湖南晚稻洪澇過程等級指標(biāo)構(gòu)建與演變特征

汪天穎 霍治國 楊建瑩 李旭輝 吳 立 張桂香

1)(中國氣象科學(xué)研究院， 北京 100081)2)(氣象防災(zāi)減災(zāi)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長沙 410118)3)(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心， 南京 210044)4)(南京信息工程大學(xué)耶魯-南京信息工程大學(xué)大氣環(huán)境中心， 南京 210044)

引 言

湖南地處長江中游地區(qū)，極端降水出現(xiàn)頻繁，洪澇災(zāi)害風(fēng)險較高[1-3]，且季節(jié)性強(qiáng)，發(fā)生在夏秋居多[4]，占全年的90%以上[5]。水稻是湖南主要糧食作物，其中晚稻食用品質(zhì)好[6-7]，是該地區(qū)主要的食用稻種類。湖南晚稻的生長期在盛夏至秋季，正是洪澇高發(fā)時段。水稻是濕生作物，耐漬能力比一般旱地作物強(qiáng)，但當(dāng)遭遇過量降水，淹水達(dá)一定株高深度、甚至沒頂?shù)难蜐趁{迫時，水稻的生理代謝、生長發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成、米粒品質(zhì)等均受影響[8-12]。如2015年11月湖南出現(xiàn)秋澇，造成成熟收獲期晚稻倒伏、落粒、谷粒霉變等現(xiàn)象，晚稻受災(zāi)9.9×103hm2，絕收5×102hm2[13]。因此，研究湖南晚稻洪澇等級指標(biāo)與時空變化，對實(shí)現(xiàn)洪澇災(zāi)害實(shí)時監(jiān)測預(yù)警[14]，保障糧食安全與區(qū)域農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)有重要意義。

目前研究大尺度晚稻洪澇主要有遙感、天氣氣候和農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)。遙感類指標(biāo)通過結(jié)合水稻產(chǎn)量，基于遙感資料構(gòu)建水體渾濁指數(shù)(WTI)和垂直植被指數(shù)(PVI)指標(biāo)[15]。該類指標(biāo)可以反映水稻受澇減產(chǎn)實(shí)況，但由于衛(wèi)星圖像時間尺度的限制，缺乏預(yù)報(bào)預(yù)警的時效性。天氣氣候類指標(biāo)主要基于既有的暴雨氣象災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)，選取洪澇相關(guān)的氣象致災(zāi)要素作為指標(biāo)，晚稻洪澇上應(yīng)用的指標(biāo)主要有生長季內(nèi)暴雨等級的降水量、暴雨日數(shù)、過程累積降水量[16]，應(yīng)用在其他產(chǎn)季水稻上的還有過程降水量、過程降水日數(shù)等指標(biāo)[17]。天氣氣候類指標(biāo)反映了氣象條件對晚稻洪澇災(zāi)害發(fā)生的可能影響，但缺乏對災(zāi)損的定量化考察，對作物實(shí)際受災(zāi)程度的反映能力有限。農(nóng)業(yè)氣象類指標(biāo)通過建立氣象要素與作物生長狀況的對應(yīng)關(guān)系，綜合構(gòu)建反映洪澇災(zāi)害對晚稻產(chǎn)量形成影響的指標(biāo)，如段海來等[18]應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)和作物蒸散量共同構(gòu)建了華南晚稻洪澇指數(shù)(FI)指標(biāo)，并建立了晚稻不同生育時期的風(fēng)險評估模型。該類指標(biāo)對晚稻有針對性，可用于晚稻各生育時段受洪澇影響程度的判斷，但由于缺乏具體災(zāi)變閾值，在預(yù)報(bào)預(yù)警的應(yīng)用上有局限。

