浅析白城市农业干旱指标及干旱预测模型

杜佳林

(吉林省白城市气象局，吉林白城 137000)



浅析白城市农业干旱指标及干旱预测模型

杜佳林

(吉林省白城市气象局，吉林白城 137000)

摘要白城市是国家级大型商品粮基地市，但频繁发生的干旱灾害直接影响着该地区农业生产。在前人研究的基础上，结合白城市实际情况，归纳总结了白城市农业干旱指标和预报方法，以便有效地预测预报该市农业干旱灾害，为白城市开展农业干旱预测预报提供理论基础，为地方各级政府部门提供确切的农业干旱预警预报信息。

关键词农业干旱；干旱指标；干旱预测模型；白城市

水资源的日趋短缺已成为社会经济发展的限制因素之一，合理有效使用水资源是当前全社会普遍关注的问题。另外，全球气候变暖、频繁发生的干旱进一步加剧了农业干旱，越来越多的学者对农业干旱等问题进行了大量研究，主要集中于农业干旱监测、农业干旱指标选取、预测和评估旱情发生、发展及变化等方面[1-3]。王密侠等[1]讨论了农业干旱降水量指标、土壤含水量指标、作物旱情指标及综合性指标的研究进展及其在农业生产中的应用，简要介绍了农业干旱预报及其评价指标的研究发展。刘永忠等[3]分析了多种气候干旱指标体系和作物干旱指标体系，并对气候干旱指标体系和作物干旱指标体系在农业生产中的适用性、实用性及应用情况进行了探讨。

白城市主要农作物生长季(5～9月)降水量为355.6 mm，占全年总降水量的88%左右，降水量偏少，只能满足部分耐旱作物生长发育需求[4]。频繁发生的干旱对农业生产影响较大，尤其是在农业技术和农业水利设施不到位的情况下，农业干旱直接威胁农作物正常生长发育。笔者在前人研究的基础上，结合白城市实际情况，归纳总结了白城市农业干旱指标和预报方法，以期为地方各级政府部门提供确切的农业干旱预警预报信息，提高农业防灾减灾能力。

1白城市农业干旱指标

农业干旱与气象干旱不完全一致，农业干旱规律不仅要从降水量等气象条件方面进行研究，还要充分考虑不同作物生长期间供水与需水的关系、土壤墒情特征等因素[5]。

1.1土壤含水量土壤水分降至一定程度时农作物即呈现旱象，因此土壤水分的亏缺状况是造成农业干旱的关键。土壤含水量指标通常有2种：①将农作物正常、缺水、干旱等不同生长状态下土壤水分试验数据作为判定指标，通过实时监测的土壤实际含水率来判定旱情；②采用土壤水分消退模式拟定旱情指标，利用农田水分平衡原理计算出各个时段末土壤含水量，对农业干旱进行预测。一般情况下，当土壤相对含水量<40%时，说明作物受旱严重，作物相对含水量在40%～60%时，作物呈现旱象，且受作物类别、品种以及生长阶段变化以上具体数值也出现变化。

1.2作物旱情

1.2.1作物形态指标。作物生长期间对水分亏缺敏感，因此可以根据经验，通过分析作物长势、长相对作物是否缺水出现旱情进行诊断，这种以作物形态指标判断的方法直观、方便，有利于对小范围内作物旱情做出诊断，但该指标属于定性指标，带有很大的主观性，不易把握，且不能量化，不适宜用于大范围作物的旱情诊断。

1.2.2作物生理指标。

1.2.2.1叶水势。这是常用的作物旱情诊断指标，叶水势与作物水分状况密切相关，能灵敏反映出作物水分供应状况，作物出现缺水叶水势就会下降。叶水势值可由单个叶片测定，作物及叶片间存在很大的变异性，同一作物不同生育期、不同时间测定的叶水势值均不同，且不同作物出现干旱的叶水势临界值有一定差异，因此必须大量取样测定，才能反映出农田水分供应状况。

1.2.2.2气孔导度。该指标与土壤供水能力及叶片水分状况相关，作物水分充足时气孔开度较大，随着作物可用水分的减少气孔开度也逐渐减小，出现严重干旱时气孔关闭。在实际应用中，测定气孔导度或气孔阻力相对困难，因此将气孔开度作为判断作物是否受旱的生理指标。

