衡阳市晚稻干旱评估模型研究

贺红志李涵茂罗永陈健翔

(1.湖南省衡阳市农业气象试验站，湖南 衡阳 421001；2.衡阳市气象局，湖南 衡阳 421001；3.气象防灾减灾湖南省重点实验室，湖南 长沙 410118)

目前，对湖南干旱方面的研究主要从气象干旱、水文干旱或社会干旱等单一方面着手。如，黄晚华等[1-3]针对南方地区季节性干旱开展一系列研究，取得了积极进展；张剑明等[4，5]分析湖南气象干旱及夏秋干旱异常环流特征进行研究；廖玉芳等[6]从综合气象干旱指数、水分亏缺指数方面对湖南水稻干旱进行评估分析；杨奇勇等[7]从水资源等角度对湖南干旱进行评估并进行干旱脆弱度分区。以上研究多以气象资料、水文资料等为基础，采用不同的干旱指标，对不同区域的干旱特征进行分析，但结合作物研究的农业干旱方面的研究相对缺乏。

本研究通过对双季晚稻关键生育期干旱试验分析，通过精确监测干旱相关气象要素计算水田蒸散和农田供需水量，获取水稻干旱相关参数。从而建立衡阳双季晚稻关键生育期干旱指标，并基于建立的干旱指标分析双季晚稻关键生育期的干旱特征。为衡阳双季稻种植区的晚稻防旱减灾提供科技支撑，为衡阳粮食生产提供气象保障。

1 材料与方法

1.1 研究区域

衡阳市位于湖南省中南部，湘江中游。衡阳属大陆型中亚热带季风湿润气候类型。衡阳具有四季分明，气候温和，热量充足，雨水集中，春温多变，夏秋多旱，严寒期短，酷热期长等气候特征。衡阳市年平均气温在17.9℃，年平均降水量1339.3mm，年日照时数为1530.8h。雨水多集中在4—6月，7—9月多为高温少雨季节，衡阳素有“干旱走廊”之称，为湖南省的少雨地区之一[8]。

1.2 数据来源

气象数据来源于衡阳市8个国家地面气象观测站1981—2010年的逐日降水量。

晚稻生育期数据来源于衡阳市农业气象试验站1994—2015年晚稻生长发育期观测资料。

1.3 晚稻干旱评估模型

晚稻干旱评估模型的建立参考了相对湿润指数的计算方法，确立了晚稻干旱评估模式：关键生育时段内晚稻的蒸散量与同一时段内降水量差值与晚稻蒸散量的百分比。计算公式：

Kdry=(Wi-Pi)/Wi×100%

随着国家对防汛抗旱业务工作要求的逐年深入，服务于国家防汛抗旱事业的天眼系统将不断发展，未来两三年将在天气雷达信息深入应用、气候特征监测信息应用、降水过程定量化描述和降水预报质量评估应用等方面将有进一步发展。

(1)

式中，Kdry为晚稻干旱指数；Wi为晚稻关键生育时段i的需水量；Pi为关键生育时段i的降水量。

1.4 数据处理

数据分析应用WPS 2023软件完成。

2 结果分析

2.1 晚稻关键生育期

基于衡阳市农业气象试验站1994—2015年晚稻发育期观测资料，对不同生育期发育始期和普遍期的时间进行平均处理，以平均开始日期对不同生育期起止日期的划分。衡阳晚稻进行拔节期时间为8月19日，9月1日进入孕穗期，9月10日进入抽穗期，10月3日开始乳熟，10月20日成熟。

2.2 晚稻关键生育期需水量

基于晚稻进入关键生育期的日期，进而对晚稻相邻关键生育期时段进行划分。同时，根据其他学者[9]对双季晚稻拔节-孕穗期、抽穗-灌浆期、乳熟-成熟期3个时期晴天农田蒸散量日平均值的研究结果，应用公式计算得到晚稻关键生育期蒸散量值，计算公式：

Wi=ETi×Kci

(2)

式中，Wi为晚稻关键生育时段i的需水量；ETi为晚稻关键生育时段i的蒸发量；Kci为作物关键生育时段的作物系数。中国主要农作物需水量等值线图协作组对双季晚稻作物系数的研究结果[10]，对晚稻关键作物系数进行划定，见表1。

