張桂香，霍治國(guó)，楊建瑩，吳 立，楊宏毅

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基于過程降水量的長(zhǎng)江中下游地區(qū)單季稻洪澇災(zāi)害指標(biāo)構(gòu)建*

張桂香1,2，霍治國(guó)1,3**，楊建瑩1，吳 立4，楊宏毅1

（1．中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2．廣州市氣候與農(nóng)業(yè)氣象中心，廣州 511430；3．南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044；4．福建省氣象服務(wù)中心，福州 350001）

基于長(zhǎng)江中下游地區(qū)1961?2014年297個(gè)氣象站的日雨量數(shù)據(jù)，耦合單季稻生育期和洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)單季稻不同生育階段、不同等級(jí)的洪澇災(zāi)害樣本過程降水量序列，基于S-W分布擬合檢驗(yàn)，采用t-分布區(qū)間估計(jì)法計(jì)算樣本序列95%可信區(qū)間的下限值，確定指標(biāo)閾值，構(gòu)建各省單季稻分生育階段洪澇災(zāi)害的等級(jí)指標(biāo)，并采用預(yù)留獨(dú)立水稻洪澇災(zāi)害樣本進(jìn)行指標(biāo)驗(yàn)證，分析了區(qū)域1961?2010年單季稻洪澇災(zāi)害的時(shí)空分布和風(fēng)險(xiǎn)分布。結(jié)果表明：同等洪澇災(zāi)情等級(jí)時(shí)，抽穗-成熟期的洪澇災(zāi)害指標(biāo)閾值最高，拔節(jié)-孕穗期次之，移栽-分蘗期最低；同一生育階段、同等災(zāi)情等級(jí)時(shí)，5省份的洪澇災(zāi)害指標(biāo)閾值從低到高依次是江蘇、安徽、湖北、湖南、浙江；各省每年均有單季稻洪澇災(zāi)害發(fā)生，發(fā)生次數(shù)呈波動(dòng)增減，無(wú)明顯的線性趨勢(shì)；隨著洪澇災(zāi)害等級(jí)加大，洪澇發(fā)生的次數(shù)減少；災(zāi)害的多發(fā)區(qū)主要位于鄱陽(yáng)湖和黃山地區(qū)、浙江沿海及恩施和張家界一帶；移栽-分蘗期災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)普遍較高，大部分地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在0.6以上；拔節(jié)-成熟期，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高值區(qū)明顯縮小，主要位于浙江沿海地區(qū)，其余大部分地區(qū)處于低值區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大都低于0.3。