本文以湖南晚稻洪澇災(zāi)害為研究對象，從日尺度降水量數(shù)據(jù)出發(fā)，結(jié)合長時間序列洪澇災(zāi)情歷史記錄，統(tǒng)計(jì)分析不同晚稻生育時段過程降水量對晚稻的影響，構(gòu)建針對湖南地區(qū)的晚稻分生育時段洪澇災(zāi)害等級指標(biāo)，并分析晚稻洪澇災(zāi)害發(fā)生的時空變化規(guī)律，為準(zhǔn)確評估洪澇災(zāi)害對晚稻生長發(fā)育的影響、實(shí)現(xiàn)區(qū)域水稻洪澇災(zāi)害實(shí)時監(jiān)測預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源與預(yù)處理

湖南省雙季晚稻種植區(qū)來源于《湖南氣候與作物氣象》[19]；1984—2015年晚稻生育期觀測資料(播種、出苗、三葉、移栽、返青、分蘗、拔節(jié)、孕穗、抽穗、乳熟、成熟期)來源于研究區(qū)域內(nèi)17個農(nóng)業(yè)氣象觀測站點(diǎn)；晚稻洪澇災(zāi)情歷史記錄來源于《中國氣象災(zāi)害大典(湖南卷)》[20]、《中國氣象災(zāi)害年鑒》[21-23]、《湖南省氣候公報(bào)》和湖南民政部門統(tǒng)計(jì)信息；降水資料來源于國家氣象信息中心國家級地面氣象站基本氣象要素逐日資料，包括研究區(qū)域68個氣象站1961—2010年的逐日降水量。研究區(qū)域氣象站和農(nóng)業(yè)氣象觀測站分布如圖1所示。

晚稻洪澇災(zāi)害等級劃分。依據(jù)歷史記錄中晚稻(農(nóng)作物)洪澇災(zāi)情的記錄，將晚稻洪澇災(zāi)害劃分為輕澇、中澇和重澇3個等級，其中輕澇的描述為受災(zāi)、淹田，中澇的描述為成災(zāi)、水沖沙壓，重澇的描述為絕收、失收、沖毀。

晚稻生育時段劃分。對1984—2015年的湖南晚稻不同生育期的觀測資料分別進(jìn)行平均值處理，由于各年代湖南晚稻生育期的變化不大，應(yīng)用進(jìn)入生育期的平均日期劃分各個生育時段。已有的水稻淹澇脅迫敏感性試驗(yàn)表明，不同生長時段水稻的淹澇敏感性與日最高氣溫關(guān)系緊密[24]。與早稻生長期內(nèi)前低后高的環(huán)境溫度相反，晚稻生長前期處于夏季，生長期內(nèi)氣溫前高后低，生長前期的淹澇敏感度高于后期，而拔節(jié)-孕穗期敏感度最高[25]。因此,將晚稻移栽至大田后的生育時段劃分成移栽-分蘗期(07-23—08-17)、拔節(jié)-孕穗期(08-18—09-09)、抽穗-成熟期(09-10—11-10)3個階段研究。

圖1 研究區(qū)域氣象站與農(nóng)業(yè)氣象觀測站分布Fig.1 Meteorological stations and agrometeorological stations in the target region

基于歷史記錄中晚稻洪澇災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)、受災(zāi)程度，結(jié)合氣象站降水資料，反演晚稻受災(zāi)時段及其前后連續(xù)的過程降水實(shí)況，得到湖南晚稻3個生育時段3個洪澇災(zāi)害等級8個樣本集合(抽穗-成熟期重澇災(zāi)害無樣本)共125個樣本，樣本類型為受災(zāi)生育時段-受災(zāi)程度-受災(zāi)地點(diǎn)-過程降水量。以1981年10月17—19日的晚稻洪澇樣本構(gòu)建為例，歷史記錄為“醴陵、攸縣出現(xiàn)大暴雨，淹田損害莊稼”，判斷洪澇等級為輕澇，對應(yīng)計(jì)算醴陵、攸縣氣象站相應(yīng)受災(zāi)歷史時段及其前后的連續(xù)性過程降水量分別為149.3 mm，125.3 mm，所處生育時段為抽穗-成熟期，構(gòu)建兩個洪澇樣本為抽穗-成熟期-醴陵-輕澇-146.3 mm、抽穗-成熟期-攸縣-輕澇-125.3 mm。預(yù)留20個災(zāi)害樣本以進(jìn)行指標(biāo)驗(yàn)證，用于構(gòu)建湖南晚稻洪澇指標(biāo)的災(zāi)害樣本共105個(表1)。

