中國(guó)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害研究進(jìn)展

霍治國(guó) 尚 瑩 鄔定榮 吳 立 范雨嫻 王培娟 楊建瑩 王純枝

1)(中國(guó)氣象科學(xué)研究院， 北京 100081) 2)(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心， 南京 210044) 3)(福建省氣象服務(wù)中心， 福州 350001) 4)(湖南省益陽(yáng)市氣象局， 益陽(yáng) 413000) 5)(國(guó)家氣象中心， 北京 100081)

小麥干熱風(fēng)災(zāi)害是危害我國(guó)北方麥區(qū)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一?；谝延醒芯砍晒蛯?shí)際災(zāi)情，從干熱風(fēng)的概念、分類(lèi)及研究方法出發(fā)，對(duì)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的危害機(jī)理、氣象環(huán)境成因、致災(zāi)指標(biāo)、時(shí)空分布、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)及防御措施等方面進(jìn)行了系統(tǒng)歸納闡述，并對(duì)未來(lái)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害研究方向進(jìn)行展望。我國(guó)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害主要分為高溫低濕型、雨后青枯型及旱風(fēng)型3種，形成的氣象環(huán)境成因主要受干熱風(fēng)天氣系統(tǒng)、氣候變暖、土壤墑情的影響，致災(zāi)指標(biāo)主要分為形態(tài)學(xué)、氣象學(xué)、綜合指數(shù)指標(biāo)。小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的危害總體呈東西兩邊重、中間輕的分布格局，主要發(fā)生在黃淮海平原、河西走廊和新疆3個(gè)地區(qū)。氣候變暖背景下，大部分地區(qū)的干熱風(fēng)年日數(shù)在20世紀(jì)80—90年代出現(xiàn)突變，近30年呈明顯加重?cái)U(kuò)大趨勢(shì)?；谕寥缐勄橛绊懙男←湼蔁犸L(fēng)災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)構(gòu)建、小麥干熱風(fēng)過(guò)程的災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法、氣候變化背景下小麥干熱風(fēng)災(zāi)害時(shí)空分布新變化及其氣象環(huán)境成因等是今后研究的重點(diǎn)方向。

引 言

政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(IPCC)第4次、第5次報(bào)告指出，全球變暖影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，造成作物生產(chǎn)不穩(wěn)定性增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)災(zāi)害頻發(fā)。氣候變化造成極端氣候事件愈強(qiáng)愈多[1-3]，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害格局發(fā)生改變[4]，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及糧食安全造成顯著影響[5-9]。僅2016年因農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害導(dǎo)致的農(nóng)作物受災(zāi)面積就達(dá)2.62×107hm2，占全國(guó)農(nóng)作物種植面積的15.7%。我國(guó)是糧食生產(chǎn)大國(guó)，小麥?zhǔn)莾H次于水稻的第二大糧食作物。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司統(tǒng)計(jì)顯示，2016年我國(guó)小麥產(chǎn)量達(dá)1.29×108t，占糧食總量的20.9%。干熱風(fēng)是影響我國(guó)小麥產(chǎn)量的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，一般年份會(huì)造成減產(chǎn)5%～10%，嚴(yán)重年份減產(chǎn)20%～30%[10]。如1982年我國(guó)北方13個(gè)省(市、區(qū))小麥?zhǔn)芨蔁犸L(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重危害，受災(zāi)面積達(dá)1.44×107hm2,占小麥種植面積的70.9%，導(dǎo)致小麥減產(chǎn)1.84×109～3.68×109kg[11]。

我國(guó)自20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始對(duì)干熱風(fēng)進(jìn)行研究，小麥干熱風(fēng)災(zāi)害研究成果多集中于70年代末至80年代初，以北方小麥干熱風(fēng)科研協(xié)作組為代表，在小麥干熱風(fēng)氣象指標(biāo)、危害機(jī)理、分布規(guī)律、氣候區(qū)劃、環(huán)流特征及防御措施等方面取得重要研究成果。20世紀(jì)80年代末至21世紀(jì)初，有關(guān)小麥干熱風(fēng)氣象指標(biāo)及環(huán)流特征的研究進(jìn)一步發(fā)展。近20年來(lái)，研究多集中于小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的區(qū)域時(shí)空變化。隨著遙感技術(shù)、地面監(jiān)測(cè)儀器、天氣預(yù)報(bào)模式的發(fā)展，近10年小麥干熱風(fēng)的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)有了較大進(jìn)步。但在氣候變暖背景下，小麥干熱風(fēng)災(zāi)害發(fā)生格局呈擴(kuò)大加重態(tài)勢(shì)，已有的干熱風(fēng)氣象指標(biāo)已不能滿足業(yè)務(wù)需求，針對(duì)干熱風(fēng)災(zāi)害的深入研究亟待加強(qiáng)。

本文綜合多方面研究成果，對(duì)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的概念、分類(lèi)、致災(zāi)指標(biāo)、危害機(jī)理、氣象環(huán)境成因、時(shí)空分布、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)及防御等方面進(jìn)行梳理整合，以期為我國(guó)小麥種植布局調(diào)整、防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 概念與分類(lèi)

1.1 概 念

1.1.1 干熱風(fēng)

干熱風(fēng)是一種高溫低濕并伴有一定風(fēng)力的農(nóng)業(yè)災(zāi)害性天氣，通常發(fā)生在作物生長(zhǎng)旺盛期，高溫、低濕導(dǎo)致作物生理干旱，風(fēng)力則加劇干旱程度。干熱風(fēng)天氣一般在4—8月對(duì)我國(guó)小麥、棉花[12]、玉米[13]、水稻[14]、油菜[15]、柑橘[16]、葡萄、桑樹(shù)、茶樹(shù)[17]等作物產(chǎn)生危害，約2～4年出現(xiàn)1次嚴(yán)重的干熱風(fēng)年。如湖南省婁底地區(qū)在1981年6月、1985年5月、1988年5月發(fā)生3次干熱風(fēng)災(zāi)害，共造成柑橘損失2.84×104t，經(jīng)濟(jì)損失約3200多萬(wàn)元[16]。新疆哈密墾區(qū)在2001—2002年共發(fā)生2次干熱風(fēng)災(zāi)害，造成棉花減產(chǎn)達(dá)10%～15%[18]。國(guó)外干熱風(fēng)主要發(fā)生在俄羅斯歐洲部分的南部和東南部及中亞沙漠東部到西伯利亞森林草原地帶、烏克蘭、美國(guó)的南部和中西部、日本的西南溫帶、北非的撒哈拉一帶以及中東和澳大利亞[10]。

1.1.2 小麥干熱風(fēng)

小麥干熱風(fēng)是指在小麥揚(yáng)花灌漿期間出現(xiàn)的一種高溫低濕并伴有一定風(fēng)力的災(zāi)害性天氣。它可使小麥水分代謝失衡，嚴(yán)重影響小麥各種生理功能，千粒重明顯下降，導(dǎo)致顯著減產(chǎn)。危害輕年造成小麥減產(chǎn)5%～10%，千粒重下降1～3 g；危害重年導(dǎo)致小麥減產(chǎn)20%～30%或30%以上，千粒重下降4～5 g及以上。2000—2005年青海省諾木洪地區(qū)有無(wú)干熱風(fēng)年份的春小麥千粒重對(duì)比表明，出現(xiàn)干熱風(fēng)年份春小麥千粒重比無(wú)干熱風(fēng)年份春小麥千粒重低1.47～4.03 g[19]。1971—2010年內(nèi)蒙古包頭市因干熱風(fēng)天氣過(guò)程導(dǎo)致小麥減產(chǎn)共有11年，平均減產(chǎn)18%，最高減產(chǎn)38%，最低減產(chǎn)1%[20]。據(jù)2017年小麥干熱風(fēng)災(zāi)情實(shí)地調(diào)查記錄，2017年5月25—30日河南省商丘睢陽(yáng)區(qū)出現(xiàn)一次干熱風(fēng)過(guò)程，導(dǎo)致小麥干尖炸芒、干枯逼熟，千粒重減少2～3 g，與前一年相比降低5%。

1.2 分 類(lèi)

