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第44卷 第3期气象与环境科学Vol 44 No 3 2021年5月Meteorological and Environmental Sciences May 2021 收稿日期 2019 09 17 修订日期 2020 03 26 基金项目 中国气象局气候变化专项 CCSF201521 中国气象局创新发展专项 CXFZ2021J075 作者简介 柳芳 1977 女 河南南阳人 高级工程师 硕士 主要从事农业气候资源评价及设施农业气象灾害评估 E mail liuf197733 163 com 柳芳 陈思宁 黎贞发 低温对天津日光温室黄瓜产量的影响 J 气象与环境科学 2021 44 3 69 75 Liu Fang Chen Sining Li Zhenfa Effect of Low Temperature on Solar Greenhouse Cucumber Yield in Tianjin J Meteorological and Environmental Sci ences 2021 44 3 69 75 doi 10 16765 j cnki 1673 7148 2021 03 010 低温对天津日光温室黄瓜产量的影响 柳 芳 陈思宁 黎贞发 天津市气候中心 天津 300074 摘 要 天气指数保险不仅能有效地保障灾害损失 同时操作简单 理赔成本低 规避了逆向选择和道德风险 是一种农业保险的创新方式 为减轻设施蔬菜灾害损失 促进生产稳定发展 以低温为例 以黄瓜为代表 基于 2005 2014年天津13个气象站的气象资料和2013 2015年蔬菜产量资料 根据低温致灾指标与蔬菜减产率的对应关 系及其低温天气的历史发生概率 设计包含致灾气象指标 灾害持续天数 减产率的日光温室黄瓜果期低温农业保 险天气产品 结果表明 日平均气温在 6 3 且持续10天以上 可能导致温室内蔬菜产量降低25 或者日平 均气温低于 6 且持续8天以上 可能导致温室内蔬菜产量降低34 上述两种天气发生时保险公司可开始进 行赔付 发生概率为十年三遇 研究成果为以后设施蔬菜灾害天气指数保险产品的上市提供数据支撑 关键词 日光温室 黄瓜 低温 天气指数保险 中图分类号 S162 4 3 文献标志码 A 文章编号 1673 7148 2021 03 0069 07 引 言 根据天津自然资源和地理位置 天津以沿海都 市型现代农业为发展方向 设施农业是其中重要的 组成部分 至2016年 全市设施面积35 3千公顷 年增加经济效益超过60亿元 占蔬菜总产值的85 以上 设施农业已成为当前天津农业最大的经济增 长点 由于天津大陆性季风气候的特点 冬季寒冷 最 冷月平均气温为 5 4 3 0 因此冬季低温成为 制约设施农业的主要气象灾害 1 为补偿灾害损 失 提高灾后恢复能力 保证生产的稳定发展 农业 保险成为行之有效的手段之一 传统的农业保险以 实际灾害损失作为赔付依据 操作复杂 保险公司与 投保户双方常在查险 定损 理赔 估价等方面存在 较大分歧 2 4 为了解决这一问题 许多国家相继 推出了天气指数保险产品以改进传统经营模式 天气指数农业保险的概念最早出现在20世纪 90年代后期 是在事先指定的区域内 以一种事先 规定的气象事件或变量如天气事件 降水量 气温 风速等的发生为基础 确立损失补偿支付合同的保 险方式 5 2009年11月24日 我国首款农作物旱 灾指数保险产品经过中国保险监督管理委员会批 准 在安徽省长丰县部分乡镇开展了试点工作 此 后相继有许多学者开展了这方面的研究工作 目前 关于天气指数农业保险方面的研究主要包括三方面 内容 一是建立致灾指标 进行保险风险区划 根据 风险值的高低建立参保指标和等级 例如刘映 宁 6 杨小利 7 等以日最低气温为灾害指标建立陕 西 甘肃苹果花期低温冻害风险指数 根据风险指数 的大小确定农业保险的参保指标和等级 王华 等 8 选用日平均气温 23 积寒指数 晚稻生产力 水平构建广东晚稻寒露风保险风险区划指标 制作 保险风险区划图 二是灾害指标 减产率 产量风险 分布模型或灾害风险分布模型相结合 厘定不同免 赔额下的纯保险费率 例如孙擎 9 刘凯文 10 等以 气象与环境科学第44卷 日最高气温 35 的持续天数为致灾指标 结合减 产率和灾害的概率分布函数 厘定了早稻和中稻高 温热害不同免赔额下的纯保险费率 杨帆等 11 