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。     

中国东北春玉米区干旱时空分布特征及其对产量的影响

为了研究东北地区春玉米不同生育阶段干旱时空分布规律及其对产量的影响,基于研究区域1961—2012年69个气象站点逐日气象资料和春玉米生育时期及产量资料,采用Penman-Monteit法计算潜在蒸散量,在此基础上利用农业干旱指标标准化降水蒸散指数(SPEIPM)划分干旱等级-最后利用干旱等级权重及发生概率评分等级计算每个站点的干旱危险指数(DHI);利用Mann-Kendall检验法计算5个生育阶段的SPEI变化趋势,利用回归分析进行SPEI与玉米气候产量的关系分析。结果表明,吉林省西部和辽宁省西部在玉米生长季内始终为干旱高风险区,吉林省东部和辽宁省东部则为干旱低风险区,黑龙江省东部干旱风险随生育进程增大;近52 a玉米苗期干旱强度和范围有减小趋势,而生育后期在增加;1991—2012年辽宁省西部玉米气候产量与SPEIPM3-7(5—7月份的SPEIPM)以及吉林省西部、吉林省东部和松嫩平原气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)的关系达极显著(P0.01),吉林省中部气候产量与SPEIPM3-8(6—8月份的SPEIPM)关系达显著水平(P0.05)。春旱严重地区如松嫩平原、吉林省西部、辽宁省西部和南部的干旱强度和范围正在减小,而东北干旱程度在玉米生育后期整体呈增强趋势,其中东部最明显。在降水充沛的吉林省东部,气候产量与干旱指数的回归方程对称轴在0附近,表明正常降水情况下即能保证高产和稳产。降水较少的地区如辽宁省西部和吉林省西部等地,回归方程对称轴在1附近,提高玉米产量需增加灌溉和提高水分利用效率。     

辽宁省农业旱灾脆弱性风险定量评估研究

结合区域农业旱灾脆弱性风险评估方法,对辽宁省农业旱灾脆弱性进行风险评估研究。结果表明:全省农业旱灾脆弱性分布以辽东及辽中地区最高,脆弱性风险指数达到0.78以上,辽西地区农业旱灾脆弱性风险指数较低,这与辽西地区的抗旱投入较大,其相应的抗旱能力较强有关。研究成果对于辽宁地区农业干旱规划具有重要的参考价值。     

基于SPI判定的东北春玉米生长季干旱对产量的影响

为了研究东北地区干旱对春玉米产量变化的影响机制,选用标准化降水指数(standardizedprecipitationindex,SPI)作为干旱的判断标准,利用东北地区春玉米历史产量资料构建相对气象产量残差(standardized yield residuals series,SYRS),结合春玉米干旱受灾率,分析了东北地区春玉米全生育期干旱和产量变化特征,以及干旱对春玉米产量影响的变化规律。结果表明:1)年际间降水量的波动导致东北地区玉米单产不稳定,辽宁和内蒙古东部受旱的程度及年数均远高于黑龙江和吉林,玉米成灾率和生长季降水距平百分率呈现明显负相关。2)20世纪80至90年代中期出现干旱的年份较少;而从90年代后期至2015年干旱年变多。3)2000年之前,黑龙江、吉林和内蒙古东部3省区相对气象产量残差SYRS从负值向正值波动提升,在90年代中后期达到历史最高,进入2010年以后,SYRS普遍处于正常水平;辽宁省SYRS呈现年际间波动大的特征。4)东北四省区SPI6与SYRS满足向下的抛物线趋势,当降水量处于正常略偏多的情形下,东北4省区产量能达到高产的水平;当SPI6处于干旱或者过湿的情况下,将处于低产量水平。     

