基于热害累计指数的四川单季稻高温热害综合风险评价

高温热害是四川主要农业气象灾害之一,研究高温热害对水稻的风险区划,对保障水稻产量及农业可持续发展有重要意义。本文利用四川单季稻种植区1986-2015年气象观测资料、农业气象观测资料、社会统计资料以及基础地理信息资料,以单季稻生育敏感期（抽穗扬花期和灌浆结实期）为研究时段,选取热害累积指数、地形、产量变异度、农村经济等因子,分别构建了危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力4个风险因子,利用灰色关联度方法构建了四川单季稻高温热害"四因子"风险评价模型并对种植区进行风险区划。结果显示,高风险区主要分布在盆东平行岭谷区、盆中浅丘区、盆周边缘山地区的西部,以及盆南丘陵区的南部,该类型区域地势平缓,高温热害频繁。中等风险区主要集中在盆西平丘区和川西南中山山地区,该类型区域灌溉条件优越,社会经济水平发达,应对高温热害风险水平较高。低风险区主要集中在川西南中山宽谷区以及盆周边缘山地区,该类型区域地形较复杂,水稻种植较少,受高温热害影响偏小。四川盆地单季稻高温热害风险存在显著地区差异,应根据各自区域的风险特征选用适合的品种和方式提高防灾减灾能力。     

四川盆地水稻不同生育期干旱频率的空间分布特征

将四川盆地按地理地貌类型及水稻种植区划分为5个区域即盆南、盆中、盆西、盆周和盆东,基于区内102个县(市)气象台站1980-2014年的逐日气象资料及32个农业气象观测站的水稻生育期资料,利用干旱评估指标分析四川盆地水稻各生育期干旱发生频率的空间分布特征。结果表明：水稻移栽-分蘖期干旱频率在盆中及盆南部分区域高达90%以上;分蘖-拔节期及拔节-孕穗期干旱频率也相对较高,大部地区集中在50%～90%;水稻孕穗-抽穗期和抽穗-成熟期的干旱发生频率与其它生育期相比较低,孕穗-抽穗期干旱发生频率除盆西部分区域、盆中及盆东北局部在70%～84%以外,其余大部在50%左右;抽穗-成熟期干旱发生频率大部分在50%～70%。     

四川省农业地质背景与土地利用分区研究

通过对四川省农业地质背景的分析，阐明地质条件对区域地貌、气候、植被、土壤以及土地利用的影响，从而划分四川省５大土地利用区；第四纪沉积物为主的盆西平原区；中生代砂泥岩为主的盆地丘陵区；碳酸盐岩类为主的盆周山地区；岩性复杂，火成岩较多的川西南山地区；变质岩为主体的川西北高山高原区。各区的自然与社会经济环境迥异，土地利用结构和土地改良利用方向有很大差异。     

四川单季稻抽穗扬花期和灌浆结实期高温热害时空特征

利用四川省84个气象观测站1961-2014年逐日平均气温、最高气温和日平均相对湿度等气象资料以及1981-2014年水稻空壳率数据,通过线性回归法、多项式回归法、Morlet小波分析等方法,分析水稻抽穗扬花期和灌浆结实期高温热害的时空变化规律。结果表明： 1961-2014年高温热害总次数呈上升趋势,不同等级热害发生次数的年际变化特点与总次数一致,尤以2000年后增幅显著,其中抽穗扬花期轻度热害和灌浆结实期重度热害的增幅最显著,这与气候变暖背景下,1990年以来水稻高温热害区域增多的趋势基本一致;不同生育期内各等级高温热害发生次数均有显著的周期震荡规律,方差值在16a、12a、4a时间尺度上均出现峰值,依据周期变化推测,2015年后高温热害将持续偏多。依据高温热害“山区少、盆地多”的分布特征,可将盆中浅丘区及盆南丘陵区划分为热害频发区,盆东岭谷区为热害偶发区,川西南山地为热害少发区。在气候变暖背景下,1990年以来不同等级高温热害均呈现发生频率增多,范围扩大,高发中心从平原向山地扩大的趋势。本研究实现了水稻高温热害监测产品由定性向定量化的转变,融合常规高温指标的动态监测,提高了空间分布的精细度,延长了研究的时效性,更具针对性和指导性。     

