基于極端降水指數(shù)的廣漢地區(qū)水稻災(zāi)害研究

廖丞蕊 陳櫻之 龔原 車路鵬

收稿日期：2023-11-16

基金項(xiàng)目：德陽市氣象局業(yè)務(wù)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目（22-04）。

作者簡(jiǎn)介：廖丞蕊（1994—），女，四川廣漢人，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)研究。

摘 要：為合理規(guī)避極端降水帶來的洪澇災(zāi)害，有效保障水稻安全生產(chǎn)。基于廣漢國家氣象觀測(cè)站1991—2020年連續(xù)日降水資料和歷史洪澇記載資料，基于極端降水指數(shù)（EPI），利用箱線圖、堆積圖、線性回歸法，分析了廣漢地區(qū)水稻生長季極端降水的演變特征。結(jié)果表明：（1）廣漢地區(qū)5—10月降水量適中，適宜水稻生長，7—8月極端降水出現(xiàn)概率大；（2）大雨日數(shù)波動(dòng)較大，暴雨和大暴雨日數(shù)在近幾年有所增加；（3）近30年廣漢地區(qū)7—8月降水強(qiáng)度均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，最長連續(xù)降水日數(shù)變化不大。同時(shí)，對(duì)水稻種植及后期管理提出了相應(yīng)的管理和防范措施。

關(guān)鍵詞：水稻；極端降水；洪澇；廣漢地區(qū)

中圖分類號(hào)：P426.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）03–0-03

隨著全球氣候變化的趨勢(shì)日益明顯，極端氣候事件，尤其是極端降水事件，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注[1]。極端降水事件如暴雨對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)都造成了深遠(yuǎn)的影響，且這些影響在某些特定領(lǐng)域尤為明顯，如農(nóng)業(yè)[2-3]。水稻作為世界上主要的糧食作物之一，其生長、產(chǎn)量和品質(zhì)與其生長環(huán)境中的降水量和分布密切相關(guān)，降水過多或過少都可能對(duì)水稻的正常生長產(chǎn)生不利影響[4]。例如，持續(xù)的大雨可能導(dǎo)致田地積水，從而引發(fā)稻田的淹水脅迫；而長時(shí)間的干旱會(huì)導(dǎo)致水稻生長受阻。因此，研究和預(yù)測(cè)極端降水事件對(duì)水稻種植地區(qū)的農(nóng)民和政策制定者而言具有重要的指導(dǎo)意義。

為了更精確地描述和量化極端降水事件，相關(guān)學(xué)者引入了（極端降水指數(shù)EPI）[5]。基于該指數(shù)，不僅可以量化降水的極端性，還可以分析其隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。利用廣漢地區(qū)近30年降水日數(shù)據(jù)，基于EPI分析極端降水的變化特征，從而為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域、方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

廣漢地區(qū)地處四川盆地內(nèi)，西接成都平原，東靠龍泉山脈之尾，介于104°6′43″E～104°29′45″E，30°53′41″N～31°8′38″N，海拔455～700 m。位于“天府之國”腹心地帶，地勢(shì)平坦，土壤肥沃，氣候溫和，屬都江堰自流灌溉區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越。全年雨量充沛，平均年降水量773.8 mm，其中5—9月降雨量647.3 mm，占全年降水量的84%。屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量充足，無霜期長。春季氣溫回暖早，但不穩(wěn)定，冷空氣活動(dòng)頻繁。常年多干旱，易發(fā)生春旱、夏旱；降雨集中，雨熱同季，局部有洪澇；秋季降溫快，晚秋有陰雨；冬季較溫暖，多霧寡照，濕度大。