長(zhǎng)江中下游地區(qū)；單季稻；過程降水量；洪澇災(zāi)害指標(biāo)；時(shí)空分析；風(fēng)險(xiǎn)分析

洪澇對(duì)作物的危害主要有兩種：直接的機(jī)械損傷，如折斷莖稈致植株倒伏；水分脅迫破壞作物的生理機(jī)能[1]。受亞熱帶季風(fēng)氣候、地形和地貌等影響，長(zhǎng)江中下游地區(qū)是暴雨洪澇頻發(fā)、受災(zāi)面積最廣的地區(qū)之一。該區(qū)水稻種植面積占全國(guó)的3/5[2]，其中單季稻主要分布在江北[3]。全球氣候變化背景下，該區(qū)的暴雨頻次和強(qiáng)度在過去以及未來(lái)都呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，潛在洪澇風(fēng)險(xiǎn)增大[4]。洪澇災(zāi)害是影響該區(qū)水稻生長(zhǎng)發(fā)育及其產(chǎn)量形成的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，開展該區(qū)水稻洪澇災(zāi)害的指標(biāo)研究，探索其時(shí)空變化規(guī)律具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)外對(duì)水稻洪澇指標(biāo)的研究較少，多是針對(duì)洪澇災(zāi)害脆弱性的研究[5-6]。Okazumi等[7]基于當(dāng)?shù)睾樗匦裕眯l(wèi)星的數(shù)字高程地圖、江河水位數(shù)據(jù)和水稻產(chǎn)量易損性地圖，對(duì)柬埔寨湄公河泛濫平原的水稻種植進(jìn)行了洪水脆弱性評(píng)價(jià)；Yamagata等[8]基于1986年8月6日和9月7日的日本關(guān)東地區(qū)TM圖像和地表反射率，計(jì)算水濁度（WTI）和垂直植被指數(shù)（PVI），并結(jié)合受災(zāi)和未受災(zāi)稻田的水稻產(chǎn)量，評(píng)價(jià)了洪水對(duì)水稻造成的損失。國(guó)內(nèi)對(duì)水稻洪澇指標(biāo)的研究多是基于水稻淹澇控制試驗(yàn)，從淹水歷時(shí)和淹水深度兩個(gè)方面分析水稻的耐淹能力，從而選擇耐淹水稻品種或者制定排水標(biāo)準(zhǔn)[9]。部分學(xué)者分析了生育期內(nèi)暴雨的雨日、雨量與水稻的減產(chǎn)率（或受災(zāi)率）等的聯(lián)系，構(gòu)建水稻洪澇災(zāi)損模擬模型，以評(píng)價(jià)暴雨洪澇對(duì)水稻生產(chǎn)的危害。如李巧媛等[10]選取暴雨日及暴雨日年降水量、大暴雨日及大暴雨日年降水量為致災(zāi)因子，結(jié)合水稻洪澇受災(zāi)率，建立主成分回歸模型，進(jìn)而評(píng)價(jià)水稻受洪澇影響的大小；陳家金等[11]考慮到不同生育期水稻抗暴雨的能力不同，引入效力暴雨量，并結(jié)合典型年份的水稻減產(chǎn)率，建立水稻單產(chǎn)災(zāi)損模型；黃河等[12]采用水稻受淹減產(chǎn)率的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合淹沒水稻面積和區(qū)域單位面積水稻產(chǎn)值，計(jì)算區(qū)域損失率，評(píng)估區(qū)域水稻洪澇損失；徐鵬等[13]借助衛(wèi)星遙感技術(shù)，探討洪澇災(zāi)害發(fā)生后的泥沙含量、垂直植被指數(shù)與受災(zāi)水稻減產(chǎn)的關(guān)系，建立水稻災(zāi)損估算數(shù)學(xué)模型，便于災(zāi)后及時(shí)評(píng)估水稻損失。

不同生育期淹水對(duì)水稻產(chǎn)量的影響不同，生殖生長(zhǎng)階段淹水更易造成減產(chǎn)[14-15]。在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段和生殖生長(zhǎng)階段對(duì)淹水最敏感的生育期分別是分蘗末期和抽穗期[16]?；谘退疃群吞鞌?shù)的水稻耐淹指標(biāo)，能直觀地體現(xiàn)水稻不同生育期耐淹性的差異，但需要長(zhǎng)期的控制試驗(yàn)，受水稻品種差異的影響較大，又因洪澇發(fā)生前的淹水深度和持續(xù)天數(shù)不易預(yù)測(cè)，而不適用于短時(shí)的災(zāi)情預(yù)測(cè)評(píng)估中?；谀隃p產(chǎn)率和降水量的水稻洪澇指標(biāo)，難以分離出一次洪澇過程造成的產(chǎn)量損失。因此，為實(shí)現(xiàn)水稻洪澇災(zāi)害的短時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，構(gòu)建針對(duì)一次洪澇過程的水稻洪澇災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)是關(guān)鍵。

鑒于此，以長(zhǎng)江中下游地區(qū)單季稻的洪澇災(zāi)害為研究對(duì)象，結(jié)合洪澇史實(shí)和洪澇過程降水量，篩選出分生育階段、分等級(jí)的洪澇樣本，基于區(qū)間估計(jì)方法計(jì)算過程降水量的閾值，構(gòu)建分省單季稻分生育階段洪澇等級(jí)指標(biāo)，定量描述了近50a研究區(qū)內(nèi)單季稻洪澇災(zāi)害的時(shí)空分布和風(fēng)險(xiǎn)分布特征，以期為優(yōu)化作物布局、減輕災(zāi)害危害及制定災(zāi)害保險(xiǎn)政策等提供科學(xué)依據(jù)，從而保證糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

氣象資料來(lái)源于國(guó)家氣象信息中心，包括長(zhǎng)江中下游地區(qū)297個(gè)氣象站點(diǎn)（圖1）1961?2014年的逐日降水量資料；單季稻種植分布范圍（圖1）參考國(guó)家氣象中心2012年編著的《農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)手冊(cè)》（非出版物），主要包括湖北省（鄖西縣除外）、安徽省、江蘇省、上海市、浙江省、湖南北部和西北部、江西北部；單季稻生育期資料來(lái)源于研究區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)（其中江西省單季稻的生育期借鑒湖北省的）；水稻洪澇災(zāi)情資料來(lái)源于長(zhǎng)江中下游地區(qū)7省市的《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》和《中國(guó)氣象災(zāi)害年鑒（2005?2014年）》，以及各地民政部門統(tǒng)計(jì)信息。

