張　蕾，楊冰韻

(1.國(guó)家氣象中心， 北京 100081； 2.國(guó)家衛(wèi)星氣象中心， 北京 100081)

?

北方冬小麥不同生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

張蕾1，楊冰韻2

(1.國(guó)家氣象中心， 北京 100081； 2.國(guó)家衛(wèi)星氣象中心， 北京 100081)

基于北方6省市和61個(gè)市縣1981—2012年冬小麥產(chǎn)量和逐日氣象資料，有效分離冬小麥減產(chǎn)率，通過(guò)典型干旱年份冬小麥減產(chǎn)率與水分虧缺距平指數(shù)、降水距平百分率的相關(guān)分析篩選致災(zāi)因子;基于減產(chǎn)率分級(jí)，利用冬小麥不同生育期減產(chǎn)率與致災(zāi)因子數(shù)學(xué)模型構(gòu)建干旱等級(jí)指標(biāo);綜合冬小麥干旱等級(jí)的強(qiáng)度及其風(fēng)險(xiǎn)概率，進(jìn)行冬小麥生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。結(jié)果表明：冬小麥減產(chǎn)率與水分虧缺距平指數(shù)的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.355～0.656，明顯大于降水距平百分率，在各生育階段內(nèi)均通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，確定為干旱致災(zāi)因子；在冬小麥不同生育期內(nèi)，通過(guò)冬小麥減產(chǎn)率-致災(zāi)因子線性模型得到的輕、中、重、特重干旱等級(jí)指標(biāo)，以0.297、0.351、0.214、0.159、0.316、0.547、0.149分別為苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期和全生育期發(fā)生干旱的臨界值；不同生育期冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)分布形式存在一定地區(qū)差異，這與地區(qū)降水量對(duì)冬小麥需水的滿足情況相符，其中，河北南部和山東西北部在各生育期均屬于冬小麥干旱的高危險(xiǎn)性地區(qū)。

冬小麥；干旱；作物水分虧缺距平指數(shù)；風(fēng)險(xiǎn)

華北、黃淮地區(qū)是我國(guó)冬小麥主產(chǎn)區(qū)，冬小麥產(chǎn)量的高低對(duì)全國(guó)糧食產(chǎn)量有舉足輕重的影響。其中，河北、河南、山東、山西、北京和天津6省市冬小麥種植面積占全國(guó)總種植面積的50.9%，產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)的58.2%。北方地區(qū)光熱資源豐富，但降水有限且分布不均，干旱頻發(fā)，若只靠播前底墑和自然降水僅能滿足冬小麥需水量的60%～70%，缺水率在30%以上的年份概率達(dá)60%左右[1]。冬小麥發(fā)生干旱，導(dǎo)致生理特性改變[2]、灌漿速率下降[3]、干物質(zhì)積累下降以及光合產(chǎn)物分配格局改變[4]，嚴(yán)重影響冬小麥產(chǎn)量。因此，對(duì)冬小麥干旱進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，對(duì)制定合理的灌溉措施、減避干旱災(zāi)害有重要意義。

目前，不少學(xué)者針對(duì)冬小麥干旱災(zāi)害，從危險(xiǎn)性、災(zāi)損和防災(zāi)能力角度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估[5-8]，上述研究多是針對(duì)冬小麥全生育期進(jìn)行。選擇合適的干旱指標(biāo)是進(jìn)行干旱風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的干旱指標(biāo)大致可以分為三類：一類是降水負(fù)距平[9]、時(shí)段內(nèi)降水量[10]等，指標(biāo)簡(jiǎn)單易獲，但缺少與實(shí)際作物受災(zāi)的對(duì)應(yīng)；一類是自然水分虧缺[11]、相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)[12]等，指標(biāo)考慮了水分供需平衡；一類是CVTI[13]、LSA-SAFET[14]等，指標(biāo)基于RS、GIS和作物模型技術(shù)，擴(kuò)寬了干旱監(jiān)測(cè)評(píng)估的范圍。以往冬小麥干旱分析中等級(jí)的劃分主要是基于百分位數(shù)法或是與災(zāi)情進(jìn)行對(duì)比分析[9-11]，較少?gòu)亩←湆?shí)際災(zāi)損角度進(jìn)行劃分。

