四川單季稻抽穗揚花期和灌漿結實期高溫熱害時空特征*

劉 佳，陳 超，張玉芳，龐艷梅，陳東東，賴 江

?

四川單季稻抽穗揚花期和灌漿結實期高溫熱害時空特征*

劉 佳1,2，陳 超1,4**，張玉芳3,5，龐艷梅2，陳東東3，賴 江1

（1．四川省氣候中心，成都 610072；2．中國氣象局成都高原氣象研究所/高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都610072；3．四川省農業氣象中心，成都 610072；4．南方丘區節水農業研究四川省重點實驗室，成都 610066；5．高原大氣與環境四川省重點實驗室，成都 610072）

利用四川省84個氣象觀測站1961?2014年逐日平均氣溫、最高氣溫和日平均相對濕度等氣象資料以及1981?2014年水稻空殼率數據，通過線性回歸法、多項式回歸法、Morlet小波分析等方法，分析水稻抽穗揚花期和灌漿結實期高溫熱害的時空變化規律。結果表明： 1961?2014年高溫熱害總次數呈上升趨勢，不同等級熱害發生次數的年際變化特點與總次數一致，尤以2000年后增幅顯著，其中抽穗揚花期輕度熱害和灌漿結實期重度熱害的增幅最顯著，這與氣候變暖背景下，1990年以來水稻高溫熱害區域增多的趨勢基本一致；不同生育期內各等級高溫熱害發生次數均有顯著的周期震蕩規律，方差值在16a、12a、4a時間尺度上均出現峰值，依據周期變化推測，2015年后高溫熱害將持續偏多。依據高溫熱害“山區少、盆地多”的分布特征，可將盆中淺丘區及盆南丘陵區劃分為熱害頻發區，盆東嶺谷區為熱害偶發區，川西南山地為熱害少發區。在氣候變暖背景下，1990年以來不同等級高溫熱害均呈現發生頻率增多，范圍擴大，高發中心從平原向山地擴大的趨勢。本研究實現了水稻高溫熱害監測產品由定性向定量化的轉變，融合常規高溫指標的動態監測，提高了空間分布的精細度，延長了研究的時效性，更具針對性和指導性。

水稻；高溫熱害指數；高溫熱害累積指數；Morlet小波分析

近年來，以氣候變暖為主要特征的氣候變化及其對自然、經濟和人類生活產生的影響已經成為各國政府和科學界共同關注的問題[1]。農業對氣候變化十分敏感，相關研究表明，長江流域及其以南地區，從1999年至今，幾乎每年都會出現持續10d以上的強度大、范圍廣的極端高溫天氣。如不采取應對措施，至2030年，中國種植業的生產能力總體上可能將下降5％～10％，至21世紀后半期，中國主要農作物的產量最大可下降37％[2]。四川省作為中國13個糧食主產區之一，水稻產量占糧食總產的42.6%[3]。由于單季稻生長的關鍵期處于一年中溫度最高的夏季，隨著氣候變暖和極端高溫頻率的增加，高溫熱害已成為水稻生產的主要災害之一，因此，探討全球氣候變化背景下的四川區域水稻生育期災害的響應將成為研究熱點。劉玲等[4]認為高溫熱害主要對長江中下游地區及華南地區的早、中稻有危害；萬素琴等[5]基于1961?2005年的氣象資料揭示了湖北省水稻的高溫分布規律；金志鳳等[6]討論了浙江省水稻高溫熱害的時空分布特征；于壟等[7]分析了江蘇省單季稻拔節期和孕穗揚花期高溫熱害發生規律。譚詩琪等[8]分析長江中下游地區近32a水稻高溫熱害的時空分布規律，發現長江中下游地區高溫熱害分布呈現南多北少、東多西少的趨勢。此外，對于西南地區高溫熱害演變規律及其空間分布特征的研究也逐漸增多，何永坤等[9]利用該指標分析了1960?2008年四川盆地東部水稻熱害，發現不同等級熱害的年代際波段明顯，熱害重發區集中在盆地中部。羅孳孳等[10]分析了重慶水稻高溫熱害的時空分布，發現自20世紀80年代中期以來，水稻高溫熱害尤其是重度高溫熱害的發生呈上升趨勢。其中重慶東北部、中部、西南部高溫熱害較重；灌漿結實期，長江河谷地區高溫熱害發生重。