圖1 長(zhǎng)江中下游地區(qū)單季稻種植區(qū)域及297個(gè)氣象站點(diǎn)的分布

根據(jù)已有研究，將單季稻的大田生育期劃分為3個(gè)階段，即移栽-分蘗期、拔節(jié)-孕穗期和抽穗-成熟期。依據(jù)水稻洪澇歷史災(zāi)情中的受災(zāi)程度，將災(zāi)情分為重、中、輕澇3個(gè)等級(jí)，其中重澇的災(zāi)情描述為：沖毀、絕收、改種；中澇的災(zāi)情描述為：成災(zāi)，部分絕收、改種；輕澇的災(zāi)情描述為：倒伏、受災(zāi)、受澇。根據(jù)水稻洪澇歷史災(zāi)情中洪澇發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)，反演到站點(diǎn)洪澇過程，分省、分生育階段、分等級(jí)統(tǒng)計(jì)每次洪澇過程的累計(jì)降水量，構(gòu)建單季稻生育期洪澇樣本，1961?2014年共得到樣本1224個(gè)。隨機(jī)抽取其中52個(gè)覆蓋單季稻各生育階段的各等級(jí)洪澇驗(yàn)證樣本，用于指標(biāo)驗(yàn)證，剩余1172個(gè)洪澇樣本用于指標(biāo)構(gòu)建。

1.2 研究方法

1.2.1 指標(biāo)構(gòu)建

（1）洪澇樣本的分布型檢驗(yàn)。過程降水量指一次連續(xù)降水過程的累計(jì)降雨量，大于1d 的過程其間不能出現(xiàn)降水量小于0.1mm的日降水量，如出現(xiàn)則認(rèn)為該過程中斷。按照分省、分生育階段、分洪澇等級(jí)的原則，將1224個(gè)洪澇樣本分為45組，分別統(tǒng)計(jì)單季稻洪澇過程降水量。用S-W檢驗(yàn)方法[17]檢驗(yàn)每組過程降水量序列是否符合正態(tài)分布。S-W檢驗(yàn)是由Shapiro和Wilk提出的單樣本正態(tài)分布檢驗(yàn)方法，將m個(gè)過程降水量隨機(jī)排列，記為x1，x2，…，xm，則檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量W為

1.2.2 指標(biāo)驗(yàn)證

根據(jù)52個(gè)單季稻洪澇驗(yàn)證樣本中記載的洪澇發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)，依據(jù)構(gòu)建的單季稻洪澇等級(jí)指標(biāo)，計(jì)算站點(diǎn)單季稻洪澇災(zāi)害的等級(jí)，對(duì)比其與實(shí)際災(zāi)情等級(jí)是否一致。

1.2.3 洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

（1）災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算。根據(jù)單季稻分生育階段洪澇災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)297個(gè)氣象站1961?2010年歷年單季稻分生育階段各等級(jí)洪澇災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)，選取正態(tài)信息擴(kuò)散法分別計(jì)算不同等級(jí)洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)概率值。針對(duì)樣本信息模糊不完善，通過單值樣本擴(kuò)散成集值樣本，信息擴(kuò)散法能優(yōu)化利用少量數(shù)據(jù)[19]。其具體計(jì)算步驟如下：

設(shè)災(zāi)害指數(shù)樣本集合為

即各氣象站歷年的作物澇漬災(zāi)害發(fā)生次數(shù)。

災(zāi)害指數(shù)論域?yàn)?/p>

災(zāi)害指數(shù)論域取為[0，y]點(diǎn)在歷年研究時(shí)段內(nèi)洪澇災(zāi)害理論上發(fā)生次數(shù)的最大值，0為理論上的洪澇災(zāi)害發(fā)生次數(shù)可能出現(xiàn)的最小值。

按照式（4）將樣本信息擴(kuò)散給U。

其中

令

其中

而超越uj的概率值為

P(uj)即為超越概率風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)值。

（2）災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的構(gòu)建。主要針對(duì)單季稻洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析，綜合各站點(diǎn)單季稻分生育階段洪澇災(zāi)害的發(fā)生概率和強(qiáng)度，構(gòu)建洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。計(jì)算式為

2 結(jié)果與分析

2.1 基于過程降水量的單季稻洪澇等級(jí)指標(biāo)的構(gòu)建

2.1.1 洪澇等級(jí)指標(biāo)閾值

表1 研究區(qū)單季稻的生育階段劃分（月.日）

Note: Tr-ti represents the transplanting-tillering stage; Jo-bo represents Jointing-booting stage; Ta-ma represents the tasselling-maturity stage. The same as below.