表1 湖南晚稻洪澇災(zāi)害樣本分布Table 1 Detail information of late rice flood disaster samples in Hunan

1.2 洪澇等級指標(biāo)構(gòu)建

水稻洪澇災(zāi)害等級與過程降水量的大小關(guān)系緊密。在遴選出擬合度高的過程降水量集合理論概率分布型的基礎(chǔ)上，選取達(dá)到顯著性差異的臨界概率值構(gòu)建閾值，作為量化不同洪澇致災(zāi)等級的過程降水量臨界值。

1.2.1 過程降水量理論概率分布型擬合

采用Q-Q圖(quantile-quantile plot)，選取正態(tài)分布、均勻分布、拉普拉斯分布[26]、柏拉圖分布[27]等概率密度函數(shù)，對晚稻洪澇8個樣本集合的過程降水量理論概率分布型進(jìn)行擬合。Q-Q圖是一種擬合優(yōu)度檢驗(yàn)法，通過提出假設(shè)檢驗(yàn)、作分位數(shù)散點(diǎn)圖的方法對兩個序列概率分布的擬合程度進(jìn)行比較，近年國內(nèi)外學(xué)者在分子生物學(xué)[28-29]、數(shù)理統(tǒng)計(jì)與概率[30]等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，用以分析數(shù)值數(shù)據(jù)與理論概率的符合程度。Q-Q圖假設(shè)待檢驗(yàn)資料集X是來自理論分布F(x)的隨機(jī)樣本，其順序統(tǒng)計(jì)量為X1≤X2≤…≤Xn。則

(1)

x=F-1(Fn(x))。

(2)

對于假設(shè)H0：X～F(x)成立時，所有散點(diǎn)(Xi,F-1(Fn(Xi)))位于y=x線上。

1.2.2 分布型檢驗(yàn)

選用W檢驗(yàn)法對擬合度較高的分布型進(jìn)行檢驗(yàn)。W檢驗(yàn)法使用順序統(tǒng)計(jì)量W檢驗(yàn)原始數(shù)據(jù)分布的正態(tài)性[31]，對于樣本量較少的檢驗(yàn)同樣適用(3≤n<2000)，通過計(jì)算統(tǒng)計(jì)量W，對于給定顯著性水平P=0.05，如果W>W0.05，則表明在該顯著性水平上數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

1.2.3 災(zāi)害指標(biāo)等級閾值率定

應(yīng)用t分布區(qū)間估計(jì)方法對過程降水量樣本進(jìn)行區(qū)間概率估計(jì)，t分布在正態(tài)總體方差未知的小樣本情況下用以估計(jì)總體指標(biāo)，利于更準(zhǔn)確反映總體的概率區(qū)間[32]。通過選取達(dá)到顯著性差異的臨界概率值α，以各樣本集合總體平均值的t分布顯著性水平為0.1或以上的整數(shù)值作為災(zāi)害指標(biāo)等級劃分的閾值[33]。

1.3 晚稻洪澇指標(biāo)驗(yàn)證

應(yīng)用預(yù)留的獨(dú)立洪澇災(zāi)害樣本對指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。預(yù)留樣本采用隨機(jī)選取的原則，選自不同年代、不同洪澇等級樣本共20個。基于站點(diǎn)降水資料，檢驗(yàn)歷史記錄時段中，依據(jù)晚稻洪澇指標(biāo)計(jì)算得到的洪澇災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)、強(qiáng)度與歷史記錄中的災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)、強(qiáng)度是否一致。

