一种基于作物生长模型的农业旱灾风险评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及农业旱灾风险评估技术领域，特别是涉及一种基于作物生长模型的农 业旱灾风险评估方法。
【背景技术】
[0002] 粮食是人类赖以生存的物质基础，粮食安全问题历来是关系国家稳定和经济发展 的重要战略性问题。早期的农业旱灾风险评价研究，开展较多地是区域旱灾的发生风险识 别研究，主要从气象干旱形成机理和评价指标的角度进行。在不同的区域尺度上，大多依据 事先拟定的干旱等级及其标准，应用气象干旱指数，对干旱事件进行早期识别以及风险评 价，进行干旱开始、结束以及干旱风险程度研究。
[0003] 农业旱灾风险研究最重要的是正确反映干旱对于农业损失的影响，而不仅仅是干 旱发生的风险评价技术。随着农作物承灾体的旱灾风险评价研究逐渐深入，多数研究都是 利用作物模型定量模拟特定干旱指标（降水量、作物水分亏缺等）与作物生物量之间的关 系，对作物因旱损失进行微观风险评价。根据已有的技术成果来看，在农作物旱灾风险评价 方面，人们进行风险评价的内容大多集中于宏观方面，所用的评价资料以作物产量数据为 主，对农作物的农业旱灾演变规律认识不够深入，评价指标有定性分析也有定量评价，标准 并不一致。另外，已有的研究大多是根据历史资料进行的风险分析，综合分析干旱的致灾、 孕灾、成灾和抗灾等因素的评价，但仍比较薄弱。从微观方面，基于作物生长机制的研究，大 多通过情景假定，采用作物模型模拟作物的生长发育机理和成灾风险。
[0004] 如发明名称为：一种区域旱灾风险估计方法，申请号为201310631976. 4的发明申 请中提出了一种区域旱灾风险估计方法，该方法包括：调用区域旱灾风险估计模型；根据 该区域旱灾风险估计模型创建风险估计插件；向风险估计插件输入从不同数据源获取的感 兴趣区域内的针对至少一个感兴趣点的至少一个孕灾因子、至少一个致灾因子、至少一个 承灾体易损性评价因子和旱灾区划指数；以及风险估计插件用于执行以下操作：基于至少 一个孕灾因子计算旱灾敏感性指数；基于至少一个致灾因子计算旱灾危险性指数；基于至 少一个承灾体易损性评价因子计算旱灾脆弱性指数；对旱灾区划指数、旱灾敏感性指数、旱 灾危险性指数和旱灾脆弱性指数进行加权求和以计算旱灾风险指数；以及根据计算出的旱 灾风险指数来估计旱灾风险。该技术方法存在以下三点不足：1)需要不同数据源作为基础 数据，阻碍大范围评估农业旱灾风险程度的实施；2)旱灾区划指数是基于经验公式的，存 在局域适用性，不易于大范围推广；3)这种旱灾风险估计方法存在一定的局限性，对农业 旱灾的发生发展影响因素考虑得不充分，这使得评估的结果只能是某一时刻静态的评价， 而没有科学地刻画农业旱灾的缓发性。
[0005] 由此可见，上述现有的农业旱灾风险评估方法仍存在有缺陷，如何能创设一种新 的基于作物生长模型的农业旱灾风险评估方法，成为当前业界极需改进的目标。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于作物生长模型的农业旱灾风险评估方 法，使其充分考虑农业旱灾的缓发性，全面可靠的对农业旱灾风险进行评估，从而克服现有 的农业旱灾风险评估方法的不足。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种基于作物生长模型的农业旱灾风险评估方 法，包括如下步骤：
[0008] (1)建立作物生长模型；
[0009] (2)基于步骤（1)建立的作物生长模型对农业旱灾风险进行评估，所述对农业旱 灾风险进行的评估从致灾因子危险性Η评价、承灾体脆弱性曲线Vc评价和风险性R评价三 方面进行。
[0010] 作为本发明的一种改进，所述步骤（1)建立的作物生长模型采用作物EPIC模型。
[0011] 进一步改进，所述农业旱灾危险性Η评价是研究干旱致灾因子发生强度与概率的 关系，其作物干旱致灾强度指数的计算公式如下：
[0012]
[0013] 其中，Hyj为y年第j站的干旱致灾强度指数，Η为作物生长季内的干旱致灾强度 指数，WSi为第i天受水分胁迫影响的当天的胁迫值，η为生长季内受水分胁迫影响的天数， maxH为所模拟的所有站点所有年份Α
的最大值，minH为所模拟的所有站点所有 年份P
的最小值。
[0014] 进一步改进，所述承灾体脆弱性曲线Vc评价是研究旱灾强度与作物损失之间的 关系，其作物单位产量的损失率V的计算公式如下：
[0015]