表2 洪澇樣本過程降水量的正態(tài)分布顯著性檢驗(yàn)與95%可信區(qū)間（95CI）

將95%可信區(qū)間的下限值取整數(shù)，作為洪澇災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)的閾值，得到單季稻分生育階段洪澇等級(jí)指標(biāo)，結(jié)果見表3。由表可見，同等洪澇災(zāi)情等級(jí)時(shí)，抽穗-成熟期的閾值最高，拔節(jié)-孕穗期次之，移栽-分蘗期最低。已有研究表明，水稻在一定淹水深度下持續(xù)淹水之后才會(huì)受災(zāi)，而從移栽-抽穗開花期水稻是不斷增高的，抽穗期之后水稻的株高變化很小，且抽穗期和乳熟期淹澇之后水稻氣生根的產(chǎn)生可以緩解根系缺氧以適應(yīng)淹澇環(huán)境[20]，所以移栽-分蘗、拔節(jié)-孕穗和抽穗-成熟期的洪澇指標(biāo)閾值遞增是合理的。

表3 基于過程降水量（R）確定研究區(qū)各地單季稻各生育階段的洪澇等級(jí)指標(biāo)

由表3還可見，同一生育階段、同等災(zāi)情等級(jí)時(shí)，6省份的洪澇指標(biāo)閾值從低到高依次是江蘇、安徽、湖北和江西、湖南、浙江，這與6省份的地形、地貌密切相關(guān)。對(duì)比6省份的地形地貌可知，湖北和江西、湖南和浙江4省的海拔相對(duì)較高，安徽次之，江蘇最低。江蘇90%的地形是平原和湖泊，絕大部分地區(qū)的海拔小于50m；安徽東鄰江蘇，境內(nèi)平原面積約為45%，地勢(shì)稍高于江蘇；湖北省內(nèi)多山地和丘陵，平原湖區(qū)約占20%；湖南省單季稻種植區(qū)主要位于西北山地和湘北平原；浙江的地形以山地和丘陵為主，其中盆地、平原、河流和湖泊約占30%。

2.1.2 單季稻洪澇等級(jí)指標(biāo)驗(yàn)證

采用預(yù)留的52個(gè)獨(dú)立樣本對(duì)構(gòu)建的分省單季稻分生育階段洪澇等級(jí)指標(biāo)（表3）進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，52個(gè)驗(yàn)證樣本中符合程度為“符合（含基本符合）”的為43個(gè)，占82.7%。其中，基本符合和偏重（輕）的多為20世紀(jì)60、70年代的記載，這可能是由于近50a來(lái)各地區(qū)的行政區(qū)劃不斷調(diào)整，具體記錄個(gè)別站點(diǎn)的洪澇情況時(shí)出現(xiàn)偏差造成的，但基本沒有出現(xiàn)跨等級(jí)的判斷失誤。所以，基于過程降水量構(gòu)建的分省單季稻分生育階段洪澇等級(jí)指標(biāo)能很好地反映長(zhǎng)江中下游地區(qū)單季稻洪澇災(zāi)害的實(shí)際發(fā)生情況。

2.2 基于過程降水量判定單季稻洪澇災(zāi)害的時(shí)空變化分析

2.2.1 單季稻洪澇災(zāi)害的時(shí)間變化

根據(jù)構(gòu)建的分省單季稻分生育階段洪澇等級(jí)指標(biāo)（表3），分別統(tǒng)計(jì)1961?2010年研究區(qū)內(nèi)297個(gè)站點(diǎn)逐年分生育階段大、中、小和總洪澇次數(shù)，計(jì)算分省逐年累計(jì)次數(shù)，即一年所有站點(diǎn)洪澇次數(shù)之和，結(jié)果見圖2。

