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我国冬小麦霜冻灾害致灾因子度评价——基于作物生育阶段气象指标

作者:habao 来源:未知 日期:2018-3-18 22:46:41 人气: 标签:作物杂志影响因子
导读:2009年12JOURNALOFCATASTROPHOLOGYVol24NoDec2009我国冬小麦霜冻灾害致灾因子度评价师范大学地理学与遥感科学学院…

  2009年12 JOURNALOF CATASTROPHOLOGY Vol 24 No Dec2009 我国冬小麦霜冻灾害致灾因子度评价 师范大学地理学与遥感科学学院, 100875; 师范大学区域地理研究实验室, 100875) 霜冻是一种农业生产的气象灾害,对其致灾因子度的研究, 可为大尺度的作物霜冻灾害区划及 农业保险提供依据。 根据作物生长发育的阶段性原理, 以全国751 个气象台站56 年的逐日最低气温资料以及作物 生育期资料为基础, 统计得到冬小麦各个生育阶段不同灾害等级(轻霜冻、 中霜冻、 重霜冻)的年霜冻日数, 算出冬小麦全生育期内不同等级霜冻的发生概率,基于以上两项指标对冬小麦霜冻致灾因子度做出评价。 果表明,研究期内重霜冻年霜日最大值为129d, 而轻霜冻和中霜冻霜日最大值分别为23 冬小麦受重霜冻危害时间较长; 冬小麦霜冻的频发区、 多发区、 少发区从北向南依次分布, 随着霜冻等级增加, 频发区的面积 差异不大, 但多发区的面积减小、 少发区面积增大; 冬小麦霜冻灾害度等级最低的地区主要分布在低纬度的 几个省份, 如海南、 广东、 广西、 云南等, 度等级最高的地区集中在青藏高原地区。 关键词: 生育阶段; 致灾因子; 度; 霜冻灾害; 冬小麦 中图分类号: S425 文章编号:1000 -811X(2009)04 -0045 -06 引言霜冻是一种农业生产的气象灾害, 国的各地从南到北、从东到西都时有发生 究作物霜冻的目的是掌握其发生规律,制定出相 应的农业措施, 减少对农作物的危害。 在农作物霜冻研究中, 最常用的指标是初霜 终霜日和无霜期。但气象上的霜日和作物霜 冻灾害差别较大。 气象上的霜日是以地面最低温 度降到零度以下(含零度) 为指标的, 而作物霜冻 灾害是以植株受到为标准的。 霜日可能有霜 冻灾害, 也可能没有; 南带以北每一个地点 每年都有一个初霜日, 一个终霜日, 而作物霜冻 灾害只发生在部分年份、 部分地区; 作物霜冻灾 害可能发生在初、 终霜日, 也可能发生在初霜日 之后、 终霜日之前, 终霜日与作物霜冻灾害不一定是一致的 终霜日的分析结果不适用于作物霜冻灾害, 应该选用其他气象指 标研究作物霜冻灾害。 霜冻灾害对作物的影响主要是霜冻发生时的 低温对作物造成的生理损伤。 近年来大量研究认 在自然界广泛存在的冰核细菌可诱发植物细胞间隙水结冰引起霜冻, 植物霜冻危害的轻 重程度是由低温强度大小、 植物抗霜能力强弱和 植物体上冰核细菌数量多少这三个因素决定 而实际研究中,受条件和技术的, 以忽略冰核细菌数量这一因素,只考虑低温与作 物因素(耐低温能力)。 在实际生产中, 由于作物 在不同生育阶段耐低温能力不同, 各个生育阶段 遭受霜冻灾害造成的减产程度亦不同。 因此针对 不同的作物, 通常重点研究霜冻灾害多发的生育 阶段的受灾情况。 比如冬小麦拔节后的霜冻情况 有较多研究 上述针对特定生育阶段的研究对作物关键生长期的管理很有意义, 可为制定具体防灾对策提 供依据, 为宏观研究提供案例和思。 基于 上述研究, 本文在划分作物生育阶段的基础上, 基于气象指标, 评价我国冬小麦的霜冻致灾因子 度, 可以更精确地分析作物全生育期内霜冻 灾害发生情况, 为大尺度的作物霜冻灾害区划及 收稿日期:2009 -06 -01 基金项目: 国家科技支撑计划项目(2006BAD20B03) 作者简介: 林晓梅(1983 山东平度人,硕士研究生, 主要的研究方向为自然灾害风险 Email: linxiaomei@ mail bnu edu cn 通讯作者: 苏蝎(1974 云南石屏人,博士, 副教授, 主要从事灾害风险、 资源生态方面的研究 Email: suyun@ bnu edu cn 数据源作物霜冻灾害常采用的温度指标有地面最低 温度、 最低气温、 植株体温。 