大连1951—2020年玉米生长季旱涝分析

摘要 ［目的］研究玉米生长季旱涝变化特征及其发生规律。［方法］利用1951—2020年大连地区气温和降水资料，采用水平衡及旱涝指数方法，研究玉米生长季需水与降水的平衡关系以及旱涝特征。［结果］近70年大连地区玉米生长季降水量呈减少趋势，气候倾向率为-10.60 mm/10 a，其中，播种—苗期降水呈弱增加，拔节—吐丝—成熟期降水量呈减少趋势；玉米需水量呈增加趋势；旱涝指数呈减小趋势；气候湿润程度呈下降趋势。播种—苗期、吐丝—成熟期以旱灾为主，播种—苗期中旱＋重旱频率达41.7%，吐丝—成熟期中旱＋重旱频率达60.0%；拔节—吐丝期以涝为主，中涝＋重涝频率达35.7%；玉米全生长期中涝＋重涝频率为14.3%，中旱＋重旱频率为22.9%。［结论］大连地区旱、涝灾害同时存在，旱灾存在加强的趋势，对农业生产影响较大，应加强完善灾害预警平台建设。

关键词 玉米；生长季；旱涝指数；水平衡；大连

中图分类号 S 423  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）21-0211-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.21.053

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis of Drought and Flood in Corn Growing Season in Dalian from 1951 to 2020

ZHANG Meng LIN Wen-zhong2

（1.Dalian Ganjingzi District Agricultural Development Service Center，Dalian，Liaoning 116039；2.Dalian Pulandian District Agricultural Development Service Center，Dalian，Liaoning 116200）

Abstract ［Objective］ To study the variation characteristics and occurrence regularity of drought and flood in corn growing season. ［Method］Using the temperature and precipitation data in Dalian area from 1951 to 2020， the water balance and drought-flood index methods were used to study the balance relationship between water demand and precipitation and the characteristics of drought and flood in the growing season of corn.［Result］ In the past 70 years， the precipitation in the growing season of corn in Dalian area showed a decreasing trend， and the climatic trend rate was -10.60 mm/10 a. Among them， the precipitation in the sowing-seedling stage showed a weak increase， and the precipitation during jointing-silking-maturing stage presented a decreasing trend；the water demand of corn presented an increasing trend. The drought and flood index presented a decreasing trend. The humidification degree of climate presented an decreasing trend. Drought was dominant in sowing-seedling stage and silking-maturing stage， the frequency of moderate drought + serious drought reached 41.7% during sowing-seedling stage and 60.0% during silking-maturing stage. Waterlogging was the main factor during jointing-silking stage， the frequency of moderate waterlogging + heavy waterlogging reached 35.7%；the frequency of moderate waterlogging + heavy waterlogging was 14.3%， and the probability of moderate waterlogging + heavy waterlogging was 22.9% during the whole growth period of corn.［Conclusion］Drought and waterlogging existed in Dalian area， and drought had a strengthening tendency， which had a great impact on agricultural production. Therefore， the construction of disaster early warning platform should be strengthened and improved.

Key words Corn；Growing season；Drought and flood index；Water balance；Dalian

近年来气候异常变化，极端气象灾害频发，严重影响粮食生产安全［1-3］。由于降水极端事件增多，旱涝灾害对农业生产构成威胁［4-6］。所以，研究降水变化规律，掌握旱涝成因，提高风险防控意识，对防灾减灾确保粮食生产安全具有重要意义。近半个世纪以来受气候变化的影响，除新疆、西藏等极少数地区降水量呈增加趋势［7-8］，我国绝大多数区域降水呈减少趋势，致使干旱频率和强度增加，干旱面积显著扩大［9-11］。据王春乙等［12-13］的研究，我国农业气象灾害面积平均每年高达40%，而干旱面积在2 200万km2以上。我国北方地区半干旱区域在扩大，并在不同尺度上干旱频率、干旱严重程度更为明显［14-16］。张淑杰等［17-18］研究了东北地区干旱现状，认为干旱频率明显增加。李鹏程等［19］研究京津地区降水量变化发现，非汛期降水变化平稳，而汛期降水量明显减少；张丽艳等［20］研究认为从20世纪80年代以来京津冀地区干旱频率增加、范围在扩大。赵海燕等［21］研究表明农业干旱具有明显的南轻北重特征，而且北方农业干旱更加频繁。就大连地区来说，降水量和降水日数明显减少［22-23］，严重影响农作物生长及粮食生产安全。因此，笔者以主要粮食作物玉米为例，选用旱涝指数方法［24］作为气象旱涝指标，分析大连地区1951—2020年玉米生长季旱涝特征变化，以期为该地区干旱灾害防御、减轻重大干旱对农业的影响提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

