廣西農(nóng)業(yè)旱災(zāi)對氣溫降水的響應(yīng)特征

陸 甲，廖雪萍，李耀先

（1．廣西氣候中心，廣西 南寧 530022；2．廣西氣象減災(zāi)研究所，廣西 南寧 520022）

1 引言

干旱是廣西高發(fā)的氣象災(zāi)害，對水文、人民生活和社會經(jīng)濟等方面特別是農(nóng)業(yè)有著重要的影響［1－5］。干旱本質(zhì)上是水分匱乏引起的現(xiàn)象，干旱影響的嚴(yán)重程度與水分匱乏程度及其持續(xù)時間、干旱發(fā)生時段、承災(zāi)體抗性等方面有關(guān)，是時間和空間的函數(shù)［6］。根據(jù)干旱影響的對象和形式，干旱可劃分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和經(jīng)濟干旱4個種類［7］。氣象干旱是農(nóng)業(yè)干旱的先導(dǎo)，在作物發(fā)育期內(nèi)，降水虧欠常常會引起土壤水分不足，土壤水分不足進而使作物體內(nèi)水分虧缺，水分虧缺到一定程度后容易造成作物生長受損而減產(chǎn)。農(nóng)業(yè)干旱成因復(fù)雜，不僅與作物、壤土等因素有關(guān)，還與降水、氣溫等氣象因子緊密相關(guān)［2］。同個時段同樣強度的干旱對不同作物的影響不一樣，就是同種作物在不同的發(fā)育期對同樣干旱強度的響應(yīng)也不一樣。因此，究竟哪個時段氣溫降水對農(nóng)業(yè)干旱的影響最大，影響的程度如何？是農(nóng)業(yè)服務(wù)所關(guān)心的問題。本文就是基于廣西88個國家氣象站氣溫、降水資料以及廣西農(nóng)業(yè)旱災(zāi)資料，分析農(nóng)業(yè)旱災(zāi)受降水、氣溫影響的敏感時段以及該時段內(nèi)不同時間尺度降水和氣溫對農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的影響，為廣西農(nóng)業(yè)的干旱評估以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)趨利避旱提供參考。

2 資料和方法

2．1 資料來源

氣象資料來源廣西88個國家氣象站的地面觀測資料；1978－2012年間廣西農(nóng)業(yè)旱災(zāi)（受災(zāi)面積和成災(zāi)面積）源于國家統(tǒng)計局分省年度數(shù)據(jù)統(tǒng)計（http：//data．stats．gov．cn／workspace/indexm＝fsnd），部分干旱過程的災(zāi)情記錄源于廣西區(qū)民政廳和 《中國氣象災(zāi)害大詞典·廣西》［8］。

2．2 分析方法

使用相關(guān)分析的方法［9］，分別算出不同月份中的當(dāng)前月及其過去2－11個月時間尺度的降水、氣溫與廣西農(nóng)業(yè)年度受災(zāi)面積、成災(zāi)面積的相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)的絕對值越大表明氣象要素對旱災(zāi)的影響越明顯。相關(guān)系數(shù)的顯著性用t檢驗進行，1978－2012年共35個統(tǒng)計樣本，0．05顯著水平對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)臨界值為0．33，0．01顯著水平對應(yīng)的臨界值為 0．43，0．001 顯著水平對應(yīng)的是 0．52。

3 結(jié)果與分析

3．1 廣西農(nóng)業(yè)及其旱災(zāi)的主要特征

水稻和玉米是廣西主要的糧食作物，主要分布在廣西東部、南部和中部地區(qū)的潯江平原、郁江平原、陽平原、南流江三角洲等河流沖積平原以及溶蝕平原地區(qū)［10］。5－10月是廣西主要農(nóng)作物水稻、玉米、甘蔗、花生的生長期［11－12］，也是廣西降雨的集中時段。廣西秋收糧食比重很大，占年度糧食產(chǎn)量的49%以上。

1978－2012年，廣西農(nóng)業(yè)旱災(zāi)幾乎年年發(fā)生（圖1）。降水不足是農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的主導(dǎo)因素，大體上降水偏少的年份受災(zāi)面積和成災(zāi)面積較大，降水偏多年受災(zāi)面積和成災(zāi)面積較小；但個別降水偏多年份，受災(zāi)面積和成災(zāi)面積仍較大，如1979、1990、1999年等，體現(xiàn)旱情受降水月際分布不均和氣溫等其他因素的影響。受災(zāi)面積和成災(zāi)面積的變化趨勢表現(xiàn)出較好的一致性，二者系數(shù)高達0．94，呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢（圖 2）。