本研究從業(yè)務(wù)上應(yīng)用較多的農(nóng)業(yè)干旱指標(biāo)出發(fā)，以全生育期和不同生育期冬小麥減產(chǎn)率與指標(biāo)的相關(guān)程度和數(shù)學(xué)模型確定致災(zāi)因子臨界指標(biāo)閾值，避免了劃分致災(zāi)因子等級(jí)的主觀性，綜合干旱等級(jí)的強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)概率，進(jìn)行冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以期為進(jìn)行冬小麥干旱監(jiān)測(cè)預(yù)警、防御和減輕干旱災(zāi)害提供技術(shù)支撐。

1　資料來(lái)源與分析方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所用的北方冬小麥產(chǎn)量資料來(lái)源于中國(guó)種植業(yè)信息網(wǎng)和農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)報(bào)表，主要包括河北省、河南省、山東省、山西省、北京市、天津市6省市1981—2012年逐年冬小麥總產(chǎn)、種植面積和單產(chǎn)。站點(diǎn)冬小麥資料來(lái)自于全國(guó)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)報(bào)表和中國(guó)種植業(yè)信息網(wǎng)，包括上述6省市共61個(gè)市縣(圖1)，1981—2012年(部分市縣不足32 a，則以現(xiàn)有年份數(shù)據(jù)為準(zhǔn))的冬小麥單產(chǎn)、總產(chǎn)和種植面積等，對(duì)個(gè)別缺測(cè)數(shù)據(jù)采用5年平均法進(jìn)行插值。市縣冬小麥生育期資料來(lái)自全國(guó)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)報(bào)表和《中國(guó)主要農(nóng)作物氣候資源圖集》[15]。氣象資料來(lái)自國(guó)家氣象信息中心，華北和黃淮地區(qū)共160個(gè)氣象站點(diǎn)，包括1980—2012年逐日平均溫度、最高溫度、最低溫度、降水量、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、氣壓等，對(duì)個(gè)別缺測(cè)數(shù)據(jù)采用歷年同期均值進(jìn)行插值。冬小麥干旱災(zāi)情資料來(lái)自6省市《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》[16-21]和中國(guó)種植業(yè)信息網(wǎng)。

圖1北方冬麥區(qū)產(chǎn)量資料站點(diǎn)(a)和氣象站點(diǎn)(b)

Fig.1Stations of yield for winter wheat and meteorological observation

1.2資料處理

1.2.1冬小麥減產(chǎn)率冬小麥產(chǎn)量是在各種自然因素和非自然因素的綜合影響下形成的，其影響因素可以劃分為農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、氣象條件和隨機(jī)“噪聲”，分別對(duì)應(yīng)趨勢(shì)產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量、噪音產(chǎn)量(實(shí)際計(jì)算中可以忽略不計(jì))。冬小麥減產(chǎn)率可以用實(shí)際產(chǎn)量低于趨勢(shì)產(chǎn)量的百分率表示：

(1)

其中，y′為冬小麥減產(chǎn)率，y為實(shí)際產(chǎn)量，yt為趨勢(shì)產(chǎn)量。通過(guò)趨勢(shì)產(chǎn)量分離出的氣象產(chǎn)量應(yīng)該符合其對(duì)氣候因子，尤其是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的響應(yīng)規(guī)律，本文在分析干旱時(shí)主要考慮典型干旱年份由干旱造成的冬小麥減產(chǎn)。本文中，采用二次曲線[22]、直線滑動(dòng)平均法[23]、灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型[24]、HP濾波法[25]4種方法，對(duì)河北省、河南省、山東省、山西省、北京市和天津市冬小麥趨勢(shì)產(chǎn)量進(jìn)行擬合，結(jié)果河北省、河南省、山東省、北京市和天津市以直線滑動(dòng)平均法擬合精度最高，平均相對(duì)誤差分別為4.71%、4.04%、4.40%、3.58%和4.60%；山西省以GM(1,1)模型擬合效果最好，平均相對(duì)誤差為9.28%。

1.2.2冬小麥水分虧缺距平指數(shù)冬小麥水分虧缺指數(shù)反映出冬小麥水分需求與供給之間的差值，但季節(jié)、區(qū)域差別較大，難以用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)各區(qū)域水分虧缺程度。因此，用作物水分虧缺距平指數(shù)以消除區(qū)域與季節(jié)差異。某時(shí)段作物水分虧缺距平指數(shù)(CWDIa)計(jì)算如下：

(2)

