基于濮阳市夏玉米干旱天气指数模型的农业保险设计.pdf
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1、中南农业科技2023 年第 44 卷第 9 期2023 年 9 月中南农业科技South-Central Agricultural Science and TechnologyVol.44 No.9Sep.,2023董建设.基于濮阳市夏玉米干旱天气指数模型的农业保险设计 J.中南农业科技,2023,44(9):84-86,92收稿日期:2023-04-24基金项目:中国气象局/河南省农业气象保障与应用技术重点实验室2022年度应用技术研究基金项目(KM202239)作者简介:董建设(1981-),男,河南清丰人,工程师,主要从事专业气象服务和农业气象灾害研究工作,(电话)0393-467899
2、0(电子信箱)。玉米(Zea mays L.)是濮阳市的主要粮食作物,2020年该市玉米播种面积为 15.2万 hm2,约占全市秋粮作物面积的 77%,占全市粮食作物总面积的36%,是濮阳市重要的农业经济来源。玉米分春、夏两季种植,濮阳市种植夏玉米,一般 6 月初开始播种,9月下旬成熟收获,种植期间阶段性干旱频繁发生,严重影响了夏玉米的产量,给农户带来严重的经济损失。因此,需要开展干旱灾害风险评估和风险转移研究,最大限度地减轻干旱灾害对夏玉米产量造成的影响。农业保险是规避自然风险、保障农业生产、稳定农民收入的重要手段。天气指数保险是指将气象致灾因子和其所造成的损失开展相关性分析并进行天气指数设
3、计,将气象灾害引发的作物损害程度评估指数化,当某种气象灾害指数达到某个预定值,投保户就可以申请得到一定的经济补偿1。天气指数保险与传统农业保险相比,具有产品设计形式简单,基础数据客观权威、道德风险低、逆向选择低、合同标准化程度高等优势。天气指数保险最早出现在 20 世纪 90 年代的美国、加拿大等发达国家,其成果已投入保险业中使用。国内学者在天气指数保险方面也进行了一定的探索。如杨太明等2,3设计了安徽省冬小麦的 5种天气指数保险产品,主要有干旱指数、倒春寒指数、干热风指数、阴雨日数指数等;牛浩4研究出基于风险区划的玉米产量保险产品;李琴英等5对河南省玉米区域产量保险展开了实证研究。本研究在借
4、鉴以上研究成果的基础上,立足本地农业保险市场需求,以濮阳市夏玉米为研究对象,应用天气指数保险理念6,7,分析夏玉米生育期内相关气象要素和产量损失的关系,构建夏玉米干旱天气指数模型8-11,根据模型厘定保险费率和保险触发指标,设计夏玉米干旱气象指数保险产品12,13,旨在为濮阳市农业保险提供科学、合理的理赔依据,推动农业生产的高质量发展。1资料与方法1.1资料来源本研究气象数据来源于濮阳市5个县级国家气象观测站,选取19912020年降水量、日照时数、平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、平均风速、水汽压的逐日数据;玉米产量数据来源于濮阳市地方史志办公室、濮阳市统计年鉴和河南省统计年鉴;干旱灾
5、情数据来源濮阳市气象局灾情数据库、地方志和 中国气象局灾害大典:河南卷14。基于濮阳市夏玉米干旱天气指数模型的农业保险设计董建设(濮阳市气象局,河南 濮阳457000)摘要:利用19912020年河南省濮阳市5个台站地面气象站逐日观测资料和夏玉米(Zea mays L.)产量资料,基于标准化降水蒸散指数(SPEI)构建夏玉米干旱天气指数,通过分析夏玉米干旱天气指数与相对气象产量之间的关系,构建夏玉米干旱天气指数模型。分析了濮阳市夏玉米干旱发生的基本规律,并开展了干旱风险评估,在此基础上,设计了夏玉米干旱天气指数保险产品,并基于干旱风险评估结果对天气指数产品保险费率进行了修订。结果表明,将夏玉米
6、干旱划分为轻旱、中旱、重旱、特旱4个等级,濮阳市夏玉米干旱发生率为40%,轻旱和中旱发生率较高;基于干旱天气指数模型,将干旱天气指数等于-0.5作为保险赔付触发值,并确定了不同干旱天气指数等级的赔付标准,修订后的干旱天气指数保险费率为7.2%9.2%,每公顷夏玉米保费为502642元。关键词:农业保险;玉米(Zea mays L.);干旱;天气指数;保险费率;河南省濮阳市中图分类号:S513;F842.66文献标识码:A文章编号:2097-2083(2023)09-0084-03第 9 期采用 Excel、Eviews、R 语言等软件,运用常规统计方法,对玉米产量数据、生长观测数据和天气指数模
