未來氣候變化情景下貴州省水稻干旱風險研究

韓會慶，張嬌艷，張英佳，王 喆，蔡廣鵬

(1.貴州理工學院建筑與城市規劃學院，貴陽 550003；2.貴州省氣候中心，貴陽 550002；3.貴州師范大學地理與環境科學學院，貴陽 550001)

干旱是全球范圍內發生頻繁的氣候災害，嚴重影響社會經濟可持續發展[1]。干旱作為影響糧食作物生產的重要環境因子，其風險研究日益受到學者的關注[2]。貴州省是我國西南地區重要的糧食產區。水稻作為貴州省最重要的糧食作物，其栽培面積占糧食栽培總面積的30%，水稻產量占糧食總產量的50%左右[3]。然而，隨著全球氣溫升高，貴州省干旱發生頻率不斷增強，這嚴重威脅該區糧食安全。因此，研究氣候變化背景下貴州省水稻干旱風險具有重要的意義。

目前，對農業干旱風險研究多集中干旱風險評估、干旱風險區劃、干旱脆弱性分析等方面[4,5]，其中干旱風險評估對象多關注冬小麥[6]、玉米[7]、蘋果[8]、瓜菜[9]等農作物，其評估主要利用自然災害風險理論[10]、信息分配理論[11]、可變模糊算法[12]、Copula函數[13]等。干旱風險區劃研究主要利用GIS技術對冬小麥、玉米等進行干旱風險區劃[14,15]。干旱脆弱性評估主要利用主成分分析[16]、投影尋蹤技術[17]、加權綜合評價法[18]等進行評估。然而，當前研究多為靜態的研究，且多關注過去時點，鮮有關注未來時點干旱風險。因此，本研究基于未來氣候預估數據，以降水距平百分率為干旱指標，評估了未來氣候變化背景下貴州省水稻干旱風險，以期為干旱風險預警、水稻生產布局、防災減災政策制定提供科學依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

氣候數據是國家氣候中心提供的貴州省84個氣象站點2016-2100年逐日降水預估數據，該數據是利用CMIP5全球氣候模式進行預估的結果。為分析未來不同時期水稻干旱風險，結合相關文獻[19]，將未來時段劃分為初期(2016-2035年)、中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)3個時期。參考《水稻高產創建技術規范模式圖》和相關文獻[20]，將貴州省水稻發育期分為移栽分蘗期(5月上旬至7月上旬)、拔節孕穗期(7月中旬至7月下旬)和抽穗成熟期(8月上旬至9月上旬)。

1.2 研究方法

1.2.1 降水距平百分率計算

將降水距平百分率作為干旱指標，其公式為：

(1)

依據文獻[1]，將干旱等級劃分為輕旱(-60%

1.2.2 干旱風險指數計算[21]

(2)

式中：I為干旱風險指數；Gi為水稻各發育期干旱等級發生頻率，%；Pi為各干旱等級賦值；Wi為水稻各發育時期干旱風險權重，通過層次分析法分別賦予移栽分蘗期、拔節孕穗期和抽穗成熟期0.2、0.4和0.4的權重。

2 結果與分析

2016-2035年和2081-2100年貴州省水稻全生育期干旱風險指數呈現RCP8.5情景﹥RCP2.6情景﹥RCP4.5情景，2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風險指數呈現RCP2.6情景﹥RCP4.5情景﹥RCP8.5情景。RCP2.6和RCP4.5情景下，2016-2035年貴州省水稻全生育期干旱風險較低，2046-2065年和2081-2100年干旱風險較高。RCP8.5情景下，2016-2035年和2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風險較低，2081-2100年干旱風險較高。各氣候變化情景下，貴州省水稻移栽分蘗期干旱風險較低，抽穗成熟期干旱風險居中，拔節孕穗期干旱風險較高。從不同情景看，RCP4.5和RCP8.5情景下2081-2100年水稻移栽分蘗期干旱風險較高，RCP2.6情景下2081-2100年和RCP8.5情景下2016-2035年水稻移栽分蘗期干旱風險較低。RCP2.6和RCP8.5情景下2081-2100年水稻拔節孕穗期干旱風險較高，RCP4.5情景下2016-2035年和RCP8.5情景下2046-2065年水稻拔節孕穗期干旱風險較低。RCP2.6和RCP8.5情景下2046-2065年水稻抽穗成熟期干旱風險較高，RCP2.6和RCP4.5情景下2016-2035年和RCP8.5情景下2046-2065年水稻抽穗成熟期干旱風險較低(見表1)。

表1 未來不同情景下貴州省水稻各發育期干旱風險指數平均值Tab.1 Average drought risk index of rice growth period under different future scenarios in Guizhou province

在水稻移栽分蘗期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省北部和南部地區干旱風險較高，東部和西部地區干旱風險較低；2046-2065年北部、南部和西南部地區干旱風險較高，東南部和西北部地區干旱風險較低；2081-2100 年南部地區干旱風險較高，北部和中部地區干旱風險較低。RCP4.5情景下2016-2035年西南部地區干旱風險較高，北部和東北部地區干旱風險較低；2046-2065年東部地區干旱風險較高，中部和西部地區干旱風險較低；2081-2100 年中部和西部地區干旱風險較高，東部地區干旱風險較低。RCP8.5情景下2016-2035年北部地區干旱風險較高，其他絕大部分地區干旱風險較低；2046-2065年東部地區干旱風險較高，中部、西部和北部地區干旱風險較低；2081-2100 年南部和東部地區干旱風險較高，西部和西北部地區干旱風險較低(見圖1)。