表1 双季晚稻关键生育阶段蒸散量值

2.3 晚稻干旱等级指标确定

本文主要根据《中国气象灾害大典》(湖南卷)对湖南历年干旱灾害的详细记载，选择历史上不旱及发生不同程度干旱的年份作为参考年份，通过参考年份衡阳晚稻不同生长阶段干旱指数与历史灾情资料进行对比分析，确定衡阳晚稻干旱等级指标。衡阳晚稻干旱等级参照《中国气象灾害大典》(湖南卷)中对干旱的评定，选择干旱发生时段为8—10月的年份为参考年份。

表2 衡阳参考年份降水量

根据表2中参考年份8月下旬—10月中旬的降水量应用式(1)计算衡阳晚稻干旱指数。参考年份晚稻各关键生育阶段的干旱指数如表3所示。

表3 衡阳参考年份晚稻干旱指数

根据《中国气象灾害大典》(湖南卷)记载和表3中参考年份衡阳晚稻各关键生育阶段的干旱指数对干旱年份进行分析。

1964年，衡阳重旱。根据模型计算的干旱指数，拔节-孕穗期和抽穗-灌浆期的干旱指数都达到了90以上，乳熟-成熟期的干旱指数也在75以上，拔节-成熟期的干旱指数接近90。

1979年，衡阳轻旱。根据模型计算的干旱指数，拔节-孕穗期为30左右，抽穗-灌浆期和乳熟-成熟期的干旱指数达到了95以上，而拔节-成熟期的干旱指数在65以上。

1989年，衡阳轻旱。根据模型计算的干旱指数，拔节-孕穗期和乳熟-成熟期的干旱指数在60～70，抽穗-灌浆期的干旱指数达到了95以上，而拔节-成熟期的干旱指数在接近80。

1992年，衡阳特大干旱。根据模型计算的干旱指数，拔节-孕穗期、抽穗-灌浆期和乳熟-成熟期的干旱指数达到了90以上，而拔节-成熟期的干旱指数在90以上。

1998年，衡阳大旱。根据模型计算的干旱指数，拔节-孕穗期和抽穗-灌浆期的干旱指数都为90左右，乳熟-成熟期的干旱指数为70以上，而拔节-成熟期的干旱指数在85左右。

2000年，衡阳无旱。根据模型计算的干旱指数，拔节-孕穗期的干旱指数为65左右，抽穗-灌浆期的干旱指数达到了90，乳熟-成熟期的干旱指数仅为3左右，而拔节-成熟期的干旱指数在65以下。

应用衡阳市1981—2010年30年气候值对晚稻关键生育期间干旱指数进行计算，得到拔节-孕穗期的干旱指数为57左右，抽穗-灌浆期的干旱指数为65左右，乳熟-成熟期的干旱指数为35左右，而拔节-成熟期的干旱指数在55左右。

综合以上分析，确定衡阳晚稻干旱等级标准如表4所示。

表4 衡阳晚稻干旱等级指标

2.4 衡阳晚稻关键生育期干旱情况分析

利用衡阳站1981—2010年逐日气象资料计算了历年晚稻拔节-成熟期不同生长阶段的干旱指数，并确定了干旱等级，在此基础上计算不同生长阶段各级干旱发生的概率，见表5。从表5可以看出，拔节-孕穗期发生干旱的概率为73.33%，仅次于抽穗-灌浆期干旱发生概率；抽穗-灌浆期发生干旱的概率最高(96.67%)，几乎每年都有干旱的发生，特别是重度干旱发生概率达53.33%；乳熟-成熟期发生干旱的概率最低(63.33%)；拔节-成熟期发生干旱的概率为76.67%，发生干旱的概率也非常高。

表5 衡阳晚稻不同生育时段不同等级干旱出现概率

3 讨论与结论

基于晚稻不同生育阶段的需水量和不同生育阶段的降水量，建立晚稻干旱评估模型。通过调查《中国气象灾害大典》(湖南卷)中干旱灾害的详细记载，选取了历史上发生不同程度的干旱年份作为参照，对比各生育阶段的干旱指数，建立衡阳晚稻干旱等级划分标准，进而分析了衡阳1981—2010年晚稻不同生育时段不同等级干旱出现的概率，抽穗-灌浆期发生干旱的概率最高，拔节-孕穗期发生干旱的概率次之；乳熟-成熟期发生干旱的概率最低。拔节-成熟期发生发生干旱的概率也非常高。

本研究对晚稻干旱评估取得较好结果，为晚稻干旱评估提供了新的途径。但干旱的发生与气温有着密切关系，而本研究中晚稻评估模型仅依靠降水量单一气象因子，存在一定的局限性，需在今后的工作中进一步完善。