未來(lái)氣候變化情景下貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)研究

韓會(huì)慶，張嬌艷，張英佳，王 喆，蔡廣鵬

(1.貴州理工學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴陽(yáng) 550003；2.貴州省氣候中心，貴陽(yáng) 550002；3.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴陽(yáng) 550001)

干旱是全球范圍內(nèi)發(fā)生頻繁的氣候?yàn)?zāi)害，嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[1]。干旱作為影響糧食作物生產(chǎn)的重要環(huán)境因子，其風(fēng)險(xiǎn)研究日益受到學(xué)者的關(guān)注[2]。貴州省是我國(guó)西南地區(qū)重要的糧食產(chǎn)區(qū)。水稻作為貴州省最重要的糧食作物，其栽培面積占糧食栽培總面積的30%，水稻產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的50%左右[3]。然而，隨著全球氣溫升高，貴州省干旱發(fā)生頻率不斷增強(qiáng)，這嚴(yán)重威脅該區(qū)糧食安全。因此，研究氣候變化背景下貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。

目前，對(duì)農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險(xiǎn)研究多集中干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、干旱脆弱性分析等方面[4,5]，其中干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)象多關(guān)注冬小麥[6]、玉米[7]、蘋(píng)果[8]、瓜菜[9]等農(nóng)作物，其評(píng)估主要利用自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論[10]、信息分配理論[11]、可變模糊算法[12]、Copula函數(shù)[13]等。干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究主要利用GIS技術(shù)對(duì)冬小麥、玉米等進(jìn)行干旱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[14,15]。干旱脆弱性評(píng)估主要利用主成分分析[16]、投影尋蹤技術(shù)[17]、加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法[18]等進(jìn)行評(píng)估。然而，當(dāng)前研究多為靜態(tài)的研究，且多關(guān)注過(guò)去時(shí)點(diǎn)，鮮有關(guān)注未來(lái)時(shí)點(diǎn)干旱風(fēng)險(xiǎn)。因此，本研究基于未來(lái)氣候預(yù)估數(shù)據(jù)，以降水距平百分率為干旱指標(biāo)，評(píng)估了未來(lái)氣候變化背景下貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)，以期為干旱風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、水稻生產(chǎn)布局、防災(zāi)減災(zāi)政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

氣候數(shù)據(jù)是國(guó)家氣候中心提供的貴州省84個(gè)氣象站點(diǎn)2016-2100年逐日降水預(yù)估數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是利用CMIP5全球氣候模式進(jìn)行預(yù)估的結(jié)果。為分析未來(lái)不同時(shí)期水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[19]，將未來(lái)時(shí)段劃分為初期(2016-2035年)、中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)3個(gè)時(shí)期。參考《水稻高產(chǎn)創(chuàng)建技術(shù)規(guī)范模式圖》和相關(guān)文獻(xiàn)[20]，將貴州省水稻發(fā)育期分為移栽分蘗期(5月上旬至7月上旬)、拔節(jié)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 降水距平百分率計(jì)算

將降水距平百分率作為干旱指標(biāo)，其公式為：

(1)

依據(jù)文獻(xiàn)[1]，將干旱等級(jí)劃分為輕旱(-60%

1.2.2 干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算[21]

(2)

式中：I為干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Gi為水稻各發(fā)育期干旱等級(jí)發(fā)生頻率，%；Pi為各干旱等級(jí)賦值；Wi為水稻各發(fā)育時(shí)期干旱風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，通過(guò)層次分析法分別賦予移栽分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗成熟期0.2、0.4和0.4的權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2016-2035年和2081-2100年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈現(xiàn)RCP8.5情景﹥RCP2.6情景﹥RCP4.5情景，2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈現(xiàn)RCP2.6情景﹥RCP4.5情景﹥RCP8.5情景。RCP2.6和RCP4.5情景下，2016-2035年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，2046-2065年和2081-2100年干旱風(fēng)險(xiǎn)較高。RCP8.5情景下，2016-2035年和2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，2081-2100年干旱風(fēng)險(xiǎn)較高。各氣候變化情景下，貴州省水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)居中，拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高。從不同情景看，RCP4.5和RCP8.5情景下2081-2100年水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，RCP2.6情景下2081-2100年和RCP8.5情景下2016-2035年水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP2.6和RCP8.5情景下2081-2100年水稻拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，RCP4.5情景下2016-2035年和RCP8.5情景下2046-2065年水稻拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP2.6和RCP8.5情景下2046-2065年水稻抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，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風(fēng)險(xiǎn)較低(見(jiàn)表1)。