基于土地整治监测监管系统的高标准农田建设状况分析

为科学分析当前四川省高标准农田建设的空间特征和实施状况,该研究基于农村土地整治监测监管系统,以省域为尺度,县(区)为研究单元,建立建设强度、建设潜力和建设难度为指标的综合评价体系,采用Ward聚类分析的方法,对2012-2015年四川省高标准农田建设状态进行综合分区,并结合既定规划目标与建设成效,对建设状态作定量对比分析,得出以下结论:从分项指标来看,盆地中部丘陵区和盆周山地区建设强度较高,全省建设潜力总体处于中等水平,建设潜力高值区主要位于川中丘陵区、盆周山地区和川西南山地区,成都平原区和川西南山地区建设难度较高;从综合分区来看,全省总体表现为中等偏低建设强度,中等建设潜力和中等偏高的建设难度。成都平原区、盆地丘陵区、盆周山地区和川西南山地区3项指标表现形式分别为中-中低-高、中-中-中、中-中-中和中-中-高;研究表明,目前高标准农田建设状态与规划目标存在一定偏差,且区域差异明显;从区域发展、建设潜力和建设成效多个视角考虑,"十三五"期间高标准农田建设活动在分区上应重点布局在盆地丘陵区和盆周山地区。     

四川稻作区优质稻生产气候生态条件适宜性评价及空间分布

开展特定区域适宜优质稻区域化种植的气候生态条件评价及空间分布格局的研究,可为我国不同稻作区稻米品质生态改良及宏观决策提供重要的理论依据。通过四川、云南、贵州、重庆多地不同生态区田间试验、气象资料的统计分析建立齐穗期与经度、纬度及海拔间的回归模型,以四川省稻作区为分析样区,利用地理信息系统(GIS)空间差值等方法,对四川省稻作区优质稻生产的气候生态条件适宜性及其空间分布格局进行研究。结果表明,四川省各稻作区优质稻生产均存在显著的区域特色,通过对影响不同生态区优质稻生产诸环境及气候生态因子的相对重要程度关系进行回归分析,明确了齐穗期与经度、纬度及海拔间的回归模型;并在研究区域范围内筛选了对优质稻生长发育及米质形成影响较大、且分布差异显著的气象因子:齐穗后灌浆结实期间30 d范围内的日均气温、日照百分率、天文辐射、水汽压等作为优质稻气候生态区划的评价指标,并构建了四川省稻作区优质水稻生态适宜性综合评价指标体系。以此为基础,进行了四川省稻作区优质稻生产的气候生态条件适宜性分级评价及其空间分布格局分析。结果表明:四川省稻作区适宜种植优质稻的区域主要分布在盆周边缘稻区的西北部、盆西平原稻区的西部及北部、川西南山地稻区除西部以外的大部分地区,盆周边缘稻区的西南部、东北部也有零星分布;较适宜种植优质稻的区域主要分布在盆周边缘稻区的北部、西南部,盆西平原稻区的东部、南部,盆中浅丘稻区的西北部、东北部,及川西南山地稻区的西部;除上述区域外皆不适宜种植优质稻。本研究可为科学规划四川省优化优质稻生产布局和结构,促进四川省优质稻高产、优质、高效发展提供科学依据。     

华北平原夏玉米干旱灾害的时空变化特征及危险性评估

气候变化背景下,农业气象灾害呈面积逐年扩大、发生频率增加的趋势,且旱灾较其他灾害对农业的影响范围更广、历时更长,为了科学应对夏玉米干旱,保障夏玉米高产稳产,利用1980—2019年华北平原43个站点的气象数据,基于水分亏缺指数作为干旱指标,采用频次和站次比阐明了夏玉米主要生育阶段干旱灾害变化规律;利用信息扩散理论和层次分析法评估了夏玉米干旱危险性。结果表明：(1)华北平原夏玉米干旱以轻旱为主,阶段性差异明显,抽雄—乳熟阶段受旱严重,40年间平均各站点发生28次干旱,干旱站次比平均值为69.5%。(2) 2010—2019年是夏玉米受旱影响加重阶段,呈现干旱连年发生、范围明显扩大的特征。(3)夏玉米干旱的危险性整体呈西高东低趋势,河南大部及河北南部是干旱危险性高值区和次高值区,面积占比分别为12.1%,23.4%。综上,华北平原夏玉米干旱有加重和扩散趋势,抽雄—乳熟阶段受旱可能性较大,河南大部及河北南部干旱危险性较高,需加强对干旱的预报、监测及风险防控工作。     