1.4 洪澇發(fā)生趨勢

采用M-K方法(Mann-Kendall法)檢驗(yàn)1961—2010年晚稻洪澇次數(shù)的趨勢和突變[34-35]。M-K方法對于給定時間段樣本序列，構(gòu)建其順、逆時間秩序列，分別計(jì)算其統(tǒng)計(jì)量UFk,UBk，繪制UF和UB線。UFk大于0表示序列呈上升趨勢，反之同理。P=0.05顯著性水平的統(tǒng)計(jì)量臨界值為±1.96，UF和UB線在臨界線內(nèi)的交點(diǎn)為突變開始時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)構(gòu)建

分別對晚稻洪澇8組樣本集合的過程降水量序列進(jìn)行均勻分布、正態(tài)分布、指數(shù)分布、拉普拉斯分布、柏拉圖分布概率函數(shù)的Q-Q 圖擬合，部分結(jié)果如圖2所示(指數(shù)分布、柏拉圖分布的擬合圖略)。由Q-Q圖原理可知，樣本實(shí)際值與擬合值更貼近且均勻分布于y=x線兩側(cè)則說明與該概率分布型擬合程度更好，8組樣本與正態(tài)分布的擬合度優(yōu)于其他4種分布類型。對8組樣本分別進(jìn)行W檢驗(yàn)以驗(yàn)證其正態(tài)性，各生育時段過程降水量的W檢驗(yàn)結(jié)果移栽-分蘗期輕、中、重澇分別為0.07，0.94，0.51；拔節(jié)-孕穗期輕、中、重澇分別為0.07，0.94，0.31；抽穗-成熟期輕、中澇分別為0.06，0.37；均達(dá)到0.05顯著性水平，認(rèn)為8組樣本序列均服從正態(tài)分布。

圖2 湖南晚稻洪澇過程降水量樣本序列不同概率函數(shù)的Q-Q圖擬合Fig.2 Quantile-quantile plots in different probability function of late rice flood process precipitation

續(xù)圖2

選取臨界概率值α=0.01,α=0.05和α=0.10，對8組樣本集合的過程降水量分別進(jìn)行t分布運(yùn)算，應(yīng)用各樣本集合總體平均值的t分布在0.1以上顯著性水平估計(jì)的整數(shù)值作為災(zāi)害指標(biāo)等級劃分的閾值。晚稻洪澇災(zāi)害等級指標(biāo)閾值如表2所示。以晚稻抽穗-成熟期中澇、重澇的指標(biāo)構(gòu)建為例,計(jì)算得到晚稻抽穗-成熟期中澇樣本集合的t分布0.05 顯著性水平下限為209.8 mm，即理論認(rèn)為低于該下限的數(shù)值屬于中澇集合的概率小于5%，因此,向下取整數(shù)，得到抽穗-成熟期中澇下限閾值為209 mm；由于歷史記錄缺少晚稻抽穗-成熟期的重澇樣本，此處計(jì)算抽穗-成熟期中澇樣本集合的0.01 顯著性水平上限為276.3 mm，即理論認(rèn)為高于此上限的數(shù)值屬于中澇的概率小于1%，可認(rèn)為屬于重澇，因此,向上取整數(shù)277 mm作為抽穗-成熟期重澇的下限閾值，同時作為中澇上限閾值。得到晚稻各生育時段輕、中、重澇過程降水量下限閾值移栽-分蘗期分別為131,187,251 mm；拔節(jié)-孕穗期分別為133，190，264 mm；抽穗-成熟期分別為137，209，277 mm。

表2 湖南晚稻洪澇災(zāi)害等級指標(biāo)Table 2 Grade indicators of late rice flood disaster in Hunan

