基于SPEI的濮阳夏玉米生长季干旱特征分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0514

摘要/Abstract

摘要：

干旱是濮阳地区夏玉米生产过程中最主要的农业气象灾害，本研究旨在探究濮阳地区夏玉米生长季（6—9月）干旱的演变规律，并分析其对农业生产的影响，以便采取有效的防灾减灾措施。通过利用濮阳5个气象站点在1991—2020年间的逐月气温和降水量数据，研究采用标准化降水蒸散指数（SPEI）结合小波分析和Mann-Kendall检验方法来识别干旱变化特征。研究发现，夏玉米苗期、穗期和花粒期干旱发生率分别为26.7%、30.3%和35%。特别是在2010年后，夏玉米各生长阶段均呈现干旱化趋势，并在1992、1995、1998、2002、2005、2018等年份观测到气候突变现象。周期性分析显示，不同生长阶段的干湿周期存在差异，其中苗期为8~9 a和20~25 a，穗期为6~10 a和15~25 a，花粒期为5 a、10 a和18~24 a，而整个生长季则为8~9 a和22 a。由于气候异常，自2010年以来，干湿周期性变化有所减弱，干旱化趋势明显，且存在干湿突变的风险。因此，针对濮阳地区夏玉米生产，建议加强气候监测、预警预报以及防灾减灾工作，以应对气候变化带来的挑战。

关键词: 濮阳, 夏玉米, SPEI, 干旱

Abstract:

Drought is the most important agrometeorological disaster in the process of summer maize production in Puyang area. It is of great significance to clarify the evolution law of agricultural drought occurrence for taking effective disaster prevention and mitigation measures. Using the monthly temperature and precipitation of 5 meteorological stations in Puyang from 1991 to 2020, standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) and wavelet analysis and Mann-Kendall test were used to analyze the characteristics of drought change in the summer corn growing season (June-September) in Puyang. The results showed that the incidence of drought in summer maize seedling stage was 26.7%, and it showed a trend of drought after 2010. The abrupt climate change occurred in 1992, 1995 and 2005, and the climate of summer maize seedling stage showed a periodic change of dry and wet of 8-9a and 20-25a. The incidence of drought in the ear period of summer maize was 30.3%, and the climate changed abruptly in 2018, and the climate in the ear period showed dry and wet periodic changes of 6-10a and 15-25a. The incidence of drought in the summer corn grain period was 35%, the climate abrupt change occurred in 1992, 1998, 2002 and 2018, and the climate in the flower grain period showed periodic changes of dry and wet of 5a, 10a and 18-24A. The incidence of drought in the whole growing season of summer maize was 32.3%, climate abrupt change occurred in 2010, 2015 and 2019, and the climate of summer maize during the whole growing period showed dry and wet periodic changes of 8 to 9a and 22a. Due to the abnormal climate, the cyclical changes of dry and wet become weaker after 2010, showing a trend of drying, and there is a risk of abrupt change in dry and wet conditions. Therefore, it is necessary to strengthen monitoring, early warning, forecasting and defense work in the production process of summer maize.

Key words: Puyang, summer maize, SPEI, drought

董建设. 基于SPEI的濮阳夏玉米生长季干旱特征分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(14): 82-89.

DONG Jianshe. Analysis of Drought Characteristics of Summer Maize Growing Season in Puyang Based on SPEI[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(14): 82-89.