基于多法验证的辽宁省水土保持区划研究

针对生态文明建设大局的迫切需求及辽宁省水土保持区划研究尚属于空白的突出问题,以辽宁省为研究对象,研究建立了大中尺度水土保持区划指标体系,并将主成分分析、系统聚类分析、空间叠置分析及专家经验分析等多种方法相结合,以全国水土保持区划成果为基础,开展省域大中尺度水土保持区划研究,最终将辽宁省划分为12个水土流失典型防治区,即辽东山地水源涵养减灾区、辽东山地丘陵水质生态维护区、辽北低山丘陵土壤保持区、辽北漫川漫岗保土拦沙区、辽北漫川漫岗农田保护区、辽中平原人居环境农田防护区、辽东丘陵生态维护区、辽中平原农田保土防风区、辽西低山丘陵保土蓄水区、辽西丘陵保土固沙区、辽东半岛丘陵人居环境维护减灾区、辽西山地丘陵保土蓄水区,为辽宁省分区开展水土保持生态文明建设搭建了基本框架。     

辽宁省生长季气候变化及其对春玉米产量的影响

为了明确气候变化对辽宁省春玉米产量的影响,基于1968—2017年气象站点数据,结合标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),运用M-K趋势分析、相关分析及回归分析等数理统计方法研究了辽宁省春玉米生长季各气候要素、干湿变化特征及其与春玉米产量的关系。结果表明:降水量除丹东呈增加趋势外,其它地区呈现减少趋势; 大部分地区温度呈现升高趋势,风速呈显著减弱趋势,相对湿度变化趋势不显著; 日照时数除辽阳、本溪呈不显著增加外,其他地区呈减少趋势。降水、最高温和平均温是影响辽宁省春玉米产量的重要因子,尤其是朝阳、葫芦岛、锦州、阜新和大连地区,春玉米对这些要素更敏感,与降水量正相关,与最高温、平均温负相关,未来降水量减少、温度升高将不利于这些地区春玉米生长。随着位置东移降水量逐渐以负效应为主,温度逐渐表现为正效应。除阜新、抚顺、本溪等部分地区呈现干旱化外,其他地区表现为不显著的湿润化趋势。朝阳、葫芦岛、阜新等地区春玉米产量对6月、7月的干湿变化较敏感,易受旱减产; 干旱化将使阜新春玉米生产形势变得严峻,朝阳、锦州、大连地区湿润化对春玉米生长有利; 沈阳、鞍山、辽阳和营口地区5—9月的干湿状况均对春玉米产量有影响,抚顺、本溪、铁岭等地区则易受6—8月的干湿状况影响,这些地区当前较适宜春玉米生长; 丹东地区易受涝减产,且湿润化趋势将会对该地区玉米生产造成不利影响。辽宁省不同气候要素及干湿变化对不同地区春玉米产量的影响效应有正有负,程度也各不相同,各地应因地制宜采取合理措施促进玉米丰产。     

北方地区不同等级干旱对春玉米产量影响

北方地区是中国主要的玉米种植区,在中国玉米总产和播种面积中占有较大比例,同时也是中国易发生干旱的地区,北方地区干旱常态化严重制约着该地区玉米的稳定发展。该文基于北方地区14个省(市、自治区)217个气象台站1961-2010年的逐日气象数据以及作物、土壤和田间管理资料,依据春玉米生长季内降水量并以100 mm为间隔将全区划分为6个区域(Ⅰ~Ⅵ),选取作物水分亏缺指数为农业干旱指标,基于验证后的农业生产系统模型(agricultural production systems simulator,APSIM),明确了各生育阶段不同等级干旱对春玉米产量的影响。研究结果表明,北方地区干旱造成春玉米减产率在空间上呈由西向东下降趋势,降水的空间分布直接导致了灾损程度在各区的差异,其中西部灌溉绿洲农业区雨养种植春玉米干旱风险非常大,需大力发展节水灌溉,而东部雨养农业区自然降水已基本满足春玉米生长发育需要,干旱对春玉米产量影响较小,在模拟过程中很难准确的反映出旱级对产量造成的差异影响。春玉米在拔节—抽雄阶段发生干旱会对产量造成比较严重的影响,该阶段4个等级干旱造成春玉米减产率的四分位区间分别为特旱(20.1%~33.6%)、重旱(12.0%~20.3%)、中旱(6.3%~15.2%)、轻旱(4.7%~11.6%)。     

