ارزيابي كمي و مدلسازي ريسك سرمازدگي بهاره محصولات زراعي و باغي در ايران

Quantitative Evaluation of Spring Frost Risk to Agricultural and Horticultural Crops in Iran and Modeling

هدف از اين بررسي پهنه‌بندي ريسك اقليمي آسيب سرماهاي ديررس بهاره به محصولات مختلف زراعي و باغي در مراحل مختلف فنولوژي در گستره ايران و كمي كردن آن در پهنه هاي زراعي، باغي و ديمزارهاي كشور و نهايتاً تدوين مدلي كاربردي براي انجام محاسبات و ارايه نتايج براي تعيين نرخ بيمه محصولات زراعي است. براي اين منظور ابتدا سري‌هاي زماني آمار دماي حداقل روزانه هوا در 137 ايستگاه دماسنجي كشور از بدو تاسيس تا سال 2004 گردآوري و تحت كنترل كيفي و بازسازي قرار گرفت و سري زماني پيوسته آن‌ها تشكيل گرديد. براي تاريخ وقوع دماها از TDN‌ شماره روزهاي سال دمايي (از اول اوت هر سال تا پايان ژوييه سال بعد) استفاده شد، و تاريخ وقوع آخرين سرماي بهاره هر سال بر حسب آن براي 13 آستانه دمايي استاندارد (?) از 9/8- تا 1/4+ درجه سانتي گراد تعيين شد. دراين بررسي Zi متغير معيار شده مقادير سالانهTDN به عنوان سنجه ارزيابي ريسك آخرين سرماي بهاره پيشنهاد گرديد و حسب مقادير آن، هرسال دمايي از ديدگاه پتانسيل سرمازدگي محصول در يكي از چهار گروه ناچيز، كم، متوسط و پرخطر قرار داده شد و همچنين احتمالات ()?Po(، )?P1(، )?P2( و )?P3() وقوع آن ها حسب درصد در دوره مطالعاتي براي هر ايستگاه محاسبه گرديد. پارامتر P23(?) يعني درصد احتمال وقوع آخرين سرماهاي زيان بخش متوسط يا شديد ? درجه، معيار پهنه‌بندي اقليمي ريسك قرار گرفت. بررسي نشان داد كه تابع ريسك P23(?) بهاره عموماً براي دماهاي سيزده‌گانه روابط خطي معني دار قابل تعميمي با طول و عرض جغرافيايي و ارتفاع دارند. بر اين پايه اطلس اقليمي ريسك آخرين سرماهاي بهاره براي 13 آستانه دمايي مختلف و با دقت 1×1 كيلومتر در محيط GIS‌ و به روش ايجاد لايه تصحيح خطا براي كل كشور ترسيم و ارايه گرديد. در گام بعدي دماهاي بحراني آستانه سرمازدگي ? بسته به نوع محصول زراعي و باغي در مراحل مختلف فنولوژي بر اساس داده هاي جداول فايو به نقشه هاي ريسك پيوند داده شد. در مرحله آخر به منظور كاربردي كردن نتايج، يك نرم‌افزار تحت عنوان AgroClimRisk گسترش داده شد كه قادر است با استفاده از اطلس اقليمي مذكور و بر مبناي محاسبات زمين آماري، آماره‌هاي كمّي ريسك (شامل حداقل، حداكثر و ميانگين) را در روي گستره‌هاي زراعي يا باغي دهستان ها و يا بخش هاي مختلف كشور براي 27 محصول مختلف در هر يك از سه مرحله اصلي فنولوژي يعني جوانه زني، گلدهي و ميوه دهي ارايه دهد.

The purpose of this study is to quantify and mapping climatic damage risk of last spring frost for different agricultural and horticultural crops at various phonological stages over Iran and to develop an applicable model for determining crop insurance premium rates. For this purpose daily minimum temperature data of 137 meteorological stations since their establishment date to 2004 were collected and submitted to quality control. Missed or debt full data were reconstructed using a cross control model. Finally the time series of daily minimum temperatures are formed for each station and then the date of the occurrence of these daily data were expressed by TDN (Thermal Day Number), using a thermal year calendar (from first of August each year until end of July next year). Thus the last spring frost (LSF) date of occurrence in each year is expressed by TDN. The time Series of LSF are accomplished for 13 standard temperature threshold ?, from -9.8 to +4.8 Celsius degrees and for each station. Based on these series, the normalized values of TDNi named Zi is defined as a measure of frost risk severity for each thermal year i and each critical temperature (?). At next step, based on Zi values, each thermal year was placed in one of the four risk classes of very low, low, medium and high frost damage risk group. Then the probability of their occurrences (Po (?), P1 (?), P2 (?) and P3 (?)) were calculated for each station and all critical temperature?. Finally the parameter P23 (?) =P2 (?) +P3 (?) i.e. the probability (in percent) of moderate and high frost risk were considered as spring frost risk criterion for various values of ?. It has been shown that P23 (?) for all 13 values of ? has a significant linear relationship with longitude, latitude and elevation. Based on these regression equations and using error-correction procedures, spring frost risk maps with spatial resolution of 1×1 km2 were constructed in GIS environment for 13 critical temperatures over Iran. Afterwards critical temperatures (?) at different phonological stages based on FAO threshold data were coupled to frost risk maps. Ultimately, for practical applications ,a new agro-climatic risk tool named AgroClimRisk was developed which can be combined with geo-statistical methods to calculate the quantities of maximum, minimum and averages of frost risk for 27 different crops and for three phonological main stages i.e. germination, flowering and fruit forming, over agricultural zones of Iran.