綜上可見，對于高溫熱害的研究，大多數學者所采用的溫度指標基本一致，即水稻處于孕穗后期和抽穗揚花期，也就是單季稻在7月下旬?8月上旬時，遭遇連續日平均氣溫＞30℃、日最高氣溫＞35℃、同時極端最高氣溫38℃以上、相對濕度70%以下的高溫天氣[11]。高溫熱害指標是研究和了解高溫熱害發生規律及開展高溫熱害監測預警、防災減災、影響評估等的重要工具，也是評判災害的標準，其對水稻的危害程度是由持續時間和強度共同決定的[12]，但以往關于四川省高溫熱害發生規律的研究缺少對高溫強度和持續時間的累計綜合考慮，從而對四川盆地高溫熱害加劇導致水稻減產的原因認識不足，難以很好地反映高溫熱害在整個空間上的分布特征。此外，以往對于水稻高溫熱害的研究主要集中在風險評估方面，較少分析氣候變化背景下高溫熱害的變化規律，也忽略地形差異的背景調研。本研究從水稻危害的生物學角度考慮高溫熱害的影響，結合前人研究[13-20]，引用高溫熱害累積指數概念，綜合四川地形特征，以分析1961?2014年單季稻抽穗揚花期和灌漿結實期高溫熱害的時空特征，并結合四川水稻種植特征，篩選影響水稻品質及產量的主要氣象因子，建立水稻高溫熱害累積危害指數，動態監測水稻高溫熱害危害，提出區域高溫熱害區劃建議，以期為四川水稻的防災、減災和稻作制度的調整提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 數據來源

研究區域為四川省19個地市、州（不包括甘孜和阿壩兩個水稻不適宜種植區），該區域水資源較豐富，年降水量950mm以上，地貌以平原和山地為主，根據區域地形特點、農業氣候特征，結合《全國水稻高產創建技術規范模式圖》，將研究區內水稻種植區劃分為7個子區域（以縣級為劃分單元），水稻種植區分區及站點分布情況見圖１。盆南丘陵區包括自貢、瀘州、宜賓等市的大部分縣，樂山犍為、內江隆昌等8個站，盆中淺丘區包括內江、資陽、遂寧、南充的大部分縣（市、區）及巴中的西南部等17個站，盆西平丘區包括成都市全部、德陽、樂山、眉山及綿陽部分區域等10個站，盆周邊緣山地區包括巴中、廣元、雅安及樂山的部分縣（市、區）等11個站，盆東平行嶺谷區包括達州的大部分地區及廣安的鄰水、華鎣等7個站，川西南中山山地區域包括17個站，川西南中山寬谷區包括13個站。由于各區氣候特點和水稻品種熟型有一定區別，因此，根據1961?2014年水稻生育期觀測資料統計各區單季水稻的抽穗揚花和灌漿結實期，結果見表１。

研究范圍內84個氣象觀測站1961?2014年逐日平均氣溫、最高氣溫、相對濕度等氣象資料以及水稻生育期，1981?2014年水稻高溫熱害高發區典型代表站抽穗揚花及灌漿結實期空殼率等觀測資料均來自四川省氣象探測數據中心，數據均通過基本質量控制，對缺測值進行插補。

圖1 四川水稻種植區劃分（7個子區）及84個農業氣象站的分布

表1 1961?2014年各子區水稻抽穗揚花期和灌漿期統計（月?日）

1.2 方法

1.2.1 高溫熱害累積指數的建立

（1）抽穗揚花期高溫熱害累積指數

將日最高氣溫35℃作為危害水稻抽穗揚花的界限溫度[21-22]，綜合考慮高溫及空氣相對濕度的共同影響，參考陽園燕等[23]研究，定義水稻抽穗揚花期高溫熱害累積指數HISf的計算式為

式中，TDmax=35℃，RHD=70%，分別為致害最高氣溫（℃）和空氣相對濕度（%）；Timax、RHi分別為水稻抽穗揚花期第i天的日最高氣溫（℃）和空氣相對濕度，TDmax、RHD，Tmax、RHmin分別為歷年水稻抽穗揚花期極端最高氣溫（℃）、極端最低相對濕度（%），n為水稻抽穗揚花期天數，Dfi為水稻抽穗揚花期第i天高溫危害權重系數。

（2）灌漿結實期高溫熱害累積指數

結合文獻[23]，在建立水稻灌漿結實期高溫熱害累積指數時不僅考慮日最高氣溫，還要考慮日較差的影響，灌漿結實期高溫熱害累積指數HISg為

式中，TDmax=35℃，為致害最高氣溫，TD=30℃，為致害日平均氣溫，Timax為水稻灌漿結實期第i天日最高氣溫（℃），Ti為日平均氣溫（℃），Tmax為歷年灌漿結實期極端最高氣溫、Tavmax為歷年灌漿結實期日平均氣溫的最大值（℃），n為水稻灌漿結實期天數，i為水稻灌漿結實期第幾天，Dgi為水稻灌漿結實期第i天高溫熱害危害權重系數。

1.2.2 高溫熱害頻率統計

根據1980?2014年高溫熱害累積指數與水稻空殼率的關系，分別確定抽穗揚花期、灌漿結實期發生高溫熱害累積指數；進而統計分析1961?2014年四川各水稻種植區抽穗揚花期和灌漿結實期內某站點高溫熱害出現頻率（Fi），即某站點i指定時段內發生熱害的年數n（HISf＞0或HISg＞0）與指定時段內總年數N之比[24]。其計算式為

