全 文 ：北方冬小麦产量灾损风险类型的地理分布*
薛昌颖1, 2
霍治国1* *
李世奎1
庄立伟1
王素艳1, 2
侯婷婷1, 2
叶彩玲1, 2
( 1 中国气象科学研究院,北京 100081; 2中国农业大学资源与环境学院,北京 100094)
摘要
根据风险分析原理, 利用北方各县市冬小麦近 50 年的实际单产资料和气象资料, 进行冬小麦产
量灾损风险评估和风险类型划分. 以历年平均减产率、灾年减产率变异系数、不同减产率及其发生的概率
和抗灾指数作为产量灾损风险评估指标. 结果表明,产量灾损风险量化指标在北方冬麦区的分布具有明显
的区域分异性和一定的连片性. 在各风险评估指标的基础上构建了北方冬小麦产量灾损综合风险指数模
式,提出了北方冬小麦产量灾损综合风险类型分类指标.根据分类指标将北方冬麦区划分为高、中、低 3 个
风险类型, 并进行了分类评述.分类结果表明, 高风险类型主要分布在水土条件较差的陕、晋黄土高原地区
和华北平原部分地区; 中风险类型分布在华北平原东北部和河南南部以及太行山区; 低风险类型主要分布
在有灌溉条件和农业生产水平较好的华北平原的大部分地区和关中地区.
关键词
冬小麦
风险评估指标
产量灾损
风险类型
地理分布
文章编号
1001- 9332( 2005) 04- 0620- 06
中图分类号
S512
1+ 1
文献标识码
A
Geographic distribution of winter wheat yield loss risk and its classification in North China. XUE Changying1, 2,
HUO Zhiguo1 , LI Shikui1 , ZHUANG Liwei1, WANG Suyan1, 2, HOU T ingting1, 2, YE Cailing1, 2( 1Chinese A cademy of
Meteor ology Science, Beij ing 100081, China; 2College of Resources and Envir onmental Science, China Agr icultural
University , Beij ing 100094, China) . Chin. J . A pp l. Ecol. , 2005, 16( 4) : 620~ 625.
Based on the theory of risk analysis and the near est 50 years practical unit yield and meteorological data of Nort h
China winter wheat r eg ion, this paper discussed t he assessment of w inter wheat yield loss r isk and its classifica
tion. The mean yield reduction rate of past y ears, variation coefficient of yield r eduction rate in disaster years, dif
ferent yield r eduction r ate and its occurr ence probability , and disastersresistance index w ere selected as the risk
assessment indices, and t he assessment show ed that the distribution o f these indices in the region had evident re
gional different iat ion and certain continuity. The model of integ rated r isk index of North China winter wheat
yield loss was established on the basis of the assessment , and the classification index of the r isk w as put forward.
According to the classification result , Nor th China w inter w heat r eg ion was divided into three risk types, i . e. ,
high risk type mainly including the Loess Plateau areas of Shanx i and Shaanx i Provinces and the parts of Nort h
China Plain, medium risk type including the northeastern part of North China Plain, south Henan P rovince and
Taihang Moutain region, and low r isk type including most parts of North China Plain and the central Shanx i
plain.
Key words
Winter w heat, Risk assessment index , Y ield loss, Risk classification, Geogr aphic distribution.
* 国家! 十五∀科技攻关资助项目( 2004BA509B14) .
* * 通讯联系人.
2004- 05- 14收稿, 2004- 11- 26接受.
1
引

言
产量灾损风险是指作物受灾导致产量减产的可
能风险程度.可用有关风险评估指标来表示, 包括受
灾减产率出现的概率、风险指数、减产率变异系数
等.作物增减产受气候生产潜力的波动、历史产量水
平的变化、土壤肥力[ 1, 7, 8, 11, 12]、肥水管理、生产技术
水平[ 23~ 25, 30]和自然灾害[ 17, 19~ 21]等诸多因子的综
合影响,表现出较强的波动性和关联性,在北方冬麦
区,干旱、干热风等气象灾害导致冬小麦的减产尤为
显著.灾害造成作物减产是一种风险事件,它具有可
预测性和不确定性,基于风险分析技术方法探讨作
物产量灾损规律,对制定防灾和减灾决策降低灾损
风险程度,实现稳产增收有重要意义. 有关全国、省
级以及地区级的粮食作物及部分地区级的稻、麦作
物产量风险分析和风险区 划已取得一些成
果[ 2~ 6, 14~ 16, 18, 27, 29] ,对作物风险理念的深化认识、
风险指标的选定、风险估算模型的建立,以及采用数
理计算方法方面都有不少创意. 但大范围基于县级
作物单产的产量风险分析和综合风险类型划分鲜有
报道.本文在上述研究的基础上,以县级逐年冬小麦
单产序列为资料样本, 对北方冬小麦主要产区进行
产量灾损风险评估和综合风险类型划分, 旨在为农
业生产部门制定适宜的防灾减灾政策、决策和措施
提供科学依据.
应 用 生 态 学 报
2005 年 4 月
第 16 卷
第 4 期































CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Apr. 2005, 16( 4)#620~ 625
2
研究地区与研究方法
2
1
研究地区概况
华北平原和陕西、山西两省大部分地区是北方冬小麦主
产区,属于半湿润半干旱气候, 在冬小麦生长期间降水较少,
土壤墒情较差,气候干旱, 水分亏缺量达 250~ 380 mm,冬小
麦受干旱影响产量很不稳定,各县平均减产率一般在 5% ~
20% ,高则达 40% 以上. 由于地区间农业生产条件差异较
大,特别是各地灌溉条件的不同,使得冬小麦产量水平地区
差异更为明显.
2
2
研究方法
2
2
1 资料来源及处理
冬小麦产量资料取自北方地区的
河北、河南、山东、山西、陕西、北京和天津等省市的统计部
门,共 523 个县市,产量数据单位为 kg∃hm- 2. 大部分地区产
量序列为 52 年( 1949~ 2000 年) . 在产量序列中, 个别站点
的个别时段短缺 1~ 2 年资料,在资料处理时采用其前后 2
年的平均值代替.相关气象资料取自国家气象中心.
2
2
2 产量分解模型的构建
按照北方冬小麦产量灾损风
险评估概念模型(图 1) , 作物产量( Y )可分解为多个组成部
分,由下式表示,
Y = Y t+ Y w +
(1)
式(1) 中, Y 为逐年单产; Y t为趋势产量, 主要反映农业技术
水平的提高对产量的影响,具有渐进性和相对稳定性; Y w为
波动产量, 主要受气象因子年际变化的影响, 具有逐年波动
性;
为随机! 噪声∀ , 受其它非定常因素影响, 一般忽略不
计. 故式(1) 可简化为:
Y = Y t+ Y w ( 2)
由于北方冬麦区面积大, 不同地区产量水平会有较大差异,
为使不同地区的波动产量具有可比性, 采用相对气象产量
( Y r ) 表示, 将式(2) 转换为:
Y r = Y w/ Y t ( 3)


本文采用较优的直线滑动平均法得到北方各县市的冬
小麦相对气象产量序列[ 13, 22, 28] . 相对气象产量表明偏离趋
势产量波动的相对变率,它具有时间和空间的可比性. 相对
变率的负(正)值即为减(增)产率.
2
2
3 灾损风险评估指标及其计算方法
1)历年平均减产率模式: 减产率是指历年冬小麦实际产
量通过产量分解获得的相对气象产量的负值百分比.历年平
均减产率计算公式为
P =
1
n %n
i= 1
x i ( 4)
其中, x i 为减产序列的逐年减产率, n 为序列年数.


2)灾年减产率变异系数: 变异系数是均方差与数学期望
比值, 表示减产幅度偏离其平均值的程度,系数越大,说明产
量稳定性越差. 本文定义减产率大于 10%的年份为灾年, 各
县市冬小麦灾年减产率变异系数的计算公式如下:


V = %
n
i= 1
( x i - x ) 2/ ( n - 1)
x ( 5)
式中, x i 为灾年减产率序列; x 为灾年平均减产率; n 为序列
年数.

图 1
北方冬小麦产量灾损风险评估流程图
Fig. 1 Flow chart of risk assessment of w inter w heat yield loss in North China.
6214 期












薛昌颖等:北方冬小麦产量灾损风险类型的地理分布













3)不同减产率范围出现的概率:利用偏度峰度检验法对
县级相对气象产量序列进行正态性检验, 结果表明, 全区
523 个县市通过正态性检验的占 81
3% ,表明北方大部分地
区冬小麦相对气象产量序列是符合正态分布的.对没有通过
正态性检验的,采用偏态分布正态化处理[ 13] , 这样便可以相
对气象产量序列为基础,根据正态分布的概率计算方法计算
出不同减产率出现的概率.其计算方法如下[ 13, 28] :


F ( x ) = &x-  12 !e- 12!2( x- u) 2 dx (6)


P( x > x 0) = 1 - ∀ ( x 0- u! ) (7)
式(6)、( 7) 中, u 为样本均值; !为样本均方差.
实际上概率分布要查概率分布表,本文为在计算机上进
行计算,用以下近似公式编制正态分布表:


P( x ) = 1
2
(1 + a1x
1 + a2x
2 + a3x
3 +
a4x
4+ a5x
5+ a6x
6) - 16 (8)


a1= 0
049867437, a2 = 0
02114110061, a3 = 0
0032776263,


a4 = 0
0000380036, a5 = 0
0000488906, a6 = 0
000005383.