作物水分虧缺指數(shù)(CWDI)表示為：

(3)

其中，P為計(jì)算時(shí)段內(nèi)的累積降水量，ETm為相應(yīng)時(shí)段內(nèi)冬小麥需水量。ETm是由當(dāng)?shù)貧夂驐l件下潛在蒸散量和作物特性決定，計(jì)算如下：

ETm=Kc×ET0

其中，Kc為作物系數(shù)(表1)，ET0為參考作物蒸散量，由FAO推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算[23]。

表1　冬小麥作物系數(shù)Kc值

1.2.3降水距平百分率農(nóng)業(yè)干旱的直接原因是降水量異常偏少，降水量可作為農(nóng)業(yè)干旱綜合指標(biāo)的基礎(chǔ)指標(biāo)之一，在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)和土壤水分觀測(cè)資料缺乏的地區(qū)較為實(shí)用。

降水距平百分率是指某時(shí)段的降水量與常年同期降水量相比的百分率，計(jì)算方法如下：

(4)

1.2.4冬小麥干旱指標(biāo)構(gòu)建在冬小麥典型干旱年份，對(duì)不同生育期冬小麥減產(chǎn)率與水分虧缺距平指數(shù)、降水距平百分率進(jìn)行相關(guān)分析，篩選關(guān)鍵因子。

基于關(guān)鍵因子，將冬小麥全生育期和不同生育階段(苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期)站點(diǎn)典型干旱年份的減產(chǎn)率與該關(guān)鍵因子進(jìn)行回歸分析，建立相應(yīng)生育期內(nèi)的數(shù)學(xué)模型。其中，不同生育期的冬小麥減產(chǎn)率以年度減產(chǎn)率與水分敏感系數(shù)的乘積表示：

(5)

表2　北方冬小麥水分敏感系數(shù)

依據(jù)冬小麥減產(chǎn)率5%～10%、10%～20%、20%～30%、>30%，分別對(duì)應(yīng)冬小麥輕度、中度、重度、特重干旱。基于減產(chǎn)率等級(jí)和減產(chǎn)率與干旱因子數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建不同生育期冬小麥干旱等級(jí)指標(biāo)。

1.2.5冬小麥干旱危險(xiǎn)性評(píng)估綜合考慮冬小麥不同干旱等級(jí)指標(biāo)及其出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)概率，構(gòu)建冬小麥干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估模型：

(6)

其中，Q為冬小麥干旱的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ji為第i個(gè)干旱等級(jí)的強(qiáng)度，這里取值為全生育期和不同生育期不同干旱等級(jí)下致災(zāi)關(guān)鍵因子的均值；Fi為第i個(gè)干旱等級(jí)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)概率，研究中i取1、2、3等級(jí)，這里風(fēng)險(xiǎn)概率的估算采用信息分配的方法，信息分配方法采用一維線性信息分配函數(shù)，通過(guò)選定步長(zhǎng)(本文為0.01)，對(duì)序列進(jìn)行有序地信息離散處理，即可得到較為合理的概率值，回避了分布函數(shù)的檢驗(yàn)。

2　結(jié)果與分析

2.1冬小麥減產(chǎn)率變化

基于各省市產(chǎn)量分離計(jì)算得到冬小麥歷年減產(chǎn)率年際間波動(dòng)較大，在不同地區(qū)的變化存在明顯差異(圖2)。從各省市減產(chǎn)率與歷史典型災(zāi)害年進(jìn)行對(duì)比分析來(lái)看：2000—2003年北方冬麥區(qū)連續(xù)遭受旱災(zāi)，對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響較大，尤其是2003年受災(zāi)程度較高，計(jì)算得到2000—2003年6省市冬小麥單產(chǎn)除了個(gè)別年份外，均有不同程度減產(chǎn)，平均減產(chǎn)率為0.8%～9.5%。2007年由于降水分布不均，山西省遭受嚴(yán)重干旱，且從5月中旬開始出現(xiàn)干熱風(fēng)天氣，造成冬小麥明顯減產(chǎn)，計(jì)算的2007年山西省冬小麥單產(chǎn)減產(chǎn)率為5.35%。2009年初，北方冬小麥主產(chǎn)區(qū)發(fā)生30年一遇、部分地區(qū)50年一遇的嚴(yán)重干旱，但由于各級(jí)農(nóng)業(yè)部門及時(shí)有效地做好了預(yù)警、防御工作，最大限度減輕了災(zāi)害損失，以計(jì)算得到的2009年北方各省的冬小麥減產(chǎn)情況看，僅山西省減產(chǎn)較大(12.9%)，山東省、河南省單產(chǎn)略有減少，而河北省、北京市和天津市并未出現(xiàn)減產(chǎn)。河北省歷史上春季氣溫偏高的年份，如1981、1982、2000—2003年，冬小麥均出現(xiàn)不同程度的減產(chǎn)，計(jì)算得到河北省上述年份的冬小麥單產(chǎn)減產(chǎn)率分別為24.18%、19.50%、1.61%、5.57%、3.10%、0.80%。從上述歷史典型年份對(duì)比情況，可見本文分離的減產(chǎn)率是符合實(shí)際的。

