基于極端降水指數的廣漢地區水稻災害研究

廖丞蕊 陳櫻之 龔原 車路鵬

收稿日期：2023-11-16

基金項目：德陽市氣象局業務技術研發項目（22-04）。

作者簡介：廖丞蕊（1994—），女，四川廣漢人，工程師，主要從事農業氣象服務研究。

摘 要：為合理規避極端降水帶來的洪澇災害，有效保障水稻安全生產?；趶V漢國家氣象觀測站1991—2020年連續日降水資料和歷史洪澇記載資料，基于極端降水指數（EPI），利用箱線圖、堆積圖、線性回歸法，分析了廣漢地區水稻生長季極端降水的演變特征。結果表明：（1）廣漢地區5—10月降水量適中，適宜水稻生長，7—8月極端降水出現概率大；（2）大雨日數波動較大，暴雨和大暴雨日數在近幾年有所增加；（3）近30年廣漢地區7—8月降水強度均呈波動上升趨勢，最長連續降水日數變化不大。同時，對水稻種植及后期管理提出了相應的管理和防范措施。

關鍵詞：水稻；極端降水；洪澇；廣漢地區

中圖分類號：P426.6 文獻標識碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–0-03

隨著全球氣候變化的趨勢日益明顯，極端氣候事件，尤其是極端降水事件，已經在全球范圍內引起廣泛關注[1]。極端降水事件如暴雨對生態系統、社會和經濟都造成了深遠的影響，且這些影響在某些特定領域尤為明顯，如農業[2-3]。水稻作為世界上主要的糧食作物之一，其生長、產量和品質與其生長環境中的降水量和分布密切相關，降水過多或過少都可能對水稻的正常生長產生不利影響[4]。例如，持續的大雨可能導致田地積水，從而引發稻田的淹水脅迫；而長時間的干旱會導致水稻生長受阻。因此，研究和預測極端降水事件對水稻種植地區的農民和政策制定者而言具有重要的指導意義。

為了更精確地描述和量化極端降水事件，相關學者引入了（極端降水指數EPI）[5]?；谠撝笖?，不僅可以量化降水的極端性，還可以分析其隨時間的變化趨勢。利用廣漢地區近30年降水日數據，基于EPI分析極端降水的變化特征，從而為當地農業決策提供科學依據。

1 研究區域、方法及數據來源

1.1 研究區域概況

廣漢地區地處四川盆地內，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，地勢平坦，土壤肥沃，氣候溫和，屬都江堰自流灌溉區，農業生產條件優越。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%。屬于亞熱帶季風濕潤氣候區，氣候溫和，四季分明，雨量充足，無霜期長。春季氣溫回暖早，但不穩定，冷空氣活動頻繁。常年多干旱，易發生春旱、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 數據來源及研究方法

當地水稻生長季為5—10月，故本文采用廣漢國家氣象觀測站1991—2020年5—10月逐日降水資料，根據世界氣象組織（WMO）氣候變化監測和指標專家系統（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近30年各項EPI值，并通過以下幾種方法對上述EPI進行研究分析：

（1）箱線圖法。箱線圖（Box-and-whisker Plot）通過圖形的方式展示一組數據分布情況的統計圖，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指數，即EPI1、EPI7、EPI8和EPI9[7]。

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

（3）線性回歸法。運用SPSS19.0軟件進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中反映雨強和持續時間變化的相關指數，即EPI3、EPI0[8]。

2 結果與分析

2.1 雨量的特征分布

從圖1可以看出，廣漢地區5—10月的月總降水量基本集中在一個中等的范圍內，降水量適中。圖1中6—9月有幾個明顯高于其他數據點的峰值，尤其是7月和8月出現極端降水的情況較多，且7、8月總降水量中位數更高，這也與當地主汛期的到來有一定關系。8、9月的總降水量分布較7月范圍更大，7月總降水量更穩定。

從圖2可以看出，近30年廣漢地區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，且降水量的中位數相對更高，6月和9月次之。

2.2 大雨以上日數的頻次特征

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

2.3 雨強和持續時間的變化特征

基于上述結果分析發現，7、8月的降水量和頻次較高，該時段又是廣漢地區水稻的孕穗和抽穗關鍵期。根據前人研究成果，水稻在孕穗和抽穗期淹沒產量損失分別可達50%和60%，損失最嚴重[9]。因此，將7月和8月的雨強（EPI3）和持續時間（EPI10）進一步進行趨勢分析。

2.3.1 雨強

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

2.3.2 持續時間

就最長連續降水日數來看，近30年的7—8月在整體上變化趨勢不大，7月的最長連續降水日數在大部分年份中都在4～7 d之間。但在2014年，連續降水日數顯著增加，達到13 d。8月的最長連續降水日數變化波動較7月更大，大部分年份在2～7 d之間，最長時間出現在2009年，達到10 d。

3 小結與討論

強降水主要通過改變每穗的飽滿籽粒數和有效穗數而影響水稻的產量，具體而言，營養生長期的強降水主要降低有效穗數，而生殖生長期的強降水主要降低飽滿的籽粒數[10]。強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，降水強度的降低會影響籽粒受精，進而影響飽滿的籽粒數。而在營養生長期，降水量的增加會增加稻田的氮損失和減少葉片的氮吸收，進而影響有效穗數[12]。短時間內的大量降水可能導致洪澇災害，對稻田造成損害，如出現積水、根部腐爛、營養流失、生物入侵等問題[13-14]。按照當地水稻播種習慣，5月是水稻移栽—分蘗期，分蘗期是水稻形成產量潛力的關鍵時期，但通過前面分析可以看到，5月的降水量相對較少，若沒有合適的灌溉措施，可能會對早稻的生長產生不利影響。7、8月則是水稻抽穗和孕穗期，該時期水稻對水分需求最高，同時該時期也是廣漢地區的主汛期，降水量明顯增多，能很好地滿足水稻的需水要求，但若出現連續強降雨造成積水，可能會對稻田造成損失。據廣漢地區現有歷史資料記載，1995、1998、2001、2008年以及2018—2020年，廣漢地區7—8月強降水均導致農作物受災，糧食減產。

為實現水稻的高產，針對上述問題提出了以下管理和防范措施：（1）改良排水系統。確保稻田有良好的排水系統，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。通過加入有機物質提高土壤的結構和持水能力，減少營養流失。（3）定期巡查。在雨季期間，應定期檢查稻田，及時發現并處理積水、泥沙淤積、害蟲和病害等問題[17-18]。（4）合理施肥。預測可能出現的大雨并在此之前或之后適當施肥，避免因雨水而導致的營養流失。（5）選擇適應性強的水稻品種。選擇對洪水和暴雨有較強適應性的水稻品種，減輕降雨對產量的影響[19-20]。

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