: mild, moderate, and severe. This new method puts forward new ideas for the division of snow disaster indicators in solar greenhouses. It is not only simple, but also has regional universality and is convenient for meteorological service business applications.
现代农业 / 精细化服务 / 日光温室 / 雪灾 / 损失率 / 预警等级 / 极值概率分布模型 / 标准化降水指数 {{custom_keyword}} /
modern agriculture / refined service / solar greenhouse / snow disaster / loss rate / early warning level / extreme probability distribution model / standardized precipitation index {{custom_keyword}} /
表1 日光温室不同雪灾等级占总灾害的比重、频数 |
等级 | 类型 | 出现频率/% | 频率比重/% | 频数 |
---|---|---|---|---|
0 | 无灾 | 68 | - | - |
3 | 轻灾 | 15 | 47 | 10 |
2 | 中灾 | 10 | 31 | 7 |
1 | 重灾 | 7 | 22 | 4 |
表2 21次雪灾过程的日光温室损失率 |
序列 | 雪深/cm | 日光温室损失率/% |
---|---|---|
1 | 8 | 0.07 |
2 | 6 | 0.20 |
3 | 5 | 0.20 |
4 | 9 | 0.28 |
5 | 9 | 0.30 |
6 | 7 | 0.38 |
7 | 13 | 0.75 |
8 | 14 | 0.80 |
9 | 10 | 0.99 |
10 | 20 | 1.00 |
11 | 13 | 2.70 |
12 | 14 | 3.00 |
13 | 15 | 3.58 |
14 | 18 | 3.80 |
15 | 17 | 4.56 |
16 | 17 | 6.00 |
17 | 20 | 6.60 |
18 | 19 | 7.10 |
19 | 20 | 8.25 |
20 | 20 | 9.35 |
21 | 23 | 9.80 |
表3 日光温室雪灾强度等级划分 |
等级 | 日光温室损失率/% |
---|---|
轻灾 | D≤1 |
中灾 | 1<D≤6.6 |
重灾 | D>6.6 |
表4 日光温室雪灾预警等级 |
等级(颜色) | 雪深H/cm |
---|---|
轻灾(黄色) | 5<H≤11 |
中灾(橙色) | 11<H≤19 |
重灾(红色) | H>19 |
表5 2014年4月2日日光温室受灾地区雪深及受损率 |
地区 | 降水量/mm | 积雪深度/cm | 日光温室受损数/栋 | 日光温室受损率/% | 最近测站 |
---|---|---|---|---|---|
湟中区多巴镇 | 15.8 | 6 | 2 | 湟中区9.8 | - |
湟中区田家寨镇 | 14.3 | 12 | 37 | - | |
湟中区共和镇 | 22.4 | 23 | 26 | - | |
湟中区李家山镇* | 11.6 | 7 | 10 | 湟中区上五庄镇 | |
湟中区上新庄镇* | 14.3 | 12 | 25 | 湟中区田家寨 | |
大通县新庄镇* | 13.8 | 8 | 66 | 大通县0.07 | 大通县桥头镇 |
大通县桥头镇 | 13.8 | 8 | 112 | - | |
大通县塔尔镇* | 13.8 | 8 | 55 | 大通县桥头镇 | |
大通县长宁镇 | 10.8 | 7 | 30 | - | |
大通县朔北乡* | 13.8 | 8 | 3 | 大通县桥头镇 | |
城北大堡子镇* | 15.8 | 6 | 8 | 城北区0.2 | 湟中区多巴镇 |
城中区总寨镇* | 22.9 | 18 | 19 | 城中区3.8 | 湟中区鲁沙尔 |
湟源县城关镇 | 11.9 | 9 | 1 | 湟源县0.28 | - |
注:此表为积雪深度大于5 cm的信息。带*地区降水量和雪深观测值使用最近测站的降水量和雪深值。 |
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利用1984—2007年气象灾害资料, 分析了青海省各类气象灾害的发生机率及时空分布特征.冰雹、 暴雨洪涝、 雪灾、 干旱和雷电及霜冻是青海省主要气象灾害, 连阴雨、 大风、 沙尘暴、 冻害、 渍涝、 高温、 龙卷风、 大雾为青海次要气象灾害.在地域分布上, 海南州和海东地区是青海气象灾害多发和危害严重地区; 玉树州和果洛州属于气象灾害发生较少和危害较轻地区.就行政县域而言, 西宁市湟中县、 海南州兴海县、 贵德县为青海气象灾害多发县, 果洛州班玛县、 久治县、 玉树州治多县则是青海省气象灾害较少和危害较轻县份.年内5—6月出现的气象灾害种类最多, 4—9月份是气象灾害高发期.在1984—2007年间, 暴雨洪涝、 冰雹、 雷电灾害发生次数呈增多趋势, 其他灾害发生次数增多趋势不甚明显.
