一種基于作物生長模型的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于作物生長模型的農(nóng) 業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 糧食是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，糧食安全問題歷來是關(guān)系國家穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 的重要戰(zhàn)略性問題。早期的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，開展較多地是區(qū)域旱災(zāi)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)識(shí) 別研究，主要從氣象干旱形成機(jī)理和評(píng)價(jià)指標(biāo)的角度進(jìn)行。在不同的區(qū)域尺度上，大多依據(jù) 事先擬定的干旱等級(jí)及其標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用氣象干旱指數(shù)，對(duì)干旱事件進(jìn)行早期識(shí)別以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng) 價(jià)，進(jìn)行干旱開始、結(jié)束以及干旱風(fēng)險(xiǎn)程度研究。
[0003] 農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究最重要的是正確反映干旱對(duì)于農(nóng)業(yè)損失的影響，而不僅僅是干 旱發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)。隨著農(nóng)作物承災(zāi)體的旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究逐漸深入，多數(shù)研究都是 利用作物模型定量模擬特定干旱指標(biāo)（降水量、作物水分虧缺等）與作物生物量之間的關(guān) 系，對(duì)作物因旱損失進(jìn)行微觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。根據(jù)已有的技術(shù)成果來看，在農(nóng)作物旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 方面，人們進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的內(nèi)容大多集中于宏觀方面，所用的評(píng)價(jià)資料以作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)為 主，對(duì)農(nóng)作物的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)演變規(guī)律認(rèn)識(shí)不夠深入，評(píng)價(jià)指標(biāo)有定性分析也有定量評(píng)價(jià)，標(biāo)準(zhǔn) 并不一致。另外，已有的研究大多是根據(jù)歷史資料進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)分析，綜合分析干旱的致災(zāi)、 孕災(zāi)、成災(zāi)和抗災(zāi)等因素的評(píng)價(jià)，但仍比較薄弱。從微觀方面，基于作物生長機(jī)制的研究，大 多通過情景假定，采用作物模型模擬作物的生長發(fā)育機(jī)理和成災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。
[0004] 如發(fā)明名稱為：一種區(qū)域旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)方法，申請(qǐng)?zhí)枮?01310631976. 4的發(fā)明申 請(qǐng)中提出了一種區(qū)域旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)方法，該方法包括：調(diào)用區(qū)域旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)模型；根據(jù) 該區(qū)域旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)模型創(chuàng)建風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)插件；向風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)插件輸入從不同數(shù)據(jù)源獲取的感 興趣區(qū)域內(nèi)的針對(duì)至少一個(gè)感興趣點(diǎn)的至少一個(gè)孕災(zāi)因子、至少一個(gè)致災(zāi)因子、至少一個(gè) 承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)因子和旱災(zāi)區(qū)劃指數(shù)；以及風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)插件用于執(zhí)行以下操作：基于至少 一個(gè)孕災(zāi)因子計(jì)算旱災(zāi)敏感性指數(shù)；基于至少一個(gè)致災(zāi)因子計(jì)算旱災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)；基于至 少一個(gè)承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)因子計(jì)算旱災(zāi)脆弱性指數(shù)；對(duì)旱災(zāi)區(qū)劃指數(shù)、旱災(zāi)敏感性指數(shù)、旱 災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)和旱災(zāi)脆弱性指數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和以計(jì)算旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；以及根據(jù)計(jì)算出的旱 