地面最低温度受下 垫面影响较大, 情况复杂, 代表性有限; 植株温 度高低是霜冻时植株本身温度的真实反应, 特别 是植物叶片对温度变化, 是判断霜冻较理想 的指标 [13] 区域较大时数据获取困难,不适用于较 大区域的研究。 叶温与植株地上部分其它器官的 温度有密切联系, 有研究认为最低叶温与最低气 温之间存在统计学关系 [16] 由实验得到的作物霜冻灾害叶温经验值可以换算成气温数据, 并做成 标准以供使用。 在实际预报中, 最低气温是常规 预报项目, 较易获得, 因此在农业气象研究中, 以气温为指标来分析霜冻对农作物的影响较合适, 可以利用最低气温的历史资料分析霜冻的出现 情况。 本研究选用逐日最低气温作为基础数据。 气象资料来自全国751个气象观测站, 观测记录 时段为1950 月至2005年12 作物物候资料来自《 国家农业地图集》 的主要农作物物候期 资料。 分别计算不同霜冻等级的牟霜日数《植物霜冻害等级标准》 按照日最低气温下降 的幅度、 低温强度及植物遭到霜冻害后和减 产的程度, 将植物霜冻害分为, 即轻霜冻害 (light frost damage)、 中霜冻害( medium frost dam age)和重霜冻害(serious frost damage) [17] 该标准综合多方面研究, 冬小麦各级霜冻害温 度指标如表1, 本研究在判断冬小麦各生育阶段逐 日最低气温能否及判定灾害等级的过程中, 以该标准为依据。 创建数据库, 站点ID”、 “日最低温”几个字段组成, 记录即为各个 站点的逐日最低温记录。 筛选霜冻出现日期的过 程即筛选数据库记录的过程。 由于气候条件不同, 作物的生育期也就存在地域上的差别。 参照各站 点所在地区的物候期(《国家农业地图集》 麦物候期”相关图件 [18] 划分冬小麦生育阶段,筛选各站点满足冬小麦霜冻条件的记录。 霜冻日 数即为满足条件的气象记录条数, 这些记录需要 满足的条件是: “日期”在冬小麦生育期内, “最低 温”符合各生育阶段霜冻温度指标。 运用统计软件 获得年份系列与不同等级(轻、 霜冻日数的二维交叉列表, 即各站点每年的霜冻日数, 其平均值作为各站点的年霜日数,通过插值用点 数据推导整个区域。 生育期气温/ 植株受冻受冻 苗期-7 顶部、叶尖或少部 分叶片受冻 <30 苗期-8 开花期-1 上半部大部分叶片受冻, 且不能恢复; 幼苗部分被冻死 30 ~70 苗期-9 -10开花期 -2 冻死>70 >15 *9自《中华人民国气象行业标准———植物霜冻害等级标准(征求意见稿)》, 2006 选用的插值方法是反距离权重插值( Inverse Distance Weighted), 主要在 ArcGIS9 鉴于样本点数量较少且空间分布规范性较差的特点, 利用可变(Variable) 搜索半径的反距离权 重插值生成表面, 并通过表面分析工具, 利用等 值线显示表面信息。 分别计算不同等级霜冻的发生频率将全年霜冻日数为零视为无霜冻发生的情况, 其他均视为霜冻发生, 不同等级i 的霜冻灾害发生 概率为 为冬小麦的霜冻灾害等级(分为轻、 为经筛选与统计得到全年霜冻日数为零的年数, 为气象观测总年数。由此得到各站点 不同等级的霜冻发生概率。 综合计算霜冻致灾因子的度冬小麦霜冻灾害度评价的目的是冬 小麦霜冻灾害在地域空间上的差异性规律和特征, 为各地因地制宜制定灾害防治规划及对策提供科 学依据。 霜日和概率是表征霜冻发生情况的两个指标, 将其重组分类。 分别作为年霜日数“较少”与“一般”, “一般”与“较多”的分界值。 min分别是同一霜冻等级下的最大值 和最小值。 同样,以30%和70%两个值将发生概率值分 为“少发”、 “多发”、 个区间。按照上述 重分类方法, 利用表2 所示的等级矩阵划分, 冬小麦霜冻致灾因子度等级划分发生概率 少发( <30%) 多发(30% ~70%) >70%)年霜日数 较少(轻霜冻<8 一般(轻霜冻8~15 中霜冻7~12 重霜冻43~85 综上所述,研究技术线。 个等级霜冻日数的等值线分布图。 