Fi＝(n/N)×100％ （5）

采用ArcGIS10.1軟件的克里金插值方法生成空間柵格數據，繪制高溫熱害發生頻率分布圖。

此外，對于時間序列變化趨勢分析以線性趨勢法為主，并對線性趨勢進行顯著性檢驗；利用Morlet小波分析研究高溫熱害周期變化。

2 結果與分析

2.1 水稻抽穗、灌漿期高溫熱害等級劃分

水稻生育期遭遇高溫熱害造成產量和品質的下降，其中對水稻空殼率的影響很明顯。由于影響水稻空殼率的氣象要素較多，如延遲性和障礙性冷害、強降水或連陰雨天氣，都有可能造成水稻空殼率增加[23]。因此，篩選水稻高溫熱害高發區典型代表站1980?2014年水稻抽穗揚花及灌漿結實期典型的高溫年，計算其高溫熱害監測指數，并分別與水稻空殼率進行相關分析，結果見表2、表3。由表可見，水稻抽穗揚花期的高溫熱害監測指數與水稻空殼率發生的相關系數達0.79，水稻灌漿結實期的高溫熱害監測指數與水稻空殼率發生的相關系數達0.70，均通過了0.01水平的顯著性檢驗。進一步統計水稻高溫熱害高發區典型代表站1981?2009年水稻抽穗揚花及灌漿結實期典型的高溫年，計算其高溫熱害監測指數，并分別與1981?2009年水稻空殼率對比，如圖2所示，三者均存在較好的相關關系。水稻高溫熱害高發區典型代表站水稻抽穗揚花及灌漿結實期典型高溫年對應的空殼率及熱害指數關系，能夠定量說明高溫熱害指數可以用于監測四川水稻區高溫熱害情況，也驗證了該指數的合理性和可靠性。

根據《中國氣象災害大典（四川卷）》[24]，參考水稻高溫熱害高發區典型年份的監測指數及陽園燕等[23]對重慶地區水稻高溫熱害監測指數等級的劃分，結合四川省農業氣象觀測站點對水稻空殼率的統計進行對比分析，確定水稻高溫熱害監測指數等級劃分標準，將其分為輕、中、重3個等級（表4）。

表2 四川高溫典型年水稻空殼率和抽穗揚花期高溫熱害監測指數

表3 四川高溫典型年水稻空殼率和灌漿結實期高溫熱害監測指數

表4 水稻高溫熱害監測指數等級劃分

圖2 1981?2009年四川水稻空殼率（%）和抽穗揚花期、灌漿結實期高溫熱害指數

2.2 抽穗揚花期高溫熱害發生頻次的時空分布

2.2.1 年際變化

由圖3可見，1961?2014年，四川水稻種植區抽穗揚花期高溫熱害發生站數整體呈現增多的趨勢，但趨勢不明顯，其中熱害發生最多的年份為2006和2013年，發生最少的年份為1987年；年代際變化呈“W”型階梯變化趨勢，其中20世紀80年代中期和21世紀初期為高溫熱害發生較輕的年代；60?80年代高溫熱害發生站數為先增后減，80年代平均發生站數為6；90年代到2000年后則呈現先減后增的變化趨勢，年代際平均發生站數由10.0增至23.0；特別是21世紀00年代中期以來，高溫熱害發生站數顯著增多，近10a平均發生站數達26。

由表5可見，四川水稻種植區各年代輕度和中度高溫熱害發生站數均呈增多趨勢，重度高溫熱害除2012年外，其余年份均無發生；其中，輕度熱害發生最多的年份為2006和2014年，發生最少的年份為1987和1991年；中度熱害發生最多的年份為2013和1969年，發生最少的年份為1987?1991年、1995?1999年；從年際變化趨勢看，不同等級高溫熱害發生站數自2000年以來均呈顯著增多趨勢，以輕度熱害增幅最明顯。

表5 各年代水稻抽穗揚花期不同等級高溫熱害發生站數統計（站）

圖3 1961?2014年四川水稻抽穗揚花期各等級高溫熱害發生站數的年際變化

2.2.2 周期變化

由圖4可見，抽穗揚花期高溫熱害頻次的年代際尺度周期震蕩比年際尺度周期振蕩顯著（圖4a），其方差值在16a、12a、10a、6a、準2a時間尺度上出現峰值（圖4b）。由圖4a可見，16a時間尺度的周期性變化特征較明顯，近50a存在3個少發期和3個多發期，2006年以來進入多發期，表明高溫熱害發生次數在未來5a內將持續偏多，其后再次進入熱害偏少期，該周期震蕩與西太平洋副熱帶高壓準16～20a周期震蕩一致，即當夏季副高偏強偏西時，則四川高溫熱害發生頻次增多；12a時間尺度在整個時域上分布均勻，發生次數經歷了“偏少-偏多”5個循環周期；10a和6a周期在1990年后變化特征明顯，并且小尺度周期變化嵌套在較大尺度中，周期特征較復雜，但中心周期未發生偏移，準2a周期在2005?2010年振蕩較顯著，因此，2010年后該地區仍處于熱害多發期。分等級對比發現：輕度高溫熱害表現為準6a、10a、12a、16a周期變化，中高溫熱害以4a、10a左右周期震蕩較為顯著，重高溫熱害則表現出準2a、16a的周期震蕩。