圖2北方6省市通過(guò)分離趨勢(shì)產(chǎn)量得到的減產(chǎn)率

Fig.2Yield reduction rate of winter wheat in six provinces and municipality

2.2關(guān)鍵致災(zāi)因子篩選

從全生育期和不同生育期典型干旱年份不同站點(diǎn)冬小麥減產(chǎn)率與致災(zāi)因子的關(guān)系(表3)可以看出，在大部分生育期內(nèi)，冬小麥減產(chǎn)率與降水距平百分率達(dá)到顯著相關(guān)，但在越冬、返青和拔節(jié)期沒(méi)有達(dá)到顯著性水平，這主要是由于沒(méi)有考慮冬小麥需水的情況。而在全生育期和不同生育期減產(chǎn)率與CWDIa的相關(guān)系數(shù)普遍高于降水距平百分率，且均達(dá)到0.05的顯著性水平。因此，以CWDIa作為冬小麥干旱致災(zāi)因子。

注：*代表達(dá)到0.05的顯著性水平。

Notes: *, significant at the level ofP<0.05.

2.3冬小麥干旱指標(biāo)

利用典型干旱年份建立的冬小麥減產(chǎn)率與CWDIa回歸模型(表4)均達(dá)到了0.05的顯著性水平。在不同生育期內(nèi)，從冬小麥減產(chǎn)率與CWDIa的回歸模型擬合效果可以看出，相比于其他生育期，越冬期和返青期的擬合系數(shù)較小，這與不同生育期的水分敏感系數(shù)的分配相一致。將全生育期減產(chǎn)率按照5%～10%、10%～20%、20%～30%、≥30%分別對(duì)應(yīng)輕度、中度、重度、特重減產(chǎn)，基于全生育期減產(chǎn)率與CWDIa的回歸模型，得到輕度、中度、重度、特重干旱的CWDIa臨界值分別為：0.149、0.171、0.215、0.259。同樣，基于不同生育期冬小麥減產(chǎn)率與CWDIa的回歸模型，按相應(yīng)的減產(chǎn)率分級(jí)可以得到不同生育期干旱等級(jí)指標(biāo)(表4)。

表4　冬小麥生育期干旱等級(jí)指標(biāo)

2.4冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在Arcgis中，將冬小麥全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)按自然斷點(diǎn)法分為3級(jí)，對(duì)應(yīng)冬小麥干旱的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)總體上從北向南逐漸減弱(圖3a)。冬小麥干旱高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要集中在天津、河北中南部和山東北部地區(qū)，中等風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)在北京、河北中部、山東中南部、山西西南部和河南北部地區(qū)，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在河北東北部、山西中東部和河南中南部。在冬小麥全生育期內(nèi)，降水量(圖3b)從南往北減少，大部地區(qū)普遍為150～300 mm，只有在河南南部降水量超過(guò)300 mm，而全生育期內(nèi)冬小麥需水量(圖3c)從南往北逐漸增加，一般在250～500 mm，導(dǎo)致大部分地區(qū)全生育內(nèi)自然降水不能滿足冬小麥生長(zhǎng)需水，一般虧缺水量達(dá)到100～300 mm，且水分虧缺量從南往北增加，河北東部和山東北部虧缺水量在200～345 mm。因此，從自然降水對(duì)冬小麥需水的滿足程度看，冬小麥干旱發(fā)生程度南部輕、北部重，河北東部和山東北部地區(qū)屬于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，這與吳東麗等[27]研究顯示冬小麥干旱較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在環(huán)渤海的冀東南部和冀東北基本一致，且河北東部地區(qū)屬于冬小麥干旱減產(chǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)[1]，南部旱災(zāi)發(fā)生頻次高[28]；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與劉榮花等[29-30]研究認(rèn)為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包括河南西部和南部、山東東南沿海和山西中南部是基本一致的。