注： *表示達(dá)到0.01顯著性水平，**表示達(dá)到0.05顯著性水平，

***表示達(dá)到0.1顯著性水平。

2.2 指標(biāo)驗(yàn)證

應(yīng)用預(yù)留的獨(dú)立過程降水量樣本對指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表3所示。20個驗(yàn)證樣本中，19個樣本受災(zāi)地點(diǎn)與歷史記錄完全符合，準(zhǔn)確率為95%；19個受災(zāi)地點(diǎn)符合的樣本中1個樣本受災(zāi)等級與原記錄相差1級，但未出現(xiàn)跨級差異；18個樣本受災(zāi)地點(diǎn)和等級與歷史記錄完全符合，準(zhǔn)確率為90%。本文構(gòu)建的晚稻洪澇等級指標(biāo)能較好地反映災(zāi)害實(shí)際發(fā)生情況。表3中有關(guān)1981年8月災(zāi)害的歷史記載為“8月10—18日，華容大暴雨成災(zāi)，淹田損害莊稼”，判斷受災(zāi)程度為輕澇。該時段晚稻處于移栽-分蘗期，對照相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證結(jié)果為華容(186.2 mm)屬于輕澇?？梢娪?jì)算得出的洪澇災(zāi)害地點(diǎn)和級數(shù)與記錄基本相符。

表3 湖南晚稻洪澇指標(biāo)的驗(yàn)證結(jié)果Table 3 Flood grade validation result of late rice in Hunan

2.3 晚稻洪澇的時間變化趨勢與突變

應(yīng)用構(gòu)建的晚稻洪澇指標(biāo)、區(qū)域晚稻生育期資料和68個氣象站降水資料，得到1961—2010年湖南晚稻各生育時段、各等級洪澇次數(shù)，結(jié)合M-K法，分析1961—2010年晚稻洪澇次數(shù)的時間變化趨勢和突變情況。

湖南晚稻總洪澇次數(shù)的時間變化和M-K統(tǒng)計(jì)量曲線見圖3。晚稻洪澇發(fā)生較嚴(yán)重的年份包括1961，1969，1980，1987，1988，1994，1997年(圖3a)，平均總洪澇頻次超過0.40次/站；其中1969年、1988年和1994年湖南晚稻平均總洪澇頻次為50年中的前三高值，分別達(dá)到0.62次/站、0.51次/站和0.51次/站。歷史記載中，1969年湖南大部分地區(qū)發(fā)生洪澇，1988年和1994年發(fā)生全省性秋澇。

由M-K統(tǒng)計(jì)量曲線(圖3b)可知，UF線表示變化趨勢，UF值低于0表示降低趨勢，UF與UB線交叉值為突變點(diǎn)。晚稻洪澇次數(shù)在1994年發(fā)生突變，洪澇次數(shù)在1961—1993年、1994—2010年兩個時間段呈現(xiàn)降低趨勢，其中1962—1965年下降趨勢顯著(達(dá)到0.05顯著性水平)，其余時段降低趨勢不顯著。20世紀(jì)60年代、90年代平均每年每站晚稻總洪澇次數(shù)分別為0.23次、0.21次，是晚稻洪澇發(fā)生次數(shù)最多的年代。

圖3 1961—2010年湖南晚稻總洪澇次數(shù)的時間變化(a)和M-K統(tǒng)計(jì)量曲線(b)Fig.3 Temporal distribution and Mann-Kendall test of total flood frequency during whole growth period of late rice in Hunan from 1961 to 2010

圖4為1961—2010年湖南晚稻分生育時段每站平均輕澇、中澇、重澇和總洪澇次數(shù)隨時間變化?？傮w上，晚稻移栽-分蘗期總洪澇次數(shù)最高，拔節(jié)-孕穗期次之，抽穗-成熟期最低。同一生育時段內(nèi)，洪澇次數(shù)隨災(zāi)害等級增加而減少。不同生育時段中輕澇、中澇、重澇次數(shù)對該時段總洪澇次數(shù)貢獻(xiàn)比例移栽-分蘗期分別為65.68%，28.12%，6.20%；拔節(jié)-孕穗期分別為56.45%，29.49%，14.06%；抽穗-成熟期分別為86.28%，11.02%，2.70%；輕澇在抽穗-成熟期的發(fā)生率最高，中澇和重澇在拔節(jié)-孕穗期的發(fā)生率最高。50年中移栽-分蘗期、抽穗-成熟期、拔節(jié)-孕穗期總洪澇次數(shù)的最高值分別出現(xiàn)在1969年、1988年、1987年，根據(jù)歷史記錄，1969年7—8月暴雨致災(zāi)頻繁，1988年8月下旬—9月中旬、1987年10月發(fā)生了歷史罕見的洪澇。20世紀(jì)60年代和90年代晚稻各生育時段洪澇次數(shù)相對較多，70年代晚稻洪澇主要發(fā)生在移栽-分蘗期，80年代主要在拔節(jié)-成熟期。結(jié)合圖3可知，2001—2010年每站平均晚稻總洪澇次數(shù)主要減少在移栽-分蘗期和抽穗-成熟期，而拔節(jié)-孕穗期總洪澇次數(shù)與20世紀(jì)90年代持平。

