金垚 郭藝媛 劉琰琰 上官昌貴 張玉芳 王銳婷

摘要：利用1980—2017年四川盆區(qū)113個(gè)氣象站點(diǎn)資料和盆區(qū)24個(gè)冬小麥（Triticum aestivum L.）農(nóng)業(yè)氣象觀測站生育期資料，將四川盆區(qū)小麥種植區(qū)分為5個(gè)片區(qū)，在分析冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素與灌漿結(jié)實(shí)期氣象因子之間相關(guān)性的基礎(chǔ)上，確定冬小麥灌漿結(jié)實(shí)期間的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)間、連陰雨時(shí)間為指標(biāo)因子，根據(jù)主成分分析法，構(gòu)建低溫陰雨寡照致災(zāi)綜合指數(shù)（F）。選取代表站點(diǎn)，劃分等級閾值，確定小麥灌漿結(jié)實(shí)期連陰雨災(zāi)情為輕、中、重3個(gè)等級，且各個(gè)致災(zāi)等級的閾值分別為0.45

關(guān)鍵詞：冬小麥（Triticum aestivum L.）;灌漿結(jié)實(shí)期;陰雨寡照;災(zāi)害;空間分布

中圖分類號：P494? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）17-0027-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.17.007? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： The meteorological data at 113 meteorological stations from 1980 to 2017 and the records of growth stages and yield of winter wheat at 24 agro-meteorological stations were used to determine the correlations between the components of winter wheat yield and meteorological factors during the grain-filling stage， and the wheat growing areas in Sichuan basin were divided into five zones. The average temperature， the maximum temperature， the minimum temperature， the sunshine hours， and the number of continuous rainy days during the grain-filling period of winter wheat were selected as indicator factors to address the effects of continuous rainy weather disaster on winter wheat. The principal component analysis method was used to construct the comprehensive index. The frequencies of continuous rainy weather disaster during the grain-filling stage were calculated and the basin areas were identified as， slight （0.45

Key words： winter wheat（Triticum aestivum L.）; grain-filling stage; cloudy and rainy weather; disaster; spatial distribution

小麥（Triticum aestivum L.）是四川盆區(qū)四大糧食作物之一，其生產(chǎn)狀況直接關(guān)系到四川省全年糧食生產(chǎn)和社會(huì)有效供給。長期以來，影響四川盆區(qū)小麥產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害主要有干旱[1，2]、灌漿結(jié)實(shí)期連陰雨[3-7]、拔節(jié)期凍害等。

針對各類氣象因子對小麥生長發(fā)育的影響前人做了大量研究，如史忠良等[8]針對光照強(qiáng)度對山西冬小麥影響開展了試驗(yàn)研究，但沒有考慮到降水的影響;王承志等[9]針對低溫陰雨對河南小麥灌漿的影響開展了專項(xiàng)試驗(yàn)研究，但樣本數(shù)據(jù)較少，僅有1年;朱琳等[10]對陜西省冬小麥干旱風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和區(qū)劃，但未考慮其他災(zāi)害的影響;陳懷亮等[11]針對麥播旱澇、晚霜凍、干熱風(fēng)與青枯雨3種主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對河南省小麥產(chǎn)量的影響作了定量分析，但未涉及灌漿期連陰雨;孫麗娟等[12]針對黃淮海產(chǎn)區(qū)小麥子粒品質(zhì)的影響因子進(jìn)行了分析評估，得出子粒品質(zhì)與灌漿期降水呈高度相關(guān)的結(jié)論。四川盆區(qū)小麥生長過程中，降水時(shí)空分布不均明顯，導(dǎo)致小麥灌漿期易出現(xiàn)低溫陰雨寡照天氣，對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響極為嚴(yán)重[13]，而針對四川盆區(qū)小麥灌漿結(jié)實(shí)期陰雨寡照的相關(guān)研究仍未見報(bào)道。