高值区集中分布在青藏高原及四川西北部,淮河以南在各等级霜日图上的值均较低, 其他地 区的值介于前两者之间, 这也体现出地形条件对 我国热量分布的影响。 从数值上来看, 与轻霜冻和中霜冻的霜日相 重霜冻霜日值明显偏大。重霜冻霜日最大值 为129 而轻霜冻和中霜冻霜日最大值分别为23 d和19 我国冬小麦受重霜冻危害时间较长。与气象上的霜日图相比, 冬小麦霜日图更具 现实意义。 首先, 此方法得到的霜日少于气象上 这是因为气象上通常以最低温度在0以下作为霜冻发生的条件, 而冬小麦大部分生育期可 0以下低温, 尤其是拔节期。 气象上的霜日 实际涵盖了有低温但不对冬小麦构成的日数。 再者,不同程度低温可对冬小麦造成不同, 以温度区间判定灾害等级, 就得到了不同等级霜 冻灾害的日数图, 从而使得结果更加细致和 科学。 冬小麦YZ发[概率分析若发生概率 30%的地区为霜冻少发区,30% ~70%为多发区, >70%的地区为频发区, 重三个等级霜冻灾害的少发区、多发区 和频发区基本上都是连续的, 且随纬度的增加大体呈 少发区、 多发区、 频发区的分布, 但在青藏高原地区 和四川西北部, 以及四川、 云南、 贵州三省的部分地 冬小麦霜冻的发生频率要高于同纬度地区,这与 当地高原或山地地形影响下的气候因素有关。 轻霜冻灾害的少发区主要分布在我国最南部 的广东、 广西、 云南、 海南等省份以及江和A 建的部分地区, 多发区主要包括长江流域的省市, 长江流域以北为频发区。 中霜冻灾害的少发区与 我国冬小麦霜冻灾害致灾因子度评价多发区界线、 多发区与频发区界线均向高纬度移 而前者更明显,这就导致少发区的面积较多 发区增加更快, 轻霜冻多发区的面积明显大于少 中霜冻多发区与少发区面积相当。重霜冻 多发区与频发区在我国东部的界线移到了淮河一 多发区主要在长江中下游与淮河之间,四川 东部与重庆的情况与其同纬度的东部地区较一致。 个等级霜冻灾害度评价的结果图。 通过对图4 的分析, 小结出我国不同等级霜冻 致灾因子度的主要分布区, 如表3。 不同等级霜冻致灾因子度主要分布区轻霜冻 中霜冻 重霜冻 海南,广东、 广西、 浙江大部, 云南南 四川东部,重庆、 湖南西南部, 龙江, 广东, 广西, 云南, 湖南, 四川东部, 重庆、 湖北、 江西、 福建、 浙江南部, 上海大部, , 海南, 广东, 广西, 云南、 贵州、 湖南、 湖北、 江西、 福建、 浙江、 上海大部, 四川东半部, 陕西、 江苏、 安徽南部 云南北部,贵州、 湖南大部, 重庆、 江西、福建大部, 安徽南部, 上海, 陕西南部 贵州, 重庆、 湖北、 江西、 福建、 浙江 北部, 上海西南部 福建西北部, 江西、 浙江、 江苏、 安徽 北部, 河南、 陕西南部 江苏、安徽北部, 山东, 河南, 辽宁, 南部, 陕西中南部, 新疆、 中北部 山东, 河南、 安徽、 江苏北部, 陕西南 辽宁东北部,新疆北部部分地区, 天津东南部 、 新疆、 甘肃、 、 、 山东、、 天津、 、 辽宁大 四川北部和西部,河南北半部, 青海、、 甘肃、 、 、 天津 大部, 四川西北部, 新疆、 中南 陕西、山西、 中北部 甘肃, , 山西, 新疆、 、 、天津、 大部, 辽宁西部 与辽东半岛地区 青海与其相邻省区交界地区 分布区西部和南部部分地区, 青海与 交界部分地区 青海东南和西南部, 大部 青海大部 尤其体现在中东部地区,与纬度对应关系 较明显一些, 随纬度的增高度等级升高。 险度等级最低的地区主要分布在我国低纬度几个省份, 如海南、 广东、 广西、 云南等, 度等 级最高的地区集中在青藏高原地区。 结论与讨论研究得到的主要结论: 无论霜冻日数还是发 生频率, 在空间分布上基本都是北方大于南方; 轻霜冻和中霜冻年霜日最大值分别为23 霜日值在空间上的分布相似,南方地区霜日值较 高值区主要分布在青藏高原地区。冬小麦受 重霜冻危害时间较长, 年霜日最大值为129 霜冻霜日高值区在青藏高原的集中现象更加明显;冬小麦霜冻的频发区、 多发区、 少发区大体从北 向南依次分布。 在各个霜冻等级中, 北方地区绝 大部分都属于频发区, 南方主要分布的是多发区 和少发区。 随着霜冻等级增加, 异不大,但多发区的面积减小、 少发区面积增大。 以年霜冻日数和发生概率为指标做出的度评 价结果是, 北方度等级普遍高于南方。 