1.2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

當(dāng)?shù)厮旧L季為5—10月，故本文采用廣漢國家氣象觀測(cè)站1991—2020年5—10月逐日降水資料，根據(jù)世界氣象組織（WMO）氣候變化監(jiān)測(cè)和指標(biāo)專家系統(tǒng)（ETCCDI）推薦的10種EPI用于描述極端降水事件（表1）[6]。分析整理出廣漢地區(qū)近30年各項(xiàng)EPI值，并通過以下幾種方法對(duì)上述EPI進(jìn)行研究分析：

（1）箱線圖法。箱線圖（Box-and-whisker Plot）通過圖形的方式展示一組數(shù)據(jù)分布情況的統(tǒng)計(jì)圖，能直觀反映出幾組定量資料的分布和差異。主要用此方法分析EPI中反映雨量變化的相關(guān)指數(shù)，即EPI1、EPI7、EPI8和EPI9[7]。

（2）堆積圖法。堆積圖（Stacked Chart）可以清晰地表示數(shù)據(jù)的各個(gè)類別及各類別之間的相對(duì)關(guān)系。在堆積圖中，數(shù)據(jù)的不同類別或分組會(huì)被堆積在一起，形成一個(gè)完整的圖形。堆積圖通常用于顯示數(shù)據(jù)的組成或數(shù)據(jù)各部分之間的關(guān)系，它有助于理解各個(gè)類別的相對(duì)大小及總量。主要用此方法分析EPI中反映頻次變化的相關(guān)指數(shù)，即EPI2、EPI4、EPI5和EPI6。

（3）線性回歸法。運(yùn)用SPSS19.0軟件進(jìn)行自變量與因變量的一元線性回歸分析，主要用此方法分析EPI中反映雨強(qiáng)和持續(xù)時(shí)間變化的相關(guān)指數(shù)，即EPI3、EPI0[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 雨量的特征分布

從圖1可以看出，廣漢地區(qū)5—10月的月總降水量基本集中在一個(gè)中等的范圍內(nèi)，降水量適中。圖1中6—9月有幾個(gè)明顯高于其他數(shù)據(jù)點(diǎn)的峰值，尤其是7月和8月出現(xiàn)極端降水的情況較多，且7、8月總降水量中位數(shù)更高，這也與當(dāng)?shù)刂餮雌诘牡絹碛幸欢P(guān)系。8、9月的總降水量分布較7月范圍更大，7月總降水量更穩(wěn)定。

從圖2可以看出，近30年廣漢地區(qū)5月和10月的降水量范圍較小，尤其是10月，降水量范圍很小，且整體降水量低。與總降水量不同的是，7月和8月的最大1、3和7 d降水量分布范圍更廣，且降水量的中位數(shù)相對(duì)更高，6月和9月次之。

2.2 大雨以上日數(shù)的頻次特征

從圖3可以看出，近30年廣漢地區(qū)大雨日數(shù)波動(dòng)較大，基本位于2～10 d。1997—2010年暴雨日數(shù)波動(dòng)較大，在2010年和2015—2020年間出現(xiàn)明顯增加，在7.5～15 d。近30年大暴雨的日數(shù)較少，但從2000—2020年，尤其是在2010—2013年和2018—2020年，大暴雨日數(shù)有了顯著的增加，與暴雨日數(shù)相比其峰值更為突出。

2.3 雨強(qiáng)和持續(xù)時(shí)間的變化特征

基于上述結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，7、8月的降水量和頻次較高，該時(shí)段又是廣漢地區(qū)水稻的孕穗和抽穗關(guān)鍵期。根據(jù)前人研究成果，水稻在孕穗和抽穗期淹沒產(chǎn)量損失分別可達(dá)50%和60%，損失最嚴(yán)重[9]。因此，將7月和8月的雨強(qiáng)（EPI3）和持續(xù)時(shí)間（EPI10）進(jìn)一步進(jìn)行趨勢(shì)分析。

2.3.1 雨強(qiáng)