為客觀評價(jià)四川盆區(qū)小麥灌漿結(jié)實(shí)期連陰雨對不同區(qū)域小麥種植的影響，本研究擬通過分析盆區(qū)小麥灌漿結(jié)實(shí)期發(fā)生陰雨寡照災(zāi)害的歷史數(shù)據(jù)，分析各氣象要素（降水持續(xù)時(shí)間、降水總量、日照時(shí)間）對盆區(qū)小麥灌漿結(jié)實(shí)期產(chǎn)生的負(fù)面影響，采用主成分分析法[14]構(gòu)建氣象災(zāi)害綜合指數(shù)，結(jié)合實(shí)際災(zāi)情發(fā)生情況，劃分等級閾值，確定冬小麥灌漿期連陰雨災(zāi)害等級，作出空間分布模型，從而客觀定量評估四川盆區(qū)小麥灌漿結(jié)實(shí)期陰雨寡照災(zāi)害空間分布特征，以期為四川農(nóng)業(yè)決策管理部門在小麥生產(chǎn)規(guī)劃布局、組織管理、減災(zāi)減損等方面提供科學(xué)參考。

1? 資料與方法

1.1? 資料來源

氣象資料來源于四川省氣象探測數(shù)據(jù)中心，主要包括四川盆區(qū)113個(gè)氣象站點(diǎn)1980—2017年小麥灌漿結(jié)實(shí)期間的降水量、降水時(shí)間、日照時(shí)間、氣象站點(diǎn)經(jīng)緯度、海拔高度等;作物生育期資料和產(chǎn)量構(gòu)成要素來源于1980—2017年四川盆區(qū)24個(gè)小麥農(nóng)業(yè)氣象觀測站觀測報(bào)表，研究將四川盆區(qū)小麥種植區(qū)分為5個(gè)片區(qū)，每個(gè)片區(qū)小麥灌漿結(jié)實(shí)期采用農(nóng)業(yè)氣象觀測時(shí)間的均值劃分[15，16];連陰雨災(zāi)害的相關(guān)數(shù)據(jù)源于《中國氣象災(zāi)害大典四川卷》和四川省氣候中心災(zāi)情普查數(shù)據(jù)。

1.2? 研究方法

1.2.1? 研究分區(qū)和生育期確定? 根據(jù)四川省地理地貌類型，小麥主要的種植區(qū)域有盆西、盆南、盆中、盆周和盆東，主要地形為丘陵、山地和嶺谷。通過查閱農(nóng)業(yè)氣象觀測報(bào)表得到生育期資料，從而劃分四川盆區(qū)不同區(qū)域小麥種植區(qū)灌漿結(jié)實(shí)期的時(shí)間，如表1、圖1所示。

1.2.2? 指標(biāo)因子的選擇? 依照通過走訪調(diào)查四川省農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)專家，得到低溫陰雨寡照對小麥灌漿結(jié)實(shí)期影響與危害，并參考其他省區(qū)開展的低溫陰雨寡照災(zāi)害研究的指標(biāo)，從農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)角度，根據(jù)實(shí)用性、綜合性、易操作性和延續(xù)性等原則選取指標(biāo)因子，以綜合反映四川盆區(qū)小麥在灌漿結(jié)實(shí)期低溫陰雨寡照的情況。

利用SPSS計(jì)算千粒重與陰雨持續(xù)時(shí)間、日照時(shí)間、降水量、最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫之間的相關(guān)性。首先選取冬小麥?zhǔn)芴鞖庥绊憺?zāi)害較重的年份，然后分析一些典型站點(diǎn)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素與灌漿結(jié)實(shí)期氣象因子之間的相關(guān)性，選取相關(guān)性較強(qiáng)的指標(biāo)因子。

