夏玉米花期陰雨風險區劃遙感方法研究

李軍玲，郭其樂

（1.河南省氣象科學研究所，鄭州450003；2.中國氣象局河南省農業氣象保障與應用技術重點開放實驗室，鄭州450003）

夏玉米花期陰雨風險區劃遙感方法研究

李軍玲1，2，郭其樂1，2

（1.河南省氣象科學研究所，鄭州450003；2.中國氣象局河南省農業氣象保障與應用技術重點開放實驗室，鄭州450003）

針對傳統的連陰雨研究一般基于站點資料進行統計分析存在局限性的問題，該文提出了一種基于衛星遙感和GIS的夏玉米花期陰雨風險區劃方法。基于傳統的連陰雨指標，利用風云三號（FY3）衛星數據反演云覆蓋率產品建立連陰雨遙感指數，以河南省為例，對夏玉米花期陰雨進行風險區劃研究，獲得河南省夏玉米花期陰雨風險分布圖。結果表明連陰雨最重的地區發生在周口、駐馬店、洛陽、開封等部分地區，其次為平頂山、許昌、商丘等部分地區。發生連陰雨不明顯的地區主要分布在豫北和豫西北地區。該文利用遙感資料對夏玉米花期陰雨進行風險區劃研究是可行的，可以全面了解連陰雨發生風險程度，能夠為政府決策提供科學依據，同時利用當年數據研究連陰雨發生程度和區域，可以為夏玉米產量預測提供依據，為及時準確預測產量做出貢獻。

夏玉米估產；遙感指數；花期陰雨；風險區劃；遙感方法

1 引 言

我國是世界主要的玉米生產國之一，玉米播種面積和總產量都僅次于美國，居第二位。我國北至黑龍江的黑河，南至海南省的南端；西至新疆邊陲，東至臺灣和沿海各省，大部分地區都適于種植玉米［1］。河南省處在黃淮玉米優勢產業帶的中心區域，光熱資源豐富，形成了小麥、玉米一年兩熟的耕作制度。玉米是河南省的第二大作物，常年種植面積在240萬hm2，面積和總產都占全國的1／10，區位優勢十分明顯，對我國的玉米生產有著舉足輕重的影響［2］。玉米在花期陰雨天氣，雄穗不能正常開花，部分植株花粉膨脹破裂或粘結成團失去活力，影響授粉受精的正常進行，可能造成玉米不結籽粒，或形成禿頭或禿尾現象，甚至整個果穗只有幾粒散亂分布，嚴重的形成空穗，對玉米產量影響很大。因此分析研究河南省夏玉米花期陰雨發生規律，進行夏玉米花期陰雨風險區劃，能夠為各級政府生產布局和制定防災減災決策提供科學依據。

以往農作物氣候區劃研究主要是利用氣候要素為區劃因子，對各種災害采取等級劃分的方法［3－9］，比較適合氣候資源差異明顯的地區，給當地作物布局提供了有用信息和參考。但針對夏玉米陰雨的區劃研究還不多見，陳曉藝等［10］利用安徽省75個臺站1966年～2005年9月上旬～11月中旬逐日降水、日照資料，分區域、分時段統計了連陰雨的特征量，分析其時空變化規律和對秋收秋種的影響。陸魁東等［11］利用湖南省97個氣象站1961年～2004年的氣溫、日照和降水等氣象資料，結合玉米的生態習性和田間試驗分析，得出玉米吐絲－成熟期干旱、高溫熱害和播種－出苗期的連陰雨3個氣象災害指標對玉米生長的影響最大，并在此基礎上進行了春玉米種植區劃。這種基于歷史資料進行統計分析的方法雖然可行，但是由于整個區域內的站點數是有限的，僅能代表站點的天氣情況，有其局限性。本文利用遙感資料對夏玉米花期陰雨進行風險區劃研究，可以全面了解連陰雨發生風險程度，能夠為政府決策提供科學依據，同時利用當年數據研究連陰雨發生程度和區域，可以為夏玉米產量預測提供依據，為及時準確預測產量做出貢獻。

2 連陰雨指標

連陰雨是連續3d～5d以上的陰雨天氣現象（中間可以有短暫的日照時間）。連陰雨天氣的日降水量可以是小雨、中雨，也可以是大雨或暴雨。不同地區對連陰雨有不同的定義，一般要求雨量達到一定值才稱為連陰雨。河南和安徽作為相鄰省份，氣候資源相似，因此本文借鑒陳曉藝［8］研究結果，并且從農業服務角度劃分秋季連陰雨的氣候標準：①連續3d或3d以上有降水（日降水量≥0.1mm）作為一次連陰雨過程；②在＞3d的連陰雨過程中，允許1d無降水，但該日日照應＜2h；③在連陰雨過程中，允許有微量降水，但該日日照應＜4h。同時規定，各區域≥2／3臺站出現一次連陰雨過程計一個連陰雨年。同時依據連陰雨天氣持續時間的長短，將其劃分為兩級：3d～6d的連陰雨過程為一次短連陰雨過程，≥7d的連陰雨過程為一次長連陰雨過程。

3 連陰雨遙感指數

目前用遙感方法對連陰雨進行的研究還不多見，本文通過遙感反演云覆蓋率資料建立連陰雨遙感指數，以河南省為例，對夏玉米花期陰雨進行風險區劃研究。

3.1 遙感數據來源

首先通過國家衛星氣象中心下載風云三號A星（FY－3A）云覆蓋率數據，數據分辨率為5km× 5km，在ArcGIS中通過重采樣獲得分辨率為1km ×1km的數據，并利用1∶25萬的地理信息系統河南省邊界裁切為河南省區域云覆蓋率數據。