圖4 四川省1961?2014年水稻抽穗揚花期高溫熱害小波變換（a）和方差（b）

2.2.3 空間分布

由圖5可知，水稻抽穗揚花期輕度熱害空間分布特征表現為，頻率在40%以上的區域分布在盆中淺丘區東部、盆東嶺谷區及盆南丘陵區，頻率在30%～40%的區域主要分布在盆周邊緣山地區和盆中淺丘區，頻率在10%～30%的區域主要分布在盆西平丘區和川西南中山山地，輕度熱害頻率最高為50%，位于達縣。中度熱害空間分布表現為，除盆東平行嶺谷區頻率最高為10%～15%，盆地邊緣山地盆中淺丘區東部以及盆南丘陵區南部頻率為5%～15%外，其余地區均低于5%。重度熱害主要集中分布在川西南中山山地區西部的甘洛，頻率為2%，其余地區均未發生。由此可見，在水稻抽穗揚花期，高溫熱害高發區在盆中淺丘區東部、盆東嶺谷區及盆南丘陵區南部，頻率為4～5a一遇，以輕度高溫熱害為主。

進一步選取1961?1990年和1991?2014年兩個時間段，對比四川省水稻種植區熱害發生頻率分布特征。由圖6可以看出，1990年以前，輕度熱害頻率最高為50%以上，分布于盆東嶺谷區和盆南丘陵區的蒼溪、宣漢、寧南、興文地區；中度熱害頻率最高為17%，分布于盆周邊緣山地區的旺蒼和宣漢地區；重度熱害頻率為0；1990年以前，抽穗揚花期高溫熱害高發區集中在盆周邊緣山地區，頻率最高為1～2a一遇，以輕度高溫熱害為主。1990年以后，輕度熱害頻率最高介于45%～50%，分布于盆中淺丘區南部的簡陽、達縣地區；中度熱害頻率最高也為17%，分布于盆周邊緣山地區的蒼溪和蘆山地區；重度熱害高發區位于川西南中山山地區西部，頻率低于5%；1990年后，抽穗揚花期高溫熱害高發區集中在盆中淺丘區，其中簡陽的頻率最高，為63%，也以輕度高溫熱害為主。由此可以看出，1990年以后不同等級高溫熱害發生頻率均略高于1990年以前，且范圍擴大，盆地東北部高發區向南移。

圖5 1961?2014年四川水稻抽穗揚花期不同等級高溫熱害發生頻率的空間分布

圖6 1990年前（1）、后（2）水稻抽穗揚花期不同等級高溫熱害發生頻率的空間分布

2.3 灌漿結實期高溫熱害發生頻次的時空分布

2.3.1 年際變化

圖7為四川1961?2014年水稻灌漿結實期不同等級高溫熱害發生站數統計，由圖可見，近50a該地區高溫熱害發生站數整體呈現不顯著增多趨勢，其中熱害發生最多的年份為2006和2013年，發生最少的年份為1987年；年代際變化呈“V”型階梯變化趨勢，其中20世紀80年代中后期為高溫熱害發生較輕的年代，平均發生站數為20.5；21世紀00年代中期以來，高溫熱害發生站數顯著增多，近10a平均發生站數達37。

分等級統計發現，除輕度熱害發生站數減少外，中度和重度熱害發生站數均呈增多趨勢；其中，輕度熱害發生最多的年份為1995、1997年，發生較少的年份集中在2000年初期；中度熱害發生最多的年份為1966和2002年，發生最少的年份為1983和1987年，年代際變化呈現“V”型分布；重度熱害發生最多的年份為2006和2011年，發生較少的年份集中在1981?1985年。從年際變化趨勢來看，中度和重度等級的高溫熱害發生站數自2000年以來均呈顯著增多趨勢，以重度增幅最明顯（表6）。

表6 各年代水稻灌漿結實期不同等級高溫熱害發生站次統計（站）

圖7 1961?2014年水稻灌漿結實期不同等級高溫熱害發生站數的年際變化及趨勢

2.3.2 周期變化

由圖8可見，年際尺度周期變化中，小波系數等值線密集且數值較大，表明灌漿結實期高溫熱害頻次的年代際尺度周期震蕩比年際尺度周期振蕩顯著（圖8a），其方差值在16a、12a、4a時間尺度上出現峰值（圖8b）。由圖8a可見，在16～20a時間尺度上存在3個少發期和3個多發期，2015年處于多發期，12a時間尺度在2000年以前分布均勻，存在“偏少-偏多”3個循環周期，但2000年后熱害頻次則持續偏多；4a周期在時域上也存在類似的分布，其中2005?2010年振蕩較顯著。分等級對比發現，輕度高溫熱害表現為5a、準12a、準16a周期變化，中高溫熱害以準4a、準12a周期震蕩較顯著，重高溫熱害則表現出準6a、10a周期震蕩。