表1 未來(lái)不同情景下貴州省水稻各發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值Tab.1 Average drought risk index of rice growth period under different future scenarios in Guizhou province

在水稻移栽分蘗期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省北部和南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，東部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年北部、南部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，東南部和西北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和中部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP4.5情景下2016-2035年西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年?yáng)|部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，中部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年中部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP8.5情景下2016-2035年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，其他絕大部分地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年?yáng)|部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，中部、西部和北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年南部和東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部和西北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見(jiàn)圖1)。

在水稻拔節(jié)孕穗期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年北部和東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，其他大部分地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP4.5情景下2016-2035年南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和東南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部、東部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP8.5情景下2016-2035年北部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，中部、東部和東南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年?yáng)|北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，東南部、中部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 東部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見(jiàn)圖2)。

圖1 未來(lái)不同情景下貴州省水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間格局Fig.1 Spatial pattern of drought risk index of rice transplanting-tillering stage under different future scenarios in Guizhou province

圖2 未來(lái)不同情景下貴州省水稻拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間格局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年貴州省東南部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年?yáng)|北部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西北部和東南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP4.5情景下2016-2035年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年?yáng)|部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP8.5情景下2016-2035年?yáng)|南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和西北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年?yáng)|部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部、南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2081-2100 東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，其他大部分地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見(jiàn)圖3)。

圖3 未來(lái)不同情景下貴州省水稻抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間格局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年貴州省東南部、西南部和西北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部、南部以及西部零星地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年和2081-2100 年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP4.5情景下2016-2035年北部、東部和南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年和2081-2100年北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和西部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低。RCP8.5情景下2016-2035年南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，北部和西北地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低；2046-2065年和2081-2100 年?yáng)|部和東北部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，西部和西南部地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)較低(見(jiàn)圖4)。

圖4 未來(lái)不同情景下貴州省水稻全發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間格局Fig.4 Spatial pattern of drought risk index of rice whole growth stage under different future scenarios in Guizhou province

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)未來(lái)氣候變化情景下貴州省水稻各發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，這與馬欣等[22]人研究結(jié)果較為一致。然而，至21世紀(jì)末期，貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，這主要與氣溫升高引起的極端氣候發(fā)生頻率增加有關(guān)[23]。水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生不僅受到降水、氣溫等自然因素影響，還受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響。本研究利用降水距平百分率進(jìn)行未來(lái)貴州省水稻各發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，能夠反映未來(lái)氣候變化對(duì)貴州省水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)的影響，卻忽視了氣溫、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，因此，今后應(yīng)綜合多種干旱評(píng)估方法以及多種干旱影響因素進(jìn)行水稻干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而提供干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性。

RCP2.6和RCP4.5情景下2016-2035年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)低于2046-2065年和2081-2100年，RCP8.5情景下，2016-2035年和2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風(fēng)險(xiǎn)低于2081-2100年。未來(lái)各氣候變化情景下，貴州省水稻移栽分蘗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較低，抽穗成熟期干旱風(fēng)險(xiǎn)居中，拔節(jié)孕穗期干旱風(fēng)險(xiǎn)較高。2016-2035年貴州省水稻各發(fā)育期和全發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)空間差異較大，2046-2065年和2081-2100年貴州省水稻各發(fā)育期和全發(fā)育期干旱風(fēng)險(xiǎn)高值區(qū)多集中東部和北部，低值區(qū)主要分布南部和西部。

：

[1] 王 婷,袁淑杰,王 鵬,等.基于2種方法的四川水稻氣候干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)比[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2013,34(4):455-461.