辽西北玉米干旱脆弱性评价模型构建与区划研究

本文基于IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)报告中对气候变化背景下脆弱性的定义,从暴露程度、敏感性、自身恢复能力和环境适应能力4个方面建立了干旱灾害脆弱性评价模型。以辽西北地区的玉米干旱灾害作为研究对象,根据干旱灾害脆弱评价模型选取了气象因子、玉米生理因子以及经济社会因子等17项指标,运用熵权法、加权综合评价法计算得到了辽西北地区玉米干旱脆弱性指数。为了验证和检验模型的适用性,选取了辽西北1999年、2000年、2001年和2006年4个典型干旱年份,将玉米干旱脆弱性指数划分为5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:辽西北玉米干旱脆弱性强的区域主要集中在西部地区的阜新、朝阳、葫芦岛一带。重度以上脆弱性区域范围比例表现为2006年>1999年>2001年>2000年的规律;其中,2006年脆弱性最强,影响面积最广,造成的损失也最严重,与实际灾情变化规律一致。分析2006年的玉米干旱脆弱性,多数区域是由玉米生长季的降水异常引起的。通过对4个典型干旱年份的玉米干旱脆弱性指数与玉米减产率进行回归分析,发现二者之间基本吻合,通过了α=0.05的显著性F检验,说明利用该模型对玉米干旱脆弱性的评价与区划是合理的,可以用来评价和预测玉米干旱脆弱性、干旱灾害风险以及因干旱造成的玉米产量损失。研究结果可为当地农业干旱灾害风险评估和预警提供依据。     

辽宁省玉米地水分盈亏时空分布特征及灌溉模式分区研究

根据不同区域农作物需水规律和水资源供需状况,对区域内干旱区域类型、水分盈亏特性与干旱发生频率等进行综合分析和科学区划,对于提高整个地区(流域)农作物水分利用效率和水资源高效利用具有重要意义。该文基于辽宁省27个气象站1955—2014年逐日气象数据和玉米生长发育资料,对辽宁省不同玉米种植区域玉米生育期的需水过程、需水量、灌溉需水量、水分盈亏指数(crop water surplus deficit index,CWSDI)、干旱发生频率等的时空分布特征进行深入研究,得到以下结论:辽宁省不同区域玉米逐月需水量均呈现单峰变化趋势,7月需水量最大,全省生育期总需水量在335~391 mm之间;不同水文年玉米需水亏缺量在0~220 mm之间;CWSDI和干旱发生频率在全省的空间分布规律类似,综合两指标的数值分布特征,将辽宁省玉米灌区划分为干旱区和易旱区2种类型,并结合不同水文年型玉米灌溉制度,将辽宁省玉米种植区划分为7种灌溉模式。该研究成果可以为辽宁省区域农业用水区划与管理提供理论依据。     

基于植被指数的春玉米干旱响应遥感监测

东北地区是中国主要的玉米种植区,同时也是中国易发生干旱的地区,干旱常态化严重制约着该地区玉米生产的稳定发展。以辽宁省春玉米为研究对象,在明确春玉米不同发育期干旱变化特征的基础上,基于FY-3A/MERSI、Terra/MODIS、春玉米发育期和土壤相对湿度观测等数据,建立春玉米干旱遥感监测指标集,构建各发育期不同土层深度的土壤相对湿度遥感监测模型,并以2000年为例开展了辽宁省春玉米干旱监测的应用研究,结果表明：1993—2012年辽宁省春玉米在各个发育期均有干旱发生,其中1999—2002年为干旱高发期,乳熟期干旱最为严重;多指数协同配合能提高遥感手段对土壤相对湿度的监测能力,其中陆表水分指数对土壤相对湿度监测能力较强,其次是水分指数;利用构建的春玉米各发育期土壤相对湿度遥感监测模型,监测2001—2004年部分发育期和土层深度的干旱状况,总体监测准确率为73.32%;实现了2000年辽宁省春玉米发育期干旱等级动态监测,所得监测结果与当年农业气象观测记录在发育阶段和空间上都有很好的一致性,遥感监测结果正确。因此,此项研究对于大范围准确跟踪监测春玉米干旱,以及提高春玉米生产的防灾减灾能力具有重要意义。     