同樣，對(duì)冬小麥不同生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)區(qū)劃(圖4)，總體上各生育期內(nèi)冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)從南往北逐漸增加。苗期冬小麥干旱的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要在北京、天津、河北大部、山東北部和東部部分地區(qū)；越冬期冬小麥干旱的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在北京、天津、河北中東部和山東北部；返青期冬小麥干旱的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在北京、天津、河北中部、山東中北部；拔節(jié)期冬小麥干旱的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在天津、河北東南部、山東中北部；抽穗期冬小麥干旱的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要在北京南部、天津、河北中南部、山東西北部；成熟期冬小麥干旱的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在河北東南部、山東西部和山西西南部。

圖3　冬小麥全生育期干旱危險(xiǎn)性與降水及需水量區(qū)劃

圖4冬小麥不同生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

Fig.4regionalization of drought risk for winter wheat during different period

從冬小麥不同生育期內(nèi)自然降水和冬小麥需水情況來(lái)看，大部分地區(qū)冬小麥存在明顯的水分虧缺，苗期冬小麥水分虧缺量一般為10～50 mm，河北大部、北京、天津和山東西北部虧缺量達(dá)25～50 mm；越冬期冬小麥需水少，水分虧缺比較少，虧缺量高的地區(qū)主要在河北東部、北京、天津和山東北部地區(qū)，虧缺量有20～30 mm；隨著冬小麥返青，對(duì)水分的需求逐漸增加，水分虧缺逐漸加重，大部分地區(qū)水分虧缺在10～80 mm，河北中東部、北京、天津和山東北部水分虧缺量為40～80 mm；拔節(jié)期是冬小麥需水關(guān)鍵期，水分虧缺會(huì)影響冬小麥成穗數(shù)和穗粒數(shù)，此時(shí)段內(nèi)各地冬小麥普遍缺水30～100 mm，河北東部、北京、天津和山東西北部地區(qū)缺水達(dá)70～100 mm；抽穗期冬小麥普遍缺水20～140 mm，河北大部、北京、天津、山東西北部缺水70～140 mm；進(jìn)入成熟期，水分對(duì)冬小麥的影響相對(duì)較小，缺水較多的地區(qū)在河北東南部和山東西北部地區(qū)，一般有5～15 mm。因此，在不同生育期，河北南部和山東西北部地區(qū)均屬于冬小麥干旱的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，除了自然降水對(duì)冬小麥需水滿足程度弱以外，該區(qū)自然條件相對(duì)較差，灌溉面積較少、可利用水資源不足，多為鹽堿土壤、土壤肥力差。

3　結(jié)論與討論

本文基于冬小麥不同生育階段，以冬小麥減產(chǎn)率等級(jí)作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了冬小麥干旱等級(jí)指標(biāo)，可以在不同階段對(duì)冬小麥干旱程度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析。綜合冬小麥干旱等級(jí)的強(qiáng)度及其風(fēng)險(xiǎn)概率，評(píng)估冬小麥不同生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)。在冬小麥全生育期和不同生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)均呈現(xiàn)從南往北加重的趨勢(shì)，分布存在一定差異，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)均包含河北南部和山東西北部地區(qū)，這種分布與自然降水對(duì)冬小麥需水的滿足程度相一致。

本文中冬小麥趨勢(shì)產(chǎn)量擬合符合實(shí)際情況，冬小麥產(chǎn)量存在明顯的地域差異。其中，山西省冬小麥單產(chǎn)擬合的平均相對(duì)誤差明顯高于其他省份，單產(chǎn)波動(dòng)幅度偏大，其中有7 a減產(chǎn)率超過(guò)10%，明顯多于其他省份(最多有3 a)，分析發(fā)現(xiàn)山西省冬小麥年際間的播種面積差異較大，播種面積的變異系數(shù)偏大(0.13)，造成冬小麥產(chǎn)量的不穩(wěn)定，且山西省農(nóng)業(yè)自然條件具有多樣性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，加上灌溉面積萎縮、用水效率低，冬小麥生產(chǎn)力不高且不穩(wěn)定。