四川不同稻作生态区安全播种期变化及其空间分布

以四川省6个稻作生态区为研究对象,通过对1960-2011年各稻区131个气象站监测的逐日日平均气温资料进行分析,研究各稻作区不同安全保证率下最早安全播期的变化情况及其空间分布格局,并探讨各稻作区的安全播期在不同年份间的变化趋势及其与四川气温演变的关系。结果表明,盆南丘陵稻区和川西南山地稻区安全播期最早,平均在3月17-19日,盆东丘陵稻区和盆中浅丘稻区次之,平均在3月26-28日,盆周边缘稻区和盆西平原稻区最迟,平均在3月30-31日。各稻作区的最早播期随着安全保证率的下降,均有不同程度的提前,安全保证率由100%降至90%,播期提前幅度最大,为11～14d。海拔和纬度的差异是导致川西南山地稻区和盆周边缘稻区安全播期变幅较大的主要原因,实际生产中应根据各稻作区安全播期的空间分布格局,合理、及时地指导当地水稻播种及生产。此外,安全播期的变化与气温的演变密切相关,1960-2011年四川各稻作区安全播期整体呈先延迟后显著提前的趋势,尤其在1981-1990年安全播期有所延迟,而在2001-2011年均显著提前。     

基于CERES-Maize模型的吉林西部玉米干旱脆弱性评价与区划

自然灾害风险(risk)是灾害损失的可能性,主要取决于致灾因子、脆弱性、暴露性以及防灾减灾能力4个因素。脆弱性(vulnerability)衡量承灾体遭受损害的程度,是灾损估算和风险评估的重要环节,是致灾因子与灾情联系的桥梁。在全面收集研究区气象、土壤、土地类型、田间管理数据等资料的基础上,基于自然灾害风险和气候变化领域对脆弱性的定义,在考虑到扰动、敏感性和适应能力的基础上建立干旱脆弱性评价模型。以吉林省西部的玉米干旱灾害作为研究对象,选取2004年、2006年和2007年3个典型干旱年,运用CERES-Maize模型逐日逐网格对玉米的生长过程进行模拟,并且计算出不同生育期干旱脆弱性;对相应年份的玉米因旱减产率与不同生育期脆弱性的相关分析表明,二者存在指数相关性,并且每个生育期都通过了?=0.05的F检验,说明利用上述模型对玉米干旱脆弱性的评价与区划是合理的;从相关系数的大小中可以看出,玉米因旱减产损失与抽雄—乳熟期和拔节—抽雄期脆弱性相关性较大,其次是乳熟—成熟期和出苗—拔节期。将不同生育期玉米干旱脆弱性指数划分为4个等级,借助GIS技术绘制了玉米干旱脆弱性区划图。结果表明:吉林省西部玉米干旱脆弱性较强的区域主要集中在白城、洮南、镇赉等地区,玉米干旱脆弱性较弱的区域主要集中在松原、扶余等地区。运用此模型可以评价和预测玉米不同生育期干旱脆弱性以及因干旱造成的玉米产量损失,本研究结果可以为研究区农业干旱灾害风险评估以及防灾减灾提供一定的依据。     

近60年东北地区春玉米旱涝趋势演变研究

区域作物旱涝趋势的演变是区域应对气候变化、制定防灾减灾决策的理论依据,是保证我国粮食安全的基础。本文以东北地区为研究区,依据春玉米的生长特征将其划分为14个分区,利用研究区1958—2017年78个站点的逐日气象数据,计算春玉米生育期内的累积水分盈亏指数(CWSDI?),并将其划分为8个旱涝等级,结合M-K趋势检验和突变检验法及GIS空间分析技术,揭示了东北地区春玉米生长期旱涝趋势的时空演变规律。结果表明:在春玉米生育期内,播种—抽穗期的3个生育阶段, CWSDI?值大体呈上升趋势,抽穗—成熟期CWSDI?值呈下降趋势,其中乳熟—成熟阶段的下降趋势最重,但无明显区域性。研究区内春玉米干旱的发生频率远高于洪涝的发生频率,干旱自20世纪90年代逐渐加重,洪涝情况无明显变化趋势;拔节—抽穗阶段和乳熟—成熟阶段分别是旱涝灾害最轻和最重的阶段,春玉米各生育阶段各旱涝等级的发生频率大体上是特旱轻旱其余旱涝等级;吉林省西部和辽宁省西部的中旱及重旱频率高于其他地区,特旱主要集中在研究区西部,轻涝集中在黑龙江省中、南部,吉林省东部和辽宁省东部,研究区内几乎不发生中、重涝。应在春玉米的生育初期和后期注意旱涝灾害的预防,研究区西部的旱情较重应重点防范,做到适时有效灌溉。研究结果可为区域预测农业旱涝灾害、优化水资源配置提供决策依据。     