[0016] 其中，Vyj为y年j站旱灾的单位产量损失率，YsJPYs2分别为两种情景下的单位 产量，S1情景为作物完全满足养分与完全满足水分的情景，S2情景为作物完全满足养分与 完全雨养的情景，maxYsg_为j站多年最大单位产量，minYsg_为j站多年最小单位产量。
[0017] 进一步改进，所述农业旱灾风险R评价是研究农业旱灾损失的概率分布，其作物 旱灾风险R评价的指标采用作物旱灾损失的概率分布值&表示，其算式如下：
[0018] Rl= Rp (Vyj)
[0019] 其中，&为某时段j站旱灾产量损失率的概率，Vyj为y年j站旱灾的单位产量损 失率。
[0020] 进一步改进，所述步骤（2)中对农业旱灾风险进行的评估还包括对整个评价单元 m种承灾体总风险度的评估，是通过细化分析评价单元内的作物类型、作物品种、作物种植 比例以及综合考虑防灾减灾能力的评估，其评价单元内m种承灾体的总风险度Rm计算公式 如下：
[0021]
[0022] 其中，m代表评价单元内承灾体的品种数；Hpni代表干旱强度等级为N时的第i种 承灾体危险性的概率；Vni代表干旱强度等级为N时的第i种承灾体的脆弱性等级；Ei代表 第i种承灾体暴露的面积。
[0023] 采用上述的技术方案，本发明至少具有以下优点：
[0024] 本发明采用EPIC模型，并通过构建了"致灾因子危险性Η评价（Hazard) -承灾体 脆弱性曲线Vc评价（VulnerabilityCurve) -风险性R评价（Risk) "的农业旱灾风险评价 的"H-Vc-R"系统概念模型，科学地考虑农业旱灾的缓发性，对作物旱灾风险进行了全面可 靠的评估，且该方法适合大范围推广。
【附图说明】
[0025] 上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下 结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0026] 图1是本发明基于作物生长模型的农业旱灾风险评价的"H-Vc-R"系统模型示意 图。
【具体实施方式】
[0027] 农业旱灾是一个缓慢并且连续的过程，由于降水、气温、风速、光照等气象要素导 致土壤水分的持续下降，对农作物的生长、发育会产生诸多方面的不利影响。农作物在生长 过程中，绝大部分需水量都来源于土壤水分，而土壤中水分含量的多少直接影响着作物的 生长发育。因此，农业旱灾最核心的原因就是"农作物需水和供水的平衡"问题。分析农业 旱灾风险的形成机制，必须从"水分"和"农作物"两个方面进行。
[0028] 基于农作物的农业旱灾演变规律，本发明构建了"致灾因子危险性Η评价 (Hazard) 一承灾体脆弱性曲线Vc评价（VulnerabilityCurve) -风险性R评价（Risk) "的 农业旱灾风险评价的"H-Vc-R"系统概念模型。参照附图1所示，下述对该农业旱灾风险评 估方法进行详细介绍。
[0029] 首先，建立农业作物生长模型。
[0030] 本发明采用作物EPIC模型：侵蚀一生产力影响评估模型（ErosionProductivity ImpactCalculator，EPIC)是1984年美国农业部研制的水土资源管理和作物生产力评价 模型，适合于模拟作物轮作、耕作实践、种植日期、灌溉和施肥策略等。EPIC以日为时间步 长，可模拟从一个生长季到上百年的农田水土资源及作物生产力的动态变化。作为一种多 作物通用型作物生产系统模拟模型，EPIC模型能够模拟上百种作物、牧草和树木生长，其特 点是根据各种作物生理生态过程的共性来研制其主体框架，再结合作物的生长参数和田间 管理参数分别进行各作物的生长模拟。
[0031] 其次，基于上述EPIC模型对农业（作物）旱灾风险进行评估。
[0032] 本发明构建了"致灾因子危险性Η评价（Hazard) -承灾体脆弱性曲线Vc评价 (VulnerabilityCurve) 一风险性R评价（Risk) "的农业旱灾风险评价的"H_Vc_R"系统概 念模型。
[0033] 其中，（一）农业旱灾危险性Η评价是研究干旱致灾因子发生强度与概率的关系。
[0034] 基于灾害系统理论，在农业旱灾风险形成机制理解的基础上，定义农业旱灾风险 的高低是在未来特定的时段内，由致灾因子、孕灾环境和承灾体（农作物）在空间上的耦合 作用所形成的农作物产量损失程度所决定。农业旱灾致灾因子的危险性是指干旱事件发生 的可能性，危险性评价就是从风险的诱发因素出发，研究干旱事件发生的可能性，即概率。 Η的评价即识别某区域某强度干旱的因子，进行定量的评价，计算某一干旱致灾因子强度发 生的概率。
[0035] 具体的，利用EPIC模型中的WXGEN模拟未来的逐日气象数