基于农业旱涝指标的湖北省棉花生育期内旱涝急

0 引言

【研究意义】受气候变化及人类活动影响，近年来国内外干旱和极端降水事件频发[1-2]。降水的极端分布会导致干旱和洪涝灾害交替发生，从而形成旱涝急转现象。近年来旱涝急转已引起越来越多的水利和农业领域学者的关注[3-6]。在旱涝急转条件下，旱、涝2 种灾害并存，往往会对农作物的生长造成较大的威胁[7-8]。制定科学合理的灌溉排水方案是防治农业旱涝灾害的重要手段，而农业旱涝急转灾害对灌溉排水工作提出了新要求。因此，研究农业旱涝急转灾害对于我国农业安全生产和粮食安全保障具有重要的现实意义。湖北省是我国商品棉重要的生产基地之一[9]，同时，长江中下游流域也是我国旱涝急转灾害最严重的区域之一。因此，有必要结合棉花在不同时期的生长需水特性，分析湖北棉区旱涝急转事件的时空演变规律，从而为制定棉田最优水分管理措施提供参考依据。

【研究进展】目前国内外学者已提出许多方法来评估区域尺度的干旱和洪涝灾害[10-12]，同时也有学者对旱涝急转的定义及筛选方法进行了有益的探索。Wu 等[13]根据旱涝急转强度筛选旱涝急转事件，定义了长周期旱涝急转指数，通过分析夏季5—6月和7—8月降水的差异，来判断当年夏季的旱涝急转程度。何慧等[14]、孙鹏等[15]随后分别应用LDFAI 对华南地区和东江流域进行了旱涝急转特征研究。在长周期旱涝急转指数的基础上，闪丽洁等[16]定义了日尺度旱涝急转指数（Dry-Wet Abrupt Alternation Index，DWAAI），通过每日的旱涝急转指数确定旱涝转折点。樊华等[17]随后应用该指标对贵州省旱涝急转时空演变特征进行分析。除采用以上旱涝急转综合指标外，其他学者通常采用不同的旱、涝指标分别判断旱期、涝期，再通过二者的组合识别旱涝急转事件。例如，程智等[18]利用日尺度的标准化降水指数对长江中下游流域旱涝急转现象进行了研究。杨家伟等[19]和陶新娥等[20]利用日尺度标准化加权平均降水指数识别了长江流域旱涝急转事件。王胜等[21]利用降水距平百分率分析了淮河流域旱涝急转事件。张泽中等[22]利用连续无有效降水时间和累计有效降水量判别了贵州烟草生长期内旱涝急转特征。熊威[23]利用Palmer 旱度指标分析了四湖流域旱涝急转特征。陈灿等[24]通过土壤水分模型模拟了农田土壤水分状况并定义了水稻灌区的旱涝急转过程。以上研究从水文和农业等角度推进了对旱涝急转灾害的认知。

【切入点】对于农业旱涝急转事件的识别，需综合考虑气象、作物和土壤水分等多方面因素的影响。如使用单一的气象旱涝指标，则难以考虑作物在不同生育期对水分需求的差异，从而使旱涝急转事件的筛选一定程度上偏离实际灾情。此外，旱涝急转分析的时间尺度宜更加精细，否则容易发生旱涝中和以及识别滞后的现象。目前已有的关注农业旱涝急转的研究主要在较小尺度的区域开展[23-24]，其方法大多具有一定的理论基础和较高的识别精度，但对运行资料要求较高，因此难以应用到资料匮乏的大尺度区域。因此，有必要提出一种既考虑了农作物生长需水特征，又能便捷地应用于大区域尺度的农业旱涝急转评估方法。【拟解决的关键问题】针对上述问题，本文引入日尺度的标准化前期降水蒸散指数（SAPEI）[25]对农田旱涝事件进行判断。SAPEI是由广泛使用的标准化降水蒸散指数（SPEI）[12,26-27]改进而来，其优点在于：①考虑了农田中前期土壤墒情对后期旱涝事件的影响；②考虑了作物不同生育期的需水特性；③能够实现日尺度的农田旱涝情况识别。本文以SAPEI指标为基础并结合农田旱涝急转情境，提出了农业旱涝急转事件的识别方法，对1961―2019年湖北省棉花不同生育期内的旱涝急转事件的时空演变规律进行了研究，以期为棉田最优水分管理措施的制定和旱涝灾害防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

湖北省位于长江中下游地区，介于108°21′—116°07′E，29°05′—33°20′N，地貌类型多样，以山地为主。湖北省除高山地区外，大部分属于亚热带季风气候。地形及气候因素导致本区降水的时空分布不均匀，鄂东南和鄂西南降水量较多，鄂西北较少[28]；夏季最多，冬季最少。棉花是湖北省重要的经济作物，2017年占湖北省主要农作物播种面积的14%[29]。

1.2 数据来源

气象数据来源于中国气象数据网（ 个气象数据系列较长的站点，对于个别站点数据缺测的情况，采用了插值法和其他要素推求法进行了补充。

文章来源：《灌溉排水学报》 网址: http://www.ggpsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0709/872.html