基于GIS的四川盆周北部山区夏玉米农业气象灾害风险评估——以旺苍县为例

气象灾害是制约我国农业发展的主要因素之一,明确夏玉米农业气象灾害风险对于防灾减灾具有重要意义。本研究基于自然灾害风险理论,以四川盆地北部山区的典型区域(旺苍县)1981—2018年气象数据和玉米产量数据为基础,确定影响夏玉米生产的主要致灾因子,并结合孕灾环境敏感性及承灾体脆弱性构建夏玉米综合农业气象灾害风险评估模型,对四川盆地北部山区夏玉米生产过程中的农业气象灾害风险进行评估。结果表明: 研究期间,成熟期高温、花期暴雨、成熟期暴雨、灌浆期连阴雨和孕穗期干旱是影响研究区夏玉米生长发育的主要农业气象灾害。旺苍县夏玉米农业气象灾害综合风险分布大致呈西南-东北走向,高风险和较高风险区分布区域约占旺苍县总面积的二分之一;灾害风险高值区主要位于研究区西南部,基本与致灾因子危险性高值区一致;灾害风险低值区多集中在西部边缘,此区域亦为成熟期高温、成熟期暴雨、花期暴雨气象灾害的低风险区。     

温度导致的我国东北三省玉米产量波动模拟

东北三省处在我国高纬度地区,一直以来玉米生长季由温度导致的低温冷害是影响东北三省玉米生产波动的主要农业气象灾害;作物模式能对作物重要生理生态过程及其与气象、土壤等环境条件的关系进行数值模拟,人为再现农作物生长发育过程.借助WOFOST作物模型在东北三省玉米生产适应性验证的基础上,对该三省区近46a来(1961～2006年)因温度导致的玉米产量波动情况进行了模拟分析.结果显示,黑龙江、吉林、辽宁三省区的玉米产量波动趋势基本相一致,且随着年份的增加产量波动有减小的趋势,产量波动最大的是黑龙江省,波动范围-20%～12%;产量波动最小的是辽宁省,波动范围-15%～8%.     

基于作物模型的低温冷害对我国东北三省玉米产量影响评估

以东北三省玉米低温冷害为研究对象,对作物生长过程模式WOFOST进行适当改进,同时对模型在区域上的适应性进行分析、检验,然后利用改进的作物模型实现低温冷害对玉米影响定量分析和动态评估。以1961—2006年共46a平均气温驱动下的模拟产量作为正常年份的产量水平,当年实际气温驱动下的模拟产量跟平均气温驱动下的模拟产量对比,以减产率和气象条件作为灾害严重程度划分的标准,利用数值模拟试验,确定导致减产的主要气象因子及其量值,进而确定农业气象灾害评估指标,在此基础上,进行区域低温冷害影响评估,包括历年典型低温冷害年份影响评估和年代际影响评估。从年代模拟结果来看,近50a来各年代冷害分布大致规律均表现为北部大于南部、东部大于西部地区,即表现为由东北至西南方向呈递减的趋势,冷害造成玉米减产面积及冷害等级各有差别。评估结果基本上可以较好地反应历史实际情况且与前人已有研究成果相一致。     

中国南方干旱灾害风险特征及其防控对策

应用中国南方区域14省区市252个国家基本气象站1961—2015年逐日地面气象观测资料及干旱灾害资料,研究中国南方干旱灾害影响的时空变化特征,分析中国南方干旱灾害风险变化特征,提出干旱灾害风险防控策略与防御对策。结果表明:近55年中国南方区域降水量呈现波动变化,降水量线性拟合趋势特征不明显。但进入21世纪后南方区域平均降水量明显偏少,且平均降水量年际振荡幅度增大。近55年研究区气温呈显著上升趋势,南方平均地表气温升高速率高于全球地表升温速率;研究区气温从1976年开始持续上升,气温升高的突变年在1997年。重旱风险高发区主要集中于西南,随着气候变暖,干旱灾害频率、强度和受旱面积均增加,干旱灾害风险增大。气温突变后次高干旱灾害风险区明显扩大。未来10年(2016—2025年)中国南方地区的干旱发生频率可能升高。因此,要加强干旱灾害风险管理,生态环境脆弱区域实施生态环境修复,农业主产区域以保障粮食安全为主,解决水资源时空分布不均和资源供需加剧矛盾,提高干旱灾害风险防控水平。     