圖4 湖南晚稻各生育時段各等級洪澇和總洪澇次數(shù)時間變化Fig.4 Temporal distribution of each grade and total flood frequency during different growth periods of late rice in Hunan

2.4 晚稻洪澇災(zāi)害的空間演變特征

1961—2010年湖南晚稻分生育時段和全生育期的總洪澇次數(shù)空間分布如圖5所示。晚稻移栽-分蘗期主要洪澇地區(qū)位于湘東南山區(qū)，總洪澇頻次在0.19次·a-1以上，其次在湘北洞庭湖平原，超過0.13次·a-1；拔節(jié)-孕穗期主要洪澇位于湘南郴州和永州北部山區(qū)，總洪澇頻次在0.10次·a-1以上；抽穗-成熟期主要洪澇地區(qū)在邵陽西部山區(qū)，總洪澇頻次在0.07次·a-1以上。湖南晚稻總洪澇的高發(fā)地區(qū)主要位于研究區(qū)域的山區(qū)地帶，包括湘東南郴州、湘北岳陽，總洪澇頻次高于0.21次·a-1。洪澇相對較少發(fā)生地區(qū)主要位于湘中及以南的衡邵盆地。

圖5 1961—2010年湖南晚稻不同生育時段和全生育期總洪澇頻次空間分布Fig.5 Spatial distribution of total flood frequency during different growth periods and whole growth period of late rice in Hunan from 1961 to 2010

1961—2010年湖南晚稻全生育期各等級洪澇頻次空間分布如圖6所示。晚稻輕澇主要發(fā)生在常德地區(qū)和郴州地區(qū)，頻次在0.16次·a-1以上；中澇主要發(fā)生于郴州、常德西部和岳陽北部地區(qū)，頻次在0.10次·a-1以上；重澇主要發(fā)生于湘中婁底和湘南郴州山區(qū)，頻次高于0.06次·a-1。重澇區(qū)域與近50年長江流域暴雨日數(shù)高值分布區(qū)吻合程度高，且近年來暴雨日數(shù)呈增加趨勢[36]，說明該區(qū)域出現(xiàn)降水致澇的可能性較大，洪澇對該區(qū)域晚稻生產(chǎn)有長年代持續(xù)性的影響，且影響力有增強(qiáng)趨勢。

圖7為1961—2010年湖南晚稻全生育期總洪澇年代際變化。晚稻總洪澇高發(fā)區(qū)在20世紀(jì)60年代至80年代逐漸縮小，90年代范圍擴(kuò)大，21世紀(jì)初高發(fā)區(qū)范圍縮小。同時，晚稻同等級洪澇高發(fā)區(qū)的年代際分布不完全一致(圖略)。輕澇高發(fā)區(qū)在20世紀(jì)60年代主要位于湘北洞庭湖區(qū)，70年代湘北和湘南均有分布，80年代至21世紀(jì)主要位于湘中以南的山區(qū)地帶；中澇高發(fā)區(qū)在20世紀(jì)60和70年代主要位于湘北湖區(qū)和湘南山區(qū)，80年代主要位于湘北湖區(qū)和湘東幕阜山脈，90年代至21世紀(jì)初主要位于湘中以南山區(qū)；重澇在20世紀(jì)60年代主要發(fā)生在湘北、湘東和湘南，70年代發(fā)生頻次達(dá)到最低值，80年代至21世紀(jì)初主要發(fā)生在湘中以南。隨研究時段內(nèi)年代增加，晚稻各等級洪澇和總洪澇高發(fā)區(qū)均向南有所推移。