災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來估計(jì)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)方法存在以下三點(diǎn)不足：1)需要不同數(shù)據(jù)源作為基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)，阻礙大范圍評(píng)估農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)程度的實(shí)施；2)旱災(zāi)區(qū)劃指數(shù)是基于經(jīng)驗(yàn)公式的，存 在局域適用性，不易于大范圍推廣；3)這種旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)方法存在一定的局限性，對(duì)農(nóng)業(yè) 旱災(zāi)的發(fā)生發(fā)展影響因素考慮得不充分，這使得評(píng)估的結(jié)果只能是某一時(shí)刻靜態(tài)的評(píng)價(jià)， 而沒有科學(xué)地刻畫農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的緩發(fā)性。
[0005] 由此可見，上述現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法仍存在有缺陷，如何能創(chuàng)設(shè)一種新 的基于作物生長模型的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于作物生長模型的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方 法，使其充分考慮農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的緩發(fā)性，全面可靠的對(duì)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，從而克服現(xiàn)有 的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的不足。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于作物生長模型的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方 法，包括如下步驟：
[0008] (1)建立作物生長模型；
[0009] (2)基于步驟（1)建立的作物生長模型對(duì)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，所述對(duì)農(nóng)業(yè)旱 災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行的評(píng)估從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性Η評(píng)價(jià)、承災(zāi)體脆弱性曲線Vc評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)性R評(píng)價(jià)三 方面進(jìn)行。
[0010] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟（1)建立的作物生長模型采用作物EPIC模型。
[0011] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述農(nóng)業(yè)旱災(zāi)危險(xiǎn)性Η評(píng)價(jià)是研究干旱致災(zāi)因子發(fā)生強(qiáng)度與概率的 關(guān)系，其作物干旱致災(zāi)強(qiáng)度指數(shù)的計(jì)算公式如下：
[0012]
[0013] 其中，Hyj為y年第j站的干旱致災(zāi)強(qiáng)度指數(shù)，Η為作物生長季內(nèi)的干旱致災(zāi)強(qiáng)度 指數(shù)，WSi為第i天受水分脅迫影響的當(dāng)天的脅迫值，η為生長季內(nèi)受水分脅迫影響的天數(shù)， maxH為所模擬的所有站點(diǎn)所有年份Α
的最大值，minH為所模擬的所有站點(diǎn)所有 年份P
的最小值。
[0014] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述承災(zāi)體脆弱性曲線Vc評(píng)價(jià)是研究旱災(zāi)強(qiáng)度與作物損失之間的 關(guān)系，其作物單位產(chǎn)量的損失率V的計(jì)算公式如下：
[0015]
[0016] 其中，Vyj為y年j站旱災(zāi)的單位產(chǎn)量損失率，YsJPYs2分別為兩種情景下的單位 產(chǎn)量，S1情景為作物完全滿足養(yǎng)分與完全滿足水分的情景，S2情景為作物完全滿足養(yǎng)分與 完全雨養(yǎng)的情景，maxYsg_為j站多年最大單位產(chǎn)量，minYsg_為j站多年最小單位產(chǎn)量。
[0017] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)R評(píng)價(jià)是研究農(nóng)業(yè)旱災(zāi)損失的概率分布，其作物 旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)R評(píng)價(jià)的指標(biāo)采用作物旱災(zāi)損失的概率分布值&表示，其算式如下：
[0018] Rl= Rp (Vyj)
[0019] 其中，&為某時(shí)段j站旱災(zāi)產(chǎn)量損失率的概率，Vyj為y年j站旱災(zāi)的單位產(chǎn)量損 失率。
[0020] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟（2)中對(duì)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行的評(píng)估還包括對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)單元 m種承災(zāi)體總風(fēng)險(xiǎn)度的評(píng)估，是通過細(xì)化分析評(píng)價(jià)單元內(nèi)的作物類型、作物品種、作物種植 比例以及綜合考慮防災(zāi)減災(zāi)能力的評(píng)估，其評(píng)價(jià)單元內(nèi)m種承災(zāi)體的總風(fēng)險(xiǎn)度Rm計(jì)算公式 如下：
[0021]
[0022] 其中，m代表評(píng)價(jià)單元內(nèi)承災(zāi)體的品種數(shù)；Hpni代表干旱強(qiáng)度等級(jí)為N時(shí)的第i種 承災(zāi)體危險(xiǎn)性的概率；Vni代表干旱強(qiáng)度等級(jí)為N時(shí)的第i種承災(zāi)體的脆弱性等級(jí)；Ei代表 第i種承災(zāi)體暴露的面積。