基于干熱風(fēng)發(fā)生時(shí)氣象要素不同組合對(duì)小麥影響與危害結(jié)果的差異，我國(guó)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害分為高溫低濕型、雨后青枯型及旱風(fēng)型3種。

1.2.1 高溫低濕型

高溫低濕型在小麥揚(yáng)花灌漿過(guò)程中均有可能發(fā)生，通常發(fā)生在小麥開(kāi)花后20 d前后至蠟熟期，是我國(guó)北方麥區(qū)干熱風(fēng)發(fā)生的主要類(lèi)型。干熱風(fēng)發(fā)生時(shí)，溫度突升，空氣濕度驟降，伴有一定風(fēng)速。高溫低濕型干熱風(fēng)特點(diǎn)為發(fā)生地域廣，常造成小麥大面積干枯逼熟死亡，產(chǎn)量下降明顯。河南省商丘地區(qū)此類(lèi)干熱風(fēng)占總干熱風(fēng)類(lèi)型發(fā)生的80%～90%[21]。1982年5月初起河北省1個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)6次干熱風(fēng)，導(dǎo)致9個(gè)地區(qū)小麥?zhǔn)転?zāi)6.67×105hm2[22]。2014年5月26—30日華北中南部、黃淮大部出現(xiàn)輕至重度干熱風(fēng)天氣，部分地區(qū)麥田受災(zāi)，冬小麥灌漿速率下降，造成減產(chǎn)。

1.2.2 雨后青枯型

雨后青枯型又稱雨后熱枯型、雨后枯熟型或青干，一般發(fā)生在乳熟后期，即小麥成熟前10 d左右，在一次降水過(guò)后天氣放晴，溫度突升，濕度驟降，引起小麥青枯早熟，多出現(xiàn)在黃淮海、寧夏以及青海地區(qū)。有時(shí)連陰雨天氣過(guò)后，高溫低濕天氣也可造成小麥青枯早熟。雨后氣溫回升越快，溫度越高，青枯發(fā)生越早，危害越重。如1967年5月末山西臨汾盆地、萬(wàn)榮縣、長(zhǎng)治盆地、晉中介休等平川地帶出現(xiàn)雨后青枯型干熱風(fēng)，天氣表現(xiàn)為雨后暴熱，導(dǎo)致小麥青干，千粒重比1965年降低15%～25%，祁縣全縣2.0×103hm2小麥未成熟即青干枯死[23]。但有時(shí)雨后濕度并不低，無(wú)風(fēng)同樣可造成青枯，導(dǎo)致嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)2017年小麥干熱風(fēng)災(zāi)情實(shí)地調(diào)查記錄，2017年5月30日河南省禹州出現(xiàn)雨后猛晴天氣，日最高氣溫在32℃左右，14:00(北京時(shí)，下同)相對(duì)濕度約為40%，14:00風(fēng)速為1 m/s，小麥出現(xiàn)青枯癥狀。

1.2.3 旱風(fēng)型

旱風(fēng)型又稱熱風(fēng)型，多在干旱年份發(fā)生，主要發(fā)生在新疆地區(qū)及西北黃土高原的多風(fēng)地帶。表現(xiàn)為在小麥揚(yáng)花灌漿期，風(fēng)速大、濕度低，配合一定的高溫。旱風(fēng)型對(duì)小麥危害與高溫低濕型相似，同時(shí)大風(fēng)加劇了大氣干燥程度，促使農(nóng)田蒸散作用加強(qiáng)，造成小麥葉片卷縮成繩狀，或葉片撕裂破碎。如2004年6月12—15日新疆奎屯河流域出現(xiàn)旱風(fēng)型干熱風(fēng)，40℃以上高溫連續(xù)出現(xiàn)，4～6級(jí)大風(fēng)持續(xù)4 h，導(dǎo)致小麥芒變干，黃熟期縮短5 d，千粒重降低，減產(chǎn)10%～15%[24]。

1.3 研究方法

目前小麥干熱風(fēng)災(zāi)害研究主要有模擬試驗(yàn)與數(shù)值模擬兩種方法，主要開(kāi)展干熱風(fēng)對(duì)小麥生理機(jī)能、災(zāi)害損失等影響的定量研究。

1.3.1 模擬試驗(yàn)方法

模擬試驗(yàn)方法是指在農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)田[25]、模擬箱[26]等環(huán)境中模擬干熱風(fēng)災(zāi)害過(guò)程，通過(guò)人工控制小麥在不同生育時(shí)段下的氣象環(huán)境、受災(zāi)時(shí)長(zhǎng)等條件，研究干熱風(fēng)與小麥?zhǔn)転?zāi)癥狀、千粒重、產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系，揭示災(zāi)害對(duì)小麥生理生化過(guò)程及產(chǎn)量損失的影響。如王邦錫等[27]在1971年制作簡(jiǎn)易木條玻箱，以電熱絲做熱源、排氣電風(fēng)扇做風(fēng)源的模擬干熱風(fēng)裝置研究春小麥在干熱風(fēng)條件下的生理變化。2011—2012年，成林等[28]于河南省鄭州農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，利用簡(jiǎn)易氣候箱模擬干熱風(fēng)發(fā)生氣象條件，定量探究干熱風(fēng)過(guò)程對(duì)冬小麥不同灌漿時(shí)段及千粒重的影響。趙鳳華等[29]自制干熱風(fēng)便攜模擬裝置，在2012年5月15日于位于山東省的中國(guó)科學(xué)院禹城綜合試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行干熱風(fēng)對(duì)冬小麥脅迫試驗(yàn)，探究干熱風(fēng)對(duì)灌漿期冬小麥旗葉光合蒸騰的影響。

模擬試驗(yàn)方法具有較強(qiáng)的可控性，剔除多因子干擾影響，可在小麥生長(zhǎng)過(guò)程中定量測(cè)定干熱風(fēng)災(zāi)害對(duì)其各項(xiàng)生理功能、產(chǎn)量構(gòu)成因素等的影響[30]，是最早用于干熱風(fēng)災(zāi)害過(guò)程定量影響的研究方法。但模擬裝置無(wú)法完全還原干熱風(fēng)過(guò)程的天氣條件，同時(shí)試驗(yàn)周期長(zhǎng)，對(duì)模擬裝置及模擬過(guò)程也有很高的要求。

1.3.2 數(shù)值模擬方法

數(shù)值模擬方法分為兩類(lèi)：一類(lèi)利用作物生長(zhǎng)模型模擬計(jì)算干熱風(fēng)對(duì)小麥產(chǎn)量影響；另一類(lèi)基于氣象模式模擬干熱風(fēng)過(guò)程要素特征[31]，探究干熱風(fēng)的發(fā)生機(jī)制和物理特性等。如朱玉潔等[32]以河南省5個(gè)地區(qū)的9個(gè)典型干熱風(fēng)年份為例，利用作物模型提取小麥干熱風(fēng)災(zāi)害損失并與實(shí)際災(zāi)損值進(jìn)行比較，二者的標(biāo)準(zhǔn)均方根誤差為0.36，平均準(zhǔn)確率為68.69%，決定系數(shù)為0.81。王姝等[33]基于陜西省楊凌地區(qū)2010—2012年的氣象數(shù)據(jù)，比對(duì)得出中尺度氣象模式(WRF)對(duì)干熱風(fēng)過(guò)程的溫度、濕度、風(fēng)速氣象要素場(chǎng)模擬較為準(zhǔn)確，相對(duì)誤差范圍分別為-13.55%～8.41%，2.87%～28.33%，-12.41%～12.62%；北京大學(xué)陸面模式(PKULM)對(duì)植物的感熱、潛熱通量模擬優(yōu)于中尺度氣象模式(WRF)。

數(shù)值模擬方法隨著近幾十年作物模型及數(shù)值模式的不斷發(fā)展逐漸被采用，該方法節(jié)省人力物力，高效便捷。但目前小麥生長(zhǎng)模型在參數(shù)選取等對(duì)模型結(jié)果影響方面還存在不確定性[34]；在作物模型中單獨(dú)提取干熱風(fēng)災(zāi)害對(duì)小麥造成的損失也是干熱風(fēng)研究的難點(diǎn)；模式參數(shù)化方案在定量植物生化過(guò)程及模式精度等方面有待細(xì)化[31]。