圖1 1978-2012年廣西受災(zāi)面積、成災(zāi)面積和全區(qū)平均年降水量距平百分率變化圖

圖2 1978－2012年受災(zāi)面積與成災(zāi)面積比例變化圖

3．2 旱災(zāi)對降水的響應(yīng)特征

3．2．1 受災(zāi)面積對降水的響應(yīng)

廣西月尺度以上的降水與受災(zāi)面積主要呈反相關(guān)關(guān)系（圖 3）。 從月份上（縱坐標(biāo)）看，1－5月份，降水和受災(zāi)面積的相關(guān)關(guān)系不明顯。相關(guān)關(guān)系從6月份開始明顯，7月份略為減弱，隨后逐漸明顯至11月份出現(xiàn)最明顯的反相關(guān)關(guān)系，12月份相關(guān)關(guān)系又有所減弱。較明顯的反相關(guān)關(guān)系的總體集中在6－11月份。這現(xiàn)象與廣西農(nóng)業(yè)的特點有很大關(guān)系，因為廣西秋糧比重很大，7月份通常是搶收搶種，同時6－11月份是廣西糧食作物生長的關(guān)鍵期，作物對水分的需求旺盛，降水不足容易出現(xiàn)旱災(zāi)，而12月份農(nóng)作物大多數(shù)已收獲，此時干旱對其影響不大。一旦在作物生長關(guān)鍵期內(nèi)出現(xiàn)旱災(zāi)，往往對全年的旱災(zāi)貢獻較大。

從時間尺度上看 （圖1橫坐標(biāo)），6－11月份，反相關(guān)關(guān)系隨時間尺度的增加逐漸明顯，至9個月尺度時反相關(guān)關(guān)系最明顯，隨后逐漸減弱，反映出干旱的累積效應(yīng)和廣西主要農(nóng)作物的生長周期。對于1個月尺度的降水而言，除了在6月份當(dāng)月的降水與受災(zāi)面積的相關(guān)系數(shù)為－0．42以外，在其他月份，受災(zāi)面積對1個月尺度降水的響應(yīng)不明顯。6月份處于春末夏初，通常是廣西降水最多的月份，是早稻生產(chǎn)和下半年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵期。最明顯的反相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)在11月份和9個月尺度的交叉點，相當(dāng)于3－11月這9個月的累計降水與受災(zāi)面積關(guān)系最為密切，3－11月剛好是廣西農(nóng)作物的生長季。表明如果整個作物生長季內(nèi)降水不足，干旱就容易趨于嚴(yán)重了。

3．2．2 成災(zāi)面積對降水的響應(yīng)

成災(zāi)面積對降水的響應(yīng)關(guān)系和受災(zāi)面積大體一致，大多也都呈反相關(guān)關(guān)系（圖4），較明顯的響應(yīng)總體集中在6－11月份，但在時間尺度上略有差異。從時間尺度上看，成災(zāi)面積對降水的響應(yīng)從2個月尺度開始逐漸明顯，至9個月尺度最強。與受災(zāi)面積對1個月尺度降水不足開始有響應(yīng)相比有所推遲，體現(xiàn)出先受災(zāi)后成災(zāi)的特點。

圖3 不同月份1－12個月時間尺度的降水與農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)面積的相關(guān)系數(shù)

圖4 不同月份1－12個月時間尺度的降水與農(nóng)業(yè)干旱成災(zāi)面積的相關(guān)系數(shù)

3．3 旱災(zāi)對高溫的響應(yīng)特征

廣西農(nóng)業(yè)旱災(zāi)對降水響應(yīng)的敏感時段為6－11月份，根據(jù)廣西高溫天氣的季節(jié)分布特征［14－15］，本文分析6－10月份廣西日最高氣溫和旱災(zāi)的相關(guān)關(guān)系。平均日最高氣溫和旱災(zāi)的關(guān)系大體呈正相關(guān)關(guān)系。在不同月份，受災(zāi)面積對平均日最高氣溫的響應(yīng)不同，較大相關(guān)系數(shù)集中在9－10月份（圖5），較明顯的響應(yīng)總體上集中在1－4個月時間尺度。成災(zāi)面積與平均最高氣溫的關(guān)系在9－10月也有較明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖6）。

