未来气候变化情景下贵州省水稻干旱风险研究

韩会庆，张娇艳，张英佳，王 喆，蔡广鹏

(1.贵州理工学院建筑与城市规划学院，贵阳 550003；2.贵州省气候中心，贵阳 550002；3.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵阳 550001)

干旱是全球范围内发生频繁的气候灾害，严重影响社会经济可持续发展[1]。干旱作为影响粮食作物生产的重要环境因子，其风险研究日益受到学者的关注[2]。贵州省是我国西南地区重要的粮食产区。水稻作为贵州省最重要的粮食作物，其栽培面积占粮食栽培总面积的30%，水稻产量占粮食总产量的50%左右[3]。然而，随着全球气温升高，贵州省干旱发生频率不断增强，这严重威胁该区粮食安全。因此，研究气候变化背景下贵州省水稻干旱风险具有重要的意义。

目前，对农业干旱风险研究多集中干旱风险评估、干旱风险区划、干旱脆弱性分析等方面[4,5]，其中干旱风险评估对象多关注冬小麦[6]、玉米[7]、苹果[8]、瓜菜[9]等农作物，其评估主要利用自然灾害风险理论[10]、信息分配理论[11]、可变模糊算法[12]、Copula函数[13]等。干旱风险区划研究主要利用GIS技术对冬小麦、玉米等进行干旱风险区划[14,15]。干旱脆弱性评估主要利用主成分分析[16]、投影寻踪技术[17]、加权综合评价法[18]等进行评估。然而，当前研究多为静态的研究，且多关注过去时点，鲜有关注未来时点干旱风险。因此，本研究基于未来气候预估数据，以降水距平百分率为干旱指标，评估了未来气候变化背景下贵州省水稻干旱风险，以期为干旱风险预警、水稻生产布局、防灾减灾政策制定提供科学依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

气候数据是国家气候中心提供的贵州省84个气象站点2016-2100年逐日降水预估数据，该数据是利用CMIP5全球气候模式进行预估的结果。为分析未来不同时期水稻干旱风险，结合相关文献[19]，将未来时段划分为初期(2016-2035年)、中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)3个时期。参考《水稻高产创建技术规范模式图》和相关文献[20]，将贵州省水稻发育期分为移栽分蘖期(5月上旬至7月上旬)、拔节孕穗期(7月中旬至7月下旬)和抽穗成熟期(8月上旬至9月上旬)。

1.2 研究方法

1.2.1 降水距平百分率计算

将降水距平百分率作为干旱指标，其公式为：

(1)

依据文献[1]，将干旱等级划分为轻旱(-60%

1.2.2 干旱风险指数计算[21]

(2)

式中：I为干旱风险指数；Gi为水稻各发育期干旱等级发生频率，%；Pi为各干旱等级赋值；Wi为水稻各发育时期干旱风险权重，通过层次分析法分别赋予移栽分蘖期、拔节孕穗期和抽穗成熟期0.2、0.4和0.4的权重。

2 结果与分析

2016-2035年和2081-2100年贵州省水稻全生育期干旱风险指数呈现RCP8.5情景﹥RCP2.6情景﹥RCP4.5情景，2046-2065年贵州省水稻全生育期干旱风险指数呈现RCP2.6情景﹥RCP4.5情景﹥RCP8.5情景。RCP2.6和RCP4.5情景下，2016-2035年贵州省水稻全生育期干旱风险较低，2046-2065年和2081-2100年干旱风险较高。RCP8.5情景下，2016-2035年和2046-2065年贵州省水稻全生育期干旱风险较低，2081-2100年干旱风险较高。各气候变化情景下，贵州省水稻移栽分蘖期干旱风险较低，抽穗成熟期干旱风险居中，拔节孕穗期干旱风险较高。从不同情景看，RCP4.5和RCP8.5情景下2081-2100年水稻移栽分蘖期干旱风险较高，RCP2.6情景下2081-2100年和RCP8.5情景下2016-2035年水稻移栽分蘖期干旱风险较低。RCP2.6和RCP8.5情景下2081-2100年水稻拔节孕穗期干旱风险较高，RCP4.5情景下2016-2035年和RCP8.5情景下2046-2065年水稻拔节孕穗期干旱风险较低。RCP2.6和RCP8.5情景下2046-2065年水稻抽穗成熟期干旱风险较高，RCP2.6和RCP4.5情景下2016-2035年和RCP8.5情景下2046-2065年水稻抽穗成熟期干旱风险较低(见表1)。

表1 未来不同情景下贵州省水稻各发育期干旱风险指数平均值Tab.1 Average drought risk index of rice growth period under different future scenarios in Guizhou province

在水稻移栽分蘖期，RCP2.6情景下2016-2035年贵州省北部和南部地区干旱风险较高，东部和西部地区干旱风险较低；2046-2065年北部、南部和西南部地区干旱风险较高，东南部和西北部地区干旱风险较低；2081-2100 年南部地区干旱风险较高，北部和中部地区干旱风险较低。RCP4.5情景下2016-2035年西南部地区干旱风险较高，北部和东北部地区干旱风险较低；2046-2065年东部地区干旱风险较高，中部和西部地区干旱风险较低；2081-2100 年中部和西部地区干旱风险较高，东部地区干旱风险较低。RCP8.5情景下2016-2035年北部地区干旱风险较高，其他绝大部分地区干旱风险较低；2046-2065年东部地区干旱风险较高，中部、西部和北部地区干旱风险较低；2081-2100 年南部和东部地区干旱风险较高，西部和西北部地区干旱风险较低(见图1)。