基于作物水分亏缺指数的黄淮海平原夏玉米全生育期干旱分布特征

黄淮海地区是夏玉米主产区,又是受旱最严重的地区之一,明确该区域干旱发生规律,采取相应防灾减灾措施对粮食保产具有重要意义。利用黄淮海地区1981−2015年76个气象站点数据,以作物水分亏缺指数（CWDI）作为干旱指标,根据《北方夏玉米干旱等级》标准对各区域进行干旱等级划分,并计算干旱发生频率和影响范围,通过ArcGIS实现站点数据的空间插值,分析该区域夏玉米干旱时空演变规律。结果表明：（1）1981−2015年夏玉米各生育期内CWDI总体表现为先下降后上升的趋势,播种−出苗期和抽雄−乳熟期干旱发生频率最高,2011−2015年夏玉米干旱有加重趋势,其中河北南部、河南北部及山东夏玉米生育期内CWDI值最高;（2）黄淮海地区夏玉米生长季以轻旱为主,其次是中旱,重旱和特旱发生频率较低,研究区域干旱发生频率北部高于南部,西部高于东部,河南、河北、山东大部、安徽和江苏受干旱影响较大。（3）播种−出苗期特旱站次比最高,其余生育阶段均为轻旱站次比最高。     

黑龙港流域夏玉米生育期降水、需水和干旱时空分布特征

黑龙港流域地下水超采导致水分极度匮乏,提高降水利用效率成为该区夏玉米生产的关键。该文利用黑龙港流域18个地面气象观测站1966—2015年逐日气象数据,对玉米全生育期及各生育阶段的有效降水量、需水量、作物水分亏缺指数、干旱发生频率的时空分布特征等进行了分析。结果表明,夏玉米全生育期有效降水量292.89～361.56 mm,呈"东北高、西南低"的趋势;需水量362.82～444.04 mm,呈"南部高,北部低"的趋势;近50年总有效降水量和需水量均呈下降趋势,且需水量的变化与平均日照时数、平均风速呈高度正相关;全区干旱发生频率为48.30%,其中南部超33.3%,中部及北部超66.6%;黑龙港中部和北部在成粒和灌浆阶段出现干旱的几率较大,南部在成粒阶段出现干旱的几率较大。该研究为黑龙港夏玉米降水资源的高效利用提供了理论依据。     

利用水分盈亏指数评估四川盆地玉米生育期干旱状况

干旱一直是制约四川盆地玉米生长发育和产量形成的主要因素。为评估四川盆地玉米生育期干旱状况,并为相关部门制定相应的防灾减灾措施提供科学依据,通过综合考虑降水量、同期作物需水量,利用基于水分亏缺原理的玉米干旱监测模型,对比分析典型年份干旱指数与相应干旱资料,确定了四川盆地玉米干旱等级指标,利用ArcGIS分析了近50a四川盆地玉米不同生育期、不同强度干旱发生频率的时空分布特征。结果表明：从不同生长阶段看,四川盆地玉米生育期干旱频率较高的时段主要为拔节-乳熟阶段,且发生面积最广。按空间分布特征把盆地划分为3大干旱区,其中大巴山以南、涪江及沱江流域在玉米全生育阶段出现干旱的频率最高,普遍都在50%以上。     

基于游程理论的农业干旱指数在辽宁省春玉米旱灾损失评估中的应用

为准确识别农业干旱事件,评估干旱对农作物产量的影响,本文以辽宁省为例,基于52个气象站1961—2015年逐日气象数据,计算了春玉米全生育期水分亏缺距平指数,利用游程理论构建了一种新的春玉米全生育期干旱指数,再结合历年产量损失率构建了区、县级尺度的干旱产量损失评估模型,并对不同干旱风险下春玉米产量损失进行了评估,以明确辽宁省春玉米干旱重点防范区域。研究结果表明,辽宁省春玉米干旱指数呈由西向东递减的经向分布特征,辽西地区更易发生严重的干旱事件,且春玉米产量稳定性也最差。春玉米主产区内, 80%以上的区、县春玉米产量损失率与干旱指数呈显著线性正相关,辽中部分区县和辽东大部两者相关性不显著。相同干旱指数下,辽西产量损失率最大,并以朝阳地区为最;辽南和辽北次之;辽东湾和中部部分平原地区总体较小;非水分限制区辽东的凤城市和东港市,降水偏少反而更有利于春玉米产量提高。辽宁省春玉米干旱重点防范区域主要分布在辽西的朝阳地区,以及千山山脉以西和以北的辽北、辽南地区,提高和稳定春玉米产量需增加耐旱品种种植、发展节水灌溉、提高水分利用效率;降水充沛或灌溉条件较好、产量稳定性较高的辽东大部和辽中部分区县,可通过提高种植和管理水平、加强其他气象灾害防御等增加春玉米产量。     

