廊坊市冬小麦干旱气候分析＊

周贺玲李丽平高 霞陈 敏

(1.南京信息工程大学,江苏南京 210044;2.廊坊市气象局,河北廊坊 065000;3.保定市气象局,河北保定 071000)

廊坊市冬小麦干旱气候分析＊

周贺玲1,2李丽平1高 霞3陈 敏2

(1.南京信息工程大学,江苏南京 210044;2.廊坊市气象局,河北廊坊 065000;3.保定市气象局,河北保定 071000)

利用廊坊市1965-2008年的常规气象观测资料,采用小波分析、降水距平百分率等方法,详细分析冬小麦全生育期需水量的年际变化、冬小麦不同生育阶段需水量与同期降水的关系,以及冬小麦干旱的特点,并且通过分析多年降水、气温和蒸发量的变化研究廊坊市干旱的气候特征。结果发现:冬小麦需水量具有缓慢减少的趋势,冬小麦各生育阶段均存在用水缺口,近年来在冬小麦生长后期干旱比较明显。降水量的减少,气温的上升,冬小麦生育期蒸发量大等因素,是造成廊坊市冬小麦干旱的主要气候因素。

冬小麦;需水量;干旱气候

气候变化所导致的气温升高、极端气候事件的频发,已引起全世界的关注。它带来的问题之一就是全球干旱越来越严重,干旱是对农业生产危害较大的自然灾害[1],大量事实揭示了我国北方干旱趋于严重[2-6]。廊坊市处在华北平原的北部暖温带半干旱半湿润季风气候区,近年来正在经历气候变化带来的挑战和考验,连年干旱,造成廊坊市地表水不足,地下水严重超采,水位不断下降,靠提取地下水的廊坊市主要农作物冬小麦的灌溉,浇地成本越来越高,用水矛盾日趋尖锐,因此研究廊坊市冬小麦干旱的气候特征,对于实现廊坊的可持续发展具有重要意义。

计算作物需水量、蒸发量的方法已经很多[7],李应林等[8]分析了我国春玉米水分的供需状况,闽瑾如、钟兆站等[9-10]对北方旱区主要农作物水分供需状况做了分析,张旭东等[11]对甘肃河东小麦需水规律进行了研究。本文预从计算冬小麦生长期的理论需水量入手,分析廊坊市冬小麦干旱的特征以及造成干旱的主要气候因素。

1 资料与技术方法

1.1 所用资料

1965-2008年廊坊市逐日的常规气象观测资料(包括降水量、气温、风速、日照以及蒸发量等)。

1.2 技术方法

(1)根据FAO推荐的Penman-Moteith方程,利用历史上的日气象数据计算参考作物蒸散量。农作物系数Kc采用河北藁城的实验数据[12],再利用公式ETm=ET”0＊Kc计算作物需水量(见表1)。ET0计算方法参见[12]。

表1 冬小麦Kc的取值

表2 冬小麦干旱指标

图1 1966-2008年冬小麦全生育期需水量变化

2 冬小麦生育期情况

2.1 冬小麦全生育期需水量年际变化

由于冬小麦全生育期跨年,约定用冬小麦收获年代表每个全生育年。多年来冬小麦全生育期的平均需水量为686.3mm,需水量具有减少趋势(见图1)。20世纪60年代的五年中,1966、1967年的全生育期需水量高于平均值,其余年份比平均值低;20世纪70年代除1970与1979年外,其余年份需水量均高于平均值;20世纪80年代只有1980、1984、1985年与1987年的需水量低于平均值;20世纪90年代只1996年需水量高于平均值;2000-2008年之间2002、2003、2006、2008的需水量低于平均值,而其余五年比平均值高。40年中需水量最少为610.48mm,出现在1979年;需水量最多为778.67mm,出现在1972年。

2.2 冬小麦不同生育阶段需水量及降水

由于冬小麦的不同生育期特点,以及当地的气候变化,冬小麦的生育阶段需水量有明显的时间分布特征表3。(注:生育期取廊坊地区霸州市多年的平均值,分析均假设降水量被土壤完全吸收)。