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为解决内蒙古自治区不同蔬菜类型日光温室科学规划和合理布局,利用全区119个观测站1991—2020年的地面气象资料,基于内蒙古自治区日光温室叶菜和果菜的生长需求,结合生产季节关键气象要素分析及低温冷害、风灾、雪灾等气象灾害指标研究,筛选出冬季低温日数、日光温室生产季节的日照时数、阴天日数、极端最低气温、风灾日数、积雪日数作为气候区划指标,采用加权求和方法分析不同坡度(35°和40°)日光温室叶菜类和果菜类综合气候适宜性指标、等级和区划。结果表明: 35°叶菜、35°果菜、40°叶菜、40°果菜的气候适宜性区划等级具有较高的一致性,叶菜类较果菜类在同一地区的日光温室气候适宜性更高。坡度越大,风灾指标越低、雪灾指标越高。受风灾和雪灾影响程度不同的地区,气候适宜性也不同,研究区东北部主要受雪灾影响,40°坡度的气候适宜性更高;东南部受风灾影响更大,35°坡度的气候适宜性更高。阿拉善盟、河套灌区、土默川平原、鄂尔多斯市大部、燕山丘陵区东南部、西辽河平原南部等地区,光热资源匹配良好,风雪灾风险最低,为日光温室最适宜区,也是当前和未来设施农业重点发展区域;内蒙古东北部的大兴安岭沿麓地区,光温资源匮乏,温室生产能耗大,暴雪灾害频繁,为不适宜区。
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为了分析雪灾对宁波市农业影响的损失,并对其进行评估。本研究选取宁波市2014年一次降雪过程,基于自然灾害理论,综合考虑形成雪灾损失的危险性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力,将遥感、地理信息技术与雪灾损失相结合构建雪灾损失评估模型。结合土地利用类型图,提取农业用地,将雪灾对农业影响的损失区域划分为低损失、中损失和高损失,并进行分区评述。结果表明:余姚市的积雪覆盖面积最大,且雪灾各损失等级所占面积均最大,受灾最严重;海曙区、江东区和江北区无积雪覆盖,无雪灾损失。雪灾高损失区域主要位于海拔较高的余姚南部和鄞州西部山区。
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为了提高气候资源利用率,合理优化河南省冬季设施农业布局,利用1981—2018年河南省113个国家气象站冬季逐日最低气温资料,采用数理统计方法计算冬季年最低气温标准差和不同低温灾害指标的气候概率、发生频率、发生强度,并采用等权重法构建设施农业低温风险指数,结合低温灾情资料,选用有序样本最优聚类法划分设施农业低温风险等级,且叠加地表覆盖数据进行低温灾害风险评估。结果表明:河南省各地冬季低温灾害指标小于等于-5 ℃的气候概率和发生频率均超过0.80,不适宜发展塑料小拱棚,且不宜采用单层塑料大棚进行设施农业生产。信阳和南阳南部小于等于-10 ℃的气候概率和发生频率均小于0.20,适宜发展塑料大棚;鹤壁、安阳和濮阳小于等于-10 ℃的气候概率和发生频率均超过0.80,需发展日光温室才能保证设施作物生长。在塑料大棚发展区内,信阳市固始县和商城县为低温灾害轻度风险区,信阳大部、南阳部分区域和周口为中度风险区,其他地区均为重度风险区;在日光温室发展区内,濮阳、安阳和鹤壁部分区域为低温灾害特重风险区。河南省冬季各地不同等级的低温灾害风险有一定的区域性,在发展设施农业时,应因地制宜进行科学布局。
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为了设计由雪压、积雪深度、降雪量同时定义的设施农业雪灾指标,采用1980—2013年太原市逐日降雪资料作统计分析,进行温室设施表面与地面积雪对比观测试验,引入并订正设施荷载。结果表明:(1)降雪量与积雪深度、积雪深度与雪压的关系存在显著的线性相关与季节差异特征;(2)对比观测试验显示,温室设施表面不同部位的积雪深度及雪压存在差异,设施顶部承受雪压最大,温室设施表面最大雪压与地面观测雪压之间的比值约为0.8,温室设施表面积雪深度≤地面雪深;(3)依据设施荷载,通过雪压、积雪深度、降雪量之间的回归关系式,设计出由雪压、积雪深度、降雪量三要素同时定义的设施农业雪灾指标,建立轻度、中度、重度3个等级的灾害标准。
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日光温室结构设计需兼顾安全稳固和经济成本,这与温室最大雪荷载量(最大雪深和雪压)有直接关系。本文利用东北地区179个气象站1981—2010年的雪深资料,采用极值Ⅰ型分布函数分别计算了5、10、20、30年一遇(重现期)的雪深和雪压极值,分析其地理分布特征;根据各地日光温室结构特点及雪被类型,确定了日光温室所能承受的最大雪压,得出了东北地区日光温室暴雪垮棚灾害的临界雪压和雪深指标。结果表明: 东北地区最大积雪深度和雪压呈自西向东增加的趋势,黑龙江东部和北部、吉林东部地区为高值区,雪深和雪压分别大于50 cm和0.45 kN·m<sup>-2</sup>;黑龙江西南部、吉林西部、辽宁西部和南部地区为低值区,雪深和雪压分别小于30 cm和0.25 kN·m<sup>-2</sup>;温室雪灾致灾指标因雪被类型和温室坡度而异,纯雪的致灾雪深明显大于雪水混合雪深;日光温室的坡度角(30°—40°)越大,致灾雪被深度越大,抗灾性越强;从暴雪致灾指标、各地最大雪深、雪压和光热条件综合来看,东北地区的西、南部比东、北部更适合蔬菜日光温室的发展。
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