基于自然灾害风险理论的东北地区玉米干旱、冷害风险评价

为了分析干旱、冷害灾害对农作物生长的综合影响,全面评价其综合风险,该文利用东北地区35个农业气象站1961-2010年气象资料、1981-2010年玉米发育期资料、1961-2010年产量面积资料、近50 a东北三省的灾情资料以及近10 a东北三省各县的社会经济统计资料,以玉米出苗—抽雄、抽雄—成熟2个生长阶段发生的干旱及冷害为研究对象,基于水分亏缺指数和热量指数分别建立了干旱指标和冷害指标,对东北地区玉米干旱、冷害进行风险分析。建立了包括危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力4个方面的东北地区玉米干旱、冷害风险评价模型,指出危险性和防灾减灾能力是风险评价模型中最重要的两个影响因子。研究结果为,东北地区玉米干旱、冷害高风险值区位于黑龙江西南部和东北部,以及辽宁西部建平县一带,风险指标值在0.8以上;吉林西北部、东南部、辽宁东北部为次高值区,风险指标值在0.6~0.7之间;低值区位于辽宁中南部及辽东半岛,风险值在0.3左右。研究结果可为东北地区防灾减灾工作提供客观依据。     

采用AquaCrop作物生长模型研究中国玉米干旱脆弱性

干旱脆弱性评价作为干旱风险评估和灾损评估的重要环节,在保障国家粮食安全和农业可持续发展中具有重大意义。该文以中国5大玉米种植区为研究区域,以其中241个主要玉米种植城市为基本单元,采用扩展傅里叶幅度检验法选取出2个敏感参数(作物冠层形成后到衰老之前的作物系数和参考收获指数),并在此基础上对AquaCrop作物模型进行逐市的参数标定。利用参数标定后的模型对不同灌溉条件下玉米受到的水分胁迫及相应情景下的产量进行模拟计算,分别建立了5个玉米种植区对应的干旱脆弱性曲线。结果表明:5个区域的脆弱性曲线拟合结果均为S形曲线,当干旱强度指标达到0.2附近时,产量损失率开始迅速增加;当干旱强度指标达到0.6左右时,产量损失率接近最大值。拟合函数的决定系数R^2分别在0.47~0.98之间,曲线拟合结果较好,在中国区域性玉米干旱脆弱性研究与干旱风险评估领域具有一定的理论与应用价值。     

基于模糊判别成分分析法的高光谱作物信息提取与分类

东北地区是中国主要的玉米种植区,同时也是中国易发生干旱的地区,干旱常态化严重制约着该地区玉米生产的稳定发展。以辽宁省春玉米为研究对象,在明确春玉米不同发育期干旱变化特征的基础上,基于FY-3A、MODIS、春玉米发育期和土壤相对湿度观测等数据,建立春玉米干旱遥感监测指标集,构建各发育期不同土层深度的土壤相对湿度遥感监测模型,并以2000年为例开展了辽宁省春玉米干旱监测的应用研究,结果表明：1993-2012年辽宁省春玉米在各个发育期均有干旱发生,其中1999-2002年为干旱高发期,乳熟期干旱最为严重;多指数协同配合能提高遥感手段对土壤相对湿度的监测能力,其中陆表水分指数对土壤相对湿度监测能力较强,其次是水分指数;利用构建的春玉米各发育期土壤相对湿度遥感监测模型,监测2001-2004年部分发育期和土层深度的干旱状况,总体监测准确率为73.32%;实现了2000年辽宁省春玉米发育期干旱等级动态监测,所得监测结果与当年农业气象观测记录在发育阶段和空间上都有很好的一致性,遥感监测结果正确。因此,此项研究对于大范围准确跟踪监测春玉米干旱,以及提高春玉米生产的防灾减灾能力具有重要意义。     