度等级较低的地区主要分布在我国低纬度地区, 度等级最高的地区集中在青藏高原地区。 制定防御霜冻的宏观对策首先要找出霜冻的 多发地区, 农业气象灾害的研究结合作物的生长 情况更有意义。 霜日与发生概率的高值区, 应作 为最重要的防霜地区。 将气象指标与作物生育期 结合分析, 突出了承灾体的作用, 得到的霜日数 据和发生概率数据可以根据需要作为基础资料参 考使用, 度的划分提供了因地防御的依据。 另外, 作物霜冻发生概率与作物的减产率相结合, 可以预计农业损失, 从而为农业保险提供依据。 对冬小麦霜冻灾害的研究还可以为其他受霜冻 灾害影响的作物提供参考, 参照温度标准可以做出 其他各种受灾作物的霜日图。 在分析某一类作物在 某地区是否适宜种植, 或者对作物在几个分布区适 应性等情况的评价过程中, 常常用到无霜期等资 不考虑时间序列的数据更新等情况下都只有一幅,不但没有针对不同作物的生理特性, 而且混淆了 “霜”与“霜冻” 的概念, 即默认了有霜就有作物霜 冻的发生。 将本文的方法推广到其他各种受霜冻灾 害影响的作物, 做出一系列作物霜日图, 可以作为 基础图件, 用作作物的相关研究中。 需要注意的问题: 仅从致灾因子方面考虑, 冬小麦生育阶段也只是依据各地多年平均物候资 料划分,没有与作物分布图叠加, 出现与 两个低值的地区也是冬小麦在该地没有对应 的物候期的结果, 在以后的研究中可以与土地利 用结合, 细致到作植斑块, 对实际生产更具 有意义; 没有将冬小麦霜冻害与越冬冷害很好 的区分开来, 凡是符合霜冻温度标准的均视为霜 冻的情况, 可能会造成结果值偏大, 尤其是重霜 文中结果与实际损失没有必然联系, 最高值区不一定是实际受灾最严重的地 还需要结合作植面积等具体分析。参考文献: 龙,钟秀丽, 自然灾害学报,2005, 14(4): 72 -78. 作物学报,1999, 25(3): 335 -340. 1978.The role bacterialice nuclei frostinjury sensitiveplants. In PH Li, Saksi,eds, Plant cold hardiness freezingstress mechanisms cropimplications NewYork: Academic Press: 249 -263. 自然科学进展,1994, 449-45. eta1. Xamthomonas campes tris pv. translucens strains active icenucleation PlantDisease, 1987, 71: 994 -997. 冬小麦拔节后霜冻害与叶温的关系[J]. 作物学报, 2000, 26(6): 707 -712. 钟秀丽,龙, 黄淮麦区小麦拔节后霜冻的农业气候区划[J]. 中国生态农业学报, 2008, 16(1): 11 -15. 钟秀丽,龙, 黄淮麦区冬小麦拔节后霜冻温度出现规律研究[J]. 中国生态农业学报, 2007, 15(5): 17 -20. 陕北仁用杏花期霜冻风险分析及区划[J]. 陕西气象, 2001, 27-28. [10] 朱琳, 陕北仁用杏的花期霜冻气候风险分析及区划[J]. 中国农业气象, 2003, 24(2): 49 -51. [11] 王俊杰. 黄土高原区果树花期晚霜冻害估计与对策 甘肃林业科技,2005, 30(4): 34 -37. [12] 陕西苹果花期霜冻灾害分析[J].果树学报, 2008, 25(5): 666 -670. [13] 霜冻灾害与防御技术[M].: 中国农业科技出 2001:84 -85, 100. [14] 小麦叶温对籽粒灌浆的影响[J].中国农 业气象, 1992, 13(3): -5.[15] 葡萄叶温的研究[J].农业 技术师范学院学报, 1990, 39-42. [16] 朱巨龙.晴夜作物叶片温度的变化特点及 其在霜冻防御上的应用[J]. 中国农业小气候研究进展, 1993(4): 321 ~32. [17] 中国气象局. 中华人民国气象行业标准( 征求意见稿) 2006.[18] 中国科学院. 