专利名称：一种人工模拟降雹灾害的试验方法雹灾是一种严重的气象灾害，随着农业承灾体类型的不断增多，城市化水平的提高，其导致的损失日益增加。范宝俊(1999)将冰雹灾害定义为从发展强盛的高大积雨云中降落到地面上的固体降水所造成的灾害。张养才等(1991)认为，它是一种局地性强、季节明显、来势急、持续时间短，以砸伤为主的一种气象灾害。简言之，雹灾就是冰雹降落在各类承灾体上造成的损害。雹灾是一种严重的气象灾害，虽然其持续时间短，影响范围小，但突发性强，破坏性大(王静爱等，1999)。如2005年5月31日北京地区一次降雹就造成数千辆汽车遭受损失，保险公司的赔付超过500万元，又如2007年7月9日的雹灾造成仅昌平区果树和农作物直接经济损失就达3000万元。据WM0(World Meteorological Organization)统计，每年冰雹给世界带来的损失约20亿美元(董安祥和张强，2004)。中国是世界上四大冰雹灾害频发区之一，平均每年遭受雹灾的耕地面积约2X106hm2，平均每年遭受雹灾的直接经济损失达到30多亿元，多雹灾年直接经济损失达到100多亿元(CLPINF0，2009)。随着农业承灾体的类型不断增多，经济价值也不断增长，因雹灾引起的损失不断增加。在我国最易受雹灾的农业承灾体主要是棉花、玉米和大豆,而造成的损失尤以棉花为甚。冰雹对棉花的破坏力很大，它可以打烂棉叶、打折枝茎、打坏生长点、打落棉铃，甚至造成棉花绝收。我国大部分地区降雹主要集中在4 9月(王瑛等，2002)，正值棉花生育期内，因此降雹对不同阶段的棉花都有损害，造成综合灾情大。不仅如此，我国的黄河流域棉区、长江流域棉区和新疆棉区三大棉花种植区恰是冰雹灾害频发区，造成很大损失。我国对雹灾的模拟试验方法有一定的研究。如1987年，山东省聊城地区保险公司和聊城农校联合，采用人工掷石子的雹灾模拟方式，对不同生育时期的棉花进行破坏性试验，得出了雹灾对棉花危害的曲线方程。但上述试验与自然降雹情景有很大差异，因其不能够定量控制和精确测度试验中使用的石子直径、石子密度和石子动能，更重要的是对降雹情景的设置、损失程度指标的选取、试验数据的处理等也没有形成系统的方法。目前也有一些对雹灾模拟的试验装置，但都是对太阳能电池、太阳能热水器、飞行器或其他类似产品进行冰雹冲击模拟试验的装置，没有涉及雹灾对农作物产量定损的试验，而且也没有形成系统的试验方法。因此，基于以上背景条件，提出一种人工模拟降雹灾害的试验方法，能够定量的进行相关雹灾对棉花危害方面的试验，今后还可以扩展到人工模拟降雹对其它农作物的影响等试验
鉴于以上问题，本发明提出一种利用人工模拟降雹机产生不同大小、不同降雹密度的冰雹用以打击不同生长时期的棉花，来研究雹灾灾情的试验方法。通过本发明所提到的人工模拟降雹灾害的试验方法，达到了对雹灾打击农作物(本试验主要是针对棉花)后造成的损失进行定量研究的目的，从而能够厘定雹灾承载体脆弱性这一核灾、定损及进行进一步风险评估的核心参数。本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的提供一种人工模拟棉田降雹灾害的试验方法，包括以下步骤(I)以棉花生长期、冰雹大小和降雹密度为变量设计雹灾情景；(2)将试验田划分为试验小区和对照小区，再根据步骤(I)设计的情景划分所述的试验小区；(3)在每个棉花生长期内，按照步骤(I)设计的以冰雹大小和降雹密度为变量的所有情景，分别对相应的试验小区内的棉花植株实施人工模拟降雹打击试验，并观测和记录相应试验小区和对照小区在打击前后的棉花植株生物性状；(4)在最后一个棉花生长期结束后，观测和记录相应试验小区和对照小区的产量性状，并处理分析试验观测数据。