#( x ) = P (- x ) X ∋ 0
1 - P ( x ) X > 0
(9)
4) 灾损减产风险指数:灾损减产风险指数( I ) 是指产量
灾损不同减产率( Ji ) 与相应出现概率( R i ) 的乘积的总和,
是反映减产风险程度的一个指标,指数越大, 风险就越大. 表
达式为:
I = %n
i= 1
J iR i ( 10)
5)抗灾指数:抗灾指数主要反映农业生产综合抗灾能力
的强弱, 实际产量高则表明该地区农业生产水平高, 也就间
接反映了抗灾能力较强.光温产量是指当水分、土壤、品种和
农业技术措施等处于适宜条件下,由当地辐射和温度条件决
定的产量[ 9, 10] ,一般可以认为是该地区能够达到的最大产
量.因此,实际产量与光温产量的比值可以作为间接反映农
业综合抗灾能力的一种指标,比值越大则说明农业综合抗灾
能力越强, 抗灾能力强可降低灾害减产的风险程度. 其表达
式如下:


K = 1
n %n
i= 1
Yi
Ymi
( 11)
式中, K 称为抗灾指数; Y i 为实际产量; Ymi 为光温产量, 即
最大产量, 其计算结果取自文献[ 26] ; n 为年代长度, 本文取
52 年(1949 ~ 2000 年) .
6)产量灾损综合风险指数:冬小麦产量灾损风险程度与
减产率及其发生概率、历年平均减产率、灾年减产率变异系
数成正比, 与抗灾能力的强弱成反比, 本文在上述有关风险
评估指标的基础上, 构建冬小麦产量灾损综合风险指数
( M ) ,其表达式如下:


M = 1
k
( P ( V ( %n
i= 1
JiR i ( 12)
式中, J i为减产率, R i为相应减产率出现的概率, P 为历年平
均减产率, V 为灾年减产率变异系数, k 为抗灾指数.
为了使风险类型分类指标有序化, 将式 ( 12)中的 M 值
序列进行极差标准化, 序列极差标准化的公式如下:
I=
M i- Mmin
M max- M min
( 13)
式中, I 为极差化综合风险指标, M i为序列中的逐个 M 值,
M min为序列中的最小值, M max为序列中的最大值. 极差标准
化后的 I 值处于 0~ 1 之间, 风险程度随 I 值的增加而增大.
根据 I 值的大小确定分区指标.
为提高风险类型地理分布的分辨率, 采用以县级为基本
单元的图斑分布表示. 采用聚类分析方法结合孕灾环境特征
的相似性和差异性, 以地理信息系统软件绘制分布图.
3
结果与分析
3
1
冬小麦历年平均减产率的分布
由图 2可见, 北方冬小麦历年平均减产率< 7%
的地区主要分布在北京、河北唐山、保定、石家庄大
部分地区以及邢台、邯郸部分地区, 陕西南部地区,
山东除西北部的大部分地区,河南北部和中部地区,
山西个别地区,这些地区灌溉条件及农业设施均较
好.历年平均减产率 7% ~ 10%的地区主要分布在
农业设施一般,水肥条件中等的河北东部、天津、唐
山的西北部,山东西北部, 河南西南部和南部,陕西
中部,山西中部.历年平均减产率> 10%的地区主要
分布在陕西的北部,山西的西部和东部,河北沧州地
区.历年平均减产率总体分布呈由南向北、向西增大
的趋势,这种趋势与生态环境,水肥条件及抗灾能力
等由优变劣有关.
3
2
冬小麦灾年减产率变异系数的分布
本区冬小麦灾年减产率变异系数在 0
3以下的


图 2
北方小麦历年平均减产率( A)分布
Fig. 2 Dist ribut ion of average reduct ion rate ( A) of w inter w heat yield of
all years in North China.
)
低风险类型Low risk type; ∗
中风险类型 Mid risk type; +
高
风险类型H igh risk type.下同 The same below .
622



















