基于改进权重湿润指数的东北地区春玉米涝渍灾害评估方法
发布时间：2021-11-16 06:34
【目的】研究东北地区春玉米涝渍灾害评估方法,为气候变化背景下东北地区春玉米合理生产和管理提供科学依据。【方法】以权重湿润指数为基础,采用作物需水量代替参考作物蒸散量,构建改进权重湿润指数;运用1986—2015年东北地区春玉米生育期内涝渍灾害事件与改进权重湿润指数耦合方法、基于K-S检验的正态分布显著性检验方法和t-分布区间估计方法等,确定基于改进权重湿润指数的东北地区春玉米不同生育阶段涝渍强度分级阈值;从农田土壤相对湿度与改进权重湿润指数相关性和拟合关系检验,改进权重湿润指数、权重湿润指数评估结果与历史灾情结果一致性检验,以及典型年份涝渍灾变过程动态评估准确性检验3个方面,对改进权重湿润指数评估春玉米涝渍灾害的精度进行验证;分析东北地区春玉米不同生育阶段涝渍强度空间格局,揭示其规律特征。【结果】（1）改进权重湿润指数与不同深度的土壤相对湿度均达到极显著相关（P<0.001）,除玉米快速发育期外,其他生育期内二者相关系数最大值均出现在20 cm深度土壤相对湿度;将不同生育阶段改进权重湿润指数与20 cm深度土壤相对湿度间进行Slogistic曲线拟合,决定系数（R2）最大值出现在...
【文章来源】：中国农业科学. 2020,53(11)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
春玉米全生育期作物系数变化
绘制春玉米不同生育阶段20 cm土壤相对湿度与对应的改进权重湿润指数散点图（图2）。可以看出，不同生育阶段春玉米20 cm土壤相对湿度均随改进权重湿润指数的增加呈指数增长，直至饱和。以非线性Slogistic模型进行曲线拟合，发现各生育阶段拟合模型的决定系数（R2）由大到小的顺序为0.46（生育中期）>0.34（生育后期）>0.31（快速发育期）>0.21（初始生长期），均方根误差（RMSE）由小到大的顺序为0.49（生育后期）<0.51（生育中期）<0.52（初始生长期）<0.56（快速发育期），不同生育阶段拟合曲线中90%的20 cm土壤相对湿度所对应的改进权重湿润指数值分别为0.77（初始生长期）<1.12（快速发育期）<1.21（生育中期）<1.25（生育后期）。总体来看，春玉米不同生育阶段的20 cm土壤相对湿度与改进权重湿润指数的变化具有极显著相关性，改进权重湿润指数越大，对应的土壤含水量越趋近饱和，涝渍风险越高，表明改进权重湿润指数能够反映春玉米农田涝渍的实际情况。2.2 基于春玉米涝渍灾害事件的指数评估结果检验与对比
以涝渍灾害典型年份1998年为例，根据代表站点选取原则[34-35]，自北向南选取黑龙江嫩江、吉林白城和辽宁沈阳3个代表站点，在春玉米全生育期内对降水、WMI和IWMI随时间变化的过程曲线进行比较，结果如图3所示。从图3-(a）可以看出，自DOY139起，嫩江站出现持续降水过程，到DOY179降水频率减少；WMI指数显示涝渍过程自DOY169开始，DOY180结束，为期12 d，过程累积WMI量为22.3，属轻度灾害；IWMI指数显示涝渍过程自DOY141开始，DOY181结束，灾害强度由轻度逐渐转为重度；结合春玉米涝渍灾情资料，嫩江县5月下旬至6月下旬连续降雨，全县受灾面积1.4×104 hm2，成灾面积0.9×104 hm2,0.7×104 hm2农田绝产，表明对涝渍灾害持续时间和严重程度的判断，IWMI指数与实况更为符合。从图3-(b）可以看出，从DOY222到DOY223，白城站经历2次连续暴雨；WMI指数显示涝渍过程自DOY221开始，DOY241结束，为期21 d，过程累积WMI量为59.2，属中度灾害；IWMI指数显示涝渍过程自DOY223开始，DOY242结束，灾害强度由重度转为轻度；结合春玉米涝渍灾情资料，白城市8月上旬、中旬的2场暴雨造成严重的洪涝灾害，表明对涝渍灾害严重程度的判断，IWMI指数与实况更为符合。