夏玉米花期阴雨风险区划遥感方法研究

李军玲，郭其乐

（1.河南省气象科学研究所，郑州450003；2.中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室，郑州450003）

夏玉米花期阴雨风险区划遥感方法研究

李军玲1，2，郭其乐1，2

（1.河南省气象科学研究所，郑州450003；2.中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室，郑州450003）

针对传统的连阴雨研究一般基于站点资料进行统计分析存在局限性的问题，该文提出了一种基于卫星遥感和GIS的夏玉米花期阴雨风险区划方法。基于传统的连阴雨指标，利用风云三号（FY3）卫星数据反演云覆盖率产品建立连阴雨遥感指数，以河南省为例，对夏玉米花期阴雨进行风险区划研究，获得河南省夏玉米花期阴雨风险分布图。结果表明连阴雨最重的地区发生在周口、驻马店、洛阳、开封等部分地区，其次为平顶山、许昌、商丘等部分地区。发生连阴雨不明显的地区主要分布在豫北和豫西北地区。该文利用遥感资料对夏玉米花期阴雨进行风险区划研究是可行的，可以全面了解连阴雨发生风险程度，能够为政府决策提供科学依据，同时利用当年数据研究连阴雨发生程度和区域，可以为夏玉米产量预测提供依据，为及时准确预测产量做出贡献。

夏玉米估产；遥感指数；花期阴雨；风险区划；遥感方法

1 引 言

我国是世界主要的玉米生产国之一，玉米播种面积和总产量都仅次于美国，居第二位。我国北至黑龙江的黑河，南至海南省的南端；西至新疆边陲，东至台湾和沿海各省，大部分地区都适于种植玉米［1］。河南省处在黄淮玉米优势产业带的中心区域，光热资源丰富，形成了小麦、玉米一年两熟的耕作制度。玉米是河南省的第二大作物，常年种植面积在240万hm2，面积和总产都占全国的1／10，区位优势十分明显，对我国的玉米生产有着举足轻重的影响［2］。玉米在花期阴雨天气，雄穗不能正常开花，部分植株花粉膨胀破裂或粘结成团失去活力，影响授粉受精的正常进行，可能造成玉米不结籽粒，或形成秃头或秃尾现象，甚至整个果穗只有几粒散乱分布，严重的形成空穗，对玉米产量影响很大。因此分析研究河南省夏玉米花期阴雨发生规律，进行夏玉米花期阴雨风险区划，能够为各级政府生产布局和制定防灾减灾决策提供科学依据。

以往农作物气候区划研究主要是利用气候要素为区划因子，对各种灾害采取等级划分的方法［3－9］，比较适合气候资源差异明显的地区，给当地作物布局提供了有用信息和参考。但针对夏玉米阴雨的区划研究还不多见，陈晓艺等［10］利用安徽省75个台站1966年～2005年9月上旬～11月中旬逐日降水、日照资料，分区域、分时段统计了连阴雨的特征量，分析其时空变化规律和对秋收秋种的影响。陆魁东等［11］利用湖南省97个气象站1961年～2004年的气温、日照和降水等气象资料，结合玉米的生态习性和田间试验分析，得出玉米吐丝－成熟期干旱、高温热害和播种－出苗期的连阴雨3个气象灾害指标对玉米生长的影响最大，并在此基础上进行了春玉米种植区划。这种基于历史资料进行统计分析的方法虽然可行，但是由于整个区域内的站点数是有限的，仅能代表站点的天气情况，有其局限性。本文利用遥感资料对夏玉米花期阴雨进行风险区划研究，可以全面了解连阴雨发生风险程度，能够为政府决策提供科学依据，同时利用当年数据研究连阴雨发生程度和区域，可以为夏玉米产量预测提供依据，为及时准确预测产量做出贡献。

2 连阴雨指标

连阴雨是连续3d～5d以上的阴雨天气现象（中间可以有短暂的日照时间）。连阴雨天气的日降水量可以是小雨、中雨，也可以是大雨或暴雨。不同地区对连阴雨有不同的定义，一般要求雨量达到一定值才称为连阴雨。河南和安徽作为相邻省份，气候资源相似，因此本文借鉴陈晓艺［8］研究结果，并且从农业服务角度划分秋季连阴雨的气候标准：①连续3d或3d以上有降水（日降水量≥0.1mm）作为一次连阴雨过程；②在＞3d的连阴雨过程中，允许1d无降水，但该日日照应＜2h；③在连阴雨过程中，允许有微量降水，但该日日照应＜4h。同时规定，各区域≥2／3台站出现一次连阴雨过程计一个连阴雨年。同时依据连阴雨天气持续时间的长短，将其划分为两级：3d～6d的连阴雨过程为一次短连阴雨过程，≥7d的连阴雨过程为一次长连阴雨过程。

3 连阴雨遥感指数

目前用遥感方法对连阴雨进行的研究还不多见，本文通过遥感反演云覆盖率资料建立连阴雨遥感指数，以河南省为例，对夏玉米花期阴雨进行风险区划研究。

3.1 遥感数据来源

首先通过国家卫星气象中心下载风云三号A星（FY－3A）云覆盖率数据，数据分辨率为5km× 5km，在ArcGIS中通过重采样获得分辨率为1km ×1km的数据，并利用1∶25万的地理信息系统河南省边界裁切为河南省区域云覆盖率数据。