從圖4可以看到，近30年廣漢地區(qū)的7—8月降水強(qiáng)度均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，擬合系數(shù)分別是0.345 4和0.045 5，表明7月降水強(qiáng)度增幅較8月更大。7月的降水強(qiáng)度在大部分年份中都在10～20 mm/d之間。但2018年，降水強(qiáng)度顯著增加，達(dá)到42 mm/d。8月的降水強(qiáng)度在大部分年份中在5～20 mm/d之間。但在2020年降水強(qiáng)度顯著增加，達(dá)到44 mm/d。

2.3.2 持續(xù)時(shí)間

就最長連續(xù)降水日數(shù)來看，近30年的7—8月在整體上變化趨勢(shì)不大，7月的最長連續(xù)降水日數(shù)在大部分年份中都在4～7 d之間。但在2014年，連續(xù)降水日數(shù)顯著增加，達(dá)到13 d。8月的最長連續(xù)降水日數(shù)變化波動(dòng)較7月更大，大部分年份在2～7 d之間，最長時(shí)間出現(xiàn)在2009年，達(dá)到10 d。

3 小結(jié)與討論

強(qiáng)降水主要通過改變每穗的飽滿籽粒數(shù)和有效穗數(shù)而影響水稻的產(chǎn)量，具體而言，營養(yǎng)生長期的強(qiáng)降水主要降低有效穗數(shù)，而生殖生長期的強(qiáng)降水主要降低飽滿的籽粒數(shù)[10]。強(qiáng)降水的影響具有明顯的生育期依賴性[11]。例如，在生殖生長期，降水強(qiáng)度的降低會(huì)影響籽粒受精，進(jìn)而影響飽滿的籽粒數(shù)。而在營養(yǎng)生長期，降水量的增加會(huì)增加稻田的氮損失和減少葉片的氮吸收，進(jìn)而影響有效穗數(shù)[12]。短時(shí)間內(nèi)的大量降水可能導(dǎo)致洪澇災(zāi)害，對(duì)稻田造成損害，如出現(xiàn)積水、根部腐爛、營養(yǎng)流失、生物入侵等問題[13-14]。按照當(dāng)?shù)厮静シN習(xí)慣，5月是水稻移栽—分蘗期，分蘗期是水稻形成產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵時(shí)期，但通過前面分析可以看到，5月的降水量相對(duì)較少，若沒有合適的灌溉措施，可能會(huì)對(duì)早稻的生長產(chǎn)生不利影響。7、8月則是水稻抽穗和孕穗期，該時(shí)期水稻對(duì)水分需求最高，同時(shí)該時(shí)期也是廣漢地區(qū)的主汛期，降水量明顯增多，能很好地滿足水稻的需水要求，但若出現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)降雨造成積水，可能會(huì)對(duì)稻田造成損失。據(jù)廣漢地區(qū)現(xiàn)有歷史資料記載，1995、1998、2001、2008年以及2018—2020年，廣漢地區(qū)7—8月強(qiáng)降水均導(dǎo)致農(nóng)作物受災(zāi)，糧食減產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)水稻的高產(chǎn)，針對(duì)上述問題提出了以下管理和防范措施：（1）改良排水系統(tǒng)。確保稻田有良好的排水系統(tǒng)，這樣即使大量降雨，也能迅速排走多余的水[15-16]。（2）土壤改良。通過加入有機(jī)物質(zhì)提高土壤的結(jié)構(gòu)和持水能力，減少營養(yǎng)流失。（3）定期巡查。在雨季期間，應(yīng)定期檢查稻田，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理積水、泥沙淤積、害蟲和病害等問題[17-18]。（4）合理施肥。預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的大雨并在此之前或之后適當(dāng)施肥，避免因雨水而導(dǎo)致的營養(yǎng)流失。（5）選擇適應(yīng)性強(qiáng)的水稻品種。選擇對(duì)洪水和暴雨有較強(qiáng)適應(yīng)性的水稻品種，減輕降雨對(duì)產(chǎn)量的影響[19-20]。

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