从图3-(c）可以看出，沈阳站在DOY195经历1次大暴雨，在DOY217经历1次暴雨；WMI指数显示涝渍过程自DOY195开始，DOY236结束，为期42 d，过程累积WMI量为75.6，属重度灾害；IWMI指数显示涝渍过程自DOY192开始，DOY222结束，灾害强度为中度；结合春玉米涝渍灾情资料，沈阳市7月中旬、8月上旬连续降雨，玉米内涝0.3×104 hm2，表明对涝渍灾害持续时间的判断，IWMI指数与实况更为符合。总体来看，3个代表站点IWMI指数所反映的当年涝渍时间和强度与灾情资料更为相符，并能够动态表征涝渍灾害随时间变化的强度等级转换过程。2.4 春玉米涝渍空间格局
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于热量指数的东北春玉米冷害指标[J]. 王培娟,霍治国,杨建莹,吴霞. 应用气象学报. 2019(01)
[2]基于权重湿润指数的作物湿渍害监测与检验[J]. 秦鹏程,刘志雄,万素琴,刘敏,苏荣瑞. 长江流域资源与环境. 2018(02)
[3]中国农业洪涝灾害研究进展[J]. 霍治国,范雨娴,杨建莹,尚莹. 应用气象学报. 2017(06)
[4]基于春季阴雨过程的冬小麦涝渍指数模型构建与应用[J]. 吴洪颜,高苹,谢志清,曹璐. 气象. 2017(03)
[5]江淮地区夏玉米涝渍灾害时空分布特征和风险分析[J]. 张桂香,霍治国,杨建莹,张蕾,吴立,汪天颖,杨宏毅. 生态学杂志. 2017(03)
[6]江汉和江南西部春玉米涝渍指标及风险评估[J]. 杨宏毅,霍治国,杨建莹,张桂香,吴立,范雨娴. 应用气象学报. 2017(02)
[7]基于决策树和随机森林模型的湖北油菜产量限制因子分析[J]. 秦鹏程,刘志雄,万素琴,苏荣瑞,黄敬峰. 中国农业气象. 2016(06)
[8]基于生育时段的湖南省早稻洪涝等级指标及时空变化特征[J]. 汪天颖,霍治国,李旭辉,杨建莹,吴立,张桂香. 生态学杂志. 2016(03)
[9]玉米涝渍灾害研究进展与展望[J]. 余卫东,冯利平,刘荣花. 玉米科学. 2013(04)
[10]黄淮海地区夏玉米生长季内的旱涝灾害分析[J]. 郁凌华,赵艳霞. 灾害学. 2013(02)
本文编号：3498341
【文章来源】：中国农业科学. 2020,53(11)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
春玉米全生育期作物系数变化
绘制春玉米不同生育阶段20 cm土壤相对湿度与对应的改进权重湿润指数散点图（图2）。可以看出，不同生育阶段春玉米20 cm土壤相对湿度均随改进权重湿润指数的增加呈指数增长，直至饱和。以非线性Slogistic模型进行曲线拟合，发现各生育阶段拟合模型的决定系数（R2）由大到小的顺序为0.46（生育中期）>0.34（生育后期）>0.31（快速发育期）>0.21（初始生长期），均方根误差（RMSE）由小到大的顺序为0.49（生育后期）<0.51（生育中期）<0.52（初始生长期）<0.56（快速发育期），不同生育阶段拟合曲线中90%的20 cm土壤相对湿度所对应的改进权重湿润指数值分别为0.77（初始生长期）<1.12（快速发育期）<1.21（生育中期）<1.25（生育后期）。总体来看，春玉米不同生育阶段的20 cm土壤相对湿度与改进权重湿润指数的变化具有极显著相关性，改进权重湿润指数越大，对应的土壤含水量越趋近饱和，涝渍风险越高，表明改进权重湿润指数能够反映春玉米农田涝渍的实际情况。2.2 基于春玉米涝渍灾害事件的指数评估结果检验与对比