2 危害機(jī)理

干熱風(fēng)出現(xiàn)在小麥不同生育時(shí)段，對(duì)小麥造成的損傷、產(chǎn)量影響差異明顯，出現(xiàn)在小麥灌漿期對(duì)小麥的影響超過(guò)出現(xiàn)在小麥開(kāi)花期。當(dāng)干熱風(fēng)出現(xiàn)在小麥開(kāi)花期會(huì)使花藥破裂從而無(wú)法授粉，增加了不實(shí)小穗數(shù)[35]，穗粒數(shù)減少。而出現(xiàn)在小麥灌漿期會(huì)明顯影響產(chǎn)量，其中灌漿中后期影響大于灌漿初期。試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果表明：在小麥灌漿后期重度、灌漿中期重度、灌漿中期輕度干熱風(fēng)分別導(dǎo)致千粒重降低5.4 g，3.64 g和1.78 g，降幅達(dá)14.5%，9.7%和4.8%[28]。

2.1 高溫低濕型

2.1.1 蒸騰加劇、旗葉損傷、根系活力減弱

干熱風(fēng)天氣過(guò)程會(huì)不同程度地對(duì)小麥旗葉造成蒸騰脅迫、損傷旗葉，增加根系傷流量、減弱根系吸水能力。在干熱風(fēng)脅迫下，小麥植株蒸騰強(qiáng)度比平時(shí)高30%～50%，最高可達(dá)66.7%[36]，造成葉溫升高，呼吸作用加強(qiáng)，增加消耗，阻礙小麥正常生理活動(dòng)。從旗葉損傷癥狀上看，受危害的小麥初始階段旗葉凋萎，1～2 d后青枯變脆[20]，連續(xù)幾日則衰老凋亡[37]。從根系傷流量增加情況看，在輕、重干熱風(fēng)試驗(yàn)處理下，小麥根系傷流量的脅迫量分別為15.5%，40.1%；處理后次日10:00根系傷流量測(cè)定結(jié)果表明：輕度、重度干熱風(fēng)處理，小麥根系傷流量分別為0.00505 g/h，0.00560g/h，均高于無(wú)干熱風(fēng)條件下小麥的根系傷流量0.00475 g/h[38]。

2.1.2 灌漿期縮短及干物質(zhì)累積降低

干熱風(fēng)會(huì)降低小麥灌漿速度，縮短灌漿日期，減少干物質(zhì)累積，導(dǎo)致小麥千粒重下降。以河南省干熱風(fēng)典型年為例，1979年5月24-30日干熱風(fēng)過(guò)程致使小麥灌漿期縮短5 d，千粒重較前一年下降15.1 g[39]。2000年5月18—21日河南省新鄉(xiāng)出現(xiàn)干熱風(fēng)，導(dǎo)致小麥提前5～7 d進(jìn)入成熟期[40]。小麥日灌漿速度主要受干熱風(fēng)日數(shù)和日最高氣溫影響，低濕和風(fēng)則會(huì)加重日灌漿速度下降[41]。高溫通過(guò)對(duì)小麥蛋白質(zhì)和淀粉粒脅迫，造成蛋白質(zhì)合成速度降低，淀粉充實(shí)不良[42]，減少干物質(zhì)累積，其中當(dāng)灌漿期溫度超過(guò)30℃，總淀粉含量下降，溫度達(dá)到40℃時(shí)，總淀粉含量最低[43]。

2.1.3 葉綠素含量減少及光合速率下降

干熱風(fēng)可損傷小麥細(xì)胞膜系統(tǒng)，降低葉綠素含量，導(dǎo)致小麥光合速率下降。當(dāng)出現(xiàn)在小麥灌漿結(jié)束期，小麥葉片葉綠素含量可減少80%以上[44-45]，溫度越高對(duì)葉綠素破壞速度越快。日最高氣溫在32℃以下，小麥葉綠素含量無(wú)明顯變化，日最高氣溫高于32℃時(shí)，葉綠素含量急劇下降，34℃為葉綠素半致死溫度[46]。北方小麥干熱風(fēng)科研協(xié)作組曾于1980年在河南省鄭州市進(jìn)行干熱風(fēng)測(cè)定試驗(yàn)，干熱風(fēng)天氣條件下，平均每天葉綠素含量下降19.11%，干熱風(fēng)第3天，小麥葉綠素含量降低57%以上；而在無(wú)干熱風(fēng)條件下，葉綠素含量平均每天下降僅為6.67%[11]。

干熱風(fēng)出現(xiàn)在小麥灌漿中期對(duì)光合作用抑制程度大于出現(xiàn)在灌漿前期。通常在灌漿中期輕干熱風(fēng)條件下光合速率脅迫量為9.7%～20.2%[39]。

2.2 雨后青枯型

雨后青枯型干熱風(fēng)的危害機(jī)理與高溫低濕型有很大差異。降水前后氣溫呈現(xiàn)明顯的高、低、高“V”字型變化趨勢(shì)，是造成小麥青枯的主要原因，高低溫差越大，小麥青枯程度越重，降水時(shí)段和降水量?jī)H是造成小麥青枯的間接原因。河南省小麥青枯研究協(xié)作組于1986年利用溫室和網(wǎng)室模擬雨后青枯型氣象條件變化，證實(shí)了青枯型干熱風(fēng)的危害成因[47]。雨后高溫或雨后天氣轉(zhuǎn)晴，導(dǎo)致小麥蒸騰加劇，小麥灌漿中后期根系衰老，蒸騰強(qiáng)度平均可增加28%，根系吸水能力平均下降16%[48]。吸水滿足不了蒸騰消耗，導(dǎo)致小麥植株細(xì)胞生理失水而受害[49]。

雨后青枯型干熱風(fēng)發(fā)生時(shí)氣象環(huán)境劇烈變化，使有害的氮代謝產(chǎn)物在植株內(nèi)累積，麥株枯萎。植株內(nèi)氮含量高導(dǎo)致植株無(wú)法正常落黃，外表即表現(xiàn)為青枯，小麥灌漿停止。河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院測(cè)定的數(shù)據(jù)表明：自然落黃的小麥旗葉在灌漿中期、后期含氮量為2.5%及低于0.9%，而青枯的小麥旗葉在灌漿中期、后期含氮量分別為3.5%，2%[50]。

3 氣象環(huán)境成因

3.1 天氣系統(tǒng)

干熱風(fēng)是一種大范圍的災(zāi)害性天氣，形成于特定的大尺度環(huán)流背景下。干熱風(fēng)的出現(xiàn)與500 hPa和700 hPa環(huán)流場(chǎng)及850 hPa溫度場(chǎng)關(guān)系密切；各高度環(huán)流場(chǎng)、850 hPa干暖區(qū)強(qiáng)度差異造成干熱風(fēng)輕重程度不同[51]；干熱風(fēng)持續(xù)時(shí)間受大氣環(huán)流形勢(shì)移動(dòng)速度影響，當(dāng)系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，干熱風(fēng)維持時(shí)間較長(zhǎng)[24]。鑒于干熱風(fēng)天氣條件的區(qū)域差異性，通常將我國(guó)北方麥區(qū)劃分為黃淮海地區(qū)、西北地區(qū)分別進(jìn)行干熱風(fēng)天氣系統(tǒng)的研究。

3.1.1 黃淮海地區(qū)

黃淮海地區(qū)出現(xiàn)的干熱風(fēng)大多是由于北方冷空氣南下，高空至地面為下沉氣流，絕熱增溫使近地面變干變熱[52]。此時(shí)也正值北方雨季來(lái)臨前，天氣晴朗、少雨，東亞大槽強(qiáng)度減弱，主體東移，在120°E附近仍有小槽，黃淮海地區(qū)處槽后厚而廣的西北氣流之下[53-54]。