农业气象灾害灾情等级划分与年景评估

利用福建省1980—2004年农业成灾面积资料,计算主要气象灾害(干旱、洪涝、风雹和低温冻害)的成灾率及其变异值,在此基础上将4类气象灾害分为5个等级,并给予相应的分值,采用灰色关联分析方法,计算4类气象灾害与总灾害的关联度,得到其对农业生产的影响权重为旱灾>冻害>风、雹灾>水灾,建立农业气象灾情的综合评价模型并对25a的农业年景进行分级和综合评价。结果表明:福建农业气象灾害中灾及以下灾情的出现频率占到了总数的88%,灾情最重的年份为1999年,灾情最轻的年份为1984年;农业气象灾害对农业生产的危害随年代增大,而且波动加剧。     

近30年辽宁玉米水分适宜度时空演变特征及农业干旱评估

引入农业气象干旱指标建立发育期尺度的玉米水分适宜度模型,利用1981-2010年辽宁52个气象站玉米发育期及常规气象数据,采用气候趋势分析和突变分析方法对玉米水分适宜度时空演变特征及农业干旱进行分析和评估.结果表明: 不同发育期水分适宜度变化趋势不同,出苗至七叶期(Ⅱ)、拔节至抽雄期(Ⅳ)及乳熟至成熟期(Ⅵ)分别在1994、1996和1999年发生气候突变,在30年内播种至出苗期(Ⅰ)、七叶至拔节期(Ⅲ)、Ⅳ和抽雄至乳熟期(Ⅴ)水分适宜度呈不显著增大趋势,Ⅱ和Ⅵ期呈减小趋势,其中Ⅵ期达到显著水平.水分适宜度气候趋势存在空间差异,不同等级干旱在各发育期发生的概率不同,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ期辽宁仅部分地区水分适宜度增大或减小趋势显著,这4个时期辽西北和辽南地区是水分适宜度高变异性区域,也是中、重度干旱的高发地区,而Ⅳ和Ⅴ期干旱发生频率较低,仅在相应地区发生轻、中度干旱.区域平均的水分适宜度能够对区域尺度上的农业干旱进行很好的评价.
     

5种干旱指数在吉林省农业干旱评估中的适用性

干旱是对吉林省农业生产影响最大的气象灾害,干旱指数能够表征农业旱情,但不存在普遍适用的干旱指数,开展干旱指数在吉林省农业干旱评估中的适用性研究具有重要的现实意义.基于1961-2014年吉林省的逐日气象数据、土壤水分资料和历史旱情统计信息,选取典型干旱年和典型干旱区,评估了降水量距平百分率(PA)、相对湿润度指数(MI)、作物水分亏缺距平指数(CWDIa)、帕默尔干旱指数(PDSI)和气象干旱综合指数(MCI)共5种干旱指数在吉林省农业干旱评估中的适用性.结果表明:对于1997和2007年两个典型旱年,MI对农业旱情的评价结果与旱情记录较一致,PA和MCI次之.对于吉林省典型旱区(西部通榆、中部梨树、东部和龙),MI和PDSI对农业旱情的评估较好.在农作物生长季,PA较适用于评价4、7和8月的旱情,MI较适用于评价4、5和9月的旱情,CWDIa只适用于评价5月的旱情,PDSI对6-9月的旱情均有一定的指示作用,MCI适用于5-8月的农业干旱过程评估.从农业干旱发生范围来看,MI、PDSI和MCI较适用于评估吉林省西部旱情,PDSI较适用于评价吉林省中部旱情,PA、PDSI和MCI较适用于评估吉林省东部旱情.     