2.3.3 空間分布

由圖9可知，水稻灌漿結實期輕度熱害空間分布特征表現為，發生頻率在35%以上的區域主要集中在盆南丘陵區，10%～35%的區域主要分布在盆周邊緣山地和盆東嶺谷區，5%～10%的區域主要分布在盆中淺丘區，輕度熱害頻率最高為46%，位于盆南的納溪。中度熱害空間分布特征為盆中淺丘區和川西南中山山地區頻率最高，為35%以上，盆東嶺谷區東南部次之，頻率為15%～35%，盆西平丘區以東頻率低于10%，中度熱害頻率最高為46%，位于盆南的高縣。重度熱害主要集中分布在盆中淺丘區東北部，頻率最高為50%，出現在蓬安，此外，盆周邊緣山地區、盆西平丘區及盆南丘陵區的熱害發生頻率為5%～10%。由此可見，水稻在灌漿結實期，高溫熱害高發區為盆中淺丘區及盆南丘陵區，頻率為1～2a一遇，以中度高溫熱害為主。

圖8 四川省1961?2014年水稻灌漿結實期高溫熱害小波變換（a）和方差（b）

選取1961?1990年和1991?2014年兩個時間段，對比四川省水稻種植區灌漿結實期熱害發生頻率分布特征。由圖10可以看出，1990年以前，輕度熱害頻率高發區較集中，最高值為45%以上，分布于盆南丘陵區的古藺、富順地區，此外盆中淺丘區的蒼溪、蓬溪也是熱害頻率較高地區；中度熱害頻率最高為47%，主要集中在盆中淺丘區的隆昌和樂至，同時盆東嶺谷區和盆南丘陵區也是熱害高發區域，發生頻率為35%以上，范圍較大；重度熱害頻率為10%～20%，高發區域集中在盆東嶺谷區。1990以前，灌漿結實期高溫熱害高發區以盆中淺丘區為主，其次為盆東嶺谷區和盆南丘陵區，頻率最高為2～4a一遇，以中度高溫熱害為主。1990年以后，輕度熱害頻率最高介于45%～50%，分布于盆南丘陵區的隆昌、筠連地區；中度熱害頻率較高，主要分布于盆南丘陵區和盆中淺丘區，以合江和威遠為高發的典型地區，發生頻率均為50%；重度熱害高發區與1990年前相似，也位于盆東嶺谷區，但范圍更大，頻率介于10%～20%。總體來看，1990年以后，灌漿結實期高溫熱害高發區集中在盆南丘陵區，其中合江、長寧的頻率最高，災害范圍向西延伸至盆西平丘區，也以中度高溫熱害為主。由此可見，1990年以后不同等級高溫熱害發生頻率均略高于1990年以前，災害高發中心從盆中淺丘區向盆南丘陵區南移，且災害影響范圍向西擴大。

圖9 四川省1961?2014年水稻灌漿結實期高溫熱害發生頻率的空間分布

圖10 1990年前（1）、后（2）水稻灌漿結實期高溫熱害頻率的空間分布

3 結論與討論

（1）1961?2014年四川地區水稻抽穗揚花期和灌漿結實期高溫熱害發生站數整體均呈現不顯著增多趨勢。熱害發生最多的年份均為2006、2013年，發生最少的年份也都為1987年。抽穗揚花期熱害發生數量的年代際變化呈“W”型階梯變化趨勢，20世紀80年代中期和21世紀初期為高溫熱害發生較輕的年代，灌漿結實期年代際變化呈“V”型階梯變化趨勢，其中80年代中后期為高溫熱害發生較輕的年代；不同等級高溫熱害發生站數自2000年以來均呈顯著增多趨勢，其中抽穗揚花期以輕度熱害增幅最明顯，灌漿結實期以重度熱害增幅最明顯。這與許多學者分析的氣候變暖背景下，1990年以來水稻高溫熱害區域增多的趨勢基本一致[15]。

（2）不同生育期內各等級高溫熱害發生次數均有顯著的周期震蕩規律，方差值在16a、12a、4a時間尺度上出現峰值，其中輕度發生次數有準6a、12 a、16a的周期變化，中度發生次數在4a、準12a周期振蕩上較顯著，重度發生次數則表現為準2a、6a、準16a的周期震蕩。此外，依據16a時間尺度的周期變化和西太平洋副熱帶高壓準16～20a周期震蕩一致可推測，夏季副高偏強偏西時，則四川高溫熱害發生頻次增多，2015年之后一段時間內，高溫熱害仍將多發。

（3）四川省水稻高溫熱害空間格局總體上呈現“山區少、盆地多”的分布特征，水稻抽穗揚花期，高溫熱害高發區為盆中淺丘區東部、盆東嶺谷區及盆南丘陵區南部，頻率為4～5a一遇，以輕度高溫熱害為主；灌漿結實期，高溫熱害高發區為盆中淺丘區及盆南丘陵區，頻率為1～2a一遇，以中度高溫熱害為主。綜上可將水稻種植區劃分盆中淺丘區及盆南丘陵區為熱害頻發區，盆東嶺谷區為熱害偶發區，川西南山地區為熱害少發區。全省水稻高溫熱害發生頻次的空間分布特征受到四川地形影響，因此科學設計種植布局較關鍵。