参 考作物蒸散量 结合逐日降水量资料构建东北玉米 干旱指数 依据干旱指数概率分布函数和减产率 计 算不同时段的纯保险费率 王春乙 12 蔡大鑫 13 等选取最大降温幅度 极端最低气温 日最低气温 10 持续日数和 10 积寒为致灾因子 建立海 南省芒果 香蕉寒害指数 结合减产率和产量风险分 布模型 厘定不同免赔额下的纯保险费率 设计了芒 果寒害气象指数保险合同 李睿涛 14 曹雯 15 等 分别以标准化降水蒸散指数月值 降水距平百分率 的负值作为冬小麦干旱气象指数 结合减产率及其 风险概率 计算不同免赔额下的纯保险费率 丁烨 毅等 16 以连续降水影响日数作为杨梅降水气象指 数 结合减产率和降水指数风险概率 设计不同赔 付触发条件下的保险纯费率和保险产品 三是根据 灾害指数与减产率的关系 建立保险产品 娄伟平 等 17 根据低温强度 低温持续时间及品种抗冻能力 构建柑橘低温冻害指数 结合相对气象产量 设计柑 橘严重冻害保险气象理赔指数 目前灾害天气指数保险产品多涉及粮食 经济 林果 烟叶等领域 关于设施蔬菜方面的保险产品研 究尚比较少见 郭小芹等 18 根据日光温棚的大风 低温 寡照三种气象灾害指标 用熵权法评判不同灾 害等级的风险度 设计棚内外赔付指数并约定不同 生育期兑付标准 杜子璇等 19 20 以日最低气温 逐 日日照时数 3 h为致灾指标 对河南日光温室黄 瓜寡照 西红柿低温冷害进行风险区划 对两种灾害 的年际发生次数和空间分布情况进行了探讨 上述 关于设施蔬菜天气指数保险产品的研究大多是从气 象指标方面入手 作物灾损率方面考虑得较少 这 主要是因为设施蔬菜较其他作物在产量形成上有很 大的不同 多次采收 有多次产量 造成产量波动的 因素较复杂 其次 设施蔬菜发生气象灾害主要是 受设施内小气候环境的影响 而后者又受设施类型 生产管理等多方面的影响 气象致灾指标缺乏一致 性 此外设施生产的发展历史相对偏短 灾害数据 样本收集比较困难 针对上述问题 本研究根据设施蔬菜多次采收 的特点 将单次采收的产量作为一个独立样本 整个 收获期可形成一个产量序列 对产量样本采用趋势 分离方法剔除生产管理的影响 计算减产率 由于 灾害数据样本缺乏 本研究建立的天气指数保险产 品需要进一步经过实际灾害数据的检验 1 数据和方法 1 1 数据来源 本研究所用温室数据来自天津农科院武清区创 新基地内的新型二代温室 温室东西长65 m 南北 跨度10 m 脊高5 2 m 后墙高3 7 m 后墙材料为 砖加苯板 产量数据时间为2013 2014年和2014 2015年2年温室蔬菜产量观测数据 蔬菜为多次采摘 作物 每次采摘的重量可作为1个产量样本 每年18 个产量数据 为保证数据的稳定性 对2年的产量数 据进行平均 气象数据时间选取对应的2013 2014 年 2014 2015年温室内的小气候观测资料 环境气 象数据为天津市13个国家级气象站2005 2014年气 象观测资料 1 2 研究方法 1 2 1 研究对象和研究时段的确定 基于对天津市温室蔬菜种植种类 种植面积和 经济效益的调研 同等面积同样管理水平的温室种 植果菜的经济效益约为叶菜类两倍 果类蔬菜中种 植面积较大的是黄瓜和西红柿 两种果类蔬菜中 黄瓜对环境气象条件的敏感性更高 因此本文选择 黄瓜作为主要研究对象 天津市日光温室黄瓜种植主要分为三种茬口 秋冬茬 越冬一大茬和冬春茬 三种茬口的黄瓜整 个生长期均会受到外界气象条件的影响 从不利气 象条件造成经济损失的严重程度去比较 收获期遭 受气象灾害时损失最大 此外气象条件对日光温室 黄瓜生长的不利影响主要表现在气温和日照两个方 面 天津地区冬季是一年中气温最低和光照最少的 季节 也是设施蔬菜气象灾害发生最多最严重的季 节 因此 本研究以收获期在冬季 12月至次年2 月 下同 的越冬一大茬黄瓜为研究对象 研究的关 键发育期为收获期 1 2 2 减产率的计算 对黄瓜产量数据采用直线滑动平均的方法模拟 趋势产量 其中滑动步长为11天 根据趋势产量可 分别计算气象产量和相对气象产量 相对气象产量 的负值可定义为灾害天气造成的减产率 直线滑动 平均是一种线性回归模拟与滑动平均模拟相结合的 模拟方法 21 该方法的优点在于既不必主观假定 或判定 产量历史演变的曲线类型 同时又不损失 07 第3期柳 芳等 低温对天津日光温室黄瓜产量的影响 样本序列的数量 则趋势产量 气象产量 相对气象 产量可由下式得出 Yw Y Yt 1 X Yw Yt 2 式中 Yw为气象产量 