3 結(jié)論與討論

研究表明：

1) 應(yīng)用Q-Q圖分別對晚稻歷史記錄中不同生育時段、不同災(zāi)害等級的洪澇災(zāi)害過程降水量樣本集合進(jìn)行了5種理論概率分布的擬合，并采用W檢驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)正態(tài)分布為各集合樣本序列的最優(yōu)理論分布型。

2) 利用t分布計(jì)算構(gòu)建了基于過程降水量0.1或以上顯著性水平閾值的湖南晚稻分生育時段洪澇災(zāi)害等級指標(biāo)，指標(biāo)驗(yàn)證與災(zāi)情歷史記錄吻合率為90%，能較好反映湖南晚稻洪澇實(shí)際受災(zāi)情況。晚稻各等級指標(biāo)閾值均以抽穗-成熟期最高，拔節(jié)-孕穗期次之，移栽-分蘗期最低。

3) 湖南晚稻洪澇主要發(fā)生年份為1961，1969，1980，1987，1988，1994，1997年，總洪澇次數(shù)在1994年發(fā)生高值突變，之后呈下降趨勢?？偤闈炒螖?shù)在移栽-分蘗期最高，拔節(jié)-孕穗期次之，抽穗-成熟期最低。晚稻輕澇在抽穗-成熟期發(fā)生率最高，中澇和重澇在拔節(jié)-孕穗期發(fā)生率最高。

4) 湖南晚稻總洪澇的高發(fā)區(qū)主要位于研究區(qū)域的山區(qū)地帶，包括湘東南郴州、湘北岳陽，其中重澇主要發(fā)生于湘中婁底和湘南郴州山區(qū)；洪澇相對較少地區(qū)主要位于湘中及以南的衡邵盆地。晚稻總洪澇高發(fā)區(qū)在20世紀(jì)60年代至80年代逐漸縮小，90年代范圍擴(kuò)大。隨研究時段內(nèi)年代的增加，晚稻各等級洪澇和總洪澇高發(fā)區(qū)均向南有所推移。

田間試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，晚稻生長前期受高溫環(huán)境影響，對淹澇脅迫的敏感度比后期高[25]，且晚稻受洪澇災(zāi)害程度與植株淹澇深度關(guān)聯(lián)緊密[37-38]，晚稻生長前期植株較矮，與生長中后期相比，較低的降水量即可能造成晚稻澇害；另外，依據(jù)FAO對作物需水系數(shù)的研究[39]，推薦水稻分段作物需水系數(shù)從大到小依次為生育中期、快速發(fā)育期、初始生長期，即晚稻在拔節(jié)-孕穗期的需水量高于前期。因此，本研究得到的晚稻移栽-分蘗期閾值低于拔節(jié)-孕穗期合理。而田間考察[40]與控制試驗(yàn)[25]結(jié)果均表明，晚稻拔節(jié)-孕穗期相較抽穗-成熟期對淹澇更敏感。本研究中抽穗-成熟期指標(biāo)高于拔節(jié)-孕穗期，與田間試驗(yàn)和考察的結(jié)論相符。湖南夏季多旱情[41-42]且秋季氣候呈向旱轉(zhuǎn)變趨勢[43]，降水前期有助于緩解旱情，因此，相比已有的湖南早稻洪澇等級指標(biāo)研究[44]，晚稻的中澇和重澇的指標(biāo)閾值較高。綜合考慮晚稻需水量、過程降水量和晚稻不同生育時期對洪澇敏感的差異性，本研究得到各等級洪澇閾值均隨晚稻生育進(jìn)程而增加的結(jié)果較為合理。