步骤(I)所述的棉花生长期，可以根据本领域现有的标准划分为若干个，例如可以将从棉花出苗期开始到吐絮期结束的大约5个月划分为以下几个生长期①播种出苗期一从播种到子叶出土平展时，称出苗，棉田出株数达50%时，为出苗期；播种后，温度、氧气、水分条件适宜，约经8-15天便可出苗。②苗期一从出苗到现蕾称为苗期，约40-50天，包括幼苗期和孕蕾期。③蕾期一从现蕾到开花这一段时期称蕾期，蕾期的长短随品种、气候条件和栽培管理的不同而有差异，一般为25-30天。④花铃期——从开花到开始吐絮的一段时期称花铃期，一般50天左右，是棉花生育最肥盛时期。⑤叶絮期一棉花开始吐絮到全田收花基本结束，为吐絮期。吐絮期长短，因各棉区的无霜期长短和栽培条件而有差异，一般75天左右。步骤⑴所述的冰雹大小优选从l-5cm的冰雹直径；更优选lcm、l. 5cm、2cm、 2. 5cm、3cm和5cm的冰雹直径。步骤⑴所述的降雹密度通常为50 500个/m2 ;优选150 450个/m2 ;更优选 150 个 /m2、300 个 /m2 和 450 个 /m2。步骤(3)所述的人工模拟降雹打击试验优选采用人工模拟降雹机发射冰球或冰块打击棉田来完成。所述人工模拟降雹机发射冰球或冰块的初速度优选23m/s以上。所述的人工模拟降雹机可将不同大小、不同数量的冰雹打入空中让其以自由落体落下，也可以一定入射角度直接对准植株进行打击。所述的人工模拟降雹机可以选用现有技术中各种可以实现人工模拟降雹功能的机械，优选的人工模拟降雹机可以如图I所示，主要包括移动牵引部分I、水平旋转部分2、 产风部分3、角度调节部分4、进冰部分5、发射部分6等；其移动牵引部分I上设置有水平旋转部分2，水平旋转部分2上设置有产风部分3、角度调节部分4，产风部分3联接发射部分6，发射部分6联接进冰部分5。所述的移动牵引部分I主要包括牵引杆101、框架102、 支架103、轮架104、车轮105、轮轴106等零部件；其框架102采用槽钢制作，呈A字型，框架102底面安装有可折叠的支架103，A字型框架102的头端联接有牵引杆101，尾端联接有钢质轮架104，轮架104上安装有轮轴106及左右两个车轮105。所述的水平旋转部分2 主要包括下轴承套201、上轴承套202、蜗轮203、圆锥滚子轴承204、传动轴205、向心球轴承206、蜗杆207、钢板208、支撑轮209、传动轴套210、方管211、试验平台212、轮轴支承架 213、蜗杆轴架214等零部件；其传动轴205顶部与试验平台212焊接固联，下部设置有下轴承套201，其内装有单列圆锥滚子轴承204，用于支承传动轴205，下轴承套201安装在轮轴支承架213上，轮轴支承架213固联在移动牵引部分I的轮架104上，对传动轴205进行轴向定位；传动轴205上还设置有上轴承套202，其内装有单列向心球轴承206，用于支承传动轴205，上轴承套202安装在环形的钢板208中心孔内，环形钢板208固联在移动牵引部分I的轮架104及框架102上，对传动轴205进行径向定位；传动轴205上部键联接有蜗轮 203及传动轴套210，蜗轮203啮合蜗杆207，蜗杆207设置在蜗杆轴架214上，蜗杆轴架214 设置在环形钢板208上；传动轴套210外侧焊接有两根方管211，方管211上面焊接有试验平台212，方管211底面焊接有沿圆周均匀分布的四个支撑轮209，且四个支撑轮209位于环形钢板208上。