在水稻拔節孕穗期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省西南部地區干旱風險較高，北部和南部地區干旱風險較低；2046-2065年北部和東北部地區干旱風險較高，南部和西南部地區干旱風險較低；2081-2100 年北部地區干旱風險較高，其他大部分地區干旱風險較低。RCP4.5情景下2016-2035年南部地區干旱風險較高，北部和西部地區干旱風險較低；2046-2065年北部地區干旱風險較高，南部和東南部地區干旱風險較低；2081-2100 年北部地區干旱風險較高，南部、東部和西部地區干旱風險較低。RCP8.5情景下2016-2035年北部和西南部地區干旱風險較高，中部、東部和東南部地區干旱風險較低；2046-2065年東北部地區干旱風險較高，東南部、中部和西部地區干旱風險較低；2081-2100 東部地區干旱風險較高，西部地區干旱風險較低(見圖2)。

圖1 未來不同情景下貴州省水稻移栽分蘗期干旱風險指數空間格局Fig.1 Spatial pattern of drought risk index of rice transplanting-tillering stage under different future scenarios in Guizhou province

圖2 未來不同情景下貴州省水稻拔節孕穗期干旱風險指數空間格局Fig.2 Spatial pattern of drought risk index of rice jointing-booting stage under different future scenarios in Guizhou province

在水稻抽穗成熟期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省東南部和西南部地區干旱風險較高，北部和西部地區干旱風險較低；2046-2065年北部地區干旱風險較高，南部和西部地區干旱風險較低；2081-2100 年東北部和西南部地區干旱風險較高，西北部和東南部地區干旱風險較低。RCP4.5情景下2016-2035年北部地區干旱風險較高，南部和西部地區干旱風險較低；2046-2065年東部地區干旱風險較高，西部地區干旱風險較低；2081-2100 年北部地區干旱風險較高，南部和西部地區干旱風險較低。RCP8.5情景下2016-2035年東南部地區干旱風險較高，北部和西北部地區干旱風險較低；2046-2065年東部地區干旱風險較高，北部、南部和西部地區干旱風險較低；2081-2100 東北部地區干旱風險較高，其他大部分地區干旱風險較低(見圖3)。

圖3 未來不同情景下貴州省水稻抽穗成熟期干旱風險指數空間格局Fig.3 Spatial pattern of drought risk index of rice heading-maturity stage under different future scenarios in Guizhou province

在水稻全生育期，RCP2.6情景下2016-2035年貴州省東南部、西南部和西北部地區干旱風險較高，北部、南部以及西部零星地區干旱風險較低；2046-2065年和2081-2100 年北部地區干旱風險較高，南部地區干旱風險較低。RCP4.5情景下2016-2035年北部、東部和南部地區干旱風險較高，西部地區干旱風險較低；2046-2065年和2081-2100年北部地區干旱風險較高，南部和西部地區干旱風險較低。RCP8.5情景下2016-2035年南部地區干旱風險較高，北部和西北地區干旱風險較低；2046-2065年和2081-2100 年東部和東北部地區干旱風險較高，西部和西南部地區干旱風險較低(見圖4)。

圖4 未來不同情景下貴州省水稻全發育期干旱風險指數空間格局Fig.4 Spatial pattern of drought risk index of rice whole growth stage under different future scenarios in Guizhou province

3 討論與結論

本研究發現未來氣候變化情景下貴州省水稻各發育期干旱風險較低，這與馬欣等[22]人研究結果較為一致。然而，至21世紀末期，貴州省水稻干旱風險不斷增加，這主要與氣溫升高引起的極端氣候發生頻率增加有關[23]。水稻干旱風險發生不僅受到降水、氣溫等自然因素影響，還受到社會經濟因素影響。本研究利用降水距平百分率進行未來貴州省水稻各發育期干旱風險評估，能夠反映未來氣候變化對貴州省水稻干旱風險的影響，卻忽視了氣溫、社會經濟因素，因此，今后應綜合多種干旱評估方法以及多種干旱影響因素進行水稻干旱風險評估，從而提供干旱風險評估的準確性。

RCP2.6和RCP4.5情景下2016-2035年貴州省水稻全生育期干旱風險低于2046-2065年和2081-2100年，RCP8.5情景下，2016-2035年和2046-2065年貴州省水稻全生育期干旱風險低于2081-2100年。未來各氣候變化情景下，貴州省水稻移栽分蘗期干旱風險較低，抽穗成熟期干旱風險居中，拔節孕穗期干旱風險較高。2016-2035年貴州省水稻各發育期和全發育期干旱風險空間差異較大，2046-2065年和2081-2100年貴州省水稻各發育期和全發育期干旱風險高值區多集中東部和北部，低值區主要分布南部和西部。

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