氣象因子統(tǒng)計(jì)方法[17]：針對盆區(qū)不同冬小麥種植區(qū)，統(tǒng)計(jì)在小麥灌漿期間發(fā)生的持續(xù)3 d以上陰雨（標(biāo)準(zhǔn)為日降水量>0.1 mm）過程的實(shí)際持續(xù)時(shí)間。對大于3 d的連陰雨過程：①可以出現(xiàn)1 d沒有降水，且當(dāng)天日照時(shí)間≤2.0 h;②可以是微量降水（日降水量為0.0 mm），且該日日照時(shí)間≤4.0 h;③若降水過程持續(xù)3 d以上，則期間一旦有連續(xù)2 d降水量為0.0 mm時(shí)，視為連陰雨過程終止。此外，若某次連陰雨過程覆蓋開花期、灌漿期、成熟期3個(gè)生育期中的2個(gè)或3個(gè)時(shí)期，那么就先按上述方法統(tǒng)計(jì)灌漿期連陰雨發(fā)生實(shí)際時(shí)間，若該時(shí)間占本次連陰雨過程總時(shí)間的比例≥2/3，就歸入灌漿期連陰雨，否則判定其不屬于灌漿期連陰雨。按此方法，統(tǒng)計(jì)得到不同站點(diǎn)的連陰雨時(shí)間、日照時(shí)間、降雨量。

1.2.3? 分布模型構(gòu)建

1）主成分分析法。根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，選取平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)間、連陰雨時(shí)間為指標(biāo)因子，采用主成分分析法將多個(gè)指標(biāo)降維后轉(zhuǎn)化為少量指標(biāo)，再采取綜合評價(jià)分析法構(gòu)建綜合分析模型，它可以全面反映灌漿結(jié)實(shí)期發(fā)生的低溫陰雨寡照對四川省冬小麥的危害和影響。

為了更加全面地分析問題，需考慮眾多氣象因子在小麥灌漿結(jié)實(shí)期對其產(chǎn)生的危害和影響，包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)間、連陰雨時(shí)間。由于多指標(biāo)會(huì)增加分析問題的復(fù)雜性，同時(shí)考慮到指標(biāo)之間通常存在著極高相關(guān)性，因此可能導(dǎo)致其所反映信息會(huì)重疊且不夠準(zhǔn)確。而用主成分分析法進(jìn)行綜合，得到簡化指標(biāo)，既能避免重疊誤差又能有效反映原指標(biāo)信息。

2）綜合評價(jià)分析法。在處理實(shí)際問題時(shí)，僅用主成分分析法是存在缺陷的，因部分信息會(huì)在降維處理時(shí)被忽略掉，為避免此類問題出現(xiàn)，在采用主成分分析基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用綜合評價(jià)分析法，根據(jù)各主成分貢獻(xiàn)率權(quán)重不同，構(gòu)造出綜合評價(jià)函數(shù)（F），據(jù)此計(jì)算出各研究對象綜合得分，用于接下來的比較和分析。

式中，λ為各指標(biāo)進(jìn)行矩陣投影后得出的特征值。

根據(jù)以上方法，計(jì)算出盆區(qū)各地區(qū)各代表站由平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)間、連陰雨時(shí)間組成的歷年綜合指數(shù)（F）。

1.2.4? 連陰雨災(zāi)害等級確定? 盆區(qū)不同地區(qū)的歷年綜合指數(shù)確定后，對其進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用升序排列后，進(jìn)行最優(yōu)分割處理，最后結(jié)合《中國氣象災(zāi)害大典（四川卷）》，參考盆區(qū)典型年份小麥灌漿期災(zāi)害評估指數(shù)[18，19]開展分析對比，從而得出灌漿結(jié)實(shí)期連陰雨災(zāi)害評估指數(shù)等級指標(biāo)，分為輕、中、重3個(gè)等級，如表2所示。