圖5 平均最高氣溫與受災(zāi)之間的關(guān)系

圖6 平均最高氣溫與成災(zāi)面積之間的關(guān)系

和降水不同，受災(zāi)面積、成災(zāi)面積對日最高氣溫的響應(yīng)較弱。氣溫是主要影響蒸發(fā)力的因子之一，在降水一定的情況下，氣溫越高蒸發(fā)越大，水分虧欠就越明顯，就容易干旱。50年來廣西高溫日數(shù)呈增多的趨勢，高溫常和少雨伴隨，高溫少雨疊加會加劇農(nóng)業(yè)干旱的嚴(yán)重程度［16－24］。

3．4 典型干旱過程對高溫降水的響應(yīng)分析

2004年和2006年的秋季廣西都出現(xiàn)一個較為明顯的干旱過程（圖7），兩個過程的旱災(zāi)都是從10月份才開始明顯顯現(xiàn)，旱災(zāi)最嚴(yán)重的時段分別為10月下旬和11月上旬，前者時間略早且旱災(zāi)明顯比后者嚴(yán)重。6－11月份，兩個過程降水的月際變化趨勢很相似（圖8），除了在8月份2006年的降水略多而2004年偏少之外，其他6－7，9－11月份的降水均為一致的偏多或偏少。6－11月份，2004年的降水比常年偏少12%，而2006年同期降水接近常年同期值；而兩個過程的平均最高氣溫很接近，分別為30．1℃和30．3℃，全區(qū)平均高溫日數(shù)分別為13d和17d，2006年期間的高溫天數(shù)比2004年多4d，可見降水不足對旱災(zāi)的影響起了明顯的作用。

1992和2005年的秋季均發(fā)生了旱災(zāi)，前者旱情最明顯時段出現(xiàn)在9月初，后者在10月下旬（圖9）。7－8月兩個過程總降水量差別不大（圖10），但其高溫具有明顯的階段性差別，1992年干旱過程高溫明顯，8月份全區(qū)共出現(xiàn)高溫天氣（日最高氣溫≥35℃）1294站次，約為2005年8月高溫站次的3倍，并且在8月16至9月6日，1992年干旱過程的日最高氣溫比2005年干旱過程持續(xù)偏高（前后兩個過程的逐日全區(qū)平均日最高氣溫相減，圖11）?？梢姡掷m(xù)高溫過程一定程度上加劇了旱情的發(fā)展，使得前一個過程明顯旱情的出現(xiàn)時間早于后一個過程。

4 結(jié)論與討論

（1） 農(nóng)業(yè)旱災(zāi)與降水呈反相關(guān)關(guān)系，年度農(nóng)業(yè)旱災(zāi)在不同月份對不同時間尺度的氣溫降水的響應(yīng)不同，對降水的明顯響應(yīng)集中在6－11月份中，對高溫較明顯的響應(yīng)集中在9－10月份。

（2） 受災(zāi)面積對1個月的降水可以有較明顯響應(yīng)，而成災(zāi)面積對降水的明顯響應(yīng)在1個月以上，先受災(zāi)后成災(zāi)。

（3） 高溫和少雨疊加可加劇農(nóng)業(yè)旱災(zāi)。

農(nóng)業(yè)干旱是氣溫、降水、農(nóng)作物等因子綜合作用的結(jié)果，農(nóng)作物在不同的生長階段對氣溫降水響應(yīng)的敏感程度不一樣，某個時候的農(nóng)業(yè)旱情是前期農(nóng)作物在各個階段對氣溫降水響應(yīng)的累積結(jié)果。廣西秋糧比例很大，6－11月份是廣西糧食作物生長的關(guān)鍵期，農(nóng)作物需水旺盛，此期間如果出現(xiàn)干旱，干旱容易決定著全年受旱面積和成災(zāi)面積的大小，從而表現(xiàn)出年度旱情在6－11月份對過去不同時間尺度的降水有較明顯的相關(guān)關(guān)系。這既反映了干旱對廣西農(nóng)業(yè)整體影響的敏感時段，也反映了干旱的累積效應(yīng)。在廣西，高溫常和少雨相伴，高溫少雨可以加劇農(nóng)業(yè)水分失衡的程度，加重旱情。農(nóng)業(yè)干旱成因復(fù)雜，除了與氣溫降水在時間上的分布不均有關(guān)，也和氣溫降水空間分布不均有關(guān)，有關(guān)氣溫降水的空間不均對農(nóng)業(yè)干旱的影響有待進一步研究。

［1］王燕，黃國勤，趙其國，等．廣西農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征分析及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響 ［J］．農(nóng)學(xué)學(xué)報，2015，5（3）： 92－96．