气候变化背景下中国主要作物农业气象灾害时空分布特征(Ⅱ):西北主要粮食作物干旱

基于中国西北地区1961-2010年149个气象站点逐日气象资料及春小麦、春玉米和夏玉米生育期资料,采用作物水分亏缺指数(CWDI)为作物干旱指标,明确了研究区域内3种作物干旱的空间分布特征和时间演变规律。研究结果表明:(1)3种作物生长季内及各生育阶段,干旱发生频繁,尤以特旱和重旱发生范围广、频率高,轻旱和中旱多发生在研究区域东部,甘肃南部和陕西南部等个别地区干旱发生频率相对较小。(2)春小麦生长季内干旱发生站次比为79.1%,春玉米生长季内干旱发生站次比为84.5%,夏玉米干旱发生站次比为77.4%;夏玉米生长季内站次比波动较小,春小麦和春玉米波动较大。总体而言,研究时段内春小麦生长期干旱发生站次比呈减小趋势,降幅为每10a减少0.55个百分点,春玉米和夏玉米干旱站次比呈增加趋势,增幅分别为每10a增加0.24个百分点和0.20个百分点。(3)研究区域东部春小麦和春玉米各生育阶段干旱强度呈增加趋势,西部呈下降趋势;夏玉米干旱强度在陕西北部、宁夏和河西走廊呈增加趋势,其它地区多为降低趋势。     

辽宁主要粮食作物生长季需水与降水耦合度分析

以辽宁省1957−2017年逐日气象数据和研究区作物系数为基础，基于SIMETAW模型计算和分析辽宁主要粮食作物（春玉米、大豆和水稻）需水规律和降水对作物需水的满足程度，以揭示气候变化对该区域粮食作物需水的影响，探究自然降水对主要粮食作物需水的满足程度及其时空变化特征。结果表明：辽宁春玉米、大豆和水稻全生长季需水量多年平均值分别为511.8mm、509.4mm和605.1mm，均呈不显著下降趋势。春玉米和大豆全生长季需水与降水耦合度多年平均值分别为0.821和0.814，即降水分别满足了82.1%和81.4%的需水量，亏缺的17.9%和18.6%仍需播前灌溉或补灌，尤其在西部地区耦合度大于0.8的保证率仅为28.2%和21.1%。水稻全生长季耦合度为0.464，耦合度大于0.4的保证率全省仅为69.1%，西部地区保证率低至36.8%。辽宁4个分区中，3种作物均在东部地区耦合度最大，中部、南部和西部次之。3种作物各生长阶段耦合度呈现生长中期最高，快速生长期次之，初期和成熟期普遍最低。春玉米和大豆生长初期需水与降水耦合度近年来显著上升，3种作物成熟期耦合度则呈显著下降趋势。辽宁省主要粮食作物均需注意春旱和秋旱的发生，及时补充灌溉。在目前降水条件下，辽宁省最适宜种植春玉米，尤其水资源匮乏的西部地区，根据实际情况可适当扩大春玉米种植规模。大豆最适宜在辽宁东部和中部地区种植，水稻在东部和南部地区种植最为适宜。     

基于自然灾害系统理论的辽宁省玉米干旱风险分析

为了减轻旱灾对辽宁地区玉米生产的影响,该文通过对辽宁省23个气象站点46 a气象数据和气象站点所在县玉米产量、种植面积的分析,用实际干旱发生频率、农业气象干旱发生频率、玉米生产相对暴露率和单产水平等4个因素构建了辽宁地区玉米干旱风险指数,用社会科学统计程序(statistical program for social sciences)和地理信息系统(geographic information system)对辽宁地区玉米干旱进行了风险分析和风险区划。结果表明,辽宁省有30%的站点处于玉米干旱较高或高风险区,主要分布于辽西山地丘陵和辽南沿海地区;玉米干旱中等风险区主要分布在辽西走廊和辽中平原及渤海湾附近地区;玉米干旱低风险区主要分布在辽东山地丘陵地带。经检验50%以上站点的干旱风险指数与玉米相对气象产量显著相关。所构建的辽宁地区玉米干旱风险指数能客观地反应干旱对玉米生产的影响。该研究为玉米避灾和减灾管理提供科学依据。