從熱力、動(dòng)力角度看，干熱風(fēng)產(chǎn)生有兩種典型機(jī)制：一種為西北干空氣局地加熱作用，另一種為南風(fēng)越山氣流的焚風(fēng)效應(yīng)[33]。從波型上分析，500 hPa高度場(chǎng)平均距平圖中，貝加爾湖附近呈現(xiàn)高壓脊與干熱風(fēng)出現(xiàn)有顯著關(guān)系[55]，可分為兩槽一脊型、西北氣流型、一槽一脊型及東亞大槽型4種類(lèi)型。據(jù)山西省長(zhǎng)治地區(qū)1977—2006年出現(xiàn)的干熱風(fēng)天氣500 hPa環(huán)流形勢(shì)統(tǒng)計(jì)，兩槽一脊型發(fā)生占比最高為63%，其次為西北氣流型發(fā)生幾率為23%，一槽一脊型及東亞大槽型較少出現(xiàn)，分別為10%，4%[56]。對(duì)1959—1978年黃淮海地區(qū)78次干熱風(fēng)天氣在700 hPa高空?qǐng)D上直接影響系統(tǒng)進(jìn)行歸類(lèi)分析，700 hPa系統(tǒng)可分為西北氣流型、高壓脊型以及高壓后部型3種類(lèi)型[10]。

3.1.2 西北地區(qū)

西北麥區(qū)主要包括蒙、甘、寧春麥區(qū)及新疆冬、春麥區(qū)。蒙、甘、寧春麥區(qū)干熱風(fēng)發(fā)生當(dāng)日700 hPa環(huán)流形勢(shì)可分為烏拉爾山高脊型、蒙古暖脊型以及貝加爾湖阻高型[57-58]。新疆干熱風(fēng)天氣受500 hPa暖高壓脊控制，可劃分為5種類(lèi)型，即北大西洋東部及西南歐長(zhǎng)槽型、歐洲脊東移與青藏高壓脊疊加型、沙特-伊朗副熱帶高壓與青藏高壓結(jié)合北突型、青藏-新疆長(zhǎng)脊型、沙特-伊朗副熱帶高壓和北支鋒區(qū)脊在中亞疊加型[58]。

3.2 氣候變暖

干熱風(fēng)對(duì)氣候變化響應(yīng)極其敏感，干熱風(fēng)災(zāi)害年代際變化與我國(guó)溫度變化具有一致性。1950—2015年我國(guó)溫度增幅約0.25℃/(10 a)[59]，以1987年為界，前期為冷期，我國(guó)溫度小幅度波動(dòng)；后期為暖期，我國(guó)溫度明顯上升，1990—2009年近20年，我國(guó)氣溫增幅約為0.45℃/(10 a)[60]。而我國(guó)多數(shù)干熱風(fēng)經(jīng)常發(fā)生地區(qū)，在20世紀(jì)80—90年代存在突變，即20世紀(jì)80—90年代前期干熱風(fēng)日數(shù)總體呈下降趨勢(shì)，80—90年代后期呈上升趨勢(shì)且強(qiáng)度不斷加強(qiáng)[61-63]。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，氣候變暖及極端干旱導(dǎo)致小麥干熱風(fēng)災(zāi)害發(fā)生頻次、強(qiáng)度增加，發(fā)生區(qū)域擴(kuò)大，危害加重。

1961—2010年黃淮海地區(qū)干熱風(fēng)發(fā)生頻次總體表現(xiàn)為波動(dòng)下降趨勢(shì)[64-65]，風(fēng)速顯著減弱是災(zāi)害整體趨勢(shì)下降的主要原因之一[66]。其中在20世紀(jì)90年代干熱風(fēng)發(fā)生頻次達(dá)到最低，但從90年代末開(kāi)始，干熱風(fēng)發(fā)生頻次呈明顯增加且程度加重趨勢(shì)。如河南干熱風(fēng)發(fā)生臺(tái)站數(shù)從1997年起以每年2.01%比例遞增[67]；山東省濱州市干熱風(fēng)年平均日數(shù)，90年代為1.1 d， 2001—2009年明顯增加，達(dá)2.6 d[68]。

在西北地區(qū)，寧夏1961—2014年以1992年為突變點(diǎn)，干熱風(fēng)平均年發(fā)生站數(shù)由21增加至45，發(fā)生頻次由每年0.8日次上升到每年2.2日次[69]。氣溫升高是造成寧夏20世紀(jì)90年代后期以來(lái)干熱風(fēng)次數(shù)顯著增加的主要原因[69]。青海高原干熱風(fēng)發(fā)生站次90年代較80年代偏多7站次，較2001—2010年偏少6.2站次；干熱風(fēng)發(fā)生區(qū)域擴(kuò)大，如湟源、貴南等在1961—2009年幾乎未發(fā)生過(guò)干熱風(fēng)的地區(qū)，僅2010年就出現(xiàn)了兩次[70]。

20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，我國(guó)小麥干熱風(fēng)年代際變化存在周期性特征。如對(duì)京津冀地區(qū)1971—2001年重度干熱風(fēng)發(fā)生總站數(shù)進(jìn)行Morlet小波分析，發(fā)現(xiàn)重度干熱風(fēng)發(fā)生總站數(shù)具有10年左右周期[71]；基于功率譜分析方法，河南省1967—1996年干熱風(fēng)發(fā)生日數(shù)存在準(zhǔn)6年和準(zhǔn)3年周期性[72]；甘肅省干熱風(fēng)次數(shù)自1980年起存在6年準(zhǔn)周期性且呈不斷增強(qiáng)趨勢(shì)[71-73]；淮北地區(qū)20世紀(jì)80年代起平均5～8年出現(xiàn)1次重度干熱風(fēng)天氣過(guò)程，大范圍輕度干熱風(fēng)年型以3～4年為周期居多[63]。

氣候變暖導(dǎo)致區(qū)域小麥干熱風(fēng)年代際變化差異顯著。1971—2005年河北省重度干熱風(fēng)發(fā)生總?cè)諗?shù)年代際變化明顯，1981—1990年、1991—2000年、2001—2005年3個(gè)階段重度干熱風(fēng)總?cè)諗?shù)平均分別為2.7 d，1.8 d，4.2 d；但重度干熱風(fēng)平均總?cè)諗?shù)與干熱風(fēng)平均總?cè)諗?shù)沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，20世紀(jì)80年代后期至90年代，河北省干熱風(fēng)發(fā)生總?cè)諗?shù)平均為35年間的最少階段[55]。青海省1961—2010年干熱風(fēng)平均站次數(shù)變化，20世紀(jì)80年代較70年代偏少1.1站次，較90年代偏少7站次，90年代站次數(shù)又較2001—2010年偏少6.2站次[70]。甘肅省干熱風(fēng)次數(shù)在1961—1975年相對(duì)較多，1976—1989年相對(duì)較少，1990—2006年迅速增多[73]。

3.3 土壤墑情

土壤墑情可影響小麥干熱風(fēng)的發(fā)生與危害程度。一方面，土壤墑情可改變地表間的熱通量和動(dòng)量交換，從而影響小麥立地環(huán)境的溫度和降水[74-75]。另一方面，土壤墑情的變化可影響小麥的干旱脅迫，當(dāng)土壤墑情上升一定程度，小麥?zhǔn)苊{迫情況得以緩解，反之土壤墑情降低一定程度，小麥?zhǔn)苊{迫程度加劇[76]。當(dāng)溫度由30℃升至34～36℃時(shí)，植物的耗水量會(huì)突增60%[77]；當(dāng)耕作層有效水分儲(chǔ)存量少于10 mm，干旱脅迫使小麥根系干物質(zhì)累積下降、加速衰亡，降低產(chǎn)量[78-79]。1965年7月下旬甘肅省酒泉、張掖兩市出現(xiàn)干熱風(fēng)過(guò)程，灌溉地區(qū)小麥平均減產(chǎn)30～37.5 kg/hm2，未灌溉地區(qū)小麥平均減產(chǎn)60～75 kg/hm2，灌溉明顯減輕了干熱風(fēng)的危害程度。