Y为实际产量 Yt为趋势产 量 X为相对气象产量 计算相同时段减产率和低温天气的定量对应关 系 确定低温天气农业保险理赔阈值 计算近10年 低温的发生概率 参考已有农业保险产品灾害天气 的发生概率 初步建立低温天气指数保险产品 2 结果与分析 2 1 低温导致的减产率 选取2013 2014年和2014 2015年冬季黄瓜产 量资料为样本 计算因低温造成的减产率 由于温 室黄瓜采收时间间隔不一致 采用数学平均 将黄瓜 产量数据换算为同时间间隔的产量序列 然后以该 产量序列为样本 采用直线滑动平均的方法分别计 算趋势产量 气象产量和相对气象产量 滑动步长为 11天 相对气象产量的负值 可认为是由低温造成 的减产率 图1为黄瓜实际产量 趋势产量和气象 产量变化图 由图1可以看出 趋势产量 气象产量与实际产 量的变化趋势基本一致 趋势产量能解释实际产量 的80 以上 在图上表现为一条光滑的曲线 实际 单产则表现为一条不连续变化的折线 其波动特征 和气象产量一致 说明气象条件是造成产量波动的 主要原因 图1 黄瓜实际产量 趋势产量及气象产量变化图 根据公式 1 2 可得出相对气象产量序列 选取低温发生时段 参考陈思宁等 22 研究成果划分 低温发生时段 根据同时段与其对应的减产率 相 对气象产量为负值 可得出对应不同低温指标的 损失率 表1 表1 不同低温天气下黄瓜的减产率 日平均气温 0 1 6 3 0 6 3 6 减产率 13 25 19 52 24 69 34 25 2 2 近10年低温天气发生概率 2 2 1 四种低温指标的发生概率 近10年 2005 2014年 冬季低温天气发生概 率的计算结果如图2 由图2可以看出 4种低温天 气发生概率的空间分布不同 日平均气温在 3 以上的低温天气 表现为南部发生概率高 北部发生 概率低 日平均气温在 3 以下的低温天气 则与 3 以上的相反 其中日平均气温在 6 以下的 低温天气发生概率有两个高值区 分别为北部的宝 坻和东部的宁河 由上述数据可以看出 冬季接近40 的天数日 平均气温为 3 0 发生概率在4个等级指标中 最高 0 1 6 造成的灾害程度较轻 故这两级指 标不作为低温农业保险理赔的天气指标 本研究选 取日平均气温为 6 3 及 6 作为低温 农业保险的理赔天气指标 2 2 2 两种低温指标不同持续天数的概率 近10年 2005 2014年 上述两级农业保险理 赔天气不同持续天数的发生概率 持续天数设定为 2天 3天 4天 10天 见图3和图4 由于图片 太多 本文仅显示持续5 10天低温发生概率空间 分布图 17 气象与环境科学第44卷 图2 2005 2014年黄瓜收获期4种低温天气发生概率图 a 日平均气温0 1 6 b 日平均气温 3 0 c 日平均气温 6 3 d 日平均气温 6 由图3可以看出 6 3 低温天气持续天数 为6天时 全市发生概率在1以下 即一年一遇 持 续天数为8天时 全市发生概率在0 5以下 即两年 一遇 持续天数为10天时 全市发生概率在0 3以 下 即十年三遇 由图4可以看出 日平均气温低于 6 的低温 天气持续6天时 全市的发生概率在0 5以下 两年 一遇 持续8天时 发生概率在0 3以下 十年三遇 持续9天以上时 发生概率在0 2以下 五年一遇 参考保险公司干旱灾害农业保险产品 选取投 保的灾害天气指标发生概率为0 1 考虑温室生产 经济效益 生产成本较同等面积大田生产的高 蔬菜 对环境气象条件的敏感程度 脆弱程度都较大田作 物的高 此处选取低温发生概率为0 3以下的持续 天数为投保的灾害发生天数 因此日光温室黄瓜果 期低温的农业保险天气指标可分为 6 3 和 6 两级 见表2 2007年天津市政府启动政策性农业保险试点 工作 目前大田作物保险基本实现全覆盖 温室大 棚中雪灾 冰雹 风灾和暴雨4种气象灾害已纳入农 业保险范围 投保对象是温室大棚的设施 棚膜 钢 架等 主要赔偿气象灾害对温室大棚造成的机械 性损坏 2017年开始在小范围内试点温室作物保 险 将温室大棚中的蔬菜纳入参保对象 对因温室设 施损坏而遭受灾害的作物进行赔偿 对于冬季影响 温室蔬菜生长与产量的主要气象灾害 低温 尚未 27 第3期柳 芳等 低温对天津日光温室黄瓜产量的影响 图3 2005 2014年日平均气温在 6 3 的不同持续天数的发生概率 a 持续5天 b 持续6天 c 持续7天 d 持续8天 e 持续9天 f 持续10天 图4 2005 2014年日平均气温 6 的不同持续天数的发生概率 