冬小麦生育期分为如下几个阶段:播种、出苗、分蘖、越冬、返青、拔节、抽穗、开花、收获。廊坊市的冬小麦9月下旬末开始播种,6月上、中旬开始收获,总生育期为255天左右。在冬小麦的生长期内多年平均降水量为128.9 mm,而全生长期多年平均需水量686.3mm,存在557.4mm的用水缺口。由表3可以看出:冬小麦各生育阶段均存在需水缺口。播种-返青阶段需水量较少,同期降水量虽不能满足需要,但用水缺口较小;小麦返青-收获阶段,是小麦的关键生长期,廊坊正值春季到夏初季节,由于气温升高,大风日数增多,使得本地的蒸发量巨增,需水量占全生育期的85.1%,需水量与降水量差值明显增大,共缺水504.3mm。冬小麦的需水量在开花—收获期最多占全生育期的31.6%,播种—出苗期需水量最少仅占全生育期需水量的2.5%,需水量最多的时期在生长的后期。

2.3 冬小麦干旱分析

1965-2008年冬小麦共经历了43个全生育期,通过计算生育期降水负距平百分率,发现共有23个全生育期出现了不同程度的干旱,其中轻旱3次,中旱8次,重旱9次,严重干旱3次,占干旱发生频率依次为13.0%,34.8%,39.1%,13.0%,可见廊坊市发生的冬小麦干旱主要以中旱及重旱为主,1996年廊坊的干旱最严重,降水负距平低于-78%。20世纪60年代除了1969年降水偏多外,其余年均属于中度以上干旱年;20世纪70年代1971、1972、1974、1975、1976年为中度以上干旱年;20世纪80年代1981、1982、1984、1985、1986年为中度以上干旱年,1988年轻旱;20世纪90年代1994年轻旱,1992、1993、1995、1996年为中度以上干旱年;2000-2008年之间2007年轻旱,2000、2001、2006年中度以上干旱。

廊坊市冬小麦不同生育阶段降水距平的年代际变化明显(见表4),播种到出苗期在20世纪60年代和80年代降水距平百分率均小于-55%,为严重干旱年代;出苗～分蘖期除了2000-2008年降水距平为正,降水偏多外,其余年代为中度以上干旱;分孽～越冬期的干旱年代是20世纪60年代、80年代、90年代;越冬～返青期的干旱年代是20世纪60年代与80年代,均为中度以上干旱年代;返青～拔节期的干旱年代是除了20世纪70年代以外的所有年代;拔节～抽穗期在60、70年代为中度以上干旱;抽穗～开花期的干旱年代是80年代与2000-2008年;开花～收获期的干旱年代是60年代、80年代与2000-2008年。由前面的分析知,返青-收获阶段需水量占全生育期的85.1%,而2000年后除了拔节～抽穗期降水略偏多外,其余生育阶段降水距平均为负,说明近年来在冬小麦生长的后期干旱比较严重。

表3 1965-2008年廊坊市多年平均的冬小麦生育阶段需水量与降水分布

表4 廊坊市冬小麦不同生育期降水距平的年代变化

3 廊坊市干旱气候分析

3.1 降水量的变化特征

廊坊市多年平均降水量为535.7mm,年内降水量分布不均,在1-5月份多年平均降水量为67.7mm,占年降水量的12.6%;6-8月是廊坊的雨季,多年平均降水量为385.3mm,占全年降水的72.0%;9-12月多年平均降水量为82.7mm,占年降水量的15.4%。

年降水总的来说是趋于减少(见图2),特别是1997年以来年降水量减少的非常显著,除了2004年降水为555.6 mm高于多年平均值外,其余11年降水量均低于平均值。从年代际的变化来看,年平均降水量在20世纪70年代最高为602.7 mm,而进入21世纪(2000年以后)年平均降水量则只有439.2 mm。年际降水差别也很大,1994年降水量最大为1 087 mm,1972年降水量最小只有273.8 mm。降水是农田用水的主要来源,而降水的年内、年际差别很大,一年四季都有旱灾发生的可能,降水量的变化是影响干旱以及洪涝变化的最主要的因子,近年来降水的减少使廊坊市冬小麦生长后期的干旱明显。

图2 廊坊市1965-2008年降水量的年变化

3.2 气温的变化

廊坊市多年日平均气温为12.0℃,并呈现出上升的趋势(见图3),线性趋势为每年增加0.05℃。1997-2008年平均气温均大于等于12.8℃,而1997年前的32年中只有1994年的平均气温大于12.8℃。从年代变化来看,平均气温由60年代的11.2℃升高到2000年后的13.0℃。