湖南晚稻各生育時段的洪澇次數(shù)以移栽-分蘗期最高，拔節(jié)-孕穗期次之，抽穗-成熟期最低，這與華南地區(qū)晚稻不同生育期洪澇指數(shù)隨日序推移呈現(xiàn)遞減[18]的態(tài)勢相似。湖南晚稻洪澇次數(shù)在1994年后呈現(xiàn)下降趨勢，與湖南秋季降水距平[43]和降水日數(shù)[45]減少的結(jié)果一致。研究時段內(nèi)隨年代增加，晚稻各等級洪澇和總洪澇高發(fā)區(qū)均向南有所推移，與長江中下游汛期暴雨分布呈現(xiàn)南部多、向北遞減[46]的變化特征相同。湖南晚稻洪澇主要發(fā)生在湘東南郴州和湘北安化、岳陽的山區(qū)，該區(qū)域與王冀等[47]研究1960—2005年長江中下游降水強(qiáng)度空間分布吻合度高，結(jié)合晚稻拔節(jié)-孕穗期重澇發(fā)生率高的特點(diǎn)，可以盡量避免在該地區(qū)海拔低的位置種植，以降低晚稻洪澇致災(zāi)風(fēng)險。還有學(xué)者對湖南晚稻的需水量分布進(jìn)行了研究，認(rèn)為湘南衡陽、湘中長沙晚稻比湘北常德缺水率高[48]，本研究同樣發(fā)現(xiàn)湘中、湘南衡邵盆地晚稻洪澇發(fā)生頻次與湘北相比較少，受洪澇災(zāi)害影響較輕。

水稻洪澇災(zāi)害形成機(jī)制復(fù)雜，涉及天氣氣候、地形、淹澇水環(huán)境渾濁度及農(nóng)事活動等多種要素。本研究基于湖南歷史災(zāi)害實(shí)況構(gòu)建的晚稻分生育時段洪澇等級指標(biāo)，細(xì)致考察至具體受災(zāi)日序區(qū)間、受災(zāi)縣市、具體災(zāi)情，反映了災(zāi)害風(fēng)險要素的綜合影響。過程降水量等級指標(biāo)使用簡單，所需資料易于獲取，可結(jié)合實(shí)時降水量和降水量預(yù)報(bào)，及時、高效開展當(dāng)?shù)赝淼竞闈碁?zāi)害監(jiān)測、預(yù)警和評估服務(wù)。同時，在明確致災(zāi)因子和反演足量歷史災(zāi)情樣本的基礎(chǔ)上，本研究方法可供其他災(zāi)種或其他區(qū)域洪澇等級指標(biāo)研究參考。

災(zāi)情資料處理過程中，由于災(zāi)情記載的精準(zhǔn)性相對不足，未能將晚稻受災(zāi)面積與其他農(nóng)作物受災(zāi)面積全部細(xì)分開來。但湖南晚稻生產(chǎn)期間的農(nóng)作物比較單一，歷年晚稻作物是主體，且晚稻種植面積和地點(diǎn)往往變化不大。本研究將過程降水量與晚稻(農(nóng)作物)洪澇歷史災(zāi)情耦合，可以較好地反映晚稻受災(zāi)的總體狀況，但若能將各縣市災(zāi)情歷史記錄中受災(zāi)作物、受災(zāi)面積、受災(zāi)程度細(xì)化挖掘分析，將進(jìn)一步提高晚稻洪澇等級指標(biāo)的精度。本研究中災(zāi)害閾值的構(gòu)建方法基于概率置信區(qū)間計(jì)算，對于少數(shù)落在臨界值外的災(zāi)害樣本反映程度有限，且用于樣本序列擬合的分布型遴選自5個理論概率分布型，是否有擬合度優(yōu)于正態(tài)分布型的概率密度函數(shù)，有待進(jìn)一步探討。此外，研究中使用的氣象站降水資料對區(qū)域降水致洪情況的反映有局限性[49]，可利用近年新建的區(qū)域加密自動氣象站資料進(jìn)一步分析，或利用區(qū)域氣候模擬、模型輸出補(bǔ)充站點(diǎn)觀測資料，精細(xì)化指標(biāo)研究。