（4）為了更好地研究氣候變化背景下熱害風險的變化，對比1961?1990年和l991?2014年兩個時間段熱害發生頻率分布特征發現，1990年以后不同等級高溫熱害發生頻率均略高于1990年以前，且范圍擴大，其中抽穗揚花期熱害高發區從盆地東北部向南擴張，灌漿結實期的災害高發中心從盆中淺丘區向盆南丘陵區南移，且災害影響范圍向西擴大。

本文利用高溫熱害累積指數概念，綜合高溫熱害發生概率及其持續日數的影響，建立四川水稻抽穗揚花期和灌漿結實期高溫熱害指標，分析了四川地區水稻高溫熱害的時空分布規律，發現1961?2014年高溫熱害總次數呈上升趨勢，尤以2000年后增幅顯著；在氣候變暖背景下，1990年以來不同等級高溫熱害均呈現次數增多和高發中心從平原向山地擴大的趨勢。本文研究結論與羅孳孳等［10］研究結果雖然在分布范圍上有少許差異，但分布規律基本一致，差異應該主要來自研究數據選取的不同，本文利用氣象觀測資料，結合大田生產實際，計算了水稻高溫熱害累積危害指數，實現了水稻高溫熱害監測產品由定性向定量化的轉變，融合常規高溫指標的動態監測，提高了空間分布的精細度，延長了研究的時效性，相比以往的熱害研究更具針對性和指導性。但本研究未采用遙感監測數據，因此有必要將多種觀測數據進行融合，結合氣候背景發揮各自優勢，建立綜合的高溫熱害監測模型。此外，水稻產量除去溫度因子的影響，其它天氣要素，如日照時數會影響輻射量，間接影響水稻生育期，其中川西南山地區域雖然溫度較其它區域偏低，但其日照時數卻較長，這在一方面大大增加了水稻生長所接受的輻射量，促進其光合作用，進而增加了光合產量。相對濕度也會引發高溫熱害的發生，過大會導致濕熱而致使水稻空秕率增加。其它要素如最低溫度也影響水稻正常生長發育等。同時各種農業氣象災害如病蟲害、洪澇干旱災害等時有發生，各種災害并非獨立發生，它們相互制約、相互作用，因此，在研究高溫熱害對水稻的影響時應將其它災害的影響進行分離[25]。水稻受害還受其它條件如施肥狀況、田間管理、水稻品種等因素的影響，并且現有研究尚未進行高溫對不同品種水稻熱害預警，應根據不同地域特點采用不同熟制和播期及品種的水稻進行生產，這樣既能避開高溫熱害的不利影響，又能調整種植結構，提高作物產量，以上工作有待今后做進一步研究。

[1]朱珠,陶福祿,婁運生.1980-2009年江蘇省氣溫變化特征及水稻高溫熱害變化規律[J].江蘇農業科學,2013,41(6):311- 315.

Zhu Z,Tao F L,Lou Y S.Temperature change characteristics and rule of rice in Jiangsu province in 1980-2009 [J]. Jiangsu Agricultural Science,2013,41(6):311-315.(in Chinese)

[2]林而達,許吟隆,蔣金荷,等.氣候變化國家評估報告(Ⅱ):氣候變化的影響與適應[J].氣候變化研究進展,2006,2(2):51-56.

Lin E D,Xu Y L,Jiang J H,et al.Climate change assessment report(Ⅱ):The effects of climate change and adaptation to climate change[J].Advances in Climate Change Research,2006, 2(2):51-56.(in Chinese)

[3]程勇翔,王秀珍,郭建平,等.中國水稻生產的時空動態分析[J].中國農業科學,2012,45(17): 3473-3485.

Cheng Y X,Wang X Z,Guo J P,et al.The temporal spatial dynamic analysis of China rice production[J]. Scientia Agricultural Sinica,2012,45(17):3473-3485.(in Chinese)

[4]劉玲,沙奕卓,白月明.中國主要農業氣象災害區域分布與減災對策[J].自然災害學報,2003,12(2):92-97.

Liu L,Sha Y Z,Bai Y M.Regional distribution of main agrometeorological disasters and disaster mitigation strategies in China[J].Journal of Natural Disasters,2003,12(2):92-97.(in Chinese)

[5]萬素琴,陳晨,劉志雄,等.氣候變化背景下湖北省水稻高溫熱害時空分布[J].中國農業氣象,2009, 30(S2):316-319.

Wan S Q,Chen C,L Z X,et al.Space-time distribution of heat injury on rice in Hubei province under climate change[J]. Chinese Journal of Agrometeorology,2009,30(Supple2):316- 319.(in Chinese)

[6]金志鳳,楊太明,李仁忠,等.浙江省高溫熱害發生規律及其對早稻產量的影響[J].中國農業氣象,2009,30(4):628-631.

Jin Z F,Yang T M,Li R Z,et al.High temperature induced heat damage and its impacts on early rice yields in Zhejiang Province[J].Chinese Journal of Agrometiorology,2009,30(4): 628-631.(in Chinese)

[7]于壟,宋靜,高萍.江蘇水稻高溫熱害的發生規律與特征[J].氣象科學,2010,30(4):530-533.