大连位于辽宁省辽东半岛最南端，西北、东南面向黄渤海之滨，背依我国东北腹地。地理位置在38°43′～40°10′N、120°58′～123°31′E。全市耕地面积占土地总面积的22.8%。碧流河是境内最大的流域。大连属暖温带亚湿润季风气候，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑。年平均日照时数在2 710 h左右，年平均气温10.5 ℃左右，无霜期175～201 d，年降水量在540～950 mm。

1.2 数据来源

采用1951—2020年大连气象监测站平均气温和降水量日值资料，分别统计玉米生长季（4月15日—9月30日）及玉米各个发育期不同时间尺度的平均气温、≥10 ℃积温、降水等相关量。

1.3 研究方法

1.3.1 趋势分析。

采用一元线性方程的一次项系数（a）表征气象要素的变化趋势，也称之为气候倾向率［25］，见公式（1）。

y=ax+b（1）

式中，y为气象要素，x为时间序列号（x=195 1952，…，2020年），b为常数项，a为斜率（也称倾向率），一般用10 a来表示。a＜0表示y随时间x呈下降趋势；a＞0表示y随时间x呈上升趋势。

1.3.2 显著性检验。

气候要素趋势变化显著性检验采用序列相关系数法［25］，根据相关系数检验表确定显著性，见公式（2）。

rxy= ni=1［（xi-）（yi-）］/

ni=1［（xi-）2（yi-）2］（2）

式中，r为相关系数；xi为时间序列号（x=195 1952，…，2020年）；yi为气象要素；n为样本数n=70。

1.3.3 旱涝分析。

采用亓来福［24］研究的旱涝指数来分析大连玉米生长期旱涝特征。旱涝指数等于同期降水量（R）与玉米需水量（Q）之比，见公式（3）、（4）。

K=R/Q（3）

Q=0.16∑ti（4）

式中，K为旱涝指数；∑ti为同期≥10 ℃积温。依据干旱指数将K值分为7个旱涝判别等级，见表1。

2 结果与分析

2.1 玉米生长季及各发育期降水变化特征

2.1.1 玉米生长季降水量。

近70年大连地区玉米生长季（4月15日—9月30日）降水量平均值为541.2 mm，占年降水量的90.5%，最多降水量为843.6 mm（1951年），最少降水量为202.5 mm（1999年），降水极差为641.1 mm。标准偏差为±172.2 mm，异常偏多（＞713.4 mm）有11 年，频率为15.7%，异常偏少（＜369.0 mm）有13年，频率为18.6%。图1显示，近70年大连地区玉米生长季降水量呈减少趋势，序列相关系数为-0.134（P＞0.05），气候倾向率为-10.60 mm/10 a，降水量线性减少74.2 mm。从各个年代平均降水量（表2）可以看出，20世纪80、90年代降水量较少，分别为479.6、495.8 mm，20世纪60、70年代降水量较多，分别为574.7、576.7 mm。

2.1.2 玉米各个发育期降水特征。

播种—苗期（4月15日—5月31日）降水量累年平均值为75.7 mm，占玉米生长季的14.0%。最多降水量为216.7 mm（2009年），最少降水量为18.7 mm（1981年），标准偏差为±43.7 mm；降水正常值在32.0～119.4 mm，异常偏少（＜32.0 mm）有10年，频率为14.3%；异常偏多（＞119.4 mm）有9年，频率为12.9%。近70年大连地区降水量呈弱增加趋势，序列相关系数0.177（P＞0.05），气候倾向率为3.88 mm/10 a，即近70年播种—苗期降水量线性增加27.2 mm。各个年代平均降水量见表2，其中2001—2010、2011—2020年降水量较多，分别为102.2、97.9 mm，20世纪80、90年代降水量较少，分别为58.1、64.6 mm。

拔节—吐丝期（6月1日—8月15日）降水量累年平均值为372.5 mm，占农作物生长季的68.8%。最多降水量为676.8 mm（2011年），最少降水量为132.1 mm（1999年）；标准偏差为±132.0 mm；降水正常值在240.5～504.5 mm，异常偏少（＜240.5 mm）有13年，频率为18.6%；异常偏多（＞504.5 mm）有12年，频率为17.1%。近70年大连地区降水量呈减少趋势，气候倾向率为-8.67 mm/10 a，序列相关系数-0.133（P＞0.05），拔节—吐丝期降水量线性减少60.7 mm。各个年代平均降水量见表2，其中20世纪60、70年代降水量较多，分别为412.6、396.5 mm，20世纪90年代和2001—2010年降水量较少，分别为337.2、320.9 mm。