中华人民国国家农业地图集[K]. : 中国地图出版社, 1989. Frost Hazard Risk Assessment WinterWheat: Based MeteorologicalIndicator DifferentGrowing Stages Lin Xiaomei 1,2 YueYaojie 1,2 SuYun 1,2,3 Geography,Beijing Normal University, Beijing 100875, China; KeyLaboratory RegionalGeography, Beijing Normal University, Beijing 100875, China; KeyLaboratory EnvironmentChange NaturalDisaster, Ministry China,Beijing Normal University, Beijing 100875, China) Abstract: Frost meteorologicaldisaster which agriculturalproduction. The research itshazard risk can provide largescaleagricultural disasters regionalization agriculturalinsurance. According cropgrowing stages, averageannual number frostdays differentdegrees (light frost damage, medium frost damage, serious frost damage) everygrowing stage winterwheat differentdegrees wholegrowth winterwheat wellbased dailyminimum temperature data informationabout crop growing period 751meteorological stations nationwide 56years. The winter wheat frost hazard risk degree assessedbased abovetwo indicators. The result shows seriousfrost damage frost day 129days, mediumfrost damage frost day 23days days,so winterwheat sufferedfrom serious frost damage longtime. The probability frostincreases from south north.With hazardrisk degree, littledifferent highfrequency frost. However, frequentfrost increased.The lowest degree frostdisaster risk mainlydistributed lowlatitudeprovinces, Hainan,Guangdong, Guangxi, Yunnan.The highest mainlydistributed QinghaiTibetPlateau. Key words: growing stage; hazard factors; risk degree; frost disaster; winter wheat 我国冬小麦霜冻灾害致灾因子度评价——基于作物生育阶段气象指标 刊名: 灾害学 英文刊名: JOURNAL 2009,24(4)被引用次数: 11次 参考文献(18条) 1.李茂松;龙;钟秀丽 冬小麦霜冻害研究现状与展望[期刊论文]-自然灾害学报 2005(04) 我国冬小麦霜冻害的气候分析[期刊论文]-作物学报1999(03) 3.Lindow bacterialice nuclei frostinjury sensitiveplants 1978 我国植物上冰核细菌种类鉴定1994(03) 5.Kim Xamthomonascampes-tris pv.translucens strains active icenucleation 1987 冬小麦拔节后霜冻害与叶温的关系[期刊论文]-作物学报2000(06) 7.