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。     

RDI指数在辽西干旱时空分布特征评价中的应用

选用RDI指数对辽宁西部区域的干旱进行时间和空间分布特征的评价。研究结果表明:RDI干旱指数在辽宁西部地区干旱评价结果和实际干旱情况较为吻合,可用于辽西地区干旱评价。研究区域各气象站点年发生干旱的总频率为23.77%~35.80%,严重干旱均在夏季较易发生。区域干旱空间分布特征受降水分布影响,RDI干旱指数空间上呈现南小北大的趋势,即南部发生干旱的频率大于北部区域。研究成果对于区域干旱时空评价可提供参考。     

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。     

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。     

基于ArcGIS的河南省夏玉米旱灾承灾体脆弱性研究

利用河南省23个气象站1971—2014年44a的逐日气象数据和气象站点所在县市夏玉米产量、种植面积等资料,基于IPCC对于脆弱性的定义,从物理暴露性、孕灾环境敏感性和适应能力3个因子出发,建立了河南地区夏玉米干旱脆弱性评估模型,借助ArcGIS软件对河南地区夏玉米干旱脆弱性进行了分析与区划研究。结果表明:高与较高脆弱区主要分布于豫西、豫南西北和豫中部分地区,南阳盆地以及东部黄淮海平原为中低干旱脆弱区;从脆弱性的构成要素来看,豫西地区干旱危险性程度较高,夏玉米播种比例和孕灾环境敏感性高于全省平均水平,同时适应能力又相对较弱,因此该区域应着重加大区域防灾减灾投入、优化种植结构;经检验干旱脆弱性指数与年均相对气象产量显著相关,相关系数为-0.578(在0.01检验水平上显著)。所构建的模型能较为合理地反映干旱对夏玉米生产的影响,该研究为夏玉米避灾和减灾提供科学依据。     

四川省水稻高温热害风险及灾损评估

高温热害是四川省最主要的农业气象灾害之一,研究高温热害对水稻的影响对于四川省农业可持续发展、保障水稻的安全生产具有重要意义。本文以1981—2015年四川省84个气象台站的逐日气象资料、农业气象观测站水稻生育期资料和县级水稻产量资料为基础,利用水稻高温热害指数,构建四川省水稻关键生育期和全生育期综合高温热害风险模型;分离水稻气象产量,建立高温热害影响下水稻气象产量与高温热害指数间的统计模型,开展1981—2015年四川省水稻高温热害风险和灾损评估。研究结果表明：四川省水稻抽穗扬花期,高温热害较高风险区和高风险区主要集中在盆地东北大部和盆地南部的个别地区,其中达州、广安和泸州的部分地区为高风险区。而低风险区主要分布在盆地西部、南部和川西南的大部地区。灌浆结实期,水稻高温热害较高风险区和高风险区主要集中在盆地东北和盆地南部的大部分地区,其中泸州大部、南充和宜宾的个别地区为高风险区。而低风险区主要分布在盆地北部、西部和川西南的大部地区。水稻全生育阶段高温热害较高风险区和高风险区主要集中在盆地东北和盆地南部的大部分地区,其中泸州、南充和达州的部分地区为高风险区。而低风险区主要分布在盆地北部、西部和川西南的大部地区。构建的水稻高温热害灾损评估模型简单实用,验证结果表明高温热害年水稻统计产量与模拟产量间的相对误差绝对值都小于1.5%,建立的模型能反映四川省高温热害对水稻产量的影响,同时能够较好地评估高温热害下四川省水稻的产量损失。进一步的灾损评估结果表明,高温热害危害下代表站点水稻的减产率为5.6%~10.2%。     