图3 廊坊市1965-2008年日平均气温的变化

为了更加详细的分析气温的周期变化与突变情况,对1965-2008年年平均气温进行小波变换(见图4)发现,廊坊市气温在20a左右时间尺度上存在正负闭合中心交替的特征,即廊坊的气温变化存在20a周期振荡,年代际变化特征非常明显。20a周期对应两个气温偏高阶段为1974-1980年和1993-2008年,两个气温偏低阶段为1965-1973年与1981-1992年。另外在20a大尺度背景下存在一个6a左右尺度小周期振荡。90年代以后小波系数为正,且明显变大,对应42a周期2008年小波系数达到最大为2.24。IPCC对近100年地球的气温变化事实进行评估,认为全球增暖趋势为0.3℃/100a-0.6℃/100a,王绍伍等人的研究认为中国气温也有增暖的趋势,在全球气候变暖的大背景下,90年代以后廊坊市也进入异常偏暖期,气温升高,会促使土壤蒸发和植物蒸腾进一步加剧,冬小麦旱情会变得越来越突出。

图4 1965-2008年廊坊市年平均气温小波系数实部

3.3 蒸发量与降水的月变化

农田蒸散量是指在自然条件下,植被蒸腾和土壤蒸发所能消耗的水量。影响田间实际蒸散量的主要因素除了气温外,还有蒸发等因素。廊坊市多年平均日蒸发量为4.6mm,蒸发最强烈的月份是5月和6月。分析蒸发和降水的逐月变化(见图5),可以看出,每月蒸发量均大于降水量,5、6月份蒸发量与降水量的差值明显高于其他月,5月蒸发量最大,与降水量的差值也最大为218.5毫米。蒸发量远远超过天然降水量,特别是在冬小麦抽穗到收获的关键时期,蒸发量最大,很容易发生干旱。

图5 廊坊市1965-2008年蒸发、降水逐月变化图

4 结 论

(1)43年来廊坊市冬小麦全生育期需水量呈缓慢减少的趋势。冬小麦需水量最多的时期在生长的后期。冬小麦各生育阶段均存在需水缺口,整个生长期多年平均存在557.4mm的缺水。

(2)在冬小麦43个全生育期中,有23个出现了不同程度的干旱,廊坊市发生的冬小麦干旱主要以中旱及重旱为主,87%属于中度以上的干旱。近年来在冬小麦需水量最多的生长后期干旱比较严重。

(3)降水量的逐年减少,年平均气温的上升趋势,以及剧烈蒸发,是造成廊坊市冬小麦干旱的主要气候因素。

(4)秋、冬、春是廊坊市降水量明显偏少的三个季节,天然降水远远不能满足冬小麦正常生长需要,因此针对本地的气候特点,调配冬小麦不同生育阶段的用水,进行合理灌溉是实现冬小麦丰收的重要保障。

(编辑:于 杰)

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[12]彭世彰,索丽生.节水灌溉条件下作物系数和土壤水分修正系数实验研究.水利学报,2004,(1):19-22.

AbstractBased on originalmeteorological observation data in Langfang Station during 1965-2008,inter-annual variation of winter wheat needingwater in whole growth period,the relationship bet ween needingwater during different growth stages and precipitation,and characteristic ofwinterwheat drought are analyzed in detail by usingwavelet analysis and rainfall anomaly percentage methods.And climate features of drought in Langfang city are researched through analyzing precipitation and temperature and evaporation for 44 years.The results show that:winterwheat needing water has decline trend slowly,water gap exists during different growth stages of winter wheat,and winterwheat drought in recent years is obvious during late growth period.Precipitation reduction,temperature rise,and large evaporation in growth period are main climate reasonswhywinterwheat drought ofLangfang city occur.

Key wordswinterwheat;needingwater;drought cli mate

Drought Cli mate Analysis ofW interW heat in Langfang C ity

ZHOU He-ling1,2LI L i-ping1GAO X ia3CHEN M in2
(1.NanjingUniversity of Infor mation Science Technology,Nanjing Jiangsu 210044,China;
2.LangfangMeteorologicalBureau,Langfang Hebei 065000,China;
3.BaodingMeteorologicalBureau,Baoding Hebei 071000,China)

S342.1;P462

A

1002-2104(2010)03专-0469-04

2010-01-20

周贺玲,硕士生,高级工程师,主要研究方向为可持续发展天气气候与环境

＊廊坊市科技局软科学研究项目(NO.2006050313)