在土壤墑情好的年份，可減輕干熱風(fēng)的危害程度。實(shí)際生產(chǎn)中，由于土壤墑情好，曾觀測(cè)到輕度干熱風(fēng)未對(duì)小麥造成明顯影響的個(gè)例。1989年、1992年青海均出現(xiàn)干熱風(fēng)過(guò)程，由于土壤墑情好，干熱風(fēng)危害較輕。2017年5月27—28日山東省莘縣出現(xiàn)一次輕度干熱風(fēng)過(guò)程，由于該地區(qū)土壤墑情好，小麥無(wú)受害癥狀，當(dāng)年也未造成減產(chǎn)。目前對(duì)土壤墑情可進(jìn)行地面觀測(cè)及高空遙感監(jiān)測(cè)[80]。姜亞珍等[81]利用遙感資料監(jiān)測(cè)2010年河北省干熱風(fēng)期間的土壤墑情，驗(yàn)證了可根據(jù)土壤墑情情況判定干熱風(fēng)嚴(yán)重程度。

4 致災(zāi)指標(biāo)

4.1 小麥干熱風(fēng)災(zāi)害指標(biāo)

小麥干熱風(fēng)災(zāi)害指標(biāo)是判別干熱風(fēng)發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)，目前已有小麥干熱風(fēng)災(zāi)害指標(biāo)主要分為3類(lèi)，即形態(tài)學(xué)指標(biāo)、氣象學(xué)指標(biāo)、綜合指數(shù)指標(biāo)。

4.1.1 形態(tài)學(xué)指標(biāo)

形態(tài)學(xué)指標(biāo)即依據(jù)干熱風(fēng)災(zāi)害后小麥植株形態(tài)變化，判別干熱風(fēng)輕重等級(jí)。干熱風(fēng)導(dǎo)致的小麥生理機(jī)能下降，在小麥的葉、穗、桿上呈現(xiàn)出癥狀變化。正常成熟的小麥外部形態(tài)呈現(xiàn)為金黃色。當(dāng)小麥?zhǔn)芨邷氐蜐裥透蔁犸L(fēng)危害后，輕度表現(xiàn)為芒尖干枯，炸芒，穎殼發(fā)白，葉片卷曲凋萎；重度表現(xiàn)為嚴(yán)重炸芒，頂部小穗、穎殼和葉片大面積干枯，呈灰白色，葉片卷曲呈繩狀，枯黃死亡。當(dāng)小麥?zhǔn)苡旰鬅峥菪透蔁犸L(fēng)危害后，穗下節(jié)由青綠色變?yōu)榍嗷疑敳啃∷肟菸?、炸芒，穎殼和芒青枯干，穎殼閉合，粒離臍，穗下莖及莖節(jié)呈暗綠色[58,82]。

形態(tài)學(xué)指標(biāo)對(duì)判別干熱風(fēng)災(zāi)害的優(yōu)點(diǎn)在于方法簡(jiǎn)單，無(wú)需器具，便于操作。但由于受人為主觀性影響，造成判別結(jié)果存在差異。同時(shí)對(duì)判別時(shí)間有高度要求，即要在干熱風(fēng)過(guò)程結(jié)束后10 d內(nèi)對(duì)小麥進(jìn)行實(shí)地災(zāi)情調(diào)查。形態(tài)學(xué)指標(biāo)不具備對(duì)干熱風(fēng)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，無(wú)法利用該指標(biāo)對(duì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)報(bào)。故該指標(biāo)多用于災(zāi)后調(diào)查干熱風(fēng)災(zāi)害等級(jí)的輔助判別。

4.1.2 氣象學(xué)指標(biāo)

氣象學(xué)指標(biāo)是根據(jù)干熱風(fēng)災(zāi)害發(fā)生的氣象因子同小麥生理變化及產(chǎn)量損失的關(guān)系所構(gòu)建的指標(biāo)，具有生物學(xué)和氣象學(xué)雙重意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)氣象學(xué)指標(biāo)的研究較為豐富。蘇聯(lián)學(xué)者從20世紀(jì) 30年代起從農(nóng)學(xué)、氣象、氣候、農(nóng)業(yè)氣象、植物生理各個(gè)學(xué)科對(duì)干熱風(fēng)指標(biāo)進(jìn)行研究，主要分為農(nóng)業(yè)指標(biāo)、氣象指標(biāo)及農(nóng)業(yè)氣象綜合指標(biāo)[58]，將溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、蒸發(fā)率及飽和差等作為判別因子構(gòu)建干熱風(fēng)的氣象學(xué)指標(biāo)，并將干熱風(fēng)分為輕、中、嚴(yán)重、很?chē)?yán)重4個(gè)等級(jí)[79]。

我國(guó)學(xué)者從20世紀(jì)50年代后期，借鑒蘇聯(lián)干熱風(fēng)指標(biāo)研究思路，選用溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速3個(gè)氣象因子，結(jié)合我國(guó)干熱風(fēng)危害特征，開(kāi)展干熱風(fēng)指標(biāo)研究。80年代初，以小麥灌漿速度下降值、減產(chǎn)程度反映受災(zāi)情況，篩選致災(zāi)因子，利用統(tǒng)計(jì)分析方法構(gòu)建指標(biāo)。如北方小麥干熱風(fēng)科研協(xié)作組，在多個(gè)干熱風(fēng)發(fā)生地按照統(tǒng)一試驗(yàn)方案進(jìn)行氣象要素與小麥品種、逐日灌漿速度、蒸騰強(qiáng)度、傷流量、葉含水率、光合強(qiáng)度、土壤濕度及小麥千粒重的關(guān)系試驗(yàn)，利用多元回歸分析方法，構(gòu)建了我國(guó)第1個(gè)全國(guó)性的小麥干熱風(fēng)災(zāi)害氣象學(xué)指標(biāo)[82]。

針對(duì)我國(guó)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域差異性，有學(xué)者對(duì)氣象學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了本地化改進(jìn)。主要表現(xiàn)為致災(zāi)因子的重新組合、判別因子的多重選取。溫度可選取日最高氣溫、14：00溫度，濕度可選取14：00 相對(duì)濕度、日最小相對(duì)濕度或14：00飽和差，風(fēng)可選用風(fēng)速、風(fēng)力或風(fēng)向。如河西走廊地區(qū)干熱風(fēng)發(fā)生特點(diǎn)風(fēng)向?yàn)槠珫|，風(fēng)速小且14：00通常為靜風(fēng)[83]，故選擇風(fēng)向作為當(dāng)?shù)馗蔁犸L(fēng)氣象學(xué)指標(biāo)判別因子。簡(jiǎn)魏民等[84]統(tǒng)計(jì)飽和差和溫度之間存在正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.87，故以飽和差綜合代表新疆地區(qū)溫度和濕度情況。牛晉源等[85]以日蒸散量作為參考值，對(duì)干熱風(fēng)進(jìn)行等級(jí)劃分。屈振江等[86]以陜西地區(qū)地勢(shì)海拔500 m為界限進(jìn)一步對(duì)干熱風(fēng)指標(biāo)進(jìn)行本地劃分。

為便于全國(guó)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的時(shí)空比較及農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用，在前人研究基礎(chǔ)上，霍治國(guó)等[87]于2007年以日最高氣溫、14：00相對(duì)濕度、14：00風(fēng)速3個(gè)氣象要素組合作為劃分干熱風(fēng)等級(jí)的指標(biāo)，起草了中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《小麥干熱風(fēng)災(zāi)害等級(jí)》。

分生育時(shí)段指標(biāo)是針對(duì)區(qū)域小麥不同生育時(shí)段對(duì)干熱風(fēng)災(zāi)害的敏感性差異所建立。劉靜等[88]將春小麥揚(yáng)花灌漿期細(xì)分為抽穗揚(yáng)花期、灌漿乳熟期及乳熟成熟期3個(gè)時(shí)段，利用分離產(chǎn)量、聚類(lèi)分析方法確定了寧夏灌區(qū)干熱風(fēng)等級(jí)指標(biāo)。

氣象學(xué)指標(biāo)以干熱風(fēng)過(guò)程出現(xiàn)的氣象條件為客觀依據(jù)，消除了形態(tài)學(xué)指標(biāo)人為判別的主觀性，可應(yīng)用于災(zāi)害監(jiān)測(cè)、災(zāi)后評(píng)估及災(zāi)害預(yù)測(cè)。分生育時(shí)段指標(biāo)是在氣象學(xué)指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)分小麥的生育時(shí)段，提高了指標(biāo)的針對(duì)性，但對(duì)大范圍地區(qū)的適用性有待考證。

