賀紅志李涵茂羅永陳健翔

(1.湖南省衡陽(yáng)市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，湖南 衡陽(yáng) 421001；2.衡陽(yáng)市氣象局，湖南 衡陽(yáng) 421001；3.氣象防災(zāi)減災(zāi)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410118)

目前，對(duì)湖南干旱方面的研究主要從氣象干旱、水文干旱或社會(huì)干旱等單一方面著手。如，黃晚華等[1-3]針對(duì)南方地區(qū)季節(jié)性干旱開(kāi)展一系列研究，取得了積極進(jìn)展；張劍明等[4，5]分析湖南氣象干旱及夏秋干旱異常環(huán)流特征進(jìn)行研究；廖玉芳等[6]從綜合氣象干旱指數(shù)、水分虧缺指數(shù)方面對(duì)湖南水稻干旱進(jìn)行評(píng)估分析；楊奇勇等[7]從水資源等角度對(duì)湖南干旱進(jìn)行評(píng)估并進(jìn)行干旱脆弱度分區(qū)。以上研究多以氣象資料、水文資料等為基礎(chǔ)，采用不同的干旱指標(biāo)，對(duì)不同區(qū)域的干旱特征進(jìn)行分析，但結(jié)合作物研究的農(nóng)業(yè)干旱方面的研究相對(duì)缺乏。

本研究通過(guò)對(duì)雙季晚稻關(guān)鍵生育期干旱試驗(yàn)分析，通過(guò)精確監(jiān)測(cè)干旱相關(guān)氣象要素計(jì)算水田蒸散和農(nóng)田供需水量，獲取水稻干旱相關(guān)參數(shù)。從而建立衡陽(yáng)雙季晚稻關(guān)鍵生育期干旱指標(biāo)，并基于建立的干旱指標(biāo)分析雙季晚稻關(guān)鍵生育期的干旱特征。為衡陽(yáng)雙季稻種植區(qū)的晚稻防旱減災(zāi)提供科技支撐，為衡陽(yáng)糧食生產(chǎn)提供氣象保障。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

衡陽(yáng)市位于湖南省中南部，湘江中游。衡陽(yáng)屬大陸型中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候類型。衡陽(yáng)具有四季分明，氣候溫和，熱量充足，雨水集中，春溫多變，夏秋多旱，嚴(yán)寒期短，酷熱期長(zhǎng)等氣候特征。衡陽(yáng)市年平均氣溫在17.9℃，年平均降水量1339.3mm，年日照時(shí)數(shù)為1530.8h。雨水多集中在4—6月，7—9月多為高溫少雨季節(jié)，衡陽(yáng)素有“干旱走廊”之稱，為湖南省的少雨地區(qū)之一[8]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于衡陽(yáng)市8個(gè)國(guó)家地面氣象觀測(cè)站1981—2010年的逐日降水量。

晚稻生育期數(shù)據(jù)來(lái)源于衡陽(yáng)市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站1994—2015年晚稻生長(zhǎng)發(fā)育期觀測(cè)資料。

1.3 晚稻干旱評(píng)估模型

晚稻干旱評(píng)估模型的建立參考了相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)的計(jì)算方法，確立了晚稻干旱評(píng)估模式：關(guān)鍵生育時(shí)段內(nèi)晚稻的蒸散量與同一時(shí)段內(nèi)降水量差值與晚稻蒸散量的百分比。計(jì)算公式：

Kdry=(Wi-Pi)/Wi×100%

隨著國(guó)家對(duì)防汛抗旱業(yè)務(wù)工作要求的逐年深入，服務(wù)于國(guó)家防汛抗旱事業(yè)的天眼系統(tǒng)將不斷發(fā)展，未來(lái)兩三年將在天氣雷達(dá)信息深入應(yīng)用、氣候特征監(jiān)測(cè)信息應(yīng)用、降水過(guò)程定量化描述和降水預(yù)報(bào)質(zhì)量評(píng)估應(yīng)用等方面將有進(jìn)一步發(fā)展。

(1)

式中，Kdry為晚稻干旱指數(shù)；Wi為晚稻關(guān)鍵生育時(shí)段i的需水量；Pi為關(guān)鍵生育時(shí)段i的降水量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析應(yīng)用WPS 2023軟件完成。