河南省夏玉米花期一般在7月底到8月初，一般持续10d左右。本文选取2010年～2012年7月26日到8月8日进行研究。

3.2 连阴雨遥感指标的确定

根据连阴雨的气候标准，连续3d或3d以上有降水（日降水量≥0.1mm）作为一次连阴雨过程。本研究拟以一定的云覆盖率代替某地区是否有降水的指标，因此将云覆盖率与该地区同期的降雨日数做一个统计分析。

利用ENVI软件根据河南省118个台站的经纬度信息，将研究时段内各台站的云覆盖率数据提取出来。从中删选出云覆盖率大于20%的台站及对应的日期，118个台站云覆盖率大于20%的统计总日数为N，之后根据台站观测资料统计在N个日数里出现降水的日数n，则当云覆盖率为20%的时候降水概率P20为n／N×100%。同理计算出当云覆盖率为40%、50%、60%、70%、80%和90%时的降水概率，结果如表1所示。

表1 云覆盖率和降水概率的相关关系

表1结果显示，云覆盖率达到80%的地区降水概率达到72%，当云覆盖率为90%以上时降水概率没有明显提升。根据连阴雨指标，初步认为连续3d以上云覆盖率达到80%以上作为一次连阴雨过程；在＞3d的连阴雨过程中，允许1d的云覆盖率在70%～80%之间；根据连阴雨过程的长短，在连阴雨指数模型中赋予不同的强度系数。

首先根据连阴雨过程的天数赋予一个基础系数（表2），但考虑到一个7d的连阴雨过程对夏玉米生长的影响肯定要大于一个3d和一个4d的连阴雨过程对作物的影响，因此对其加一个调整系数。分别将对应基础系数和调整系数相乘得出一个强度系数。

表2 不同强度连阴雨过程的系数

连阴雨指数：

其中，Pid为连续i天（3到10）连阴雨过程出现的频率；Aid为连续i天连阴雨过程的强度系数。最后对连阴雨指数进行归一化处理，分别得到2010年、2011年和2012年河南省夏玉米花期阴雨指数，3年平均后得到常年阴雨指数。在ArcGIS里进行插值后得到河南省夏玉米花期阴雨风险区划（图1）。

4 结束语

通过建立夏玉米连阴雨指数得到河南省夏玉米花期阴雨分布图（图1）和2011年河南省夏玉米花期阴雨分布图（图2）。从图1中可以看出，连阴雨最重的地区发生在周口、驻马店、洛阳、开封等部分地区，其次为平顶山、许昌、商丘等部分地区。发生连阴雨不明显的地区主要分布在豫北和豫西北地区。

本文针对连阴雨的研究提出了一种新方法，不仅使FY3数据和遥感方法的应用得到进一步拓展，而且使连阴雨的研究不再局限于地面观测数据，对连阴雨这个灾种的研究提供了一种新的研究思路。但是FY－3A卫星2008年才发射成功，历史数据有限，利用3年的资料研究风险区划可能代表性不足，但本文做为一种方法上的探讨有一定的科学价值。同时也可以利用当年数据对当年的产量进行影响评估，对产量预测提供科学参考。

图1 河南省夏玉米花期阴雨风险区划

图2 河南省2011年夏玉米花期阴雨分布图

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［10］ 陈晓艺，马晓群，姚筠.安徽省秋季连阴雨发生规律及对秋收秋种的影响［J］.中国农业气象，2009，30（z2）：210－214.

［11］ 陆魁东，黄晚华，方丽，等.气象灾害指标在湖南春玉米种植区划中的应用［J］.应用气象学报，2007，18（4）：548－554.

Risk Zoning Method of Flowering Phase Continuous Rain of Summer Maize Based on Remote Sensing and GIS

LI Jun－ling1，2，GUO Qi－le1，2
（1.Henan Institute of Meteorological Sciences，Zhengzhou450003；2.Henan Key Laboratory of Agrometeorological Service and Applied Technique，CMA，Zhengzhou450003）

The traditional study of continuous rain generally uses station data for statistical analysis.Because each station only represents the weather itself，the limitation is obvious and risk zoning method of summer maize flowering phase continuous rain was established based on remote sensing and GIS in this paper.Based on traditional continuous rain index，continuous rain remote sensing index was built by using FY－3satellite cloud coverage data.We had a research on risk zoning of summer maize flowering phase continuous rain taking Henan province as an example.Summer maize risk distribution map was obtained.The results showed that most of continuous rains appeared in Zhoukou，Zhumadian，Luoyang，Kaifeng，followed by parts of Pingdingshan，Xuchang，Shangqiu，etc.Occurrence of continuous rain was not obvious in the north and northwest of Henan province.The risk zoning method based on remote sensing can fully reflect the continuous rain risk degree，and provide scientific basis for government decision－making.At the same time，the year study of continuous rain occurrence degree and area can provide a basis for the summer maize yield prediction.

summer maize yield estimation；remote sensing index；flowering phase continuous rain；risk zoning；remote sensing method

10.3969／j.issn.1000－3177.2015.02.013

P429

A

1000－3177（2015）138－0077－03

2013－08－23

2014－05－05

公益性行业（气象）科研专项项目（GYHY201006041）；河南省基础与前沿技术研究项目（112300413217）。

李军玲（1979～），女，博士，高级工程师，主要从事遥感应用与农业气象研究。

E－mail：ljl8843＠126.com