衡陽市晚稻干旱評估模型研究

賀紅志李涵茂羅永陳健翔

(1.湖南省衡陽市農業氣象試驗站，湖南 衡陽 421001；2.衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001；3.氣象防災減災湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410118)

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

本研究通過對雙季晚稻關鍵生育期干旱試驗分析，通過精確監測干旱相關氣象要素計算水田蒸散和農田供需水量，獲取水稻干旱相關參數。從而建立衡陽雙季晚稻關鍵生育期干旱指標，并基于建立的干旱指標分析雙季晚稻關鍵生育期的干旱特征。為衡陽雙季稻種植區的晚稻防旱減災提供科技支撐，為衡陽糧食生產提供氣象保障。

1 材料與方法

1.1 研究區域

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

1.2 數據來源

氣象數據來源于衡陽市8個國家地面氣象觀測站1981—2010年的逐日降水量。

晚稻生育期數據來源于衡陽市農業氣象試驗站1994—2015年晚稻生長發育期觀測資料。

1.3 晚稻干旱評估模型

晚稻干旱評估模型的建立參考了相對濕潤指數的計算方法，確立了晚稻干旱評估模式：關鍵生育時段內晚稻的蒸散量與同一時段內降水量差值與晚稻蒸散量的百分比。計算公式：

Kdry=(Wi-Pi)/Wi×100%

隨著國家對防汛抗旱業務工作要求的逐年深入，服務于國家防汛抗旱事業的天眼系統將不斷發展，未來兩三年將在天氣雷達信息深入應用、氣候特征監測信息應用、降水過程定量化描述和降水預報質量評估應用等方面將有進一步發展。

(1)

式中，Kdry為晚稻干旱指數；Wi為晚稻關鍵生育時段i的需水量；Pi為關鍵生育時段i的降水量。

1.4 數據處理

數據分析應用WPS 2023軟件完成。

2 結果分析

2.1 晚稻關鍵生育期

基于衡陽市農業氣象試驗站1994—2015年晚稻發育期觀測資料，對不同生育期發育始期和普遍期的時間進行平均處理，以平均開始日期對不同生育期起止日期的劃分。衡陽晚稻進行拔節期時間為8月19日，9月1日進入孕穗期，9月10日進入抽穗期，10月3日開始乳熟，10月20日成熟。

2.2 晚稻關鍵生育期需水量

基于晚稻進入關鍵生育期的日期，進而對晚稻相鄰關鍵生育期時段進行劃分。同時，根據其他學者[9]對雙季晚稻拔節-孕穗期、抽穗-灌漿期、乳熟-成熟期3個時期晴天農田蒸散量日平均值的研究結果，應用公式計算得到晚稻關鍵生育期蒸散量值，計算公式：

Wi=ETi×Kci

(2)

式中，Wi為晚稻關鍵生育時段i的需水量；ETi為晚稻關鍵生育時段i的蒸發量；Kci為作物關鍵生育時段的作物系數。中國主要農作物需水量等值線圖協作組對雙季晚稻作物系數的研究結果[10]，對晚稻關鍵作物系數進行劃定，見表1。

表1 雙季晚稻關鍵生育階段蒸散量值

2.3 晚稻干旱等級指標確定

本文主要根據《中國氣象災害大典》(湖南卷)對湖南歷年干旱災害的詳細記載，選擇歷史上不旱及發生不同程度干旱的年份作為參考年份，通過參考年份衡陽晚稻不同生長階段干旱指數與歷史災情資料進行對比分析，確定衡陽晚稻干旱等級指標。衡陽晚稻干旱等級參照《中國氣象災害大典》(湖南卷)中對干旱的評定，選擇干旱發生時段為8—10月的年份為參考年份。

表2 衡陽參考年份降水量

根據表2中參考年份8月下旬—10月中旬的降水量應用式(1)計算衡陽晚稻干旱指數。參考年份晚稻各關鍵生育階段的干旱指數如表3所示。

表3 衡陽參考年份晚稻干旱指數

根據《中國氣象災害大典》(湖南卷)記載和表3中參考年份衡陽晚稻各關鍵生育階段的干旱指數對干旱年份進行分析。

1964年，衡陽重旱。根據模型計算的干旱指數，拔節-孕穗期和抽穗-灌漿期的干旱指數都達到了90以上，乳熟-成熟期的干旱指數也在75以上，拔節-成熟期的干旱指數接近90。

1979年，衡陽輕旱。根據模型計算的干旱指數，拔節-孕穗期為30左右，抽穗-灌漿期和乳熟-成熟期的干旱指數達到了95以上，而拔節-成熟期的干旱指數在65以上。

1989年，衡陽輕旱。根據模型計算的干旱指數，拔節-孕穗期和乳熟-成熟期的干旱指數在60～70，抽穗-灌漿期的干旱指數達到了95以上，而拔節-成熟期的干旱指數在接近80。

1992年，衡陽特大干旱。根據模型計算的干旱指數，拔節-孕穗期、抽穗-灌漿期和乳熟-成熟期的干旱指數達到了90以上，而拔節-成熟期的干旱指數在90以上。

1998年，衡陽大旱。根據模型計算的干旱指數，拔節-孕穗期和抽穗-灌漿期的干旱指數都為90左右，乳熟-成熟期的干旱指數為70以上，而拔節-成熟期的干旱指數在85左右。

2000年，衡陽無旱。根據模型計算的干旱指數，拔節-孕穗期的干旱指數為65左右，抽穗-灌漿期的干旱指數達到了90，乳熟-成熟期的干旱指數僅為3左右，而拔節-成熟期的干旱指數在65以下。

應用衡陽市1981—2010年30年氣候值對晚稻關鍵生育期間干旱指數進行計算，得到拔節-孕穗期的干旱指數為57左右，抽穗-灌漿期的干旱指數為65左右，乳熟-成熟期的干旱指數為35左右，而拔節-成熟期的干旱指數在55左右。

綜合以上分析，確定衡陽晚稻干旱等級標準如表4所示。

表4 衡陽晚稻干旱等級指標

2.4 衡陽晚稻關鍵生育期干旱情況分析

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

表5 衡陽晚稻不同生育時段不同等級干旱出現概率

3 討論與結論

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，建立晚稻干旱評估模型。通過調查《中國氣象災害大典》(湖南卷)中干旱災害的詳細記載，選取了歷史上發生不同程度的干旱年份作為參照，對比各生育階段的干旱指數，建立衡陽晚稻干旱等級劃分標準，進而分析了衡陽1981—2010年晚稻不同生育時段不同等級干旱出現的概率，抽穗-灌漿期發生干旱的概率最高，拔節-孕穗期發生干旱的概率次之；乳熟-成熟期發生干旱的概率最低。拔節-成熟期發生發生干旱的概率也非常高。

本研究對晚稻干旱評估取得較好結果，為晚稻干旱評估提供了新的途徑。但干旱的發生與氣溫有著密切關系，而本研究中晚稻評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一步完善。