2 結(jié)果分析

2.1 晚稻關(guān)鍵生育期

基于衡陽(yáng)市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站1994—2015年晚稻發(fā)育期觀測(cè)資料，對(duì)不同生育期發(fā)育始期和普遍期的時(shí)間進(jìn)行平均處理，以平均開(kāi)始日期對(duì)不同生育期起止日期的劃分。衡陽(yáng)晚稻進(jìn)行拔節(jié)期時(shí)間為8月19日，9月1日進(jìn)入孕穗期，9月10日進(jìn)入抽穗期，10月3日開(kāi)始乳熟，10月20日成熟。

2.2 晚稻關(guān)鍵生育期需水量

基于晚稻進(jìn)入關(guān)鍵生育期的日期，進(jìn)而對(duì)晚稻相鄰關(guān)鍵生育期時(shí)段進(jìn)行劃分。同時(shí)，根據(jù)其他學(xué)者[9]對(duì)雙季晚稻拔節(jié)-孕穗期、抽穗-灌漿期、乳熟-成熟期3個(gè)時(shí)期晴天農(nóng)田蒸散量日平均值的研究結(jié)果，應(yīng)用公式計(jì)算得到晚稻關(guān)鍵生育期蒸散量值，計(jì)算公式：

Wi=ETi×Kci

(2)

式中，Wi為晚稻關(guān)鍵生育時(shí)段i的需水量；ETi為晚稻關(guān)鍵生育時(shí)段i的蒸發(fā)量；Kci為作物關(guān)鍵生育時(shí)段的作物系數(shù)。中國(guó)主要農(nóng)作物需水量等值線圖協(xié)作組對(duì)雙季晚稻作物系數(shù)的研究結(jié)果[10]，對(duì)晚稻關(guān)鍵作物系數(shù)進(jìn)行劃定，見(jiàn)表1。

表1 雙季晚稻關(guān)鍵生育階段蒸散量值

2.3 晚稻干旱等級(jí)指標(biāo)確定

本文主要根據(jù)《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》(湖南卷)對(duì)湖南歷年干旱災(zāi)害的詳細(xì)記載，選擇歷史上不旱及發(fā)生不同程度干旱的年份作為參考年份，通過(guò)參考年份衡陽(yáng)晚稻不同生長(zhǎng)階段干旱指數(shù)與歷史災(zāi)情資料進(jìn)行對(duì)比分析，確定衡陽(yáng)晚稻干旱等級(jí)指標(biāo)。衡陽(yáng)晚稻干旱等級(jí)參照《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》(湖南卷)中對(duì)干旱的評(píng)定，選擇干旱發(fā)生時(shí)段為8—10月的年份為參考年份。

表2 衡陽(yáng)參考年份降水量

根據(jù)表2中參考年份8月下旬—10月中旬的降水量應(yīng)用式(1)計(jì)算衡陽(yáng)晚稻干旱指數(shù)。參考年份晚稻各關(guān)鍵生育階段的干旱指數(shù)如表3所示。

表3 衡陽(yáng)參考年份晚稻干旱指數(shù)

根據(jù)《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》(湖南卷)記載和表3中參考年份衡陽(yáng)晚稻各關(guān)鍵生育階段的干旱指數(shù)對(duì)干旱年份進(jìn)行分析。

1964年，衡陽(yáng)重旱。根據(jù)模型計(jì)算的干旱指數(shù)，拔節(jié)-孕穗期和抽穗-灌漿期的干旱指數(shù)都達(dá)到了90以上，乳熟-成熟期的干旱指數(shù)也在75以上，拔節(jié)-成熟期的干旱指數(shù)接近90。

1979年，衡陽(yáng)輕旱。根據(jù)模型計(jì)算的干旱指數(shù)，拔節(jié)-孕穗期為30左右，抽穗-灌漿期和乳熟-成熟期的干旱指數(shù)達(dá)到了95以上，而拔節(jié)-成熟期的干旱指數(shù)在65以上。