就單季稻全生育期的洪澇災(zāi)害而言，各省每年均有洪澇發(fā)生，洪澇次數(shù)呈波動(dòng)增減，沒有明顯的線性趨勢(shì)。隨著洪澇災(zāi)害等級(jí)加大，洪澇發(fā)生的次數(shù)減少。湖北和湖南的年代際變化趨勢(shì)相似，在20世紀(jì)90年代災(zāi)害發(fā)生顯著增加，21世紀(jì)初又明顯減少。安徽和浙江在80?90年代災(zāi)害發(fā)生相對(duì)較多。江蘇的洪澇災(zāi)害發(fā)生年代際變化不大，僅在70年代相對(duì)較少。湖北省的大澇年有1969、1970、1980、1983、1996和1998年；湖南省的大澇年有1973、1980、1995、1996、1998、1999和2002年；安徽省的大澇年有1969、1975、1980、1983、1984、1987、1991、1996、1998和1999年；江蘇省的大澇年有1962、1965、1969、1975、1980、1987、1991、2003、2005、2007和2009年；浙江省的大澇年有1983、1987、1989、1992、1997、1999、2002和2007年。

移栽-分蘗期各省單季稻的各等級(jí)洪澇災(zāi)害發(fā)生最頻繁，幾乎每年都有發(fā)生。湖北移栽-分蘗期洪澇災(zāi)害在1983、1991和1999年重澇異常偏多，20世紀(jì)70年代和21世紀(jì)初顯著減少，在20世紀(jì)90年代顯著增加；湖南移栽-分蘗期洪澇災(zāi)害在80年代發(fā)生相對(duì)較少，70年代重澇相對(duì)較多；安徽移栽-分蘗期洪澇災(zāi)害在80?90年代災(zāi)害發(fā)生相對(duì)較多，在1991年重澇異常偏多；江蘇移栽-分蘗期洪澇災(zāi)害年代際變化不大，1991和2003年重澇異常偏多；浙江移栽-分蘗期洪澇災(zāi)害在80?90年代災(zāi)害發(fā)生相對(duì)較多，在1989和1997年重澇異常偏多。拔節(jié)-孕穗期和抽穗-成熟期，各省單季稻的各等級(jí)洪澇災(zāi)害發(fā)生明顯減少，尤其是重澇僅在個(gè)別年份才發(fā)生，且總洪澇次數(shù)的年代際差異也不大。

2.2.2 單季稻洪澇災(zāi)害的空間分布

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的單站單季稻生育期各等級(jí)50a累計(jì)洪澇次數(shù)，運(yùn)用ArcGIS中的反距離插值法，生成研究區(qū)單季稻生育期洪澇災(zāi)害發(fā)生次數(shù)的分布圖（圖3）。由圖中可見，就全生育期而言，災(zāi)害的高發(fā)區(qū)主要位于鄱陽(yáng)湖和黃山地區(qū)、浙江沿海及恩施、張家界一帶（圖3a）。圖3b?d顯示，不同生育階段災(zāi)害的高發(fā)區(qū)不盡相同，從移栽-分蘗、拔節(jié)-孕穗和抽穗-成熟期，洪澇發(fā)生次數(shù)逐漸減少，高發(fā)區(qū)面積也逐漸縮小。而在同一生育階段內(nèi)，單季稻輕澇、中澇、重澇發(fā)生的空間分布基本一致，且隨著災(zāi)害等級(jí)的增大，災(zāi)害高發(fā)區(qū)逐漸縮小。移栽-分蘗期，災(zāi)害的高發(fā)區(qū)主要位于鄱陽(yáng)湖和黃山地區(qū)、恩施和張家界一帶（圖3b）；拔節(jié)-孕穗期，災(zāi)害的高發(fā)區(qū)主要位于恩施和張家界一帶、浙江沿海地區(qū)（圖3c）；抽穗-成熟期，災(zāi)害的高發(fā)區(qū)主要位于湖南和浙江沿海地區(qū)（圖3d）。

圖2 1961?2010年各省單季稻生育期洪澇次數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖3 1961?2010年單季稻生育期各等級(jí)洪澇次數(shù)的統(tǒng)計(jì)