所述的产风部分3主要包括张紧轮调节杆301、柴油机302、传动带303、 张紧轮304、风机架305、传动带轮306、风机307、定位销308、钢架309、风机轴310等零部件；其柴油机302、钢架309通过螺栓安装在水平旋转部分2的试验平台212上，由于柴油机302震动较大，柴油机302下面装有弹簧垫圈，防止柴油机松脱；钢架309的上平面为斜面，通过螺栓联接有斜置的风机架305，风机架305上安装有风机307，可通过风机架305固定风机307或调整风机307的安装高度及角度，风机轴310上安装有传动带轮306，柴油机 302的输出轴通过其轴上自带的传动带轮及三角传动带303联接风机轴310上的传动带轮 306，三角传动带303上设置有张紧轮304，钢架309上铰接有张紧轮调节杆301，通过张紧轮调节杆301调整张紧轮304，并将张紧轮调节杆301锁固在钢架309上设置的定位销308 上。如图2所示，所述的角度调节部分4主要包括支撑杆401、齿轮轴402、锁紧扳手 403、齿条404、升降杆405、齿轮轴架406、手柄407、轴承座408等零部件；其支撑杆401内设置有升降杆405，升降杆405上端铰接在发射部分6的发射管601下面，支撑杆401下端铰接在水平旋转部分2的试验平台212侧面，支撑杆401上设置有锁紧扳手403，用于锁固升降杆405 ;齿轮轴402安装在齿轮轴架406上部的轴承座408内，轴承座408两侧设置有手柄407，齿条404安装在风机307壳体的外侧，齿条404为圆弧形，齿条404与齿轮轴402口四合。如图3所示，所述的进冰部分5主要包括置冰凹槽501、滑落凹槽502、冰球出口 503、销轴504、滑盖505等零部件；其置冰凹槽501位于风机307之上，但不与风机联接，方型置冰凹槽501后部衔接滑落凹槽502，滑落凹槽502后部设置有凹槽型的冰球出口 503， 冰球出口 503上方设置有滑盖505，冰球出口 503侧壁上设置有销轴504，置冰凹槽501、滑落凹槽502通过销轴504与冰球出口 503活动联接，冰球出口 503焊接在发射部分6的发射管601上。同时如图3所示，所述的发射部分6主要包括发射管601、法兰盘602、圆管603 等零部件；其发射管601 —端为方口，通过螺栓与产风部分3的风机307方口联接，另一端为圆口，通过法兰盘602与圆管603联接；发射管601上设置有一方形开口 604与进冰部分 5的冰球出口 503相对应。如图4所示，通过水平旋转部分2的蜗轮203啮合蜗杆207，传递交叉两轴间的运动和动力，由于传动轴205上端与试验平台212焊接，从而把旋转运动又传递给试验平台 212，使传动轴205带动试验平台212逆时针旋转，图中c角为试验平台212以水平中心线为基准逆时针旋转30°的使用状态，试验平台212逆时针旋转范围c为O 90°，同时试验平台212上的柴油机302、三角传动带303、传动带轮306、风机307，及发射管601、圆管 603也作相应30°旋转，在农田中进行降雹试验时，可通过水平旋转部分2调整冰球射出的方向，使其对准要打击的农作物，而牵引杆101、框架102、轮架104不转。使用所述优选的人工模拟降雹机模拟降雹灾害时，通过四轮拖拉机与牵引杆101 联接，将人工模拟降雹装置驶入农田中，被牵引移动时，支架103绕销轴旋转至水平收起， 不移动时放下支架103起支撑作用，四个支撑轮209用于承载试验平台212及设备、实验人员的重量，并将重力通过环形钢板208、轮架104传递到车轮105上；通过人工转动手柄407 带动齿轮轴402与圆弧形齿条404啮合来调节风机307出风口及发射部分6的角度，由于风机307出风口与发射管601联接，所以同时带动发射管601进行角度调节，以水平线为基准，当发射管601绕风机轴310向上仰起，角度为正角0-85度时，如图I中a角所示，可将发射管601内的冰球506打入空中，然后自由落下模拟自然降雹打击农作物，当发射管601绕风机轴310向下俯放，角度为负角0-25度时，如图I中b角所示，发射管601内的冰球506 可对准不同生长时期农作物的高度，直接进行打击；通过手动蜗杆207啮合蜗轮203使传动轴205转动，传动轴205带动试验平台212转动调整发射管601及圆管603的旋转方向，使冰球506按既定方向射出。