韓會(huì)慶，張嬌艷，張英佳，王 喆，蔡廣鵬

(1.貴州理工學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴陽 550003；2.貴州省氣候中心，貴陽 550002；3.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴陽 550001)

干旱是全球范圍內(nèi)發(fā)生頻繁的氣候?yàn)?zāi)害，嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[1]。干旱作為影響糧食作物生產(chǎn)的重要環(huán)境因子，其風(fēng)險(xiǎn)研究日益受到學(xué)者的關(guān)注[2]。貴州省是我國西南地區(qū)重要的糧食產(chǎn)區(qū)。水稻作為貴州省最重要的糧食作物，其栽培面積占糧食栽培總面積的30%，水稻產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的50%左右[3]。然而，隨著全球氣溫升高，貴州省干旱發(fā)生頻率不斷增強(qiáng)，這嚴(yán)重威脅該區(qū)糧食安全。因此，研究氣候變化背景下貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。

目前，對農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險(xiǎn)研究多集中干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、干旱脆弱性分析等方面[4,5]，其中干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對象多關(guān)注冬小麥[6]、玉米[7]、蘋果[8]、瓜菜[9]等農(nóng)作物，其評(píng)估主要利用自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論[10]、信息分配理論[11]、可變模糊算法[12]、Copula函數(shù)[13]等。干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究主要利用GIS技術(shù)對冬小麥、玉米等進(jìn)行干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[14,15]。干旱脆弱性評(píng)估主要利用主成分分析[16]、投影尋蹤技術(shù)[17]、加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法[18]等進(jìn)行評(píng)估。然而，當(dāng)前研究多為靜態(tài)的研究，且多關(guān)注過去時(shí)點(diǎn)，鮮有關(guān)注未來時(shí)點(diǎn)干旱風(fēng)險(xiǎn)。因此，本研究基于未來氣候預(yù)估數(shù)據(jù)，以降水距平百分率為干旱指標(biāo)，評(píng)估了未來氣候變化背景下貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)，以期為干旱風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、水稻生產(chǎn)布局、防災(zāi)減災(zāi)政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

氣候數(shù)據(jù)是國家氣候中心提供的貴州省84個(gè)氣象站點(diǎn)2016-2100年逐日降水預(yù)估數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是利用CMIP5全球氣候模式進(jìn)行預(yù)估的結(jié)果。為分析未來不同時(shí)期水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[19]，將未來時(shí)段劃分為初期(2016-2035年)、中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)3個(gè)時(shí)期。參考《水稻高產(chǎn)創(chuàng)建技術(shù)規(guī)范模式圖》和相關(guān)文獻(xiàn)[20]，將貴州省水稻發(fā)育期分為移栽分蘗期(5月上旬至7月上旬)、拔節(jié)孕穗期(7月中旬至7月下旬)和抽穗成熟期(8月上旬至9月上旬)。

1.2 研究方法

1.2.1 降水距平百分率計(jì)算

將降水距平百分率作為干旱指標(biāo)，其公式為：

(1)

依據(jù)文獻(xiàn)[1]，將干旱等級(jí)劃分為輕旱(-60%

1.2.2 干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算[21]

(2)

式中：I為干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Gi為水稻各發(fā)育期干旱等級(jí)發(fā)生頻率，%；Pi為各干旱等級(jí)賦值；Wi為水稻各發(fā)育時(shí)期干旱風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，通過層次分析法分別賦予移栽分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗成熟期0.2、0.4和0.4的權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2016-2035年和2081-2100年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈現(xiàn)RCP8.5情景﹥RCP2.6情景﹥RCP4.5情景，2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈現(xiàn)RCP2.6情景﹥RCP4.5情景﹥RCP8.5情景。RCP2.6和RCP4.5情景下，2016-2035年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，2046-2065年和2081-2100年干旱風(fēng)險(xiǎn)較高。RCP8.5情景下，2016-2035年和2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，2081-2100年干旱風(fēng)險(xiǎn)較高。各氣候變化情景下，貴州省水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)居中，拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高。從不同情景看，RCP4.5和RCP8.5情景下2081-2100年水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，RCP2.6情景下2081-2100年和RCP8.5情景下2016-2035年水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP2.6和RCP8.5情景下2081-2100年水稻拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，RCP4.5情景下2016-2035年和RCP8.5情景下2046-2065年水稻拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP2.6和RCP8.5情景下2046-2065年水稻抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，RCP2.6和RCP4.5情景下2016-2035年和RCP8.5情景下2046-2065年水稻抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見表1)。

表1 未來不同情景下貴州省水稻各發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值Tab.1 Average drought risk index of rice growth period under different future scenarios in Guizhou province

在水稻移栽分蘗期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省北部和南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，東部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年北部、南部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，東南部和西北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和中部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP4.5情景下2016-2035年西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，中部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年中部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP8.5情景下2016-2035年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，其他絕大部分地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，中部、西部和北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年南部和東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部和西北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見圖1)。

在水稻拔節(jié)孕穗期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年北部和東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，其他大部分地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP4.5情景下2016-2035年南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和東南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部、東部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP8.5情景下2016-2035年北部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，中部、東部和東南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，東南部、中部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見圖2)。

圖1 未來不同情景下貴州省水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間格局Fig.1 Spatial pattern of drought risk index of rice transplanting-tillering stage under different future scenarios in Guizhou province

圖2 未來不同情景下貴州省水稻拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間格局Fig.2 Spatial pattern of drought risk index of rice jointing-booting stage under different future scenarios in Guizhou province

在水稻抽穗成熟期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省東南部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年東北部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西北部和東南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP4.5情景下2016-2035年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP8.5情景下2016-2035年東南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和西北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部、南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，其他大部分地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見圖3)。

圖3 未來不同情景下貴州省水稻抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間格局Fig.3 Spatial pattern of drought risk index of rice heading-maturity stage under different future scenarios in Guizhou province

在水稻全生育期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省東南部、西南部和西北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部、南部以及西部零星地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年和2081-2100 年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP4.5情景下2016-2035年北部、東部和南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年和2081-2100年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP8.5情景下2016-2035年南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和西北地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年和2081-2100 年東部和東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見圖4)。

圖4 未來不同情景下貴州省水稻全發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間格局Fig.4 Spatial pattern of drought risk index of rice whole growth stage under different future scenarios in Guizhou province

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)未來氣候變化情景下貴州省水稻各發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，這與馬欣等[22]人研究結(jié)果較為一致。然而，至21世紀(jì)末期，貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，這主要與氣溫升高引起的極端氣候發(fā)生頻率增加有關(guān)[23]。水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生不僅受到降水、氣溫等自然因素影響，還受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響。本研究利用降水距平百分率進(jìn)行未來貴州省水稻各發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，能夠反映未來氣候變化對貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)的影響，卻忽視了氣溫、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，因此，今后應(yīng)綜合多種干旱評(píng)估方法以及多種干旱影響因素進(jìn)行水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而提供干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性。

RCP2.6和RCP4.5情景下2016-2035年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)低于2046-2065年和2081-2100年，RCP8.5情景下，2016-2035年和2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)低于2081-2100年。未來各氣候變化情景下，貴州省水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)居中，拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高。2016-2035年貴州省水稻各發(fā)育期和全發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)空間差異較大，2046-2065年和2081-2100年貴州省水稻各發(fā)育期和全發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)高值區(qū)多集中東部和北部，低值區(qū)主要分布南部和西部。

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