图/表 11

图1. 濮阳市5个代表性气象站点分布

SPEI值	干旱等级
0.5≥SPEI>-1.0	轻旱
-1.0≥SPEI>-1.5	中旱
-1.5≥SPEI>-2.0	重旱
-2.0≥SPEI	特旱

表1. 基于SPEI的干旱等级划分

图2. 濮阳1991—2020年6月月平均气温变化趋势图

图3. 1991—2020年濮阳夏玉米苗期（6月SPEI）M-K突变检验

图4. 1991—2020年濮阳夏玉米苗期（6月SPEI）复小波系数实部等值线图图中数值小于0的用虚线表示，大于等于0用实线表示，下同

图5. 1991—2020年濮阳夏玉米穗期（7月SPEI）M-K突变检验

图6. 1991—2020年濮阳夏玉米穗期（7月SPEI）复小波系数实部等值线图

图7. 1991—2020年濮阳夏玉米花粒期（8月SPEI）M-K突变检验

图8. 1991—2020年濮阳夏玉米花粒期（8月SPEI）复小波系数实部等值线图

图9. 1991—2020年濮阳夏玉米全生育期M-K突变检验

图10. 1991—2020年濮阳夏玉米全生育期SPEI复小波系数实部等值线图

参考文献 29

[1]	郭建平. 气候变化对中国农业生产的影响研究进展[J]. 应用气象学报, 2015, 26(1):1-11.
[2]	郑远长. 全球自然灾害概述[J]. 中国减灾, 2000, 10(1):14-19.
[3]	王春乙. 重大农业气象灾害研究进展[M]. 北京: 气象出版社, 2007.
[4]	张强, 王劲松, 姚玉璧, 等. 干旱灾害风险及其管理[M]. 北京: 气象出版社, 2017:2.
[5]	袁文平, 周广胜. 干旱指标的理论分析与研究展望[J]. 地球科学进展, 2004, 19(6):982-991. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2004.06.0982
[6]	王春林, 郭晶, 薛丽芳, 等. 改进的综合气象干旱指CInew及其适用性分析[J]. 中国农业气象, 2011, 32(4):621-626.
[7]	容锦萌, 周丹, 罗静, 等. 4种干旱指标在华北地区气象干旱监测中的适用性分析[J]. 干旱地区农业研究, 2019, 37(1):259-267.
[8]	张龙, 赵福年, 李国昌, 等. 2种标准化干旱指标在甘肃武威干旱监测中的对比[J]. 干旱气象, 2013, 31(2):412-418.
[9]	李树岩, 刘荣花, 师丽魁, 等. 基于CI指数的河南省近40a干旱特征分析[J]. 干旱气象, 2009, 27(2):97-102.
[10]	王富强, 王雷. 基于降水距平百分率的河南省干旱特征分析[J]. 中国农村水利水电, 2014(12):84-88.
[11]	薛昌颖, 马志红, 胡程达. 近40 a黄淮海地区夏玉米生长季干旱时空特征分析[J]. 自然灾害学报, 2016, 25(2):1-14.
[12]	鲁佩, 董婕, 高新甜. 基于SPEI的华北平原近55年干旱时空特征分析[J]. 河南科学, 2016, 34(9):1551-1556.
[13]	陈少丹, 张利平, 汤柔馨, 等. 基于SPEI和TVDI的河南省干旱时空变化分析[J]. 农业工程学报, 2017, 33(24):126-132
[14]	陈裴, 杨沈斌, 王春玲, 等. 基于SPEI指数的西北地区春旱时空分布特征[J]. 干旱气象, 2016, 34(1):34-42.
[15]	张煦庭, 潘学标, 徐琳, 等. 基于降水蒸散指数的1960—2015年内蒙古干旱时空特征[J]. 农业工程学报, 2017, 33(15):190-199.
[16]	商东耀, 张志红, 岳元, 等. 基于标准化降水指数的河南省近45年干旱时空特征分析[J]. 干旱地区农业研究, 2021, 39(4):162-170.
[17]	路金强, 甘容, 杨峰, 等. 基于SPEI指数的河南省干旱特征及与环流指数的相关性分析[J]. 中国农村水利水电, 2022(4):17-24.
[18]	陆伟婷, 于欢, 曹胜男, 等. 近20年黄淮海地区气候变暖对夏玉米生育进程及产量的影响[J]. 中国农业科, 2015, 48(16):3132-3145.
[19]	翟盘茂, 邹旭恺. 1951—2003年中国气温和降水变化及其对干旱的影响[J]. 气候变化研究进展, 2005, 1(1):16-18.
[20]	田宏伟, 李树岩. 河南省夏玉米干旱综合风险精细化区划[J]. 干旱气象, 2016, 34(5):852-859. doi: 10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-05-0852
[21]	郁凌华, 赵艳霞. 黄淮海地区夏玉米生长季内的旱涝灾害分析[J]. 灾害学, 2013, 28(2):71-75.
[22]	王东, 张勃, 安美玲, 等. 基于SPEI的西南地区近53年干旱时空特征分析[J]. 自然资源学报, 2014, 29(6):1003-1016. doi: 10.11849/zrzyxb.2014.06.009
[23]	林振山, 邓自旺. 子波气候诊断技术研究[M]. 北京: 气象出版社, 1999:1-22,47-51.
[24]	魏凤英. 现代气候诊断与预测技术[M]. 北京: 气象出版社, 2007.
[25]	李翔翔, 居辉, 刘勤, 等. 基于SPEI-PM指数的黄淮海平原干旱特征分析[J]. 生态学报, 2017, 37(6):2054-2066.
[26]	温克刚, 丁一汇. 中国气象灾害大典. 综合卷[M]. 北京: 气象出版社, 2008.
[27]	唐侥, 孙睿. 基于气象和遥感数据的河南省干旱特征分析[J]. 自然资源学报, 2013, 28(4):646-655. doi: 10.11849/zrzyxb.2013.04.011
[28]	徐建文, 居辉, 刘勤, 等. 黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应[J]. 生态学报, 2014, 34(2):460-470.
[29]	邓振镛, 张强, 尹宪志, 等. 干旱灾害对干旱气候的响应[J]. 冰川冻土, 2007, 29(1):114-118.