1989年，衡陽(yáng)輕旱。根據(jù)模型計(jì)算的干旱指數(shù)，拔節(jié)-孕穗期和乳熟-成熟期的干旱指數(shù)在60～70，抽穗-灌漿期的干旱指數(shù)達(dá)到了95以上，而拔節(jié)-成熟期的干旱指數(shù)在接近80。

1992年，衡陽(yáng)特大干旱。根據(jù)模型計(jì)算的干旱指數(shù)，拔節(jié)-孕穗期、抽穗-灌漿期和乳熟-成熟期的干旱指數(shù)達(dá)到了90以上，而拔節(jié)-成熟期的干旱指數(shù)在90以上。

1998年，衡陽(yáng)大旱。根據(jù)模型計(jì)算的干旱指數(shù)，拔節(jié)-孕穗期和抽穗-灌漿期的干旱指數(shù)都為90左右，乳熟-成熟期的干旱指數(shù)為70以上，而拔節(jié)-成熟期的干旱指數(shù)在85左右。

2000年，衡陽(yáng)無(wú)旱。根據(jù)模型計(jì)算的干旱指數(shù)，拔節(jié)-孕穗期的干旱指數(shù)為65左右，抽穗-灌漿期的干旱指數(shù)達(dá)到了90，乳熟-成熟期的干旱指數(shù)僅為3左右，而拔節(jié)-成熟期的干旱指數(shù)在65以下。

應(yīng)用衡陽(yáng)市1981—2010年30年氣候值對(duì)晚稻關(guān)鍵生育期間干旱指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到拔節(jié)-孕穗期的干旱指數(shù)為57左右，抽穗-灌漿期的干旱指數(shù)為65左右，乳熟-成熟期的干旱指數(shù)為35左右，而拔節(jié)-成熟期的干旱指數(shù)在55左右。

綜合以上分析，確定衡陽(yáng)晚稻干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 衡陽(yáng)晚稻干旱等級(jí)指標(biāo)

2.4 衡陽(yáng)晚稻關(guān)鍵生育期干旱情況分析

利用衡陽(yáng)站1981—2010年逐日氣象資料計(jì)算了歷年晚稻拔節(jié)-成熟期不同生長(zhǎng)階段的干旱指數(shù)，并確定了干旱等級(jí)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算不同生長(zhǎng)階段各級(jí)干旱發(fā)生的概率，見(jiàn)表5。從表5可以看出，拔節(jié)-孕穗期發(fā)生干旱的概率為73.33%，僅次于抽穗-灌漿期干旱發(fā)生概率；抽穗-灌漿期發(fā)生干旱的概率最高(96.67%)，幾乎每年都有干旱的發(fā)生，特別是重度干旱發(fā)生概率達(dá)53.33%；乳熟-成熟期發(fā)生干旱的概率最低(63.33%)；拔節(jié)-成熟期發(fā)生干旱的概率為76.67%，發(fā)生干旱的概率也非常高。

表5 衡陽(yáng)晚稻不同生育時(shí)段不同等級(jí)干旱出現(xiàn)概率

3 討論與結(jié)論

基于晚稻不同生育階段的需水量和不同生育階段的降水量，建立晚稻干旱評(píng)估模型。通過(guò)調(diào)查《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》(湖南卷)中干旱災(zāi)害的詳細(xì)記載，選取了歷史上發(fā)生不同程度的干旱年份作為參照，對(duì)比各生育階段的干旱指數(shù)，建立衡陽(yáng)晚稻干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而分析了衡陽(yáng)1981—2010年晚稻不同生育時(shí)段不同等級(jí)干旱出現(xiàn)的概率，抽穗-灌漿期發(fā)生干旱的概率最高，拔節(jié)-孕穗期發(fā)生干旱的概率次之；乳熟-成熟期發(fā)生干旱的概率最低。拔節(jié)-成熟期發(fā)生發(fā)生干旱的概率也非常高。

本研究對(duì)晚稻干旱評(píng)估取得較好結(jié)果，為晚稻干旱評(píng)估提供了新的途徑。但干旱的發(fā)生與氣溫有著密切關(guān)系，而本研究中晚稻評(píng)估模型僅依靠降水量單一氣象因子，存在一定的局限性，需在今后的工作中進(jìn)一步完善。