1.2.5? 連陰雨發(fā)生頻率計(jì)算? 計(jì)算小麥灌漿結(jié)實(shí)期連陰雨發(fā)生頻率（Fi）：

式中，n為該生育期出現(xiàn)該等級連陰雨年份數(shù)，N為統(tǒng)計(jì)樣本的總年數(shù)。將四川盆區(qū)某區(qū)域所有站點(diǎn)各個(gè)等級陰雨發(fā)生頻率的均值分別作為某區(qū)相應(yīng)等級陰雨的發(fā)生頻率，整個(gè)四川盆區(qū)陰雨各等級發(fā)生頻率為各子區(qū)域相應(yīng)等級平均值[20，21]。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 冬小麥灌漿結(jié)實(shí)期產(chǎn)量構(gòu)成要素對連陰雨天氣的響應(yīng)

冬小麥灌漿結(jié)實(shí)期對連陰雨天氣響應(yīng)主要表現(xiàn)為營養(yǎng)生長受影響，子粒重降低。由表3可以看出，盆周邊緣山地區(qū)，千粒重與最低氣溫、日照時(shí)間呈正相關(guān)，與平均氣溫、最高氣溫、連陰雨時(shí)間、降水量呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平;盆中淺丘區(qū)，千粒重與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、連陰雨時(shí)間、降水量呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平;盆南丘陵區(qū)，千粒重與日照時(shí)間、降水量、平均氣溫和最低氣溫呈正相關(guān)，與最高氣溫、連陰雨時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平;盆西平丘區(qū)，千粒重與最低氣溫呈正相關(guān)，與平均氣溫、最高氣溫、連陰雨時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性均達(dá)顯著或極顯著水平，千粒重與日照時(shí)間、降水量呈正相關(guān)但未達(dá)顯著水平;盆東平行嶺谷區(qū)，千粒重與最低氣溫、日照時(shí)間、降水量呈正相關(guān)，與平均氣溫、最高氣溫、連陰雨時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平。

2.2? 分布模型及效果評價(jià)

2.2.1? 分布模型構(gòu)建? 根據(jù)“1.2.3”確定的方法，首先計(jì)算盆區(qū)各代表站平均氣溫（ZX1）、最高氣溫（ZX2）、最低氣溫（ZX3）、日照時(shí)間（ZX4）、連陰雨時(shí)間（ZX5）標(biāo)準(zhǔn)化后的值，然后計(jì)算其協(xié)方差矩陣，得到協(xié)方差矩陣特征根及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，最終得到盆區(qū)各地區(qū)代表站主成分表達(dá)式。再使用綜合評價(jià)分析法，根據(jù)式（1），得到由平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)間、連陰雨時(shí)間組成的歷年綜合指數(shù)（F）表達(dá)式，F(xiàn)1、F2、F3、F4、F5分別代表盆東、盆中、盆南、盆西、盆周。

2.2.2? 評估模型效果評價(jià)? 由四川盆區(qū)各地區(qū)低溫陰雨寡照致災(zāi)綜合指數(shù)折線圖可以看出，盆西平丘區(qū)1984、1992年連陰雨災(zāi)害較嚴(yán)重（圖2）;盆東平行嶺谷區(qū)1994、2002、2005年連陰雨災(zāi)害較嚴(yán)重（圖3）;盆南丘陵區(qū)1990、1996年連陰雨災(zāi)害較嚴(yán)重（圖4）;盆中淺丘區(qū)1989、2005年連陰雨災(zāi)害較嚴(yán)重（圖5）;盆周邊緣山地區(qū)1992、2005年的連陰雨災(zāi)害較嚴(yán)重（圖6）。為對以上結(jié)果準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，通過查閱《中國氣象災(zāi)害大典（四川卷）》和四川省氣候中心災(zāi)情普查資料，針對典型災(zāi)害年進(jìn)行對比分析。

盆西平丘地區(qū)：1984年5月初開始，四川盆區(qū)出現(xiàn)了一段時(shí)間的低溫連陰雨天氣，盆地內(nèi)的旬平均氣溫比以往偏低約1 ℃，大部分地區(qū)在這一時(shí)期還出現(xiàn)了9～16 d的低溫陰雨天氣，日照時(shí)間較以往偏少10%～70%，對小麥影響極大。盆西的雙流、新都、彭縣、灌縣、龍泉驛、德陽、廣漢、綿竹、峨眉等地小麥產(chǎn)量均遭受不同程度損失。盆西的成都市5月中上旬20 d內(nèi)雨日達(dá)18個(gè)，雨量偏多一倍且突破歷年極值。