应
用
生
态
学
报

















16 卷
低值区呈零星分布. 变异系数在 0
3~ 0
5的中值区
在各省均有较大连片分布. 0
5~ 1
0的高值区主要
分布在陕北延安地区、山东西北部,河南西部和中南
部的部分地区, 山西西部和东部的部分地区, 河北沧
州和涞源地区, 唐山部分地区和天津北部,这些地区
冬小麦生态条件和水肥条件较差, 易受灾,产量不稳
定(图 3) .
图 3
北方冬小麦灾年减产率变异系数( V)分布
Fig. 3 Distribution of variat ion coef f icient( V) of reduct ion rate of w inter
w heat yield in disaster years in North Ch ina.
3
3
冬小麦不同减产率范围出现的风险概率
3
3
1冬小麦减产率,10%出现的风险概率
由图
4可见, 冬小麦减产率,10% 出现的风险概率 ∋
30%的地区主要在山东东部和南部、北京、河北中西
部和唐山地区、河南大部分地区、陕西南部; 风险概
率在 30%~ 35%的地区主要在山东西北部、河北中
部、唐山西北部、天津北部、河南中南部部分地区、山
西南部、陕西中部和南部的汉中地区; 风险概率在
35%以上的地区主要在陕西的北部、山西中北部、河
北沧州衡水地区、涞源地区、河南南部和中西部的部
分地区以及山东的个别地区. 本区总的分布趋势呈
由南向北增加. 减产率风险概率较小的地区一般水
肥条件较好,抗灾能力较高;风险概率较高的地区一
般都是水肥调件差, 抗灾能力较差.
3
3
2冬小麦减产率,30%出现的风险概率
冬小
麦减产率,30%出现的风险概率< 5%的地区主要
在北京、河北中西部地区以及唐山地区、山东除西北
地区以外的大部分地区、河南除南部以外的大部分
地区、陕西南部.风险概率较高( > 15% )的地区主要
分布在陕西北部,山西西部和东部部分地区, 河南驻
马店部分地区, 河北沧州和山东省德州部分地区. 总
体上看,本区南半部水肥条件好,抗灾能力强,风险


图 4
北方冬小麦减产,10%的风险概率( P)
Fig. 4 Dist ribut ion of winter w heat risk probabill it y ( P) of yield reduc
tion rate ,10% in North China.
概率较小,而在陕晋中北部, 水肥条件较差,风险概
率也较高.
3
4
冬小麦灾损减产风险指数的分布
利用公式( 10)可计算得到本区冬小麦灾损减产
风险指数.由此确定冬小麦灾损减产风险指数的分类
指标.分布地区见图 5.低风险类( 0
04~ 0
07)主要分
布在陕西南部、河北中西部、山东中东部, 河南北部、
中部.中风险类( 0
07~ 0
1)主要分布在河北省中北
部、西南部地区,山东北部,河南南部、西北部、商丘地
区,山西中南部, 陕西中部、北部部分地区.高风险类
( ,0
1)主要分布在陕西北部,山西中部,河北沧州和
衡水地区,山东无棣县、宁津县、平原县、夏津县,河南
驻马店地区,天津宁河县、静海县等.
图 5
北方冬小麦灾损减产风险指数( R)分布
Fig. 5 Dist ribut ion of w inter w heat yield loss reduct ion ris k index ( R) in
North China.
6234 期