河南省夏玉米花期一般在7月底到8月初，一般持續10d左右。本文選取2010年～2012年7月26日到8月8日進行研究。

3.2 連陰雨遙感指標的確定

根據連陰雨的氣候標準，連續3d或3d以上有降水（日降水量≥0.1mm）作為一次連陰雨過程。本研究擬以一定的云覆蓋率代替某地區是否有降水的指標，因此將云覆蓋率與該地區同期的降雨日數做一個統計分析。

利用ENVI軟件根據河南省118個臺站的經緯度信息，將研究時段內各臺站的云覆蓋率數據提取出來。從中刪選出云覆蓋率大于20%的臺站及對應的日期，118個臺站云覆蓋率大于20%的統計總日數為N，之后根據臺站觀測資料統計在N個日數里出現降水的日數n，則當云覆蓋率為20%的時候降水概率P20為n／N×100%。同理計算出當云覆蓋率為40%、50%、60%、70%、80%和90%時的降水概率，結果如表1所示。

表1 云覆蓋率和降水概率的相關關系

表1結果顯示，云覆蓋率達到80%的地區降水概率達到72%，當云覆蓋率為90%以上時降水概率沒有明顯提升。根據連陰雨指標，初步認為連續3d以上云覆蓋率達到80%以上作為一次連陰雨過程；在＞3d的連陰雨過程中，允許1d的云覆蓋率在70%～80%之間；根據連陰雨過程的長短，在連陰雨指數模型中賦予不同的強度系數。

首先根據連陰雨過程的天數賦予一個基礎系數（表2），但考慮到一個7d的連陰雨過程對夏玉米生長的影響肯定要大于一個3d和一個4d的連陰雨過程對作物的影響，因此對其加一個調整系數。分別將對應基礎系數和調整系數相乘得出一個強度系數。

表2 不同強度連陰雨過程的系數

連陰雨指數：

其中，Pid為連續i天（3到10）連陰雨過程出現的頻率；Aid為連續i天連陰雨過程的強度系數。最后對連陰雨指數進行歸一化處理，分別得到2010年、2011年和2012年河南省夏玉米花期陰雨指數，3年平均后得到常年陰雨指數。在ArcGIS里進行插值后得到河南省夏玉米花期陰雨風險區劃（圖1）。

4 結束語

通過建立夏玉米連陰雨指數得到河南省夏玉米花期陰雨分布圖（圖1）和2011年河南省夏玉米花期陰雨分布圖（圖2）。從圖1中可以看出，連陰雨最重的地區發生在周口、駐馬店、洛陽、開封等部分地區，其次為平頂山、許昌、商丘等部分地區。發生連陰雨不明顯的地區主要分布在豫北和豫西北地區。

本文針對連陰雨的研究提出了一種新方法，不僅使FY3數據和遙感方法的應用得到進一步拓展，而且使連陰雨的研究不再局限于地面觀測數據，對連陰雨這個災種的研究提供了一種新的研究思路。但是FY－3A衛星2008年才發射成功，歷史數據有限，利用3年的資料研究風險區劃可能代表性不足，但本文做為一種方法上的探討有一定的科學價值。同時也可以利用當年數據對當年的產量進行影響評估，對產量預測提供科學參考。

圖1 河南省夏玉米花期陰雨風險區劃

圖2 河南省2011年夏玉米花期陰雨分布圖

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Risk Zoning Method of Flowering Phase Continuous Rain of Summer Maize Based on Remote Sensing and GIS

LI Jun－ling1，2，GUO Qi－le1，2
（1.Henan Institute of Meteorological Sciences，Zhengzhou450003；2.Henan Key Laboratory of Agrometeorological Service and Applied Technique，CMA，Zhengzhou450003）

The traditional study of continuous rain generally uses station data for statistical analysis.Because each station only represents the weather itself，the limitation is obvious and risk zoning method of summer maize flowering phase continuous rain was established based on remote sensing and GIS in this paper.Based on traditional continuous rain index，continuous rain remote sensing index was built by using FY－3satellite cloud coverage data.We had a research on risk zoning of summer maize flowering phase continuous rain taking Henan province as an example.Summer maize risk distribution map was obtained.The results showed that most of continuous rains appeared in Zhoukou，Zhumadian，Luoyang，Kaifeng，followed by parts of Pingdingshan，Xuchang，Shangqiu，etc.Occurrence of continuous rain was not obvious in the north and northwest of Henan province.The risk zoning method based on remote sensing can fully reflect the continuous rain risk degree，and provide scientific basis for government decision－making.At the same time，the year study of continuous rain occurrence degree and area can provide a basis for the summer maize yield prediction.

summer maize yield estimation；remote sensing index；flowering phase continuous rain；risk zoning；remote sensing method

10.3969／j.issn.1000－3177.2015.02.013

P429

A

1000－3177（2015）138－0077－03

2013－08－23

2014－05－05

公益性行業（氣象）科研專項項目（GYHY201006041）；河南省基礎與前沿技術研究項目（112300413217）。

李軍玲（1979～），女，博士，高級工程師，主要從事遙感應用與農業氣象研究。

E－mail：ljl8843＠126.com