盆東平行嶺谷區(qū)：1994年4—5月，盆東大部分地區(qū)有持續(xù)低溫陰雨，平均氣溫較低，降雨時(shí)間較長，對小麥影響極大。2002年和2005年初夏，四川盆區(qū)發(fā)生罕見低溫連陰雨災(zāi)害，造成小麥嚴(yán)重減產(chǎn)。

盆南丘陵區(qū)：1990年4月，盆南區(qū)氣溫連續(xù)偏低，日照時(shí)間減少，盆區(qū)陰雨日數(shù)顯著增多，宜賓地區(qū)近3萬hm2小麥遭受小麥蚜蟲危害。2005年入夏，四川盆區(qū)出現(xiàn)了歷史上罕見低溫陰雨天氣，病蟲害較重，小麥損失慘重。

盆中淺丘區(qū)：1989年3月上旬至4月下旬，盆中遂寧市發(fā)生了近兩個(gè)月的低溫陰雨寡照天氣，日照時(shí)間3月較以往減少40%，4月上旬減少80%，下旬減少50%，3月29日至4月13日發(fā)生連續(xù)性降水16 d，小麥?zhǔn)転?zāi)面積達(dá)8.7萬hm2。

盆周邊緣山地區(qū)：1992年5月，四川盆區(qū)盆周地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)性降水天氣，大部分地區(qū)降雨時(shí)間達(dá)15～22 d，較以往多1.1～6.9 d，且日照時(shí)間偏少，不足100 h，導(dǎo)致小麥減產(chǎn)。

綜上可知，所采用的方法基本可以反映四川省小麥灌漿結(jié)實(shí)期的連陰雨災(zāi)害程度。

2.3? 四川盆區(qū)各站點(diǎn)不同等級連陰雨災(zāi)害頻率空間分布特征

由圖7可見，四川盆區(qū)各地發(fā)生輕度連陰雨災(zāi)害的頻率為15.0%～22.9%，呈近似緯向分布;盆東廣安、達(dá)州的部分地區(qū)發(fā)生頻率最高，為19.8%～22.9%;盆南、盆西大部地區(qū)發(fā)生頻率較高，為16.7%～19.7%;盆周邊緣山地區(qū)以及盆中淺丘區(qū)發(fā)生輕度連陰雨災(zāi)害的頻率較低，為15.0%～16.0%;盆南丘陵區(qū)發(fā)生輕度連陰雨災(zāi)害的頻率相對較高，為21.0%～23.0%。由圖8可見，四川盆區(qū)各地發(fā)生中度連陰雨災(zāi)害的頻率約為7%;盆周邊緣山地區(qū)發(fā)生中度連陰雨災(zāi)害的頻率較低，為3.0%～4.6%;盆西平丘區(qū)發(fā)生中度連陰雨災(zāi)害的頻率相對較高，大部分地區(qū)為9.0%～10.0%;盆南丘陵區(qū)、盆東平行嶺谷區(qū)以及盆中淺丘區(qū)發(fā)生中度連陰雨災(zāi)害的頻率介于盆周與盆西之間，大部分地區(qū)為7.0%～8.0%。由圖9可見，四川盆區(qū)各地區(qū)發(fā)生重度連陰雨的頻率約為6%;盆中淺丘區(qū)、盆周邊緣山地區(qū)以及盆西平丘區(qū)發(fā)生重度連陰雨的頻率較低，為2.0%～3.9%，盆南丘陵區(qū)、盆東平行嶺谷區(qū)發(fā)生重度連陰雨的頻率相對較高，為8.0%～11.9%。