1.2.2.3细胞汁液浓度。作物缺水时，其细胞汁液浓度较正常水分条件下大，当细胞汁液浓度超出一定范围时抑制作物生长，因此可将作物细胞汁液浓度作为作物水分生理指标，这种指标测定方法简单，被广泛应用。

1.2.2.4伤流量指标。作物受伤后流出的液体称为伤流量。通过人为对作物特定部位制造伤害使其产生伤流液，当作物体内水分充足，伤流量就多；反之就少。这种指标测定方法简单、易操作，通常也作为作物生理指标被广泛应用。

1.2.3冠层温度指标。作物冠层温度与作物吸收和释放能量的过程相关，作物蒸腾过程中消耗热量进而降低其冠层温度。在水分供给充足的农田中，作物蒸腾作用加强，耗热多，作物冠层温度值低于缺水农田作物冠层温度，反之作物冠层温度值就较大。基于此，可将农田冠层温度作为作物旱情指标对作物旱情发生发展进行研究。

1.3农作物水分指标根据作物需水状况可反映作物受旱程度，旱涝指数指标公式为：

式中，P表示作物生长期降水量；Re表示径流量深层渗漏雨量；ρo表示作物生长初期根系层土壤含水量；ρg表示每1 mm降水量增加的土壤含水量；Rg表示地下水补给量；Eo表示可能蒸散量；ρm表示适应作物正常生长所需的土壤含量。农作物水分指标D>1.3、0.8

1.4Palmer干旱指标Palmer是用于表示干旱严重程度的指标，该指标不是简单地进行时段平均，而是综合了水分亏缺量和持续时间因子对干旱程度的影响，计算结果与实际基本吻合，并引入期望值概念，是当前应用最广泛、最成功的干旱指标[6]。但该指标要求资料必须准确、完整，计算过程也相对繁琐，因此在应用时需要做进一步简化。

Palmer干旱指标的计算公式为：

PDSI=Kjd

d=P-PO=P-(αjPE+βjPR+rjPRO-σjPL)

K=17.67K′/∑DK′

K′=1.51g{[(PE+R+RO)/(P+L)+2.8]/Dj}+0.5

式中，P表示实际降水量；PO表示气候上所需的降水量；PE表示可能蒸散量；PR表示可能土壤水补给量；PRO表示可能径流量；PL表示可能损失量；R表示土壤水实际补给量；RO表示实际径流量；L表示实际损失量；D表示各月实际降水量与作物所需降水量最差的系数的绝对值平均值；α、β、γ、σ分别表示相应各项的权重系数，与研究区气候特征密切相关。-1.0

2白城市农业干旱预报方法

干旱灾害的发生发展常受天气、水文、地理等因素综合影响，全球气候变暖背景下干旱灾害的频发对干旱灾害的准确预测预报提出了更高的要求。干旱灾害是一个不断累积的动态过程，使得干旱预报研究面临着很大的困难。当前，针对干旱的研究集中在气象干旱和农业干旱方面，并建立了少量干旱预报模型。农业干旱不同于气象干旱，相对于气象干旱，农业干旱涉及大气、作物、土壤等较多相关因子，因此预报方法更为复杂。按照预报中采用指标不同，农业干旱分为基于降水量的预报方法、基于土壤含水量的预报方法和基于综合性旱情指标的预报方法[6]。

2.1基于降水量的预报方法农田水分的主要来源依靠自然降水，因此降水量能基本反映出干旱发生程度和趋势，所以可将降水量指标应用于农业干旱宏观监测和预报中。降水量预报模型建立方法可借鉴气象干旱预报建模方法，如数值预报法、统计预报法等，相对简单易行，但不易反映出农作物受旱程度。