气候变化背景下东北三省大豆干旱时空特征

利用1961—2010年东北三省大豆种植区71个气象站点地面气象观测资料,基于农业干旱指标作物水分亏缺指数(CWDI)及干旱等级,分析了气候变化背景下近50年来我国东北地区大豆干旱发生频率演变趋势及干旱程度演变特征,研究结果表明:东北三省大豆干旱频率空间差异较大,呈明显的西高东低的经向带状分布特征;大豆全生育期干旱频率以轻旱最高,中旱次之,重旱和特严重干旱频率最低;轻旱及以上干旱频率以播种到分枝阶段最高,分枝到开花阶段次之,开花到成熟阶段最低;作物水分亏缺指数年际变化趋势各地不同,总体而言以播种到分枝期干旱为主向开花到成熟期干旱转变的特点;大豆全生育干旱等级存在明显的年代际变化,20世纪80年代干旱范围最小、程度最轻,2000年以后重旱及中旱范围增加明显,干旱趋于严重。     

气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响

以我国对气候变化较为敏感的东北三省为例,利用1961～2007年78个气象站的资料,结合玉米生长季温度距平冷害指标,分析了气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响.结果表明:(1)气候变暖背景下,从20世纪60年代到21世纪初,东北三省各地区春玉米严重冷害受害程度总体表现为减少趋势,但由于不同地方温度波动幅度较大,区域性的严重冷害发生频率也随之加大;就平均发生频率空间分布而言,1961～2007年严重冷害的平均发生频率表现为东北部高于西南部,最大值出现在黑龙江北部(38%),最低值在辽宁南部(4%).(2)气候变暖背景下,不同熟性玉米品种可种植界线明显北移东延,早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代,中、晚熟品种可种植面积不断扩大.(3)随着不同熟性玉米品种种植区域北移东延,严重低温冷害出现频率明显增加,种植风险也在增大.     

玉米低温冷害动态评估和预测方法

为了防御和减轻玉米低温冷害,应用改进的玉米生长发育和干物质积累动态模型,采用新的玉米低温冷害指标和参数,建立了玉米低温冷害发生及损失程度的动态预测和评估方法.该方法遵循积温学说和玉米生物学、生态学原理,用相对积温作为发育期预报和灾害判别的主导因子,用干物质亏缺率代表冷害减产率.经代表地区不同气候年型的验证和试用,证明该冷害预报和评估方法具有较好的客观性和适用性,经过参数和指标调整后,可应用于东北地区各地.     

辽宁省玉米旱灾时空分布特征及综合风险评价

以辽宁省气象数据、空间数据和田间管理数据集为基础,首先,依据自然灾害风险形成理论,从危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力四因子入手,选择10个副指标,构建辽宁省玉米旱灾综合风险评价指标体系,并利用组合加权法和GIS空间分析方法,确定其权重及区域化。利用自然灾害风险指数法和加权综合评价方法,建立辽宁省玉米旱灾综合风险评价模型,并进行了辽宁省玉米旱灾时空分布特征分析及综合风险评价研究。结果表明：（1）自1960年以来,研究区干旱频率总体呈上升趋势,尤其2010年以后有明显增加态势。其中1970-1979年间干旱发生频率较低,2010-2019年间干旱频率最高。不管是月尺度、季节尺度、生长季尺度还是年际尺度,辽宁省西北部干旱频率普遍较高,而东南部干旱频率较低。干旱强度呈现从辽宁省中部地区向东西地区两个方向递减的趋势,高值出现在辽宁省中部的阜新、锦州、铁岭、辽阳、盘锦、鞍山、营口和大连等地。干旱历时从辽宁省东部向西部区域递减的趋势,其中高值出现在铁岭北部、盘锦、鞍山、营口和丹东南部等地,低值分布在朝阳西南部、葫芦岛西北部、本溪西部和丹东等地。（2）从4个因子角度来说,辽宁省朝阳西部和葫芦岛西北部玉米旱灾危险性指数较低以外其他区域玉米旱灾危险性指数均较高。然而,辽宁省西北玉米主产区玉米旱灾脆弱性指数和暴露性指数均较高,且防灾减灾能力较低。当4个因子加权综合评价时,辽宁省西北部玉米旱灾综合风险呈现较高的现象。研究结果可为保障辽宁省粮食安全及制定防灾减灾政策提供理论依据和科学指导。     