4.1.3 綜合指數(shù)指標(biāo)

綜合指數(shù)指標(biāo)是基于氣象學(xué)指標(biāo)中的日最高氣溫、14：00空氣相對(duì)濕度、14：00風(fēng)速3個(gè)因子，對(duì)干熱風(fēng)災(zāi)害影響效應(yīng)的差異性采用加權(quán)求和方法構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。綜合指數(shù)值可直接劃分干熱風(fēng)災(zāi)害等級(jí)，用于站點(diǎn)或區(qū)域?qū)Ρ?。由于小麥灌漿速度下降值同氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速具有明顯的相關(guān)關(guān)系，干熱風(fēng)氣象因子權(quán)重系數(shù)可通過(guò)氣象因子回歸系數(shù)得出。北方小麥干熱風(fēng)科研協(xié)作組、王春乙等[89]均根據(jù)此方法分別構(gòu)建干熱風(fēng)強(qiáng)度綜合指數(shù)(Qi)及干熱風(fēng)綜合指數(shù)(DHW)：

(1)

(2)

其中，N1為干熱風(fēng)出現(xiàn)時(shí)段的始日，N2為干熱風(fēng)出現(xiàn)時(shí)段的終日。Ti為日最高氣溫，Ri為14：00相對(duì)濕度，Vi為14：00風(fēng)速；W1為氣溫權(quán)重系數(shù)，W2為相對(duì)濕度權(quán)重系數(shù)，W3為風(fēng)速權(quán)重系數(shù)；T0，R0，V0分別為冬小麥停止灌漿上限邊界值，Ti≥T0，Ri≤R0，Vi≥V0同時(shí)成立時(shí)DHW有效，否則DHW=0。

由于干熱風(fēng)對(duì)小麥的危害程度取決于干熱風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)間、強(qiáng)度及維持日數(shù)[90]，干熱風(fēng)綜合指數(shù)可較好反映干熱風(fēng)過(guò)程的累積影響及不同因子影響的差異性，便于進(jìn)行區(qū)域性聯(lián)系、比較。但干熱風(fēng)強(qiáng)度綜合指數(shù)的準(zhǔn)確性對(duì)判別因子權(quán)重系數(shù)要求極高，而目前可追溯最近的權(quán)重系數(shù)為20世紀(jì)90年代初計(jì)算得出，適用性有待進(jìn)一步考證。

4.2 小麥干熱風(fēng)過(guò)程及年型指標(biāo)

在小麥揚(yáng)花灌漿期間出現(xiàn)1個(gè)或以上干熱風(fēng)日的天氣過(guò)程，稱為小麥干熱風(fēng)過(guò)程。年內(nèi)出現(xiàn)的所有小麥干熱風(fēng)過(guò)程綜合導(dǎo)致的最終危害程度，稱為小麥干熱風(fēng)年型。目前小麥干熱風(fēng)過(guò)程及年型指標(biāo)研究主要是針對(duì)高溫低濕型干熱風(fēng)，可分為兩類(lèi)。

一類(lèi)是根據(jù)高溫低濕型干熱風(fēng)指標(biāo)判定干熱風(fēng)日，用干熱風(fēng)天氣過(guò)程中出現(xiàn)的干熱風(fēng)日等級(jí)日數(shù)組合確定過(guò)程等級(jí)，用過(guò)程等級(jí)組合確定年型的輕、重等級(jí)。如北方小麥干熱風(fēng)科研協(xié)作組確立了以干熱風(fēng)日數(shù)定過(guò)程，以過(guò)程定年型強(qiáng)度的干熱風(fēng)指標(biāo)系統(tǒng)[82]?；诖耍糁螄?guó)等[87]考慮氣候變化的影響，對(duì)干熱風(fēng)天氣過(guò)程等級(jí)指標(biāo)及干熱風(fēng)年型等級(jí)指標(biāo)稍作改進(jìn)，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)大于等于2 d重干熱風(fēng)日，或在1次干熱風(fēng)天氣過(guò)程中出現(xiàn)2 d不連續(xù)重干熱風(fēng)日，或1個(gè)重日加2個(gè)以上輕日即為重干熱風(fēng)天氣過(guò)程；除重干熱風(fēng)天氣過(guò)程所包括的輕干熱風(fēng)日外，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)大于等于2 d輕干熱風(fēng)日，或1輕1重連續(xù)2 d干熱風(fēng)日，或出現(xiàn)1 d重干熱風(fēng)日即為輕干熱風(fēng)天氣過(guò)程。當(dāng)1年中有2次以上重干熱風(fēng)過(guò)程，或2輕1重、或4次以上輕干熱風(fēng)過(guò)程，或過(guò)程中重干熱風(fēng)日連續(xù)4 d以上，或輕干熱風(fēng)日連續(xù)7 d以上即為重干熱風(fēng)年；當(dāng)1年中有2次以上輕干熱風(fēng)過(guò)程，或1次重干熱風(fēng)過(guò)程，或輕干熱風(fēng)日連續(xù)大于等于4 d即為輕干熱風(fēng)年。

另一類(lèi)是通過(guò)構(gòu)建干熱風(fēng)綜合指數(shù)，采用指數(shù)閾值劃分年型等級(jí)，以反映小麥?zhǔn)芨蔁犸L(fēng)日數(shù)和強(qiáng)度變化的綜合影響。如王春乙等[89]采用干熱風(fēng)綜合指數(shù)(DHW)劃分重干熱風(fēng)年(DHW>2.00)、輕干熱風(fēng)年(1.20≤DHW<2.00)、無(wú)干熱風(fēng)年型(DHW<1.20)，孔德胤等[57]采用基于溫度、濕度、風(fēng)速3個(gè)要素建立的干熱風(fēng)危害指數(shù)(E)，劃分嚴(yán)重干熱風(fēng)年(E≥155)，中等偏重干熱風(fēng)年(100≤E≤154)，中等干熱風(fēng)年(45≤E≤99)，中等偏輕干熱風(fēng)年(20≤E≤44)，無(wú)干熱風(fēng)年(0≤E≤19)。

5 時(shí)空分布

5.1 時(shí)間分布

干熱風(fēng)災(zāi)害主要發(fā)生于當(dāng)?shù)匦←準(zhǔn)斋@前1個(gè)月，我國(guó)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害一般是從5月上旬開(kāi)始，由南向北、由東南向西北逐漸推遲，至7月中下旬大部終止，青海地區(qū)最晚可至8月，冬麥區(qū)早于春麥區(qū)；主要對(duì)黃淮海平原、新疆、河西走廊、河套地區(qū)的小麥造成危害。黃淮海地區(qū)冬小麥干熱風(fēng)主要發(fā)生在5月中下旬至6月上旬。河南省商丘地區(qū)1967—2006年5月下旬至6月上旬干熱風(fēng)的發(fā)生頻率為60%～80%[21]。河西走廊、寧夏平原春小麥干熱風(fēng)發(fā)生時(shí)段晚于黃淮海地區(qū)，早于河套地區(qū)，主要在6月中旬至7月下旬[62]。甘肅省1961—2006年80個(gè)站6—7月干熱風(fēng)發(fā)生次數(shù)占全年總次數(shù)52%～76%[73]；青海地區(qū)1961—2010年7月、8月干熱風(fēng)發(fā)生次數(shù)分別占年總次數(shù)的50.1%，38.1%[70]。內(nèi)蒙古河套春麥區(qū)干熱風(fēng)通常發(fā)生在6月下旬至7月下旬[57]。新疆冬、春麥區(qū)受干熱風(fēng)危害持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。南疆自5月中旬至7月中旬出現(xiàn)小麥干熱風(fēng)，北疆小麥干熱風(fēng)則多集中在6月中旬至7月出現(xiàn)[58]。北疆阿勒泰地區(qū)1961—1995年65%的干熱風(fēng)主要發(fā)生在6—7月，其中福海、富蘊(yùn)縣達(dá)70%～75%[91]。