3? 小結(jié)與討論

3.1? 結(jié)論

通過利用1980—2017年小麥灌漿結(jié)實(shí)期的氣象資料，分析典型站點(diǎn)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素與灌漿結(jié)實(shí)期氣象因子之間的相關(guān)性，進(jìn)而構(gòu)建低溫陰雨寡照致災(zāi)綜合指數(shù)，通過劃分等級，最終得到盆地各站點(diǎn)各等級連陰雨發(fā)生頻率的空間分布。結(jié)果顯示，四川盆區(qū)小麥灌漿結(jié)實(shí)期內(nèi)平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)間、連陰雨時(shí)間與小麥產(chǎn)量的相關(guān)性較強(qiáng)，是構(gòu)成陰雨寡照災(zāi)害的主要?dú)庀笠蜃印Ｋ拇ㄅ鑵^(qū)大部分地區(qū)發(fā)生連陰雨的頻率在32%左右，盆區(qū)東南地區(qū)發(fā)生連陰雨的頻率較高，盆區(qū)西北發(fā)生連陰雨的頻率相對較低。四川盆區(qū)各地發(fā)生輕度連陰雨災(zāi)害的頻率約為18%，其中盆南發(fā)生的頻率較高，盆周、盆西發(fā)生的頻率相對較低;各地發(fā)生中度連陰雨災(zāi)害的頻率約為7%，其中盆西發(fā)生的頻率較高，盆周發(fā)生的頻率相對較低;各地發(fā)生重度連陰雨的頻率約為6%，其中盆南、盆東發(fā)生的頻率較高，盆中、盆周以及盆西發(fā)生的頻率相對較低。

3.2? 討論

3.2.1? 影響因子的選用? 以往關(guān)于小麥灌漿結(jié)實(shí)期內(nèi)低溫陰雨寡照災(zāi)害的研究工作中，多只考慮連陰雨時(shí)間這一個(gè)氣象因子，并且以往的研究普遍將連陰雨時(shí)段固定在一個(gè)歷年平均時(shí)間段內(nèi)來提取連陰雨時(shí)間的資料[22，23]，而本研究是在分析典型站點(diǎn)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素與灌漿結(jié)實(shí)期多個(gè)氣象因子之間相關(guān)性的基礎(chǔ)上，提取了相關(guān)性較強(qiáng)的氣象因子，結(jié)果更為準(zhǔn)確，避免了遺漏或重復(fù)統(tǒng)計(jì)連陰雨災(zāi)害樣本的情況。

3.2.2? 方法的選擇? 本研究采用的主成分分析法和綜合評價(jià)分析法在一定程度上結(jié)合兩者之長處，既考慮到小麥灌漿結(jié)實(shí)期低溫陰雨寡照危害的主要影響因子的貢獻(xiàn)度，又消除了這些因子之間相關(guān)影響可能帶來的誤差重疊，并在降維處理時(shí)，確保了有用信息的留存。氣象因子的負(fù)面影響最終當(dāng)體現(xiàn)在產(chǎn)量的損失上[24]，本研究雖然結(jié)合了產(chǎn)量構(gòu)成要素進(jìn)行分析，但造成小麥減產(chǎn)的因素很多，無法客觀分離出低溫陰雨寡照對產(chǎn)量的實(shí)際影響，因此，接下來的研究應(yīng)當(dāng)著眼于提高小麥灌漿結(jié)實(shí)期連陰雨災(zāi)情評定的精確度。

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收稿日期：2019-06-03

基金項(xiàng)目：四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2018JY0341）;高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（2018-重點(diǎn)-05-01）

作者簡介：金? 垚（1983-），男，遼寧沈陽人，工程師，碩士，主要從事氣象為農(nóng)服務(wù)管理工作，（電話）18502891261（電子信箱）kinyoo@126.com;

通信作者，張玉芳（1981-），女，高級工程師，碩士，主要從事災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估及區(qū)劃研究，（電子信箱）75963549@qq.com。