[0023] 采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 本發(fā)明采用EPIC模型，并通過構(gòu)建了"致災(zāi)因子危險(xiǎn)性Η評(píng)價(jià)（Hazard) -承災(zāi)體 脆弱性曲線Vc評(píng)價(jià)（VulnerabilityCurve) -風(fēng)險(xiǎn)性R評(píng)價(jià)（Risk) "的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 的"H-Vc-R"系統(tǒng)概念模型，科學(xué)地考慮農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的緩發(fā)性，對(duì)作物旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了全面可 靠的評(píng)估，且該方法適合大范圍推廣。
【附圖說明】
[0025] 上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下 結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026] 圖1是本發(fā)明基于作物生長模型的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的"H-Vc-R"系統(tǒng)模型示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 農(nóng)業(yè)旱災(zāi)是一個(gè)緩慢并且連續(xù)的過程，由于降水、氣溫、風(fēng)速、光照等氣象要素導(dǎo) 致土壤水分的持續(xù)下降，對(duì)農(nóng)作物的生長、發(fā)育會(huì)產(chǎn)生諸多方面的不利影響。農(nóng)作物在生長 過程中，絕大部分需水量都來源于土壤水分，而土壤中水分含量的多少直接影響著作物的 生長發(fā)育。因此，農(nóng)業(yè)旱災(zāi)最核心的原因就是"農(nóng)作物需水和供水的平衡"問題。分析農(nóng)業(yè) 旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制，必須從"水分"和"農(nóng)作物"兩個(gè)方面進(jìn)行。
[0028] 基于農(nóng)作物的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)演變規(guī)律，本發(fā)明構(gòu)建了"致災(zāi)因子危險(xiǎn)性Η評(píng)價(jià) (Hazard) 一承災(zāi)體脆弱性曲線Vc評(píng)價(jià)（VulnerabilityCurve) -風(fēng)險(xiǎn)性R評(píng)價(jià)（Risk) "的 農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的"H-Vc-R"系統(tǒng)概念模型。參照附圖1所示，下述對(duì)該農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng) 估方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0029] 首先，建立農(nóng)業(yè)作物生長模型。
[0030] 本發(fā)明采用作物EPIC模型：侵蝕一生產(chǎn)力影響評(píng)估模型（ErosionProductivity ImpactCalculator，EPIC)是1984年美國農(nóng)業(yè)部研制的水土資源管理和作物生產(chǎn)力評(píng)價(jià) 模型，適合于模擬作物輪作、耕作實(shí)踐、種植日期、灌溉和施肥策略等。EPIC以日為時(shí)間步 長，可模擬從一個(gè)生長季到上百年的農(nóng)田水土資源及作物生產(chǎn)力的動(dòng)態(tài)變化。作為一種多 作物通用型作物生產(chǎn)系統(tǒng)模擬模型，EPIC模型能夠模擬上百種作物、牧草和樹木生長，其特 點(diǎn)是根據(jù)各種作物生理生態(tài)過程的共性來研制其主體框架，再結(jié)合作物的生長參數(shù)和田間 管理參數(shù)分別進(jìn)行各作物的生長模擬。
[0031] 其次，基于上述EPIC模型對(duì)農(nóng)業(yè)（作物）旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。
[0032] 本發(fā)明構(gòu)建了"致災(zāi)因子危險(xiǎn)性Η評(píng)價(jià)（Hazard) -承災(zāi)體脆弱性曲線Vc評(píng)價(jià) (VulnerabilityCurve) 一風(fēng)險(xiǎn)性R評(píng)價(jià)（Risk) "的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的"H_Vc_R"系統(tǒng)概 念模型。
[0033] 其中，（一）農(nóng)業(yè)旱災(zāi)危險(xiǎn)性Η評(píng)價(jià)是研究干旱致災(zāi)因子發(fā)生強(qiáng)度與概率的關(guān)系。
[0034] 基于災(zāi)害系統(tǒng)理論，在農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制理解的基礎(chǔ)上，定義農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn) 的高低是在未來特定的時(shí)段內(nèi)，由致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體（農(nóng)作物）在空間上的耦合 作用所形成的農(nóng)作物產(chǎn)量損失程度所決定。農(nóng)業(yè)旱災(zāi)致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性是指干旱事件發(fā)生 的可能性，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)就是從風(fēng)險(xiǎn)的誘發(fā)因素出發(fā)，研究干旱事件發(fā)生的可能性，即概率。 Η的評(píng)價(jià)即識(shí)別某區(qū)域某強(qiáng)度干旱的因子，進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)，計(jì)算某一干旱致災(zāi)因子強(qiáng)度發(fā) 生的概率。
[0035] 具體的，利用EPIC模型中的WXGEN模擬未來的逐日氣象數(shù)