浙江省晚稻生产的农业气象灾害风险分布

采用浙江省52县市1971-2004年的晚稻单产资料,利用平均减产率、变异系数和单项风险指数形成的综合风险指数,划分了浙江省晚稻产量的农业气象灾害风险区域,并结合同期历史资料详细分析了各风险区的气温、降水和灾害情况,利用各区晚稻种植面积和产量占全省比例的差值分析了各风险区域气象条件的影响效果。结果表明：综合风险指数≥0.30的风险区,晚稻总产量与面积占全省百分比的差值均为负值,该区域晚稻历年遭受台风、干旱等农业气象灾害的频率较高,产量不稳定,年际减产幅度大或减产年份较多;综合风险指数在0.20-0.30的风险区,差值在零值上下浮动,年际减产幅度较小,产量相对稳定;综合风险指数〈0.20的风险区,差值均为正,遭受农业气象灾害的频率较低,丰年多于歉年,总体增产明显。分析结果可为保险部门制定保险区划、费率厘定提供科学依据。     

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。     

安徽省茶树春霜冻害的风险评估

应用安徽省茶种植区45个气象站点1981−2017年气象资料和1998−2017年茶叶产量资料,选取霜冻害发生综合频率、坡向敏感性指数、茶园面积和灾年减产率变异系数4个因子,利用加权指数求和法构建了茶树霜冻害风险指数,借助ANUSPLIN插值模型和地理信息系统开展了安徽省茶树霜冻害风险评估。结果表明：安徽省茶树春霜冻害高风险、中风险和低风险区域面积为118×104hm2、337×104hm2和 353×104hm2, 分别占评价区域总面积的14.6%、41.7% 和43.7%。高风险区主要分布在大别山茶区的金寨县、霍山县、岳西县、潜山县等和江南茶区南部海拔600m以上的高山区域,零星分布在江北茶区北坡地带。中风险区多分布在大别山茶区和江南茶区海拔低于600m的山区,呈斑块状分布在江北茶区的丘陵和低山区。低风险区集中分布在芜湖−宣城−铜陵−池州沿江一带,零星分布在江南茶区的低山区。构建的风险指数总体能客观反映安徽省茶树霜冻害风险水平,可为茶树霜冻害风险管理提供依据。     

基于高分辨格点数据东北水稻延迟型冷害风险评估及保险费率厘定

利用5km×5km空间分辨率3h时间分辨率的气象格点数据集,研究东北地区水稻延迟型冷害风险及其保险费率的厘定。基于东北地区1981-2010年5-9月平均温度的格点数据集和99个气象站的站点观测数据,以相关系数和均方根误差评价格点气象数据在东北地区的可用性。以日平均气温稳定通过10℃和18℃的日数作为获取水稻气候安全种植区域的指标,在水稻气候安全种植范围内,分析东北地区水稻延迟型冷害的空间分布特征,确定保险费率。结果表明,东北地区1981-2010年5-9月平均温度气象站点观测数据与格点数据的相关系数高,均方根误差小,表明格点数据在东北地区可用。水稻气候安全种植区域占东北的56.5%,主要分布在辽宁省、吉林省中西部、黑龙江省西南部和东北部、蒙东西部及东部与辽宁和吉林省接壤的区域。在水稻气候安全种植区内,水稻延迟型冷害发生频率呈南低北高,中间低东西高的分布特征,且重度延迟型冷害发生频率最高。低温冷害风险指数空间分布与之相似,内蒙古西部和东北部、黑龙江北部和吉林西部局部地区是风险指数的高值区。东北地区1981-2010年水稻延迟型冷害的天气指数保险费率在空间分布上与东北地区低温冷害风险指数...     

黄淮海地区夏玉米干旱风险评估与区划

黄淮海地区是我国最大的粮食产区和夏玉米的主产区,同时也是干旱灾害的频发区,因此加强黄淮海地区夏玉米干旱灾害风险评估与区划有着重要的现实和战略意义。利用黄淮海地区气象数据以及地形、土地利用类型等数据,基于自然灾害风险评估原理,运用信息扩散法、加权综合评价法和层次分析法,结合GIS技术对黄淮海地区夏玉米干旱灾害进行风险性评估与区划。结果表明:黄淮海地区夏玉米干旱危险性整体偏高,干旱频率均在64.36%以上,高危险性等级主要分布在河北省北部和安徽省北部;敏感性偏高,高敏感性等级占总面积的20.80%,集中分布于山东省沿海等地;易损性偏低,高、中易损性地区占总面积的22.4%,各省均有少量分布;干旱综合风险偏高,高、中综合风险地区占总面积的68.43%,整个黄淮海地区除安徽省东南部外其他地区风险性均较高。     