在水稻拔节孕穗期，RCP2.6情景下2016-2035年贵州省西南部地区干旱风险较高，北部和南部地区干旱风险较低；2046-2065年北部和东北部地区干旱风险较高，南部和西南部地区干旱风险较低；2081-2100 年北部地区干旱风险较高，其他大部分地区干旱风险较低。RCP4.5情景下2016-2035年南部地区干旱风险较高，北部和西部地区干旱风险较低；2046-2065年北部地区干旱风险较高，南部和东南部地区干旱风险较低；2081-2100 年北部地区干旱风险较高，南部、东部和西部地区干旱风险较低。RCP8.5情景下2016-2035年北部和西南部地区干旱风险较高，中部、东部和东南部地区干旱风险较低；2046-2065年东北部地区干旱风险较高，东南部、中部和西部地区干旱风险较低；2081-2100 东部地区干旱风险较高，西部地区干旱风险较低(见图2)。

图1 未来不同情景下贵州省水稻移栽分蘖期干旱风险指数空间格局Fig.1 Spatial pattern of drought risk index of rice transplanting-tillering stage under different future scenarios in Guizhou province

图2 未来不同情景下贵州省水稻拔节孕穗期干旱风险指数空间格局Fig.2 Spatial pattern of drought risk index of rice jointing-booting stage under different future scenarios in Guizhou province

在水稻抽穗成熟期，RCP2.6情景下2016-2035年贵州省东南部和西南部地区干旱风险较高，北部和西部地区干旱风险较低；2046-2065年北部地区干旱风险较高，南部和西部地区干旱风险较低；2081-2100 年东北部和西南部地区干旱风险较高，西北部和东南部地区干旱风险较低。RCP4.5情景下2016-2035年北部地区干旱风险较高，南部和西部地区干旱风险较低；2046-2065年东部地区干旱风险较高，西部地区干旱风险较低；2081-2100 年北部地区干旱风险较高，南部和西部地区干旱风险较低。RCP8.5情景下2016-2035年东南部地区干旱风险较高，北部和西北部地区干旱风险较低；2046-2065年东部地区干旱风险较高，北部、南部和西部地区干旱风险较低；2081-2100 东北部地区干旱风险较高，其他大部分地区干旱风险较低(见图3)。

图3 未来不同情景下贵州省水稻抽穗成熟期干旱风险指数空间格局Fig.3 Spatial pattern of drought risk index of rice heading-maturity stage under different future scenarios in Guizhou province

在水稻全生育期，RCP2.6情景下2016-2035年贵州省东南部、西南部和西北部地区干旱风险较高，北部、南部以及西部零星地区干旱风险较低；2046-2065年和2081-2100 年北部地区干旱风险较高，南部地区干旱风险较低。RCP4.5情景下2016-2035年北部、东部和南部地区干旱风险较高，西部地区干旱风险较低；2046-2065年和2081-2100年北部地区干旱风险较高，南部和西部地区干旱风险较低。RCP8.5情景下2016-2035年南部地区干旱风险较高，北部和西北地区干旱风险较低；2046-2065年和2081-2100 年东部和东北部地区干旱风险较高，西部和西南部地区干旱风险较低(见图4)。

图4 未来不同情景下贵州省水稻全发育期干旱风险指数空间格局Fig.4 Spatial pattern of drought risk index of rice whole growth stage under different future scenarios in Guizhou province

3 讨论与结论

本研究发现未来气候变化情景下贵州省水稻各发育期干旱风险较低，这与马欣等[22]人研究结果较为一致。然而，至21世纪末期，贵州省水稻干旱风险不断增加，这主要与气温升高引起的极端气候发生频率增加有关[23]。水稻干旱风险发生不仅受到降水、气温等自然因素影响，还受到社会经济因素影响。本研究利用降水距平百分率进行未来贵州省水稻各发育期干旱风险评估，能够反映未来气候变化对贵州省水稻干旱风险的影响，却忽视了气温、社会经济因素，因此，今后应综合多种干旱评估方法以及多种干旱影响因素进行水稻干旱风险评估，从而提供干旱风险评估的准确性。

RCP2.6和RCP4.5情景下2016-2035年贵州省水稻全生育期干旱风险低于2046-2065年和2081-2100年，RCP8.5情景下，2016-2035年和2046-2065年贵州省水稻全生育期干旱风险低于2081-2100年。未来各气候变化情景下，贵州省水稻移栽分蘖期干旱风险较低，抽穗成熟期干旱风险居中，拔节孕穗期干旱风险较高。2016-2035年贵州省水稻各发育期和全发育期干旱风险空间差异较大，2046-2065年和2081-2100年贵州省水稻各发育期和全发育期干旱风险高值区多集中东部和北部，低值区主要分布南部和西部。

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