[2] 張建平,劉宗元,何永坤,等.西南地區(qū)水稻干旱時(shí)空分布特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(10):3 103-3 110.

[3] 王連喜,左 晉,谷曉平,等.貴州水稻抽穗開(kāi)花期秋風(fēng)災(zāi)害指標(biāo)初探[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2013,34(2):215-220.

[4] 何 斌,武建軍,呂愛(ài)鋒.農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險(xiǎn)研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2010,29(5):557-564.

[5] 徐新創(chuàng),葛全勝,鄭景云,等.農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究綜述[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010,28(6):263-270.

[6] 劉琰琰,張玉芳,王明田,等.四川盆地水稻不同生育期干旱頻率的空間分布特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2016,37(2):238-244.

[7] 薛昌穎,張 弘,劉榮花.黃淮海地區(qū)夏玉米生長(zhǎng)季的干旱風(fēng)險(xiǎn)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2016,27(5):1 521-1 529.

[8] 王景紅,柏秦鳳,梁 軼,等.陜西蘋(píng)果干旱指數(shù)研究及基于縣域單元的蘋(píng)果干旱風(fēng)險(xiǎn)分布[J].氣象科技,2014,42(3):516-523.

[9] 張 蕾,霍治國(guó),黃大鵬,等.海南瓜菜春季干旱風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃[J].生態(tài)學(xué)雜志,2014,33(9):2 518-2 527.

[10] 賈建英,賀 楠,韓蘭英,等.基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論和ArcGIS的西南地區(qū)玉米干旱風(fēng)險(xiǎn)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(4):152-159.

[11] 彭貴芬,張一平,趙寧坤.基于信息分配理論的云南干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].氣象,2009,35(7):79-86.

[12] 曹永強(qiáng),李香云,馬 靜,等.基于可變模糊算法的大連市農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].資源科學(xué),2011,33(5).983-988.

[13] 劉曉云,王勁松,李耀輝,等.基于Copula函數(shù)的中國(guó)南方干旱風(fēng)險(xiǎn)特征研究[J].氣象學(xué)報(bào),2015,73(6):1 080-1 091.

[14] 朱 琳,葉殿秀,陳建文,等.陜西省冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)分析及區(qū)劃[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào);2002,13(2):201-206.

[15] 楊 平,張麗娟,趙艷霞,等.黃淮海地區(qū)夏玉米干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015,23(1):110-118.

[16] 王 鶯,王 靜,姚玉璧,等.基于主成分分析的中國(guó)南方干旱脆弱性評(píng)價(jià)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2014,23(12):1 897-1 904.

[17] 曹永強(qiáng),馬 靜,李香云,等.投影尋蹤技術(shù)在大連市農(nóng)業(yè)干旱脆弱性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].資源科學(xué),2011,33(6):1 106-1 110.

[18] 閻 莉,張繼權(quán),王春乙,等.遼西北玉米干旱脆弱性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建與區(qū)劃研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2012,20(6):788-794.

[19] 張嬌艷,李 揚(yáng),吳戰(zhàn)平,等.RCPs情景下貴州省氣候變化預(yù)估分析[J].氣象科技,2017,45(1):107-114.

[20] 楊建瑩,霍治國(guó),吳 立,等.西南地區(qū)水稻洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2016,37(5):564-577.

[21] 袁淑杰,王 婷,王 鵬.四川省水稻氣候干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究[J].冰川凍土,2013,35(4):1 036-1 043.

[22] 馬 欣,吳紹洪,李玉娥,等.未來(lái)氣候變化對(duì)我國(guó)南方水稻主產(chǎn)區(qū)季節(jié)性干旱的影響評(píng)估[J].地理學(xué)報(bào),2013,67(11):1 451-1 460.

[23] 王美麗,高學(xué)杰,石 英.RegCM4模式對(duì)云南及周邊地區(qū)干旱化趨勢(shì)的預(yù)估[J].高原氣象,2015,34:706-713.