2.3 基于過程降水量判定單季稻洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)分析

基于分省單季稻分生育階段洪澇等級(jí)指標(biāo)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)297個(gè)氣象站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)，利用信息擴(kuò)散法計(jì)算單季稻分生育階段和全生育期各等級(jí)洪澇災(zāi)害歷年發(fā)生次數(shù)≥1次的概率，作為洪澇災(zāi)害的發(fā)生概率，將概率與洪澇災(zāi)害對(duì)應(yīng)等級(jí)的發(fā)生強(qiáng)度加權(quán)得到洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，繪制長(zhǎng)江中下游地區(qū)單季稻洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)圖（圖4）?？傮w上看，單季稻全生育期洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的高值區(qū)主要分布在湖北恩施、安徽和江西交界一帶（圖4a）。隨著單季稻生育進(jìn)程的推進(jìn)，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高值區(qū)的面積逐漸縮小，且分布明顯不同。移栽-分蘗期災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)普遍較高，除湖北省的西北局部地區(qū)外，大部分地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在0.6以上（圖4b）；拔節(jié)-孕穗期災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高值區(qū)明顯縮小，主要位于浙江沿海、恩施和張家界一帶，大都高于0.5（圖4c）；抽穗-成熟期災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高值區(qū)集中在浙江沿海地區(qū)，其余大部分地區(qū)為低值區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)低于0.3（圖4d）。

圖4 單季稻生育期洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的空間分布

3 結(jié)論與討論

（1）構(gòu)建了基于過程降水量的單季稻分生育階段洪澇災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)，同等災(zāi)情時(shí)，抽穗-成熟期的指標(biāo)閾值最高；同一生育階段、同等災(zāi)情時(shí)，江蘇、安徽的洪澇指標(biāo)閾值相對(duì)較低。基于單季稻歷史洪澇災(zāi)害的過程降水量樣本，構(gòu)建的分省分生育階段單季稻洪澇災(zāi)害指標(biāo)，在一定程度上，指標(biāo)閾值的差異反映了不同地區(qū)、不同時(shí)段的單季稻洪澇災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體綜合影響的不同，能夠更全面地評(píng)價(jià)單季稻一次洪澇過程災(zāi)害的災(zāi)情。方法簡(jiǎn)單，且數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)獲取，可以用于該區(qū)單季稻洪澇災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警評(píng)估，進(jìn)一步為及時(shí)、準(zhǔn)確地防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。受水稻洪澇歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)的限制，用于部分生育階段構(gòu)建指標(biāo)的災(zāi)害樣本較少，且指標(biāo)等級(jí)劃分較粗，未來(lái)在獲取更精細(xì)的水稻洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以細(xì)化災(zāi)級(jí)，進(jìn)一步完善指標(biāo)。單季稻不同生育階段受災(zāi)的表現(xiàn)不同，未來(lái)可以結(jié)合單季稻淹澇控制試驗(yàn)，深入探討災(zāi)害形成機(jī)理，運(yùn)用到水稻災(zāi)情災(zāi)級(jí)評(píng)判中。

（2）該區(qū)近50a單季稻洪澇災(zāi)害的時(shí)空變化分析顯示，總體上近50a研究區(qū)單季稻洪澇災(zāi)害在20世紀(jì)90年代的發(fā)生明顯增多，原因是90年代該區(qū)的暴雨量和頻次明顯增多[21]，1991、1995、1996、1998和1999年該區(qū)發(fā)生的大洪水災(zāi)害，造成極為嚴(yán)重的損失[22]。受不同生育階段單季稻的耐澇性差異和研究區(qū)降雨的季節(jié)性分布不均等影響，移栽-分蘗期洪澇災(zāi)害發(fā)生最頻繁，幾乎每年都有發(fā)生，拔節(jié)-成熟期，災(zāi)害發(fā)生明顯減少，尤以重澇極少發(fā)生。洪澇除了對(duì)水稻造成直接危害如機(jī)械損傷、生理機(jī)能損壞外，還會(huì)誘發(fā)和加重病蟲害的發(fā)生。明確易受淹區(qū)域的情況下，應(yīng)完善水利設(shè)施和合理安排種植耐淹水稻；淹澇后的稻田應(yīng)及時(shí)排水和清除雜物，合理施肥和注意病蟲害防治[23]。災(zāi)害多發(fā)區(qū)主要位于鄱陽(yáng)湖和黃山地區(qū)、浙江沿海及恩施張家界一帶，與馬潤(rùn)佳等[24]指出的該區(qū)單季稻洪澇災(zāi)害發(fā)生概率高值區(qū)基本一致。

