黄淮海平原夏玉米生育期干湿变化特征及成因分析

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《政府间气候变化专门委员会第六次评估报告》预测全球变暖速度将加快,未来全球水循环变化进一步加剧,将带来更强的降水、洪水以及更严重的干旱。黄淮海平原是我国重要的粮食生产基地,在全球变暖大背景下,黄淮海平原极端气候事件频发,极端气候造成气象灾害带来的损失愈发严重,已成为影响该区域农业高质量发展的主要限制因素。作为黄淮海平原主要粮食作物之一,夏玉米是典型的高耗水作物,干旱现象的发生必然对其生长发育产生影响,进而可能影响玉米产量,造成农业经济损失。因此,本文针对黄淮海平原夏玉米生育期干旱问题,基于近61a(1960~2020年)逐日气象数据,采用日尺度干旱指标对夏玉米生育期干旱状况进行定量识别,剖析降水与干旱时空演变特征,探讨降水重心与干旱重心的迁移规律;定量化分析ENSO冷暖事件(ENSO暖事件为厄尔尼诺事件,ENSO冷事件为拉尼娜事件)对黄淮海平原夏玉米生育期干湿变化特征影响;探究黄淮海平原干旱与气候因子的关系,辨别影响黄淮海平原夏玉米生长的主要气候因子,以期为黄淮海平原农业生产适应气候变化、防灾减灾提供参考依据。主要成果如下:(1)近61a黄淮海平原夏玉米生育期降水量整体呈不显著下降趋势,夏玉米三个生育阶段(播种-拔节期、拔节-开花期、开花-成熟期)降水量的突变年份基本在1980s,大多经历了2.5次或3次丰枯交替循环变化。黄淮海平原夏玉米不同生育阶段降水空间分布格局差异较大,其中拔节-开花期降水量由平原中部向两边呈带状递增分布。播种-拔节期和拔节-开花期气候倾向率呈南-北型分布,但二者偏向相反。播种-拔节期降水EOF(经验正交函数)分布模式以“南北型”为主,零等值线在36°N附近,其他两个生育期降水EOF分布模式均以“全局型”为主。近61a黄淮海平原夏玉米拔节-开花期降水重心有明显向南迁移趋势,播种-拔节期和开花-成熟期降水重心分别有向东南、东北迁移趋势,但趋势均不明显。(2)近61a开花-成熟期在黄淮海平原夏玉米生育阶段中发生干旱频次最多,其中1970s发生干旱频次最多,干旱频率从南到北呈“高-低-高”三段式分布,主要为易旱区和极易旱区。播种-拔节期1960s发生干旱频次最多且旱情最为严重,整个平原基本上处于易旱区。近61a夏玉米三个生育阶段干旱历时和干旱强度在时间和空间上存在一定的相似性,播种-拔节期较长干旱历时和较强干旱强度主要集中在1960s,1997年以后有所减弱;拔节-开花期干旱持续时间短且强度弱,黄淮海平原农业分区Ⅰ和农业分区Ⅱ的干旱程度远强于其他农业分区;开花-成熟期干旱持续时间长且强度较大,但总体趋势上,干旱情势有所好转。播种-拔节期干旱重心呈东-西分布格局,1970s至2000s的干旱重心基本上一直向东迁移;拔节-开花期和开花-成熟期干旱重心呈南-北分布格局,但拔节-开花期干旱重心迁移波动性较大。(3)近61a黄淮海平原夏玉米生育期内发生暖事件的频次大于冷事件,在ENSO冷暖事件影响下,黄淮海平原夏玉米生育期易旱程度大于易涝程度。夏玉米三个生育阶段降水与暖事件的发生均存在一定负相关性,开花-成熟期降水与冷事件的发生则存在一定正相关性,冷暖事件下降水量变化与冷暖事件强弱的关系不明显。近61a黄淮海平原夏玉米生育期内北太平洋年代际震荡(PDO)与降水的整体相关性最好,PDO是影响夏玉米生育期内降水变化的主要气候因子。(4)近61a黄淮海平原夏玉米播种-拔节期、开花-成熟期干旱状况与暖事件的发生存在较大的正相关性,开花-成熟期干旱状况与冷事件的发生存在较大的负相关性。从空间分布看,受冷暖事件的不同影响,黄淮海平原夏玉米生育期干旱程度空间分布基本呈相反相位,在暖事件影响下,随着夏玉米生育进程黄淮海平原的干旱高值区一直向西迁移,三个生育阶段干旱高值区与易发区存在较大的重合性。在夏玉米生育期内海洋尼诺指数(ONI)与干旱指标呈现较好的相关性,可作为分析黄淮海平原夏玉米生育期干旱成因的主要气候因子。
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