薛昌颖等:北方冬小麦产量灾损风险类型的地理分布











3
5
冬小麦抗灾指数的分布
本区冬小麦抗灾指数指标及分布地区见图 6.
低值类( 0~ 0
15)主要分布在河北沧州地区、邯郸的
个别地区,山西西部大部分地区,陕西北部以及南部
安康地区.中值类( 0
15~ 0
25)主要分布在天津, 河
北省北部和南部,山东南部以及德州地区,河南的大
部分地区,山西的南部, 陕西中部和南部部分地区.
高值类( 0
25以上)主要分布在北京, 天津、唐山部
分地区、石家庄地区, 山东大部分地区, 河南郑州和
许昌地区,陕西关中地区. 这些地区灌溉条件较好,
所以抗灾能力较强些.
图 6
北方冬小麦抗灾指数( I)分布
Fig. 6 Dist ribution of resist ing disasters index ( I) of w inter w heat in
North China.
3
6
北方冬小麦产量灾损综合风险类型地理分布
3
6
1风险类型划分的目的及分类指标
分类目的
在于揭示本区冬小麦产量灾损风险水平的地域差
异,并对各风险类型进行综合评价,为开展农业保险
和优化农业生产布局提供科学依据.根据极差化综
合风险指数将本区划分为 3个不同风险类型: 低风
险类、中风险类和高风险类(图 7) .
3
6
2分类评述
( ) )低风险类型. 低风险类型主
要分布在北京、唐山的大部分地区,保定、石家庄、山
东东部及南部地区,河南北部及中南部地区和陕西
的南部.冬小麦灾损风险的孕灾环境以干旱为主, 但
冬小麦全生育期自然缺水率各地间有较大差异. 其
中,北京、唐山、保定、石家庄等华北平原中北部地区
全生育期自然缺水率高达 33% ~ 68% [ 26] , 虽然自
然缺水率为中高值区, 但由于麦田基本上都具备灌
溉条件,农业生产技术水平较高, 综合抗灾能力较
强,所以降低了干旱灾损的风险水平; 陕西关中地
区、河南北部和中部、山东东部和南部等地区, 冬小
麦全生育期降水较多, 土壤底墒较好,自然缺水率低
于 33% [ 26] ,而且灌溉条件比较好, 土地平坦, 农业
生产水平也较高, 因此,冬小麦灾损减产风险水平也
较低.本类型的冬小麦历年平均减产率在 7%以下,
灾年减产率变异系数低于 0
5, 减产率,10%出现
的风险概率介于 0~ 30%, 减产率,20%出现的风
险概率在 10%左右, 灾损减产风险指数在 0
07以
下,综合抗灾指数在 0
15以上, 有些地区甚至高于
0
25.
图 7
北方冬小麦产量灾损综合风险类型( T )的分布
Fig. 7 Integrated risk type dist ribut ion ( T) of w inter w heat yield loss in
North China.
表 1
北方冬小麦产量灾损综合风险指数类型分类指标
Table 1 Division index of integrated risks of winter wheat yield loss in
North China
编号
No
产量灾损综合风险类型( A) 极差化综合风险指数范围( B)
) 低风险 Low risk 0~ 0
1
∗ 中风险 Mid risk 0
1~ 0
4
+ 高风险High risk 0
4~ 1
A: Integrat ive risk types of yield losses; B: Ranges of integrat ive risk in
dexes.


( ∗)中风险类型. 中风险类型主要分布于河北
省中东部大部分地区和唐山西北部地区、天津市、山
东西北部地区、山西中南部、陕西中部及南部的安康
地区、河南的西部和东南部以及商丘地区.这些地区
冬小麦灾损自然致灾因素以全生育期降水较少, 自
然供水不足为主, 部分低洼地区存在旱涝盐碱. 全生
育期自然缺水率大部分地区在 30% ~ 45% [ 26] , 但
是本类型大多处于华北平原,麦田缺水主要靠灌溉
补给,由于地下水位差异灌溉不能完全满足全生育
期缺水要求,冬小麦产量不够稳定.冬小麦历年平均
减产率在 7% ~ 10%之间, 灾年减产率变异系数大
部分地区都在 0
3~ 0
5范围内,减产率,10%的风
624



















应
用
生
态
学
报

















16 卷
险概率在 30%~ 35%之间, 减产率,20%的风险概
率在 20%以下,灾损减产风险指数介于 0
07~ 0
10
之间,综合抗灾指数在 0
15~ 0
25范围内.
( +)高风险类型.高风险类型主要分布在陕西北
部地区、山西西部及东部的太行山区、河北沧州地区
及西北部的涞源地区、河南驻马店及信阳的部分地
区.西部黄土高原区,水土流失比较严重,农业生态环
境较差,大多属于雨养农业区, 全生育期自然缺水率
高达33% ~ 68% [ 22] , 除河谷和山前平原有灌溉条件
外,大部分地区都受到干旱少雨的威胁,农业生产水
平为北方冬麦区较低的地区, 产量低而不稳; 高风险
类型在华北平原分布范围较小,主要是旱涝盐碱较重
的沧州地区和水土较差的涞源地区,以及驻马店灌溉
条件较差的麦区, 这些地区农业生产条件一般,综合
抗灾能力不高,冬小麦产量不够稳定. 该风险类型冬
小麦历年平均减产率在 10%以上,灾年减产率变异
系数大部分地区在 0
3~ 0
5之间, 有些地区则高于
0
5,减产率,10%出现的风险概率在35%以上,减产
率,20%出现的风险概率在 20%以上,灾损减产风险
指数则高于 0
1,综合抗灾指数为北方冬麦区最低的
地区,大部分地区在 0
15以下.
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作者简介
薛昌颖, 女, 1979 年生,硕士研究生.主要从事农
业气象及灾害研究, 发表论文 5 篇. T el: 01062820960. E
mailxuecy9@ sohu. com
6254 期












薛昌颖等:北方冬小麦产量灾损风险类型的地理分布