大冶市水稻低溫冷害的時空分布研究

張淑娟，張昭迪

（大冶市氣象局，湖北 大冶 435100）

低溫對水稻造成的損害主要表現(xiàn)為種子發(fā)芽緩慢、幼苗萎黃、在孕穗期和抽穗開花期授粉受阻導致不育或結實率降低。我國的水稻平均4～5 年遭受1 次嚴重冷害。調(diào)查顯示，在我國長江中下游地區(qū)，水稻在早春也會遭受寒流的危害。

目前，關于水稻低溫冷害的研究大多集中在致災機理、指標、監(jiān)測和評價等方面。參考黑龍江省緯度和海拔資料，王萍等用平均氣溫和作物低溫冷害指數(shù)計算了一般和嚴重低溫冷害指數(shù)值，分析了低溫冷害的分布特征[1]。參照《中國災害性天氣氣候圖集》中低溫和冷害的定義方法，陳裴等將長江中下游雙季稻區(qū)早稻的營養(yǎng)生長階段記錄為連續(xù)3天每天平均溫度≤12.0℃是低溫冷害過程[2]。尹思慧等人對江蘇省近30 年來單季稻抽穗和結實期低溫低溫傷害的時空特征及其對水稻產(chǎn)量的影響進行研究[3]。

本研究將分析大冶市水稻低溫冷害的時空特征，并根據(jù)冷害發(fā)生的頻率，進一步分析冷害的強度變化特征，為規(guī)避發(fā)生低溫冷害的風險提供參考。

1 研究概況與方法

1.1 研究概況

日平均氣溫：選擇大冶市從1973 年—2020 年所有氣象站3月20日—4月30日的平均氣溫作為基本數(shù)據(jù)。

地理信息：選擇了大冶市的ArcGIS9.2 版本和1∶250 000地理信息背景數(shù)據(jù)。

在現(xiàn)有研究成果的基礎上，分析大冶市近40年水稻遭受春季低溫的時空變化特征，著重研究這些變化的趨勢和頻率，并深入研究低溫和水稻的傷害寒意變化的規(guī)律。

1.2 研究方法

冷害指標。災害強度的定義。以1973 年—2020 年的3月20 日—4 月 30 日為例，3 d 以上每天平均溫度在＜12℃為春季低溫冷害指數(shù)[4]，將冷害強度以低溫冷害過程的持續(xù)日數(shù)為標準劃分輕度、中度、重度3 個等級，其中：3～4 d 是輕度，5～6 d 是中度，≥7 d 是重度[5]，同時定義每年 3 個等級冷害頻次的總和是該年總冷害頻次，計算1973 年—2020 年以來每一次冷害的開始日期、結束日期、持續(xù)時間和強度。

氣候趨勢分析方法。大冶氣象站建站48 年的日平均氣溫，根據(jù)相關指標對數(shù)據(jù)進行篩選處理，得到每1年不同程度的冷害（輕、中、重）發(fā)生的頻次，通過線性趨勢分析法畫出相關圖表進行趨勢變化分析。方程表示：

式中，xt——氣候變量的擬合值；a0——變量初始值；a1——變量的趨勢變化率；t——時間。

xt與t的相關系數(shù)即為趨勢系數(shù)，表示氣候變量的趨勢傾向，正值表示x隨時間t呈增加趨勢，反之呈減少趨勢。

（3）反距離權重法。采用Arcgis插值技術，將統(tǒng)計數(shù)據(jù)插值到各稻區(qū)，用反距離權重法（Inverse Distance Weighting，IDW）進行插值。因為大冶市區(qū)域小，且有建站至今的完整數(shù)據(jù)僅有1站，本文對于空間變化的研究將擴大區(qū)域范圍，利用鄂東南區(qū)域的其余國家站數(shù)據(jù)，進行空間變化分析。用公式表示如下：

式中，Z——待估計的氣溫柵格值；Z（xi）——第i（i=1，2，……，n）個氣象站點的數(shù)據(jù)；n——站點數(shù)目；di——插值點到第i個氣象站點的距離；p——距離的冪。

2 研究結果與分析

2.1 大冶市春季水稻低溫冷害時間變化特征

通過1973年—2020年的3月20日—4月30的歷史氣象資料及研究方法，大冶市早稻春季低溫冷害的發(fā)生情況見圖1。

圖1 1973年—2020年大冶市早稻春季低溫冷害發(fā)生次數(shù)Fig.1 The occurrence times of low temperature chilling injury of early rice in spring in Daye City from 1973 to 2020

根據(jù)圖1 可知，1973 年—2020 年大冶市春季總低溫冷害次數(shù)在0～3F 范圍內(nèi)波動，大冶市春季早稻的幼穗分化期的低溫冷害情況總體為下降趨勢。其中，分別于1973 年、1975年、2000 年、2001 年、2004 年、2007 年、2014 年達到冷害總次數(shù)最小值0 次，說明這7 年為大冶市春季早稻的幼穗分化期的安全年；分別于1978年、1979年、1987年、1993年達到達到冷害總次數(shù)最大值3 次，說明這4 年為大冶市春季早稻的幼穗分化期的危險年；此外，不同等級冷害發(fā)生的頻次來看，分別于1976年、1980年、1983年、1987年、1988年、1991年、1992年、1996 年、1998 年出現(xiàn)了重度冷害，說明這8 年為大冶市春季早稻的幼穗分化期的低溫冷害也較為嚴重，值得關注的是1998 年以后大冶市春季早稻的幼穗分化期再無重度冷害情況出現(xiàn)。

2.2 大冶市春季水稻低溫冷害空間變化特征

采用Arcgis 畫圖，選取黃石地區(qū)（3 站）、咸寧地區(qū)（6 站）畫出1973 年—2020 年鄂東南地區(qū)冷害分布圖，按強度分：總強度、輕度、中度、重度，見圖2。

圖2 1973年—2020年研究區(qū)域春季水稻低溫冷害的空間分布Fig.2 The spatial distribution of rice chilling injury in spring in the study area from 1973 to 2020

圖2 顯示了48 年來鄂東南地區(qū)各個年代冷害平均發(fā)生頻次的空間分布。以大冶市做主要分析：①總冷害發(fā)生頻次為1.05～1.25 次/年（圖2-A），空間分布經(jīng)緯向差異較為明顯，多發(fā)區(qū)位于西南部的通城縣和東北部的大冶市；②輕度冷害發(fā)生頻次為0.6～0.8 次/年（圖2-B），大冶市遭遇輕度冷害次數(shù)居多；③中度冷害發(fā)生頻次為0.2～0.3 次/年（圖2-C），大冶市遭遇中度冷害次數(shù)居中；④重度冷害發(fā)生頻次為0.19～0.27次/年（圖2-B），大冶市遭遇總度冷害次數(shù)最少；從總個鄂東南地區(qū)來看，嘉魚縣總冷害發(fā)生情況最少；輕度冷害空間差異較小，全區(qū)輕度冷害普遍偏多（各年代均在0.30 次/年以上），通城縣遭遇輕度低溫冷害情況最多；中度冷害普遍偏少（最多僅0.4次/年），通城縣遭遇中度低溫冷害情況最多，崇陽縣次之。

3 討論

本研究認為，大冶市春季早稻的幼穗分化期的低溫冷害情況呈下降趨勢，低溫冷害發(fā)生次數(shù)2000 年以前較多，2000年后較少，并且在1998 年之后無重度低溫冷害情況發(fā)生，同時，從鄂東南地區(qū)春季水稻低溫冷害的空間分布情況來看，大冶市低溫冷害次數(shù)較多，但總體趨于平緩。