2.2基于土壤含水量的预报方法土壤含水量是农业干旱预报中相对成熟的一种指标，利用农田水量平衡关系，有利于建立土壤-大气-植物三者之间的水分交换关系或土壤水分预报模型。以土壤含水量为指标的干旱预报模型有2种：①将作物不同生长状态下土壤墒情的实测数据作为判定指标建立起来的预报模型；②利用土壤消退模式拟定旱情指标，利用农田土壤水量平衡原理计算出各个生育期末的土壤含水量，据于此对农业干旱程度进行预测预报。计算土壤含水量时，要将气候条件、作物发育状况、土体构型等因素考虑在内，因此该预报模型相关计算较为复杂，且受区域特征影响较大。

2.3基于综合性旱情指标的预报方法农业干旱受综合因素影响较大，采用单指标进行预报可在一定程度上反映出农业干旱发生趋势，但不能对作物光合作用、干物质产量和籽粒产量动态变化做出描述，经研究证明，这些动态变化与作物蒸腾量、水分亏缺情况有密切关系，建立作物缺水指标公式为：

CWSI=1-ET/ETm

式中，CWSI表示作物缺水指标，ET表示作物实际蒸发蒸腾量(即实际耗水量)，ETm表示作物潜在蒸发蒸腾量(即潜在最大需水量)[7]。作物实际耗水量可反映出土壤、作物本身因素及气象条件的综合影响，因此以作物缺水指标建立的农业干旱预报模型较其他指标预报模型更为真实准确、宏观实用。

作物供需水关系也可作为农业干旱预报的一个综合性旱情指标，其公式为：

式中，e表示干旱指数；P1表示作物生长期内某时段的有效降水量；Kcj表示作物第j时段的作物系数，Ksj表示第j时段的土壤水分胁迫系数；ETOJ表示第j时段的潜在蒸散量[7]。利用作物供需水指标建立的农业干旱预测预报模型时所需的参数数据全部可采用气象资料、天气预报数据、土壤水分资料计算获取，计算出的参数数据精确、实用且具有较强的可代表性，不受区域特征限制，可在不同区域内推广使用。

3结语

目前，大部分农业干旱指标计算方法复杂、资料获取有很大难度，随着科技的进步，干旱指标的计算方法越来越多且越来越简化，因此干旱指标的应用范围也将会更加广泛。针对干旱预测模型方面的研究也将会更加深入，将会在传统预测模型上衍生出更多的新的预测模型及方法，综合运用后预测结果会更科学、可靠。

参考文献

[1] 王密侠，马成军，蔡焕杰.农业干旱指标研究与进展[J].干旱地区农业研究，1998(3)：56-61.

[2] 韩宇平，张功谨，王富强.农业干旱监测指标研究进展[J].华北水利水电学院学报，2013(1)：74-78.

[3] 刘永忠，李齐霞，孙万荣，等.气候干旱与作物干旱指标体系[J].山西农业科学，2005,33(3)：50-53.

[4] 魏占起，刘利民，孙晓梅.吉林省白城市干旱成因及抗旱对策的研究[J].吉林水利，2001(10)：25-26.

[5] 朱文心.山东省农业干旱指标、综合旱涝指标评价及抗旱对策研究[D].济南：山东大学，2005：35-36.

[6] 刘建栋，王馥棠，于强，等.华北地区农业干旱预测模型及其应用研究[J].应用气象学报，2003，14(5)：593-604.

[7] 邹仁爱，陈俊鸿.干旱预报的研究进展评述[J].灾害学，2005,20(3)：112-116.

作者简介杜佳林(1963- )，男，吉林白城人，高级工程师，从事地面观测工作。

收稿日期2016-03-22

中图分类号S 16

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)14-216-02

Analysis on Agriculture Drought Indicators and Prediction Model in Baicheng City

DU Jia-lin

(Baicheng City Meteorological Bureau of Jilin Province,Baicheng,Jilin 137000)

AbstractBaicheng City is a national large-scale commodity grain base city,but the frequent occurrence of drought disasters directly affect the agricultural production in the region.On the basis of previous studies,combining with the actual situation of Baicheng City,agriculture drought indicators and prediction method were summarized,so as to effectively predict agriculture drought disaster.The study will provide theoretical basis for forecasting agriculture drought in Baicheng City and provide accurate prediction information for local government and departments at all levels.

Key wordsAgriculture drought; Drought indicators; Drought prediction model; Baicheng City