基于作物水分亏缺指数的春玉米季节性干旱时空特征分析

季节性干旱是影响湖南春玉米生产最突出的气象灾害,分析其时空分布特征和发生的规律,可为湖南春玉米生产的发展和合理布局提供技术支持。该文基于湖南省96个气象站点1961－2007年地面气象观测资料,采用FAO于1998年推荐的Penman-Monteith 方法计算了参考作物蒸散量、玉米的作物需水量。考虑盈余降水对水分亏缺指数的影响,修正了的水分亏缺指数计算方法,并依据玉米的水分亏缺指数,分析了季节性干旱发生频率的时空特征。并选取不同区域典型站点分析了水分亏缺指数年代际变化特征。结果表明,湖南春玉米生长季节内干旱呈现明显的季节性和空间区域分布特征：干旱频率较高的时段主要在玉米抽雄－吐丝阶段及其后的生育阶段,且随生育期后移干旱频率明显增加,以轻旱程度为主。空间分布特征是以湘中南的衡阳及周边一带干旱频率最高,其次为湘东、湘北一带次高,湘西等地春玉米干旱频率低。各年代之间比较,以20世纪80年代干旱较严重,90年代干旱相对较轻。     

基于水分盈亏指数的四川省玉米生育期干旱时空变化特征分析

四川省地形地貌复杂多样,常年多旱灾,玉米是该省主要粮食作物之一,在粮食生产中占有重要地位,但干旱一直是制约四川省玉米生长发育和产量形成的重要因素,常年春、夏、伏旱频发重发,造成玉米年际间产量不稳定。评估四川省玉米生育期干旱状况,分析其时空变化特征,可为相关部门制定农业生产计划、防灾减灾措施以及保险部门确定保费率提供科学依据。本文利用四川省144个玉米种植区气象台站1970—2010年逐日气象数据,以水分盈亏指数作为干旱指标,分析四川省6大玉米种植区域(盆南丘陵区、盆中浅丘区、盆西平丘区、盆周边缘山地区、盆东平行岭谷区和川西南山地区)玉米生育期内干旱频率的时空变化特征及干旱发生风险度的空间分布。结果表明:从时间变化看,各区域干旱频率变化趋势不同,但大部区域从20世纪90年代后期开始明显增加,其中拔节—乳熟期干旱站均次数变化趋势除盆东平行岭谷区随年代呈下降趋势,其余各区都呈上升趋势,乳熟—成熟期干旱站均次数变化趋势盆南丘陵区、盆西平丘区及盆周边缘山地区呈明显上升趋势;从空间分布看,盆南丘陵区轻旱发生次数最高,盆中浅丘区中旱发生次数最高,盆西平丘区及盆东平行岭谷区发生干旱次数相对较低;干旱发生风险度空间分布为:全生育期干旱风险重度区主要集中在盆中浅丘区、盆东平行岭谷区大部及盆南丘陵区部分区域,拔节—乳熟期重度风险区主要集中在盆地北部及盆中浅丘区大部,乳熟—成熟期重度干旱区域分布在盆北、盆东南及盆中浅丘区部分区域。     

辽宁省近50年旱涝灾害的时空特征分析

基于1960—2009年辽宁省49站的逐日降水资料,从单站旱涝Z指数出发,根据Z指数的划分等级定义了辽宁省的区域旱涝指标,以此讨论了辽宁省年度旱涝灾害和季节性旱涝灾害的时间变化趋势和空间分布特征。结果表明:50a来,年度干旱、夏旱、秋旱指标呈上升趋势,春旱指标的时间变化趋势特征不明显,年度洪涝和夏涝指标呈下降趋势;从空间分布来看无论是年度干旱还是季节性干旱,发生频率最高的地区都在辽宁省西部及西北部地区;辽宁东北地区的年度干旱、春旱、夏旱出现频率较低,秋旱出现频率最低的地区在辽宁省南部。年度洪涝和夏季洪涝的空间分布特征比较相似,发生频率最高的地区在辽宁省东部及东南部地区,西部地区发生洪涝的频率是最低的。旱涝灾害的严重程度与降水集中度的大小具有一定的相关性