黄淮海地区冬小麦干热风灾损的评价研究

　　干热风是一种高温、低湿并伴有一定风力的农业灾害性天气。在中国有干热风、热风、干旱风及热干风等不同称呼。干热风主要危害在于高温低温环境造成冬、春小麦及棉花等作物生理干旱，影响产量。小麦干热风是我国北方普遍发生的一种农业气象灾害。气候变暖背景下，极端气候事件趋强趋多[1],北方麦区干热风发生区域、次数和强度都明显发生了变化。干热风气象灾害对全球变暖的响应较为敏感，已成为气候变化研究中的重点和热点问题之一[2-3].因此，气候变暖背景下研究干热风等农业气象灾害对农作物的影响对于我国农业可持续发展、保障粮食安全等均具有重要的现实意义。

　　黄淮海地区是中国重要的商品粮生产基地，以冬小麦-夏玉米二熟制为主，在国家粮食安全保障战略中居重要地位[3].由于气候变暖，特别是20世纪80年代中期以后，黄淮海地区年平均气温发生了改变，这必将对干热风的发生频率、危害程度等产生一系列影响，因此在气候变暖的背景下，评估近年来黄淮海地区冬小麦干热风造成的损失，提出有效防御干热风的主要途径和技术措施，可为该区农作物安全生产、趋利避害和防灾减灾提供科学决策依据。

　　我国开展干热风研究已有几十年的历史，研究成果也非常丰富，但多是在省级层面上针对干热风危害的特征[3-6]、成因[7-8]、防御[9-12]、监测[13]及对气候变化的响应[14-15]分析。此外，针对黄淮海地区小麦干热风对产量的影响也开展了一些研究[16-18].例如，史印山等[17]通过分析河北省冬麦区1971-2005年5月10日至6月10日逐日降水、气温、湿度、风速及1981-2005年逐年小麦千粒重等资料，发现河北省冬麦区干热风总日数与小麦千粒重具有负相关关系。王明涛等[18]
利用1961-2009年（5月15日-6月10日）山东省滨州市7个台站逐日最高气温、14:00相对湿度、14:00风速及1980-2009年逐年小麦千粒重资料，采用周期方差外推法、回归分析等统计方法，对不同类型干热风对小麦千粒重的影响进行了初步分析，结果表明重干热风天气过程严重影响冬小麦千粒重和产量，通过重干热风天气过程出现次数与千粒重建立的回归方程表明两者具有较显着的负相关性。然而，到目前为止，关于在区域尺度上针对黄淮海地区冬小麦干热风灾害监测预警评估与防御方面的研究仍十分薄弱，远远不能满足防灾减灾、保证粮食安全生产的需求。因此，迫切需要进一步加强这方面的研究。

　　鉴于此，本研究在已有研究的基础上，基于黄淮海地区68个气象台站1961-2010年的逐日气象资料，和54个农业气象试验站1981-2006年小麦的发育期、产量、干热风灾害等数据，采用公认的冬小麦干热风灾害指标，计算干热风危害指数，进一步细化发育期，确定冬小麦抽穗前气象产量的关键气象因子，分离干热风年冬小麦气象产量，构建重度干热风影响下干热风危害指数与冬小麦抽穗-成熟阶段气象条件对气象产量影响的统计模型，进行1981-2006年黄淮海地区冬小麦干热风灾损的评估，为气候变化背景下黄淮海地区农业应对气候变化和安全生产提供科学依据。

　　1资料与方法

　　1.1数据来源与处理

　　气象数据来源于中国气象局，采用黄淮海地区68个气象台站1961-2006年逐日气象资料，以日最高气温、14:00相对湿度和14:00相对风速作为分析依据。农作物数据来源于国家气象信息中心农业气象观测报表，包括54个农业气象试验站1981-2006年小麦的发育期、产量、干热风灾害（发生区域、发生时间、发生程度）等数据。利用EXCEL、FORTRAN程序进行计算，并通过SPSS软件进行逐步回归分析。