基于不同的干旱指標(biāo)或評(píng)估方法，得到的冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果存在一定的差異。本文在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的分布上與部分已有的分析結(jié)果相一致，但也存在一定的差異，如本文得到全生育期內(nèi)北京、天津?qū)儆诟唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)，而吳東麗等[27]的研究中北京屬于中低風(fēng)險(xiǎn)、天津?qū)儆谳^高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，王素艷等[31]研究認(rèn)為北京、天津均屬于較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；本文中河北中南部屬于較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，而張文宗等[32]研究結(jié)果為該地區(qū)屬于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。上述差異可能是采用了不同的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，或是針對(duì)不同區(qū)域時(shí)得到的指標(biāo)有所差異所致。因此，有必要對(duì)冬小麥研究區(qū)域進(jìn)行劃分，進(jìn)行精細(xì)化的區(qū)域冬小麥干旱指標(biāo)構(gòu)建和風(fēng)險(xiǎn)分析。

本研究中分析發(fā)現(xiàn)冬小麥減產(chǎn)率與水分虧缺距平指數(shù)的擬合系數(shù)并不高，其原因可能是由于各地逐步采取灌溉措施，灌溉面積不斷擴(kuò)大，減輕了干旱的影響，盡管自然降水不能滿足冬小麥需水，但采取灌溉措施之后，冬小麥不一定減產(chǎn)，這使得減產(chǎn)率與水分虧缺距平指數(shù)相關(guān)性下降。因此，有必要考慮地區(qū)灌溉措施和水利設(shè)施等防災(zāi)水平。當(dāng)然，影響冬小麥生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害除了干旱外，還有干熱風(fēng)、晚霜凍等，這些災(zāi)害均會(huì)造成冬小麥減產(chǎn)。因此，下一步可以開展結(jié)合孕災(zāi)和防災(zāi)能力以及多種災(zāi)害的綜合風(fēng)險(xiǎn)分析。

[1]薛昌穎,霍治國(guó),李世奎,等.華北北部冬小麥干旱和產(chǎn)量災(zāi)損的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2003,12(1):131-139.

[2]Wu X L, Bao W K. Statistical analysis of leaf water use efficiency and physiology traits of winter wheat under drought condition[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2012,11(1):82-89.

[3]張建平,趙艷霞,王春乙,等.不同發(fā)育期干旱對(duì)冬小麥灌漿和產(chǎn)量影響的模擬[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2012,20(9):1158-1165.

[4]谷艷芳,丁圣彥,高志英,等.干旱脅迫下冬小麥光合產(chǎn)物分配格局及其與產(chǎn)量的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(5):1167-1173.

[5]朱琳,葉殿秀,陳建文,等.陜西省冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)分析及區(qū)劃[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002,13(2):201-206.

[6]霍治國(guó),李世奎,王素艷,等.主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(6):692-703.

[7]劉榮花,朱自璽,方文松,等.華北平原冬小麥干旱災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].生態(tài)學(xué)雜志,2006,25(9):1068-1072.

[8]楊小利,吳穎娟,王麗娜,等.隴東地區(qū)主要農(nóng)作物干旱災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)分析及區(qū)劃[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,38(2):83-90.

[9]康西言,李春強(qiáng),代立芹.河北省冬小麥生產(chǎn)干旱風(fēng)險(xiǎn)分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2012,30(6):232-237.

[10]Zhang JQ. Risk assessment of drought disaster in the maize-growing region of Songliao Plain, China[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2004,102(2):133-153.

[11]肖晶晶,霍治國(guó),金志鳳,等.冬小麥節(jié)水灌溉氣象等級(jí)指標(biāo)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2012,31(10):2521-2528.

[12]任義方,趙艷霞,王春乙.河南省冬小麥干旱保險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2011,22(5):537-548.

[13]李艷,王鵬新,劉峻明,等.基于條件植被溫度指數(shù)的冬小麥主要生育時(shí)期干旱監(jiān)測(cè)效果評(píng)價(jià)Ⅲ—干旱對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響評(píng)估[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2014,32(5):218-222.

[14]Guadalupe S C, Jürgen V, Alirio A, et al. Assessment of the EUMETSAT LSA-SAF evapotranspiration product for drought monitoring in Europe[J]. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2014,30:190-202.

[15]崔讀昌,劉洪順.中國(guó)主要農(nóng)作物氣候資源圖集[M].北京:氣象出版社,1984.