5.2 空間分布

我國(guó)北方小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的空間分布特征為東西兩邊重、中間輕。東部干熱風(fēng)重區(qū)主要集中在冬小麥主產(chǎn)區(qū)的黃淮海平原。西部干熱風(fēng)重區(qū)多集中在新疆沙漠地帶，河西走廊的敦煌、安西盆地。

黃淮海地區(qū)干熱風(fēng)日數(shù)總體呈中部高南北低的分布特征。干熱風(fēng)重區(qū)多分布于黃淮海平原東部，幾乎每年都有干熱風(fēng)發(fā)生。以河南省為例，1967—1996年30個(gè)站每年出現(xiàn)干熱風(fēng)日數(shù)為0.5～3.9 d，干熱風(fēng)發(fā)生次數(shù)為0.4～0.9次/a[72]。魯西南菏澤地區(qū)1961—2013年的干熱風(fēng)日數(shù)共161 d，年平均發(fā)生3.04 d[92]。京津冀地區(qū)干熱風(fēng)自南向北逐漸減輕，輕干熱風(fēng)重區(qū)出現(xiàn)在最南部的邯鄲附近，1981—2005年輕干熱風(fēng)年平均日數(shù)為3.5 d[71]。山西地區(qū)輕、重干熱風(fēng)日分布呈現(xiàn)從東到西、從北至南逐步遞增的分布特點(diǎn)，1971—2013年長(zhǎng)治、晉城東部為輕、重干熱風(fēng)發(fā)生日數(shù)少區(qū)，年平均日數(shù)分別為3 d，0.5 d左右；臨汾南部、運(yùn)城大部為輕、重干熱風(fēng)發(fā)生重區(qū)，年平均日數(shù)分別為6.5 d，2 d 左右[61]。淮北地區(qū)干熱風(fēng)發(fā)生規(guī)律基本上也呈南少北多、南輕北重的特點(diǎn)。1957—2010年淮北中北部埇橋區(qū)、碭山為干熱風(fēng)多發(fā)區(qū)，年平均日數(shù)超過(guò)2.3 d，淮北南部的泗縣則為少發(fā)區(qū)，年平均日數(shù)不足2 d[63]。

我國(guó)西部新疆、寧夏、青海、內(nèi)蒙古河套等地為干熱風(fēng)多發(fā)區(qū)，干熱風(fēng)發(fā)生程度隨海拔升高而降低，海拔1700～1800 m以上幾乎無(wú)干熱風(fēng)出現(xiàn)，且盆地干熱風(fēng)重于山區(qū)干熱風(fēng)。新疆最重區(qū)出現(xiàn)在海平面以下的吐魯番、鄯善盆地，塔里木盆地東部的鐵干里克、若羌地區(qū)。1959—1978年吐魯番地區(qū)年平均干熱風(fēng)日數(shù)為6～19 d，10年中干熱風(fēng)可能發(fā)生5～10次，且皆為重干熱風(fēng)年[58]。新疆奎屯河流域南區(qū)農(nóng)七師所屬墾區(qū)海拔略高于北區(qū)烏蘇以南農(nóng)業(yè)區(qū)，1965—2004年南區(qū)的干熱風(fēng)程度輕于北區(qū)[24]。甘肅省敦煌、鼎新、民勤、臨澤、肅州、玉門(mén)鎮(zhèn)、山丹、肅北、民樂(lè)各地海拔從1139.6 m至2271.5 m依次升高，1961—2006年6—7月各地的干熱風(fēng)平均次數(shù)從5.9至0.1依次下降，肅北、民樂(lè)海拔均高于1800 m，近45年幾乎無(wú)干熱風(fēng)發(fā)生[73]。青海高原干熱風(fēng)災(zāi)害具有明顯的區(qū)域性，西部柴達(dá)木盆地與東部海東地區(qū)均為災(zāi)害高發(fā)區(qū)[70]。

6 監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)

小麥干熱風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)是在結(jié)合實(shí)時(shí)或未來(lái)天氣氣候條件和小麥生育特性的基礎(chǔ)上，參照小麥干熱風(fēng)災(zāi)害指標(biāo)，監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小麥?zhǔn)欠袷艿轿：?，危害的時(shí)間、程度以及可采取的防御措施。目前對(duì)小麥干熱風(fēng)的監(jiān)測(cè)主要有地面氣象監(jiān)測(cè)、高空遙感監(jiān)測(cè)兩種方法，預(yù)報(bào)方法可分為天氣形勢(shì)歸類(lèi)預(yù)報(bào)、統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)及數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用預(yù)報(bào)3類(lèi)。按預(yù)報(bào)時(shí)效可分為中短期及長(zhǎng)期預(yù)報(bào)兩類(lèi),中短期預(yù)報(bào)側(cè)重對(duì)干熱風(fēng)發(fā)生時(shí)間、日數(shù)、強(qiáng)度及干熱風(fēng)對(duì)小麥危害程度進(jìn)行預(yù)報(bào)，長(zhǎng)期預(yù)測(cè)則側(cè)重對(duì)干熱風(fēng)年型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

6.1 干熱風(fēng)監(jiān)測(cè)

地面氣象監(jiān)測(cè)多根據(jù)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)，基于小麥干熱風(fēng)災(zāi)害氣象學(xué)指標(biāo)判別干熱風(fēng)是否出現(xiàn)以及出現(xiàn)的干熱風(fēng)級(jí)別。遙感監(jiān)測(cè)通過(guò)監(jiān)測(cè)反演干熱風(fēng)災(zāi)害程度、范圍等，具有大面積同步監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)。劉靜等[93]研究表明，可以利用EOS MODIS遙感資料大面積提取寧夏地區(qū)春小麥干熱風(fēng)受害程度。李穎等[94]利用遙感監(jiān)測(cè)2013年5月12—13日河南麥區(qū)出現(xiàn)的一次干熱風(fēng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)干熱風(fēng)災(zāi)害越重，遙感監(jiān)測(cè)越明顯。

6.2 天氣形勢(shì)歸類(lèi)預(yù)報(bào)

天氣形勢(shì)歸類(lèi)預(yù)報(bào)是從干熱風(fēng)天氣過(guò)程環(huán)流背景場(chǎng)入手進(jìn)行歸類(lèi)分析，賦予干熱風(fēng)預(yù)報(bào)天氣學(xué)原理，從而達(dá)到預(yù)報(bào)目的。如王正旺等[56]通過(guò)對(duì)1977—2006年長(zhǎng)治地區(qū)出現(xiàn)的30次干熱風(fēng)天氣過(guò)程天氣形勢(shì)進(jìn)行聚類(lèi)分析，歸類(lèi)得出4種500 hPa高空形勢(shì)圖，再以近地面850 hPa干暖區(qū)強(qiáng)度作為輔助判別干熱風(fēng)輕重程度，構(gòu)建干熱風(fēng)預(yù)報(bào)模型，應(yīng)用該模型對(duì)2009年山西省長(zhǎng)治地區(qū)出現(xiàn)干熱風(fēng)過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)，經(jīng)實(shí)際發(fā)生情況檢驗(yàn)，預(yù)報(bào)結(jié)果較好。

6.3 統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)

統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立干熱風(fēng)是否發(fā)生、危害程度同氣象因子或大氣環(huán)流、海溫因子的關(guān)系模型進(jìn)行預(yù)報(bào)。目前采用的方法主要包括相關(guān)分析[92, 95]、聚類(lèi)分析[56]、回歸分析[96]、灰色系統(tǒng)理論[86]等。其中，回歸分析法使用較為廣泛，多以篩選致災(zāi)因子，結(jié)合產(chǎn)量進(jìn)行回歸性分析構(gòu)建預(yù)報(bào)模型。如張翠英等[92, 95]基于1954—2001年山東省菏澤地區(qū)的氣象資料，采用逐步回歸法建立以旬為單位的干熱風(fēng)預(yù)報(bào)模型，逐年5月中、下旬及6月上旬的干熱風(fēng)發(fā)生擬合率分別為96%，71%及69%。曹玲等[96]基于1956—1995年甘肅省張掖、高臺(tái)、臨澤、山丹的氣象資料，通過(guò)復(fù)合因子選取建立了模糊多元回歸方程，對(duì)1986—1994年河西走廊中部的干熱風(fēng)過(guò)程進(jìn)行回代、1995年干熱風(fēng)過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)，歷史擬合率達(dá)92%，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)89%。