基于减产概率的辽宁水稻灾害风险区划

关于灾害风险评价的危险性研究多考虑某一种或者多种灾害的出现概率,由于多数灾害指标难以与作物产量直接相关,常常出现有灾无害现象,难以正确评价灾害风险;依据产量变异的风险研究多从产量变异出发,但对不同减产程度的风险评价研究较少。以辽宁水稻减产风险为例,分析了辽宁省水稻歉年减产率、灾年减产率变异系数及5%和10%两种减产率等级风险概率的空间分布特征。采用K-平均聚类算法将辽宁省水稻产量灾害风险划分为高、较高、中、低4类风险区。结果显示:水稻单产歉年减产率的分布总体呈中部、东部低,向东北西南增高的趋势。水稻单产的灾年减产率变异系数具有西北-东南方向条带状分布特点,中部、东部最小,整体上呈向西南、东北方向递增的趋势。减产率大于5%和10%的风险概率的低值区主要分布于辽宁中部,中值区主要分布于中部、北部、东南,高值区主要分布于东北、西部、南部,整体呈中间低,四周高的特点。辽宁省水稻产量灾害的不同等级风险区域呈整体上分散,小面积连片的特点。辽宁西部、东北部为高风险区,中南部地区为较高风险区,而辽宁中部、东南部为中、低风险区。探讨了各地区的地形气候特征与水稻减产的关系,给出了针对不同区域水稻产量灾损的防御措施。     

黑龙江省大豆生长季旱涝时序特征及其对产量的影响

气候变化背景下黑龙江省降水时空分布不均,旱涝转换频繁,不利于黑龙江省的大豆安全生产。为研究黑龙江省大豆生长季旱涝对大豆产量的影响机制,基于黑龙江省60个气象站点1961—2018年逐日降水量数据和同期大豆单产数据,选取标准化降水指数(SPI)为旱涝判识指数,分析黑龙江省大豆生长季旱涝的时序特征,以及大豆不同生育阶段旱涝对其产量的影响。结果表明: 1961—2018年,大豆生长季干旱影响范围整体呈微弱的减小趋势,雨涝影响范围整体呈现弱的增加趋势;而同期干旱和雨涝强度总体均呈微弱的增加趋势,以雨涝强度稍强;干旱和雨涝同时发生的几率占比60.3%。大豆生长季或将进入一个较湿润阶段,2012—2018年间,雨涝的影响范围和发生强度均明显高于干旱,有6年均发生了全域性或区域性雨涝,其中,5年发生中度雨涝。不同区域大豆生长季旱涝对其产量影响程度有所差异,西北部、北部和东部地区雨涝的影响均明显大于干旱的影响,中部地区干旱和雨涝的影响程度相差不大,西南部、南部、东南部地区干旱的影响远大于雨涝的影响。在大豆开花-鼓粒期,旱涝与大豆产量的波动密切相关,西北部、西南部、中部、南部、东南部地区降水正常略偏多对大豆增产有利,但中度及以上雨涝仍会造成大豆减产;北部地区大豆产量波动主要受雨涝影响严重,东部地区干旱和雨涝对大豆产量波动造成的影响程度相似。     