钟秀丽;龙;赵鹏 黄淮麦区小麦拔节后霜冻的农业气候区划[期刊论文]-中国生态农业学报 2008(01) 8.钟秀丽;龙;赵鹏 黄淮麦区冬小麦拔节后霜冻温度出现规律研究[期刊论文]-中国生态农业学报 2007(05) 9.朱琳;王万瑞;仁启 陕北仁用杏花期霜冻风险分析及区划[期刊论文]-陕西气象 2001(01) 10.朱琳;王万瑞;任启 陕北仁用杏的花期霜冻气候风险分析及区划[期刊论文]-中国农业气象 2003(02) 11.王俊杰 黄土高原区果树花期晚霜冻害估计与对策[期刊论文]-甘肃林业科技 2005(04) 12.李美荣;朱琳;杜继稳 陕西苹果花期霜冻灾害分析[期刊论文]-果树学报 2008(05) 13.孙忠富 霜冻灾害与防御技术 2001 小麦叶温对籽粒灌浆的影响1992(03) 葡萄叶温的研究[期刊论文]-农业技术师范学院学报1990(02) 16.何维勋;冯玉香;朱巨龙 晴夜作物叶片温度的变化特点及其在霜冻防御上的应用 1993(04) 17.中国气象局 中华人民国气象行业标准(征求意见稿) 2006 18.中国科学院 中华人民国国家农业地图集 1989 本文读者也读过(10条) 陈金华.杨太明.马晓群.张安徽省淮北地区小麦霜冻(害)发生规律及其防御对策研究[会议论文]-2006 Ping.YinJianmin.Xiao Jinxiang.Li Yingchun 我国南方晚稻孕穗期旱灾 指标试验研究[期刊论文]-气象科技Chunyi.CHEN Huailiang. REN Zhenghe.ZOU Chunhui 冬小麦晚霜冻害时空分布与多时间尺度变化规律分析[期刊论文]-气象学报2009,67(2) 刘静.马力文.张小煜.刘玉兰.武万里.孙银川引黄灌区小麦热干风监测指标研究[期刊论文]-中国农业气象 2003,24(3) 李树岭.赵玲..LIShu-ling.ZHAO Ling.ZHANG Chun-mei 加格达奇霜冻灾害的气候背景分析及农业生产 对策[期刊论文]-气象2001(1) 郑之龙北疆地区终霜冻对棉苗的影响及对策[期刊论文]-中国棉花2000,27(7) 冯永新新疆兵团七师霜冻灾害的特征分析[会议论文]-2007 10. 张厚瑄.孙楠 新疆棉花生产的气象灾害及防御对策措施[期刊论文]-中国农业气象2000,21(4) 文献(11条) 常用农业气候指标计算软件的研制[期刊论文]-中国农业气象2012(4) 基于灰色关联度的暴雨事件灾害评估和预评估方法[期刊论文]-贵州气象2011(6) 胶东丘陵区冬小麦生育期低温冷害预警模型研究[期刊论文]-山东农业科学 2012(1) 霜冻致灾因子指标特征及性分析[期刊论文]-中国农业气象2013(4) 省水稻初霜冻灾害致灾因子性分析[期刊论文]-灾害学2012(2) 省水稻初霜冻灾害风险区划[期刊论文]-农业科学2011(12) 中国北方地区主要农作物气象灾害风险评估方法综述[期刊论文]-灾害学2013(2) 河南省冬小麦晚霜冻害风险区划[期刊论文]-灾害学2012(3) 9.WANG Hui-ng.GUO wei.WANG Ji-hua.HUANG Wen-jiang.GU Xiao-he.DONG Ying-ying.XU Xin-gang Exploring WinterWheat Freeze Injury IntegratingGrey System Model GIS[期刊论文]-农业科学学报(英文版) 2013(7) 黄淮平原冬小麦霜冻害时空分布特点的研究[期刊论文]-中国农学通报2011(18) 江苏省冬小麦春霜冻害发生规律及其气候风险区划[期刊论文]-中国农业气象2012(1) 引用本文格式:我国冬小麦霜冻灾害致灾因子度评价——基于作物生育阶段气象指标[期刊论文]-灾害学 2009(4)

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