a 持续5天 b 持续6天 c 持续7天 d 持续8天 e 持续9天 f 持续10天 37 气象与环境科学第44卷 有成熟的保险产品 本文建立了日光温室黄瓜收获 期低温温室外致灾指标 探讨了低温天气与蔬菜产 量的定量影响关系 初步构建了日光温室黄瓜低温 农业保险产品 研究成果为以后设施蔬菜灾害天气 指数保险产品的上市提供数据支撑 表2 日光温室黄瓜果期低温农业保险天气指标 日平均 气温 持续天数 d 可能造成的 减产率 6 3 10天及以上 25 6 8天及以上 34 3 结论与讨论 1 与大田农业相比 设施蔬菜发展时间相对较 短 产量数据 灾害数据积累相对不足 给制定蔬菜灾 害天气指数保险产品带来一定困难 本文以黄瓜多次 采收数据为时间样本序列 以此弥补产量数据的不足 通过计算同时段相对气象产量和低温天气的对应关 系 建立减产率与低温天气指标的定量关系 2 本研究在考虑低温天气对温室蔬菜产量影响 的基础之上 还增加了低温天气和不同持续天数的历 史发生概率的计算 以已有的气象灾害农业保险产品 为参考 初步建立包含致灾指标 持续天数 减产率的 温室蔬菜果期低温天气指数农业保险产品 3 由于目前灾害数据样本缺乏 本研究成果 尚未有实测灾害减产数据检验 今后也将在这方面 继续补充完善 参考文献 1 于红 陈思宁 黎贞发 等 天津市武清区日光温室风灾风险时空 特征分析 J 气象与环境科学 2019 42 2 62 67 2 张祖荣 农业保险的价格构成与保费补贴比例的确定 J 财政 研究 2012 10 42 46 3 孙香玉 钟甫宁 福利损失 收入分配与强制保险 不同农业保 险参与方式的实证研究 J 管理世界 2009 5 80 88 4 庹国柱 朱俊生 试论政策性农业保险的财政税收政策 J 经济 与管理研究 2007 5 47 50 5 杨太明 孙喜波 刘布春 等 安徽省水稻高温热害保险天气指数 模型设计 J 中国农业气象 2015 36 2 220 226 6 刘应宁 贺文丽 李艳丽 等 陕西果区苹果花期冻害农业保险风 险指数的设计 J 中国农业气象 2010 31 1 125 129 7 杨小利 甘肃平凉市苹果花期冻害农业保险风险等级评估 J 干旱气象 2014 32 2 281 285 8 王华 杜尧东 张羽 等 广东晚稻寒露风保险风险区划 J 气象 与环境科学 2018 41 4 98 102 9 孙擎 杨再强 殷剑敏 等 江西早稻高温逼熟气象灾害指数保险 费率的厘定 J 中国农业气象 2014 35 5 561 566 10 刘凯文 刘可群 邓爱娟 等 基于开花期地域差异的中稻高温热害 天气指数保险设计 J 中国农业气象 2017 38 10 679 688 11 杨帆 刘布春 刘园 等 气候变化对东北玉米干旱指数保险纯 费率厘定的影响 J 中国农业气象 2015 36 3 346 355 12 王春乙 张亚杰 张京红 等 海南省芒果寒害气象指数保险费 率厘定及保险合同设计研究 J 气象与环境科学 2016 39 1 108 113 13 蔡大鑫 张京红 邹海平 等 海南岛香蕉寒害纯保险费率研究 J 自然灾害学报 2013 22 6 210 216 14 李睿涛 刘京会 周洪奎 等 华北平原冬小麦因旱减产气象指 数保险产品研究 J 灾害学 2017 32 3 216 221 15 曹雯 成林 杨太明 等 河南省冬小麦拔节 抽穂期干旱天气指 数保险研究 J 气象 2019 45 2 274 281 16 丁烨毅 杨栋 陈鑫磊 等 杨梅降水气象指数保险产品设计 以慈 溪市为例 J 浙江农业学报 2017 29 12 2032 2037 17 娄伟平 吴利红 倪沪平 等 柑橘冻害保险气象理赔指数设计 J 中国农业科学 2009 42 4 1339 1347 18 郭小芹 罗永忠 河西东部日光温棚气象灾害保险理赔指数设 计 J 灾害学 2017 32 1 137 141 19 杜子璇 刘忠阳 曹淑超 低温冷害对河南省设施农业的影响分 析 J 气象与环境科学 2014 37 1 5 12 20 杜子璇 刘忠阳 刘静 等 河南设施农业黄瓜寡照灾害时空分 布及风险评价 J 干旱气象 2015 33 4 694 701 21 薛昌颖 霍治国 李世奎 等 华北北部冬小麦干旱和产量灾损 的风险评估 J 自然灾害学报 2003 12 1 131 139 22 陈思宁 柳芳 黎贞发 等 基于不同发育期的日光温室黄瓜低 温冷害风险评估研究 J 中国农业资源与区划 