中美玉米带干旱灾害危险性对比

来源 :中国气象科学研究院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:ptcptsu
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中国东北与美国大平原地区是世界著名的两大“黄金玉米带”,并处于同一纬度带(35°–55°N范围之间)。近年来,两地玉米种植均受到干旱灾害频发的影响,在未来气候变化背景下旱灾风险仍居高不下。美国作为世界农业最发达的国家,已积累了丰富的玉米抗旱减灾经验。为提高国内抗旱减灾能力,有效借鉴美国先进经验,有必要深入了解两地玉米带气候特征、玉米产量波动的差异并明确两地旱灾危险性高低。本文收集了中美玉米带1986–2015年气象数据、玉米产量数据、种植资料及相关社会统计数据。在对两地玉米生长季内(4–10月)气候特征、玉米产量波动特征进行差异分析的基础上,选择标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)对生长季气象干旱强度进行识别与量化,比较两地干旱气候特征的差异并分析成因,通过计算SPEI与产量波动的相关关系,探究不同时间尺度干湿变化对玉米产量的影响,以此选择最优月尺度SPEI,进而构建基于两地二级行政区划(地市/郡)的逐月及生长季的干旱灾害危险性指数(Drought Hazard Index,DHI),并对两地旱灾危险程度及其对玉米生产的影响进行评价与比较。主要研究结果如下:(1)与美国相比,近30a中国东北玉米带生长季内太阳辐射偏高、平均气温较低、降水较稀少且集中于玉米生长后期(7–10月),美国玉米带前(4–6月)、后期降水较均衡。(2)由于中国东北玉米带生长季内异常高温少雨高辐射天气的频次高于美国,故其在玉米生长前、后期的干旱频率及强度偏高,尤其是后期美国因异常干旱天气出现频次较低,两地差异更为显著;较一致的光温水演变特征导致两地生长季内干湿变化趋势相似,即前期均趋于湿润而后期趋于干旱,但仅美国玉米带前期湿润化明显,其原因主要是该阶段降水明显增加及太阳辐射显著降低。(3)2001–2015年美国玉米带玉米单产约为中国东北的1.4倍,两地玉米产量受气象条件影响均表现出明显波动;大部分地区产量与7–10月的1–3个月尺度SPEI的正相关更大,即生长后期发生短期干湿变化对玉米产量影响更显著。(4)两地大部分地区DHI月际变化为先下降后上升,在干湿敏感期(生长后期)相对偏低;除10月份,中国东北玉米带4–9月内逐月DHI及不同生育阶段DHI均高于美国,尤其在前期两地差距较大;中国东北玉米带大部分地区近15a(2001–2015年)玉米不同生育阶段的DHI相比前15a(1986–2000年)有增加,美国后期DHI也有类似表现,但前期及生长季的DHI仅有小部分地区有增强特征;两地近15a的减产率均与生长季DHI呈显著正相关,且中国东北玉米带减产率对生长季DHI的敏感性比美国略高。在此基础上,提出中国东北玉米带借鉴美国旱灾管理经验的建议。
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