Yu L,Song J,Gao P.Characteristics of heat damage for rice in Jiangsu province[J].Scientia Meteorological Sinica,2010,30(4): 530-533.(in Chinese)

[8]譚詩琪,申雙和.長江中下游地區近32年水稻高溫熱害分布規律[J].江蘇農業科學,2016,44(8):97-101.

Tan S Q,Shen S H.The distribution of heat and heat of rice in the middle and lower reaches of the Yangtze river in the past 32 years[J].Jiangsu Agricultural Science,2016,44(8):97-101. (in Chinese)

[9]何永坤,范莉,陽園燕.近50年來四川盆地東部水稻高溫熱害發生規律研究[J].西南大學學報(自然科學版),2011,33(12): 39-43.

He Y K,Fan L,Yang Y Y.Study on the occurrence of high temperature-induced heat damage in rice in the east of Sichuan Basin in the past 50 years[J].Journal of Southwest University(Natural Science Edition),2011,33(12):39-43.(in Chinese)

[10]羅孳孳,陽園燕,唐余學,等.氣候變化背景下重慶水稻高溫熱害發生規律研究[J].西南農業學報,2011,24(6):2185-2189.

Luo Z Z,Yang Y Y,TangY X,et al.Study on characteristics of heat damage on rice in Chongqing in context of climatic change[J].Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2011,24(6):2185-2189.(in Chinese)

[11]謝曉金,李秉柏,李映雪,等.抽穗期高溫脅迫對水稻產量構成要素和品質的影響[J].中國農業氣象,2010,31(3):411-415.

Xie X J,Li B B,Li Y X,et al. Effects of high temperature stress on yield components and grain quality during heading stage[J]. Chinese Journal of Agrometeology,2010,31(3):411- 415.(in Chinese)

[12]鄭有飛,丁雪松,吳榮軍,等.近50年江蘇省夏季高溫熱浪的時空分布特征分析[J].自然災害學報,2012,21(2):3-5.

Zheng Y F,Ding X S,Wu R J,et al.Temporal and spatial feature analyses of summer high temperature and heat wave in Jiangsu Province in past 50 years[J].Journal of Natural Disasters,2012,21(2):3-5.(in Chinese)

[13]陳超,龐艷梅,張玉芳.近50年來四川盆地氣候變化特征研究[J].西南大學學報(自然科學版),2010, 32(9):115-120.

Chen C,Pang Y M,Zhang Y F.On the characteristics of climate change in Sichuan basin in the recent 50 years[J]. Journal of Southwest University (Natural Science Edition), 2010,32(9):115-120.(in Chinese)

[14]代姝瑋,楊曉光,趙孟,等.氣候變化背景下中國農業氣候資源變化Ⅱ:西南地區農業氣候資源時空變化特征[J].應用生態學報,2011,22(2):442-452.

Dai S W,Yang X G,Zhao M,et al.Changes of China agricultural climate resources under the background of climate change Ⅱ:spatiotemporal change characteristics of agricultural climate resources in Southwest China[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2011,22(2):442-452.(in Chinese)

[15]陳超,龐艷梅,潘學標,等.氣候變化背景下四川省氣候資源變化趨勢分析[J].資源科學,2011,33(7): 1310-1316.

Chen C,Pang Y M,Pan X B,et al.Characteristics of climate resources under global climate change in Sichuan province[J]. Resources Science,2011,33(7):1310-1316.(in Chinese)

[16]陳升孛,劉安國,張亞杰,等.氣候變化背景下湖北省水稻高溫熱害變化規律研究[J].氣象與減災研究,2013,36(2):51-56.

Chen S B,Liu A G,Zhang Y J,et al.Dynamic variations of heat injury on rice in Hubei province under climate change[J]. Meteorology and Disaster Reduction Research,2013,36(2): 51-56.(in Chinese)

[17]田小海,羅海偉,周恒多,等.中國水稻熱害研究歷史、進展與展望[J].中國農學通報,2009,25(22):166-168

Tian X H,Luo H W,Zhou H D,et al.Research on heat stress of rice in China:progress and prospect[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2009,25(22):166-168.(in Chinese)

[18]包云軒,劉維,高蘋,等.氣候變暖背景下江蘇省水稻熱害發生規律及其對產量的影響[J].中國農業氣象,2012,33(2): 289-296.

Bao Y X,Liu W,Gao P,et al.Study on characteristics of rice heat damages in Jiangsu province under the background of climate warming and its influence on the rice yield[J]. Chinese Journal of Agrometeorology,2012,33(2):289-296.(in Chinese)

[19]高素華,王培娟,萬素琴.長江中下游高溫熱害及對水稻的影響[M].北京:氣象出版社,2009.

Gao S H,Wang P J,Wan S Q.High temperature thermal damage of the middle and lower Yangtze River and the influence of rice[M].Beijing:China Meteorological Press, 2009.(in Chinese)

[20]馮明,陳正洪,劉可群,等.湖北省主要農業氣象災害變化分析[J].中國農業氣象,2006,27(4):343-348.