干熱風(fēng)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)即年度預(yù)測(cè)。如孔德胤等[57]基于已構(gòu)建的干熱風(fēng)危害指數(shù)，選取7個(gè)海溫環(huán)流因子作為預(yù)報(bào)因子，通過(guò)多元線性回歸，構(gòu)建了河套地區(qū)干熱風(fēng)危害指數(shù)預(yù)報(bào)方程，歷史擬合率為94.4%。屈振江等[86]利用1981—2010年陜西地區(qū)氣象資料，應(yīng)用灰色系統(tǒng)災(zāi)變方法，預(yù)測(cè)陜西省富平縣未來(lái)發(fā)生重干熱風(fēng)年份。

6.4 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用預(yù)報(bào)

數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用預(yù)報(bào)是基于已有數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對(duì)輸出溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)釋用加工進(jìn)而對(duì)干熱風(fēng)預(yù)報(bào)。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品近年來(lái)得到較大發(fā)展，但對(duì)干熱風(fēng)進(jìn)行數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用預(yù)報(bào)研究報(bào)道較少。呂學(xué)梅等[97]通過(guò)比對(duì)完全預(yù)報(bào)法(PPM)與模式誤差訂正法(MEC)在MM5中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)中的預(yù)報(bào)效果，對(duì)山東省臨沂的干熱風(fēng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確率達(dá)80%，證明了MEC方法在干熱風(fēng)天氣預(yù)報(bào)中較為可行。

7 防御措施

7.1 選用抗逆品種

選用早熟、抗逆品種可防御干熱風(fēng)。選用早熟品種可爭(zhēng)取小麥早抽穗、早成熟躲避高溫。如青海省貴德縣三河地區(qū)為冬、春小麥混種區(qū)，7月上旬正值春小麥灌漿乳熟期，受干熱風(fēng)危害較重，冬小麥較春小麥早60 d成熟，可有效減輕或避免干熱風(fēng)危害[98]。據(jù)龔紹先[99]和陸正鐸等[100]研究，耐鹽、抗逆品種受干熱風(fēng)影響較小，矮桿、無(wú)芒、晚熟的品種受干熱風(fēng)影響較大，品種選擇應(yīng)因地制宜[101]。

7.2 合理灌溉

合理灌溉、保持田間土壤水分適宜可增加大氣濕度，有效抵御干熱風(fēng)導(dǎo)致的高溫和低濕田間環(huán)境。如2010年5月19—20日天津市出現(xiàn)一次高溫低濕型干熱風(fēng)過(guò)程，但由于16—18日天津市出現(xiàn)大范圍降水，土壤墑情好，干熱風(fēng)對(duì)小麥未造成影響[102]。在干熱風(fēng)來(lái)臨前灌水的小麥產(chǎn)量比未灌水小麥產(chǎn)量高31%[103]。麥田后期1次灌水后，地表溫度可降低約3℃，小麥株間土壤相對(duì)濕度可增加4%～5%[104]。

7.3 噴施生化制劑

對(duì)小麥種子進(jìn)行生化制劑處理，可在一定程度上防御干熱風(fēng)的影響。如使用氯化鈣悶種，溶液濃度1%，拌種后5～6 h進(jìn)行播種，試驗(yàn)表明：該方法對(duì)抗干熱風(fēng)有一定的防御效果，穗粒數(shù)增加0.5～2粒[51]，一般增產(chǎn)3%～20%[24]。

在小麥生育后期，干熱風(fēng)來(lái)臨前適當(dāng)噴施防控制劑或微肥，如草木灰水、磷酸二氫鉀、石油助長(zhǎng)劑、硼肥、鋅肥等可改善小麥營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、調(diào)節(jié)新陳代謝能力、增加植株活力，從而有效抵御干熱風(fēng)對(duì)灌漿的危害[105]。白黎軍等[106]對(duì)春小麥噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(磷鉀動(dòng)力、天達(dá)、碧護(hù)、萬(wàn)代紅4組)抵御干熱風(fēng)影響的試驗(yàn)結(jié)果表明：植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可有效抵御干熱風(fēng)對(duì)小麥灌漿的危害，可使小麥產(chǎn)量增加3.9%～15.0%，效果上萬(wàn)代紅優(yōu)于磷鉀動(dòng)力優(yōu)于碧護(hù)。

7.4 改善農(nóng)田小氣候

植樹(shù)造林、營(yíng)造農(nóng)田防護(hù)林、實(shí)行林糧間作，可改善農(nóng)田小氣候，減輕干熱風(fēng)的危害。中原冬小麥和泡桐間作有降溫度、增濕度、削風(fēng)速、減蒸發(fā)的作用[105]。在平原地區(qū)實(shí)行林網(wǎng)化，可降低30%的風(fēng)速，在干熱風(fēng)期間可降低0.3～0.7℃的日最高氣溫，提高3%～7%的相對(duì)濕度及3%左右的土壤濕度，有效降低干熱風(fēng)對(duì)小麥的危害[51]。

8 討論與展望

本文基于已有研究成果，從干熱風(fēng)災(zāi)害概念與分類(lèi)出發(fā)，對(duì)干熱風(fēng)的危害機(jī)理、氣象環(huán)境成因、致災(zāi)指標(biāo)、時(shí)空分布、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、防御措施等方面進(jìn)行總結(jié)闡述，系統(tǒng)評(píng)述了中國(guó)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害研究新進(jìn)展。總體上，我國(guó)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害主要研究成果集中于20世紀(jì)80年代，尤其是在干熱風(fēng)的類(lèi)型劃分、危害機(jī)理、天氣成因、致災(zāi)指標(biāo)等方面取得的標(biāo)志性成果，為后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近30年來(lái)，干熱風(fēng)災(zāi)害環(huán)境成因、時(shí)空分布、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、防御措施等方面研究成果較豐富，對(duì)干熱風(fēng)危害機(jī)理等系統(tǒng)性研究成果偏少，有關(guān)干熱風(fēng)指標(biāo)的研究進(jìn)展緩慢。

近年來(lái)，受全國(guó)小麥種植布局、氣候、灌溉、管理方式等變化的影響，小麥干熱風(fēng)部分研究成果已不能滿足實(shí)際生產(chǎn)、業(yè)務(wù)服務(wù)的需求。農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)上使用的《小麥干熱風(fēng)災(zāi)害等級(jí)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由于未考慮土壤墑情對(duì)小麥干熱風(fēng)的影響、分級(jí)缺少中度指標(biāo)，致使土壤墑情較好的麥區(qū)災(zāi)害評(píng)估預(yù)警等級(jí)偏高，難以開(kāi)展中度災(zāi)害評(píng)估預(yù)警業(yè)務(wù)服務(wù)。干熱風(fēng)對(duì)小麥產(chǎn)量影響的量化評(píng)估，尚存在一定的不確定性；已有研究表明：1981—2010年華北地區(qū)冬小麥開(kāi)花、成熟期均有提前趨勢(shì)[107]，因此，對(duì)干熱風(fēng)監(jiān)測(cè)時(shí)段變化需進(jìn)一步探討，干熱風(fēng)遙感監(jiān)測(cè)在識(shí)別精度、效果檢驗(yàn)等方面仍有待深入研究。

今后針對(duì)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展如下研究：基于土壤墑情的影響，研究完善小麥干熱風(fēng)災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)；基于小麥干熱風(fēng)過(guò)程，研究災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估、預(yù)警預(yù)報(bào)方法、模型與業(yè)務(wù)應(yīng)用技術(shù)；基于氣候變化背景下全國(guó)小麥種植布局的變化，揭示小麥干熱風(fēng)災(zāi)害時(shí)空新變化及其氣象環(huán)境成因，研究氣候變化對(duì)小麥干熱風(fēng)的影響預(yù)估及適應(yīng)對(duì)策。