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。     

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[Ⅰ]:东北春玉米延迟型冷害

基于东北三省春玉米潜在种植区内65个气象站点1961-2010年逐日气象数据,以气象行业标准5-9月逐月平均气温之和与其多年平均值的距平作为春玉米冷害等级判断指标,分析东北三省春玉米生育期冷害发生概率的空间分布和年代际演变特征,并利用每月逐日平均气温与其多年平均值的距平值明确了春玉米生长时段内低温事件发生风险较大的月份。结果表明:(1)近50a(1961-2010年)东北三省春玉米冷害发生区域范围大小表现为重度轻度中度,其中轻度冷害的高发区位于吉林省西部,低发区位于辽宁省南部地区;中度冷害主要发生于黑龙江和吉林省部分地区,辽宁省发生较少;重度冷害高发区位于黑龙江省北部、东南部以及吉林省东部地区,发生频率在25%以上,低发区位于辽宁省中西部,发生频率低于5%。各等级冷害发生频率年际间总体呈下降趋势,近20a(1991-2010年),各等级冷害的发生范围明显缩小。(2)东北三省春玉米各等级冷害低温事件主要发生在5月和6月,生产实际中需关注5月和6月的温度变化及冷害发生。     

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。     

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。     

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。     

河南夏玉米产量灾损的风险区划

利用河南省96个县1971-2010年的夏玉米实际产量资料,从产量灾损率角度,分析该区夏玉米灾损风险评估指标的分布规律,包括历年平均减产率、减产率变异系数、不同减产率风险概率和灾损减产风险指数,构建夏玉米产量灾损风险评估模型,对河南省夏玉米产量灾损进行风险区划.结果表明,各灾损风险评估指标在河南省夏玉米区分布具有明显的地域性和连片性,根据综合风险指数将河南省夏玉米区划分为高、中、低3类风险区,低风险区分布在豫北、豫东、豫中的华北平原地区和南阳盆地;中风险区分布在豫西北部丘陵地区和豫南雨养夏玉米区;高风险区包括新蔡、上蔡、平舆、沈丘和渑池等县区,此区夏玉米减产综合风险最高,抗灾性较弱.研究结果可对指导河南夏玉米生产趋利避害和防灾减灾提供参考依据.     

海南荔枝产量的寒害风险分析与区划

利用1990-2010年海南荔枝产量和气象资料,采用线性滑动平均、回归分析、信息扩散等方法,构建荔枝的理论收获面积模型和气象灾害指数,实现了寒害与其它气象灾害减产率的分离,并建立产量风险评价模型,结合地区间荔枝种植规模风险的差异,对海南荔枝寒害综合风险进行区划.结果表明：海南荔枝产量风险较高的区域主要分布于北部和中部,西北部相对较低,南部、东部和西南部沿海地区最低.种植规模风险较高的地区主要分布在中部、北部和东部.综合风险较大的地区呈带状分布,高风险区集中在中部和北部,其中海口、琼中和五指山风险最高,澄迈略低,东部、西部和南部的沿海地区风险最低.区划结果较好地反映了海南荔枝寒害风险分布的实际情况,可为荔枝合理布局、防灾减灾提供科学依据.     

河南省夏花生生育期旱涝灾害危险性评价

基于河南省109个气象站点1981-2019年的气象资料、农气站夏花生生育期资料以及76个县市的产量统计资料,根据夏花生需水特性将全生育期划分为前期(播种期-分支期)、中期(开花期-结荚期)、后期(饱果期-成熟期)3个时期,以作物水分亏缺指数(Crop Water Deficit Index,CWDI)为农业干旱指标,...