Feng M,Chen Z H,Liu K Q,et al.Analysis on variation of main agrometeorological disasters in Hubei Province[J]. Chinese Journal of Agrometeorology,2006,27(4):343-348.(in Chinese)

[21]鄭建初,張彬,陳留根,等.抽穗期高溫對水稻產量構成要素和稻米品質的影響及其基因型差異[J].江蘇農業學報,2005,21(4):249-254.

Zheng J C,Zhang B,Chen L G,et al.Genotypic differences in effects of high air temperature in field on rice yield components and grain quality during heading stage[J]. Jiangsu J. of Agr. Sci,2005,21(4):249-254.(in Chinese)

[22]鄭志廣.光溫條件對水稻結實及干物質生產的影響[J].北京農學院學報,2003,18(1):13-16.

Zheng Z G.The influence of temperature and light on grain-filling, dry matter production of rice[J].Journal of Beijing Agricultural College,2003,18(1):13-16.(in Chinese)

[23]陽園燕,何永坤,羅孳孳,等.三峽庫區水稻高溫熱害監測預警技術研究[J].西南農業學報,2013,26(3):1249-1254.

Yang Y Y,He Y K ,Luo Z Z,et al.Study on monitoring and early warning technology of rice heat injury in the three gorges reservoir area[J].Southwest China Journal of Agricultural Sciences,2013,26(3):1249-1254.(in Chinese)

[24]《中國氣象災害大典》編委會.中國氣象災害大典:四川卷[M].北京:氣象出版社,2005:89-311.

The China Meteorological Disasters Ceremony Editorial Committee.China meteorological disasters ceremony:Sichuan volume[M].Beijing:China Meteorological Press,2005:89- 311.(in Chinese)

[25]史軍,丁一匯,崔林麗.華東地區夏季高溫期的氣候特征及其變化規律[J].地理學報,2008,63(3):237-246.

Shi J,Ding Y H,Cui LＬ.Climatic characteristics and their changing law during summer high-temperature times in east China [J].Acta Geographica Sinica,2008,63(3):237-246.(in Chinese)

Space-time Distribution of High Temperature Disasters on Single-cropping Rice during Heading-flowering Stage and Filling-harvest Stage in Sichuan Province

LIU Jia1, 2, CHEN Chao1,4, ZHANG Yu-fang3,5, PANG Yan-mei2, CHEN Dong-dong3，LAI Jiang1

(1. Sichuan Provincial Climate Centre, Chengdu 610072, China；2. Institute of Plateau Meteorology, China Meteorological Administration, Chengdu/Heavy Rain and Drought-Flood Disasters in Plateau and Basin Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610072；3.Sichuan Provincial Agricultural Meteorological Centre, Chengdu 610072；4. Provincial Key Laboratory of Water-Saving Agriculture in Hill Areas of Southern China, Chengdu 610066；5.Plateau Atmosphere and Environment Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610072)

In this paper, spatial-temporal variation characteristics of high temperature disasters on single-cropping rice during heading-flowering stage and filling-harvest stage were analyzed with agricultural data including meteorology, rice production and agro-meteorology from 1961 to 2014 in Sichuan province by linear regression, multiple regression, Morlet wavelet analysis. The results showed that the total and different grades of high temperature disaster occurrence times were a significant upward trend from 1961 to 2014, especially after 2000. The mild heat damage increased significantly during heading-flowering stage, and the severe heat damage increased significantly during filling-harvest stage. The different grades of high temperature disaster occurrence times showed a significant periodic oscillation during growth period on 16 years, 12 years, 4 years time scale. Based on periodic changes speculated, it will remain high temperature disaster in 2015. The distribution of heat injury spatial pattern showed “less in mountainous and multi in basin”. Rice planting area can be divided into: high temperature disaster often occurred in central plain area and southern hilly of basin, seldom happen in eastern hilly of basin, less happened in southwest mountain. Under the background of climate warming, the frequency of different grades of high temperature disaster has increased, and frequent center has expanded from the plains to the mountain since 1990. This study has realized the transition of high temperature disasters monitoring products which from qualitative to quantitative. It combined the dynamic monitoring, improved the accuracy of the spatial distribution, and extended timeliness of the study.

Rice；High temperature disasters；High temperature heat damage accumulation index；Morlet wavelet analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.01.006

劉佳,陳超,張玉芳,等.四川單季稻抽穗揚花期和灌漿結實期高溫熱害時空特征[J].中國農業氣象,2018,39(1):46-58

2017-04-26

。E-mail:chenchao16306@sina.com

中國氣象局西南區域重大科研業務項目（2014-08）；國家重點研發計劃“糧食豐產增效科技創新專項”項目“四川盆地水稻高溫干旱災害減災保產調控關鍵技術研究”（2017YFD0300409-3）；高原大氣與環境四川省重點實驗室開放課題（PAEKL-2017-C4）

劉佳（1985-），女，工程師，主要從事氣候變化研究。E-mail：liujia851229@163.com