［2］馮振家．武鳴縣旱澇的氣候規(guī)律及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響［J］， 氣象研究與應(yīng)用， 2012， 33 （2）： 59－62．

［3］廖冬梅，賀春久．鳳山縣2009－2010年特大干旱成因及對措施分析 ［J］， 氣象研究與應(yīng)用，2011，32（2）：29－31．

［4］張凌云，李家文，朱斌，等．柳州2010年早春干旱及其對農(nóng)業(yè)的影響 ［J］， 氣象研究與應(yīng)，2011，32（1）：52－57．

［5］郭洪權(quán)，何草青，蔣枚峻，等．桂西北近10a來的氣象災(zāi)害特征分析 ［J］，氣象研究與應(yīng)用，2011，32（4）：34－36．

［6］王春林，吳舉開，黃珍珠，等．廣東干旱逐日動態(tài)監(jiān)測模型及其應(yīng)用 ［J］ ．自然災(zāi)害學(xué)報，2007，16（4）：36－42．

［7］王勁松，李耀輝，王潤元，等．我國氣象干旱研究進展評述 ［J］ ．干旱氣象， 2012， 30 （4）： 497－508．

［8］楊年珠，涂方旭，黃雪松，等．中國氣象災(zāi)害大詞典．廣西卷 ［M］．北京：氣象出版社， 2007．

［9］劉敏，秦鵬程，劉可群，等．洪湖水位對不同時間尺度SPEI／SP干旱指數(shù)的響應(yīng)研究 ［J］ ．氣象， 2013，39（9）： 1163－1170．

［10］易玲，趙曉麗，劉斌，等．廣西壯族自治區(qū)土地覆蓋時空變化特點研究 ［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（33）： 16455－16458．

［11］廖正城．廣西農(nóng)業(yè)自然資源的特點及其評價 ［J］．資源科學(xué)， 1984， 2： 74－83．

［12］涂方旭．對廣西水稻氣候區(qū)劃的探討 ［J］．廣西氣象，2006， 27 （1）： 34－36．

［13］徐芳，梁俊聰，盧雪香，等．梧州市夏季干旱對水稻產(chǎn)量影響分析 ［J］， 氣象研究與應(yīng)用，2012，33（2）：55－58．

［14］覃衛(wèi)堅，李耀先．2010年廣西高溫?zé)崂藲庀鬄?zāi)害成因分析 ［J］， 氣象研究與應(yīng)用， 2011， 32 （4）： 13－16．

［15］何慧，陸 虹，徐圣璇．廣西高溫日數(shù)的時空特征及其變化 ［J］， 氣象研究與應(yīng)用， 2010， 31 （1）： 46－49．

［16］楊萬春．近30年曲江農(nóng)業(yè)干旱特征分析 ［J］，廣東氣象， 2012， 34 （2）： 49－52

［17］張瓊雄，陳里森，鄧輝．遂溪縣干旱的發(fā)生規(guī)律及防御對策 ［J］， 廣東氣象， 2007， 29 （2）： 36－37．

［18］吳初梅，何鵬，戴平鳳．蒸發(fā)量季節(jié)變化特點與干旱發(fā)生關(guān)系的初步分析 ［J］．氣象研究與應(yīng)用，2008，29（3）： 8－11．

［19］溫亞麗，韋馨豐．雷州半島近年的干旱及治旱措施［J］， 廣東氣象， 2007， 29 （1）： 47－49．

［20］戴潤，李剛，黃志梅．韶關(guān)干旱分析及防御對策 ［J］，廣東氣象， 2006， （2）： 47－49．

［21］黃曉梅，簡茂球，劉桂興．雷州半島干旱的特征及其環(huán)流分析 ［J］， 廣東氣象， 2013， 35 （3）： 20－24．

［22］陳冰廉，潘家友，廖勝石，等．廣西區(qū)域地面蒸發(fā)量的計算及其時空分布與演變特征分析 ［J］，氣象研究與應(yīng)用， 2008， 29 （1）： 29－33．

［23］夏小曼，李耀先，符合，等．雁山楝樹物候?qū)夂蜃兣捻憫?yīng) ［J］， 氣象研究與應(yīng)用，2010，31（3）：30－34．

［24］林振敏，姚才，鄭宏翔，等．廣西6～8月分級降水的氣候特征 ［J］， 氣象研究與應(yīng)用，2007，28（2）：36－41．

［25］周武．陽江地區(qū)54年來降雨量和蒸發(fā)量的變化特征［J］， 廣東氣象， 2009， 31 （1）： 20－24．