　　1.2冬小麦干热风气象指标的选择

　　干热风的灾害类型一般分为高温低湿型、雨后热枯型和旱风型，其中高温低湿型在小麦开花灌浆过程（5月中下旬到6月上中旬）均可发生，是黄淮海麦区干热风的主要类型[3].本研究主要考虑高温低湿型，其指标采用中国气象局2007年发布的气象行业标准《小麦干热风灾害等级》[19]（表1），以日最高气温和14:00相对湿度为主要因子，14:00相对风速作为辅助因子。由于受收集的干热风灾害等资料的限制，本研究主要分析重度干热风灾害。

　　1.3冬小麦干热风危害指数的换算

　　为了科学地分析日最高气温、14:00相对湿度和14:00相对风速三要素对小麦的危害程度，根据干热风的定义及在王春乙等[20]的研究基础上，本文将三要素综合换算成干热风危害指数，其重度干热风危害指数方程式如下：

　　式中，E为重度干热风危害指数；WT,WR,WV分别为气温、相对湿度和风速的权重系数，根据王春乙等[20]的研究结果，分别取值为0.73、0.24和0.03;T为日最高气温大于或等于T0（35℃）时的具体数值；R为14:00相对湿度小于或等于R0（30%）时的具体数值；V为14:00相对风速大于或等于V0（3m/s）时的具体数值。

　　1.4冬小麦干热风灾损评估模型构建方法

　　1.4.1分离干热风年冬小麦抽穗-成熟气象产量

　　将历史产量序列Y看成是趋势产量Yt、小麦抽穗前气象条件对气象产量的影响YW1、抽穗-成熟阶段气象条件对气象产量的影响YW2之和[13],即：Y=Yt+YW1+YW2+ε（2）式中，Y为历史产量，kg/hm2;Yt为趋势产量（kg/hm2）；YW1为小麦抽穗前气象条件对气象产量的影响（kg/hm2）；YW2为抽穗-成熟阶段气象条件对气象产量的影响（kg/hm2）；ε为随机因素所造成的误差，在此忽略不计。于是，抽穗-成熟阶段气象条件对气象产量的影响YW2可由下式分离：YW2=Y-Yt-YW1（3）小麦抽穗前气象条件对气象产量的影响YW1,可统计历年农业气象观测报表中不同发育期间气象要素，进行小麦开花前气象因子普查和偏相关分析，选择有生物意义的因子，建立拟合方程。

　　根据式（2），原始产量经趋势拟合和灌浆前的气象因子拟合后，即剔除了趋势产量和灌浆前气象产量的贡献后的差值代表了灌浆期间气象条件对产量的影响和其它偶发因素对产量的影响。前者在干热风出现年份主要是受干热风的影响，后者如病虫害、倒伏等，历史上发生次数少，较难考虑，预测时可根据当年情况进行订正。

　　1.4.2建立重度干热风危害指数与抽穗-成熟阶段气象产量的统计模型

　　由于不同灌浆时段干热风灾害对小麦的影响有差异，扬花期使小麦结实率降低，结实粒数减少，穗粒重下降；乳熟至蜡熟期影响灌浆结实，千粒重下降。因此，本研究基于现有农作物相关的产量、发育期、干热风灾害等相关资料，将灌浆期分为抽穗-灌浆期、灌浆-乳熟期和乳熟-成熟期3个时段，建立重度干热风灾害影响下，抽穗-成熟阶段气象产量与抽穗-灌浆期、灌浆-乳熟期和乳熟-成熟期3个时段干热风危害指数的关系模型：

　　YW2=A×Ea+B×Eb+C×Ec+D（4）式中，YW2为抽穗-成熟阶段气象条件对气象产量的影响（kg/hm2）；Ea为抽穗-灌浆期间重度干热风危害指数，无单位；Eb为灌浆-乳熟期间重度干热风危害指数，无单位；Ec为乳熟-成熟期间重度干热风危害指数，无单位；A、B、C、D为对应的系数。

　　1.4.3冬小麦干热风灾损评估

　　按照小麦灌浆前的气象条件，发生干热风后的实测产量比灌浆期未受灾的正常预计产量的减产百分比为：

　　Yd=（Y'-Y）/Y'·100%（5）式中，Yd为干热风灾害所造成的产量损失占不受干热风危害，由灌浆前气象条件和正常投入（社会计量产量）应得到的产量的百分比；Y'为灌浆期未受灾的正常预计产量（各阶段干热风危害标准化指数为1）；Y为发生干热风后的实测产量。