[16]溫克剛,王宗信.中國(guó)氣象災(zāi)害大典(天津卷)[M].北京:氣象出版社,2008.

[17]溫克剛,謝璞.中國(guó)氣象災(zāi)害大典(北京卷)[M].北京:氣象出版社,2008.

[18]溫克剛,臧建升.中國(guó)氣象災(zāi)害大典(河北卷)[M].北京:氣象出版社,2008.[19]溫克剛,龐天荷.中國(guó)氣象災(zāi)害大典(河南卷)[M].北京:氣象出版社,2008.

[20]溫克剛,劉慶桐.中國(guó)氣象災(zāi)害大典(山西卷)[M].北京:氣象出版社,2008.

[21]溫克剛,王建國(guó),孫典卿.中國(guó)氣象災(zāi)害大典(山東卷)[M].北京:氣象出版社,2008.

[22]房世波.分離趨勢(shì)產(chǎn)量和氣候產(chǎn)量的方法探討[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2011,20(6):13-18.

[23]霍治國(guó),劉榮花,姜燕,等.QX/T 81-2007.小麥干旱災(zāi)害等級(jí)[S].北京:氣象出版社,2007.

[24]Li X K, Huang S X, Zhou J M, et al. Study on POPs emissions prediction based on GM(1,1) model[J]. Fuzzy Information and Engineering, 2009,62:1639-1644.

[25]Jone L J. Inverting the Hodrick-Prescott Filter[J]. Computational Economics, 2002,20:117-138.

[26]肖俊夫,劉戰(zhàn)東,段愛(ài)旺,等.中國(guó)主要農(nóng)作物分生育期Jensen模型研究[J].節(jié)水灌溉,2008,(7):1-3,8.

[27]吳東麗,王春乙,薛紅喜,等.華北地區(qū)冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(3):0760-0769.

[28]吳榮軍,史繼清,關(guān)福來(lái),等.干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的構(gòu)建及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃—以河北省冬麥區(qū)為例[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2013,22(1):145-152.

[29]劉榮花,朱自璽,方文松,等.華北平原冬小麥干旱區(qū)劃初探[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2003,12(1):140-144．

[30]劉榮花,王友賀,朱自璽,等.河南省冬小麥氣候干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2007,25(6):1-4.

[31]王素艷,霍治國(guó),李世奎,等.北方冬小麥干旱災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].作物學(xué)報(bào),2005,31(3):267-274.

[32]張文宗,趙春雷,康西言,等.河北省冬小麥旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃方法研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2009,27(2):10-15.

Risk assessment of drought damage during growing stages for winter wheat in North China

ZHANG Lei1, YANG Bing-yun2

(1.NationalMeteorologicalCentre,Beijing100081,China;2.NationalSatelliteMeteorologicalCentre,Beijing100081,China)

Using yield data and meteorological data from 1981—2012 in north China, an appropriate method was selected to fit tendency yield for winter wheat in each province, and the key factor was selected by comparing yield reduction rate with water deficit anomaly index and precipitation anomaly percentage in typical drought years. Based on grade criteria of yield reduction rate, drought damage index was calculated upon the model of yield reduction rate and key factor during different period. Risk assessment model was constructed considering drought grade and its risk probability. The drought risk assessment at growth period of winter wheat was conducted considering drought grade and its risk probability. The results indicated that the correlation coefficient between yield reduction rate and water deficit anomaly index varied from 0.355 to 0.656 at the level ofP<0.05, being greater than that between yield reduction rate and precipitation anomaly percentage. This finding indicated that water deficit anomaly index was appropriate to be selected as the key factor for drought. The mathematical relationship of yield reduction rate and water deficit anomaly index differed during different growth period, and the critical value determining drought occurrence was 0.297,0.351,0.214,0.159,0.316,0.547 and 0.149 for seedling stage, wintering stage, regreening stage, jointing stage, heading stage, maturation stage and whole growth stage, respectively. Drought damage risk for winter wheat differed during different period that matched well with supplement of precipitation and water requirement in region. Overall, high drought risk for winter wheat was in southern Hebei and northwest Shandong during each period.

winter wheat; drought; water deficit anomaly index; drought risk

1000-7601(2016)04-0274-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.41

2015-07-10

國(guó)家自然科學(xué)基金(41101517)；國(guó)家氣象中心青年基金(Q201412)

S162

A