（3）分析該區(qū)近50a單季稻洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布，發(fā)現(xiàn)總體上單季稻全生育期洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的高值區(qū)主要分布在湖北恩施、安徽和江西交界一帶，這些地區(qū)是長(zhǎng)江中下游地區(qū)汛期最大降水量和暴雨量大值中心之一[21]。隨著單季稻生育進(jìn)程的推進(jìn)，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高值區(qū)的面積逐漸縮小，移栽-分蘗期單季稻洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)普遍較高，拔節(jié)-成熟期風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)明顯減小，原因是受季風(fēng)的影響，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的汛期暴雨在夏季發(fā)生最多、范圍最廣，而春季5月和秋季9?10月的暴雨范圍和頻率明顯減少。拔節(jié)-孕穗期災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高值區(qū)主要位于浙江沿海、恩施和張家界一帶，抽穗-成熟期災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高值區(qū)集中在浙江沿海地區(qū)。研究區(qū)6?8月正值單季稻移栽-孕穗期，暴雨量高值區(qū)集中在湖北東部和西南部、江西北部、安徽西南部和江蘇北部，到抽穗-成熟期的9月，暴雨高值區(qū)集中在浙江沿海地區(qū)，其余地區(qū)暴雨較少[21]；而浙江省單季稻拔節(jié)-孕穗期和抽穗-成熟期主要處在臺(tái)汛期（7月中下旬?9月），降水量以東南沿海最大[25]；湖南省單季稻的拔節(jié)-成熟期處于7?8月，此時(shí)湘西山丘區(qū)暴雨較多，易發(fā)生洪澇[26]，與本文中單季稻的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分布規(guī)律基本吻合。

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Flood Disaster Index Construction of Single Cropping Rice Based on Process Rainfall in Middle and Lower Yangtze River

ZHANG Gui-xiang1,2，HUO Zhi-guo1,3，YANG Jian-ying1，WU Li4，YANG Hong-yi1

（1．State Key Laboratory of Severe Weather, Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081, China; 2．Climatic & Agrometeorological Center of Guangzhou City, Guangzhou 511430; 3．Colloborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044; 4．Meteorological Service Center of Fujian Province, Fuzhou 350001）

The single cropping rice is mainly distributed in the north of Yangtze River. Affected by climate, topography and landforms, Middle and Lower Yangtze River is one of the areas where floods occur most frequently. Therefore, it is very important to study the spatiotemporal variation law and risk distribution of single cropping rice flood in this area. In this study, daily precipitation data of 297 meteorological stations from 1961 to 2014, rice phenophase and flood disaster data in Middle and Lower Yangtze River were integrated to count process rainfall sequences at different stages of single cropping rice growth and different disaster levels. The lower limit of 95% confidence interval for sample sequences was calculated by t-distribution interval estimation method. Flood disaster index for each province in different single cropping rice growth stage was validated by the reserved independent samples of rice flood disaster. Afterwards, spatiotemporal and risk distribution of flood disaster for single cropping rice were analyzed in the area from 1961 to 2010. The results showed that tasselling-maturity stage’s index threshold was the highest in the same flood grade, followed by the jointing-booting stage’s and transplanting-tillering stage’s. In the same growth stage and same flood grade, index threshold of 5 provinces from low to high was Jiangsu, Anhui, Hubei, Hunan, Zhejiang. Single cropping rice flood occurred annually in each province, and without obvious tendency. With flood disaster level increasing, times of rice flood decreased. The high incidence areas of flood disaster for single cropping rice were mainly located in Poyang Lake, Zhejiang coast, Enshi and Zhangjiajie. Transplanting-tillering stage was faced with highest flood risk, with risk index >0.6. Except the coastal areas of Zhejiang, risk index in most areas decreased significantly with < 0.3 during the period from jointing to maturity.

Middle and Lower Yangtze River; Single cropping rice; Process rainfall; Flood disaster index; Spatiotemporal analysis; Risk analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.05.004

張桂香,霍治國(guó),楊建瑩,等.基于過程降水量的長(zhǎng)江中下游地區(qū)單季稻洪澇災(zāi)害指標(biāo)構(gòu)建[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(5):325-336

2017?08?13

。E-mail: huozg@cma.gov.cn

中國(guó)氣象科學(xué)研究院科技發(fā)展基金（2018KJ012）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAD20B02）

張桂香(1989-)，女，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與評(píng)估研究。E-mail：mubeiguaiguai@163.com