7、型进行统计分析。1.2干旱天气指数夏玉米的生长发育和产量与全生育期的日照时数、气温、降水量等气候变量有很强的相关性15-17。因此,根据天气指数设计原则,需选用受人为因素影响小且与玉米产量损失密切相关的气象指标构建对应的灾害指数模型。本研究选取标准化降水蒸散指数SPEI作为衡量濮阳市夏玉米干旱程度的指标,其融合了降水量和气温对区域干旱的影响,又具有多时间和空间尺度的特性,能有效反映不同区域的旱涝状况。1.2.1参考作物蒸散量参考作物蒸散量(Reference crop evapotrans-piration)是指供水充分条件下满足参考作物的潜在蒸散量。逐日参考作物蒸散量采用联合国粮农组织(FA
8、O)1998年修正的标准Penman-Monteith公式,算式如下。ET0=0.408()Rn-G+900Tmean+273u2()es-ea+()1+0.34u2(1)式中,ET0为参考作物蒸散量,mm/d;Rn为地表净辐射,MJ/(m2d);G为土壤热通量,G=0.32 MJ/(m2d);Tmean为日平均气温,;u2为 2.0 m 高处风速,m/s;es为饱和水汽压,kPa;ea为实际水汽压,kPa;为饱和水汽压曲线斜率,kPa/;为干湿表常数,kPa/。地表净辐射、日平均气温和水汽压等参数均可通过日照时数、最高气温和最低气温等气象要素求出。1.2.2标准化降水蒸散指数标准化降水蒸散指
9、数(SPEI)通过对年均降雨量和潜在蒸散量二者之间差值的正态标准化处理计算得到。潜在蒸散量与逐月降雨量的差值(Di)采用PM法,计算式如下。Di=Pi-ETi(2)式中,Pi为第 i月的累计降水量,mm;ETi为第 i月的潜在蒸散量,mm;Di为反映第i月的水分盈亏状况的参数,mm。构建水分盈亏累积序列,采用Log-logistic概率分布函数,并对概率密度进行标准化处理,计算出对应的SPEI如下。I=-C0+C1+C221+d1+d22+d33P 0.5-()-C0+C1+C221+d1+d22+d33P 0.5(3)式中,I为SPEI值;为概率加权矩;P为累积概率;C0、C1、C2、d1、
10、d2、d3均为常数项,C0=2.515 517,C1=0.802 853,C2=0.010 328,d1=1.432 788,d2=0.189 269,d3=0.001 300。根据GB/T 204812006 气象干旱等级,SPEI 的干旱等级划分标准化为:I-2.0 为特旱,-2.0I-1.5 为 重 旱,-1.5I-1.0 为 中 旱,-1.0I-0.5为轻旱,I-0.5为无旱。1.3气象产量与减产率选取濮阳市5个县19912020年夏玉米单产资料,运用H-P滤波法将有一定趋势的平滑数列从产量(Y)的时间序列中分离出来,将该部分视为趋势产量(Yt),进而分离出气象产量(Y)和相对气象产量
11、(Y),减产率(X)为相对气象产量(Y)为负值的序列。利用式(4)计算得到19912020年濮阳市玉米气象产量序列和玉米减产率数据。通常将Y-5%视为减产年5。Y=Yt+Y,Y=YYt 100%(4)1.4干旱风险评估玉米干旱风险不仅受天气的影响,还与种植区的经济发展水平、抗灾能力、农田基础设施等因素有关,不同地区的干旱灾害风险不同。干旱致灾因子危险性可以用来衡量发生干旱灾害的可能性,因子越大,表明发生旱灾的可能性也越大,对玉米产量的影响程度越大;反之发生灾害的可能性越小,对玉米产量的影响就越小。一般用干旱频率(F)和干旱强度(Q)的乘积来表示玉米全生育期干旱致灾因子危险性(E),暂不考虑其他
12、影响因素,算式如下。E=FQ(5)1.5保险费率利用干旱灾害风险评估结果,设计修订保险费率。保险费率(R)等于投保作物单位面积灾害损失率的数学期望E(loss),可以利用灾害损失率和其发生的概率统计求出。R=E(loss)=Li Pi,i q(6)式中,Li为第 i等级的灾害损失率,本研究为夏玉米减产率;Pi为第i等级灾害损失率的发生概率或频率;i为气象灾害(天气指数)等级,q为天气指数的赔付触发值对应的灾害等级。2结果与分析2.1SPEI指数特征变化根据 SPEI 干旱指数定义,由图 1 可知,19912020年濮阳市夏玉米生长季共出现了 12次不同程度的干旱,干旱发生率为40%,其中199
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