试验前将张紧轮304松开，柴油机302发动后，压下张紧轮304， 柴油机302输出轴连动三角传动带303带动风机主轴使风机307运转产生高压空气，风速大小可通过调节柴油机上设置的油门控制，使不同直径的冰球506在发射管601中通过产风部分3产生的高压空气加速，并获得一致的加速度。试验时将一定量的冰球506放入置冰凹槽501中，将试验所需数量的冰球506手动拨向滑落凹槽502，冰球506在重力作用下从冰球出口 503滑落至发射管601的方形开口 604进入圆管603中，当发射管601向上仰起时，由于置冰凹槽501、滑落凹槽502通过销轴504与冰球出口 503活动链接，所以置冰凹槽501、滑落凹槽502不上仰，而是绕销轴504旋转，此时应将滑盖505打开，使滑落凹槽 502的下端可旋入冰球出口 503中，冰球506仍然可以从冰球出口 503滑落至发射管601的方形开口 604再进入圆管603中，在风压作用下从管口将冰球506射向农作物，通过送进不同数量的冰球506，完成对不同降雹密度的模拟。经计算冰球506在发射管601与圆管603 联接后总长约为2. 5m的管道中通过高压空气加速，可使冰球506飞出管口的出口速度达到试验要求23m/s以上。所述的冰块或冰球可以通过各种方法制备得到，例如可以用不同规格的冰模冻出步骤(I)所设计的各种大小的、足够数量的冰块或冰球，冻好后将不同大小的冰块或冰球按规格分开存放于保温箱内备用。步骤(3)所述的每个情景下的打击试验优选重复做3次。步骤(3)所述的棉花植株生物性状包括生长点数、顶尖折断、叶面积、落叶数、破叶数、果枝数、落枝数、断枝数、花蕾数和/或棉桃数；可在所述范围内根据不同的生长期进行调整。根据本发明的方法，其通过特定程序，利用现有技术的人工模拟降雹机直接对棉花田中的植株进行试验，然后通过试验前后棉花的叶片数、果枝数、棉铃(棉桃)数的测量对比，以及试验结束后测量各小区棉花最终产量，评估不同情景下的雹灾造成的损失。通过人工模拟降雹灾害的试验方法，提供了一种灾害模拟以及定损的系统试验方法。图I是本发明优选的人工模拟降雹机的结构示意图的主视图。图2是本发明优选的人工模拟降雹机的角度调节部分4的齿轮齿条啮合结构示意图。图3是本发明优选的人工模拟降雹机的进冰部分5结构示意图的剖视图。图4是本发明优选的人工模拟降雹机的使用状态示意图的俯视图。图5是本发明实施例I的人工模拟降雹灾害试验方法的整体工作流程图。图6是本发明实施例I的固定降雹密度(450个/m2)的情况下，冰雹直径和落叶率的关系回归曲线图。图7是本发明实施例I的落叶率与降雹密度关系的柱状图。

本发明提供一种人工模拟棉田降雹灾害的试验方法，包括以下步骤(1)以棉花生长期、冰雹大小和降雹密度为变量设计雹灾情景；(2)将试验田划分为试验小区和对照小区，再根据步骤(1)设计的情景划分所述的试验小区；(3)在每个棉花生长期内，按照步骤(1)设计的以冰雹大小和降雹密度为变量的所有情景，分别对相应的试验小区内的棉花植株实施人工模拟降雹打击试验，并观测和记录相应试验小区和对照小区在打击前后的棉花植株生物性状；(4)在最后一个棉花生长期结束后，观测和记录相应试验小区和对照小区的产量性状，并处理分析试验观测数据。通过本发明所提到的人工模拟降雹灾害的试验方法，能够达到对雹灾打击农作物后造成的损失进行定量研究的目的，从而能够厘定雹灾承载体脆弱性这一核灾、定损及进行进一步风险评估的核心参数。