以涝渍灾害典型年份1998年为例，根据代表站点选取原则[34-35]，自北向南选取黑龙江嫩江、吉林白城和辽宁沈阳3个代表站点，在春玉米全生育期内对降水、WMI和IWMI随时间变化的过程曲线进行比较，结果如图3所示。从图3-(a）可以看出，自DOY139起，嫩江站出现持续降水过程，到DOY179降水频率减少；WMI指数显示涝渍过程自DOY169开始，DOY180结束，为期12 d，过程累积WMI量为22.3，属轻度灾害；IWMI指数显示涝渍过程自DOY141开始，DOY181结束，灾害强度由轻度逐渐转为重度；结合春玉米涝渍灾情资料，嫩江县5月下旬至6月下旬连续降雨，全县受灾面积1.4×104 hm2，成灾面积0.9×104 hm2,0.7×104 hm2农田绝产，表明对涝渍灾害持续时间和严重程度的判断，IWMI指数与实况更为符合。从图3-(b）可以看出，从DOY222到DOY223，白城站经历2次连续暴雨；WMI指数显示涝渍过程自DOY221开始，DOY241结束，为期21 d，过程累积WMI量为59.2，属中度灾害；IWMI指数显示涝渍过程自DOY223开始，DOY242结束，灾害强度由重度转为轻度；结合春玉米涝渍灾情资料，白城市8月上旬、中旬的2场暴雨造成严重的洪涝灾害，表明对涝渍灾害严重程度的判断，IWMI指数与实况更为符合。从图3-(c）可以看出，沈阳站在DOY195经历1次大暴雨，在DOY217经历1次暴雨；WMI指数显示涝渍过程自DOY195开始，DOY236结束，为期42 d，过程累积WMI量为75.6，属重度灾害；IWMI指数显示涝渍过程自DOY192开始，DOY222结束，灾害强度为中度；结合春玉米涝渍灾情资料，沈阳市7月中旬、8月上旬连续降雨，玉米内涝0.3×104 hm2，表明对涝渍灾害持续时间的判断，IWMI指数与实况更为符合。总体来看，3个代表站点IWMI指数所反映的当年涝渍时间和强度与灾情资料更为相符，并能够动态表征涝渍灾害随时间变化的强度等级转换过程。2.4 春玉米涝渍空间格局
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于热量指数的东北春玉米冷害指标[J]. 王培娟,霍治国,杨建莹,吴霞. 应用气象学报. 2019(01)
[2]基于权重湿润指数的作物湿渍害监测与检验[J]. 秦鹏程,刘志雄,万素琴,刘敏,苏荣瑞. 长江流域资源与环境. 2018(02)
[3]中国农业洪涝灾害研究进展[J]. 霍治国,范雨娴,杨建莹,尚莹. 应用气象学报. 2017(06)
[4]基于春季阴雨过程的冬小麦涝渍指数模型构建与应用[J]. 吴洪颜,高苹,谢志清,曹璐. 气象. 2017(03)
[5]江淮地区夏玉米涝渍灾害时空分布特征和风险分析[J]. 张桂香,霍治国,杨建莹,张蕾,吴立,汪天颖,杨宏毅. 生态学杂志. 2017(03)
[6]江汉和江南西部春玉米涝渍指标及风险评估[J]. 杨宏毅,霍治国,杨建莹,张桂香,吴立,范雨娴. 应用气象学报. 2017(02)
[7]基于决策树和随机森林模型的湖北油菜产量限制因子分析[J]. 秦鹏程,刘志雄,万素琴,苏荣瑞,黄敬峰. 中国农业气象. 2016(06)
[8]基于生育时段的湖南省早稻洪涝等级指标及时空变化特征[J]. 汪天颖,霍治国,李旭辉,杨建莹,吴立,张桂香. 生态学杂志. 2016(03)
[9]玉米涝渍灾害研究进展与展望[J]. 余卫东,冯利平,刘荣花. 玉米科学. 2013(04)
[10]黄淮海地区夏玉米生长季内的旱涝灾害分析[J]. 郁凌华,赵艳霞. 灾害学. 2013(02)
本文编号：3498341
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