2016 37 2 154 160 47 第3期柳 芳等 低温对天津日光温室黄瓜产量的影响 Effect of Low Temperature on Solar Greenhouse Cucumber Yield in Tianjin Liu Fang Chen Sining Li Zhenfa Tianjin Climate Center Tianjin 300074 China Abstract Weather index insurance can not only effectively guarantee disaster loss but also have simple claim procedure with low cost It can help avoid adverse selection and moral hazard and is an in novative way for agricultural insurance In order to reduce the disaster loss of facility vegetables and pro mote the stable development of vegetable production according to the corresponding relationship between the disaster index of low temperature injury and the reduction rate of vegetable production and the histori cal probability of occurrence of low temperature injury this paper designs the agricultural insurance weather products including the disaster induced meteorological index and the low temperature chilling in jury in cucumber fruit stage in solar greenhouse with continuous days and reduced yield rate by taking the low temperature injury as an example the cucumber as a representative and using the meteorological da ta from 13 stations in Tianjin during 2005 2014 and the vegetable production data in 2013 2015 The results show that if the daily average temperature 6 3 lasts for more than 10 days the vegetable production in the greenhouse may be reduced by 25 or if the daily average temperature is lower than 6 and lasts for more than 8 days the vegetable production in the greenhouse may be reduced by 34 When the above two kinds of disaster weather occur the insurance company can start to pay com pensation and the probability of occurrence is three times in ten years The research results can provide data support for the listing of weather index insurance products of facility vegetable disaster in the future Key words solar greenhouse cucumber low temperature weather index insurance 57