1961-2017年环渤海地区气象干旱时空特征及致灾危险性评估

基于1961-2017年环渤海地区60个地面气象站点的逐日气温和降水资料,计算了各站点逐日气象干旱综合指数（Meteorological drought Composite Index,MCI）,统计近57年各站点的气象干旱过程,并进一步分析了环渤海地区各季节气象干旱的时空变化特征及致灾危险性等级分布。结果表明：（1）环渤海地区春季干旱覆盖范围和持续日数呈下降趋势,但干旱强度有所增加,夏、秋两季干旱覆盖范围和持续日数呈上升趋势,而干旱强度有所减少,冬季干旱覆盖范围和干旱强度均呈增加状态,干旱持续日数有所下降。（2）春季干旱覆盖范围、干旱持续日数、干旱强度以及干旱发生频率均居四季之首,干旱状况最严重,夏、秋季次之,冬季最轻。（3）各季节干旱强度和干旱发生频率的高值区主要分布在辽宁西北部、河北中南部以及山东大部分地区,低值区主要位于辽宁东部地区。（4）各季节干旱致灾危险性等级总体呈西高东低、南高北低的分布特征,其中,河北中南部气象干旱的致灾危险性较高,辽宁东部的较低;春旱致灾危险性总体较高,夏、秋季次之,冬季最低。     

黄淮海地区夏玉米生长季的干旱风险

干旱是对农业影响最大的农业气象灾害,进行干旱风险评估对于提升区域灾害风险管理和决策水平、减轻农业损失具有重要的指导意义.本文基于自然灾害风险理论,利用黄淮海夏玉米主产区69个站点的气象、夏玉米播种面积和产量数据,以及当地有效灌溉面积等数据,从灾害风险的危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力4个方面构建风险评估指标和模型,对黄淮海夏玉米主产区干旱灾害的风险进行评估分析.结果表明: 黄淮海地区夏玉米生长季(6—9月),干旱发生危险性最大的阶段主要是播种-出苗期和乳熟-成熟期,其中,河北中南部、河南西部和北部的危险性最大.经加权叠加脆弱性、暴露性和防灾减灾能力后,夏玉米干旱综合风险最大的地区主要分布在河南西部和西南部部分地区;其次是河南南部、河北沧州、邢台以及山东德州等地,属于次高风险区;风险低值区主要分布在山东南部、安徽北部和河南的信阳等地;其他地区属于中度风险区.     

蒸发需求干旱指数(EDDI)在辽宁省干旱识别中的应用

蒸发需求干旱指数(EDDI)是从大气蒸发需求(E₀)角度出发建立起来的一种多尺度的干旱指标,具有不依赖降水量、适用于各种下垫面类型的特点,具备在不同时间尺度捕捉水胁迫信号的能力。本研究基于1961—2018年辽宁省52个气象站气象观测资料,逐日估算E₀,按年、生长季(4—10月)、春季、夏季、秋季、冬季分别计算EDDI,分6个时间尺度识别近58年辽宁省干旱发生的年际变化特征。结果表明: 研究期间,辽宁省EDDI年际变化阶段性明显,多个时间尺度的EDDI呈两个高值集中期。在20世纪60年代,年、生长季、春季、秋季和冬季5个时间尺度的辽宁省平均EDDI高值区相对集中,这一阶段辽宁省发生干旱的年数多、程度重;除冬季外,2014—2018年是其他5个时间尺度的EDDI高值另一个相对集中的时段;1981—1982年,辽宁省的年、生长季、夏季、秋季的EDDI值偏高。1963—1965年(除夏季外)、1972—1973年(生长季、夏季)、1989—1990年(年、生长季、春季、冬季)、1997—1998年(年、生长季、夏季)、2004—2005年(春季、冬季)和2013—2014年(年、生长季、秋季)都发生了干-湿或湿-干逆转事件。1985—1987、1993—1995和2005—2013年,辽宁省存在明显的干旱空窗期。