广西干旱的时空变化特征及其对作物生产的影响

作     者：卢芹芹 

作者单位：南宁师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：秦年秀

授予年度：2022年

学科分类：090101[农学-作物栽培学与耕作学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：干旱 SPEI 时空变化特征 干旱影响因素 作物产量 广西 

摘      要：干旱是普遍存在、发展缓慢,且影响范围大的自然灾害。农业作为直接受到天气和气候变化影响的系统,干旱的发生将直接影响作物生产,威胁粮食安全。广西作为西南地区的农业大区,在长期的发展过程中常受干旱影响,威胁广西农业生产和社会经济稳定发展。系统研究该地区的干旱时空变化特征及其对农作物生产的影响,对稳定农作物产量、预防其生长过程受旱灾影响具有重要意义。基于广西1961～2017年的月度气温、降水数据,借助表征多时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),从干旱频率、干旱站次比、干旱强度和最长干旱持续时间四个方面进行分析,揭示旱涝时空分布特征;使用气象要素、地理环境因素、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件和太阳黑子相对数等资料,借助相关性分析、空间反距离加权插值和线性变化分析等方法,探讨干旱的主要影响因素;最后将干旱指标与作物标准化产量残差序列(SYRS)相结合,定量分析干旱对农作物生产的影响,揭示受旱严重的关键时间节点以及空间位置。主要结论如下:(1)广西干旱趋势在年尺度、生长季、春季和秋季增大,年尺度表现在1961～1969年、1983～1993年、2000～2012年三个主要时期。空间上,干旱趋势主要在西北地区增大,春季干旱趋势在桂西南和桂北地区增大,夏季干旱趋势在桂中地区增大,秋季干旱趋势在桂东北地区增大,生长季干旱趋势在桂中偏南地区增大。广西干旱频率在秋季增大,而冬季成为极端干旱事件频发的季节,桂西北和桂东北地区是中度和重度干旱的高发区,极端干旱多发生于桂东北和桂中地区。干旱站次比显示广西以局域性干旱为主,其高值逐渐向秋冬季转移,程度也逐渐加深。广西年内最长干旱持续时间达到4个月,分别发生在1987、1988、1989、1992、1998、2000和2005年。年代际尺度内最长干旱持续时间达到5个月,分别发生在1980年代和1990年代。空间上最长干旱持续时间总体呈现东高西低的分布格局,其中柳江站和涠洲岛站达到最大。(2)干旱与降水、蒸散量、相对湿度和日照时数等气象要素显著相关,其中降水与干旱的相关系数最大,相关系数在空间上呈现东北高西南低的分布格局,桂东北降水对干旱的影响最大。ENSO事件发生时,广西出现旱涝事件的概率大约为59%,海洋表面温度距平(STTA)和SPEI在年尺度、春季和秋季的相关系数最大,尤其是秋季,桂西和桂中地区的干旱事件受海表温度变化影响最大。太阳黑子相对数与SPEI指数在5个时期呈现“正-负-正-负-正的特殊交替关系,分别是1961-1970年之前为正;1970-1980年间为负;1980-1989年间为正;1989-1999年之间为负;2000年之后为正,太阳黑子相对数与SPEI系数正负关系交替的周期大致以10年为一周。广西生态环境脆弱,区域降水时空分布极不均衡,碳酸盐岩发育的丘陵和洼地分布广泛,土壤保水能力差,易形成旱涝灾害。(3)粮食作物的SYRS显示共存在11年减产年份,其中高度减产年份分别为1978、1986、1988年,其中1988年减产幅度最大。广西中部和西北部的粮食产量呈上升趋势,上升速率最大且变异系数最大的是在崇左和来宾地区。经济作物的SYRS显示共存在15年减产年份,高度减产年为2000年。粮食作物产量异常与4～5月发生的中等时间尺度(4～7个月)的干旱具有密切的关系,与8月发生的短中时间尺度(4～5个月)洪水关系较为密切。经济作物产量异常与6～9月发生的中等时间尺度(4～7个月)的干旱、与1-6月发生的长时间(6～12个月)洪水具有密切的关系,短中时间尺度的SPEI值对旱涝事件的检测更具有优势。(4)春、秋季作物产量主要受旱灾影响,夏季主要受洪水影响,受干旱风险最高的地区主要位于广西西北部和中部。作物产量对干旱和洪水事件的反应随着时间的推移在空间上有所不同,从春季到秋季,干旱的相关性和敏感性大值区从东南向西北部转移。研究结果有助于更好地了解干旱对广西农作物的影响,为决策者提供信息,该方法有望应用于其他地区的其他作物。