宁夏灌区春小麦干热风灾害的时空特征

喇永昌，李丽平，张　磊

(1.南京信息工程大学，江苏南京 210044； 2.石嘴山市惠农区气象局，宁夏惠农 753200； 3.宁夏气象科学研究所，宁夏银川 750021)



宁夏灌区春小麦干热风灾害的时空特征

喇永昌1,2，李丽平1，张磊3

(1.南京信息工程大学，江苏南京 210044； 2.石嘴山市惠农区气象局，宁夏惠农 753200； 3.宁夏气象科学研究所，宁夏银川 750021)

摘要：为给宁夏灌区春小麦干热风防治提供参考，根据春小麦干热风国家气象行业标准，利用1981-2014年宁夏灌区16个气象站的气象资料，分析了当地春小麦高温低湿型干热风日数和天气过程次数的时空分布特征。结果表明，近34年中干热风日数与天气过程次数均呈上升趋势，且在1995年出现了突变；近24年中6月中旬干热风日数增多，7月下旬减少，干热风日出现的时间提前；2001-2010年干热风日数和天气过程次数最多。在宁夏灌区北部、东部和南部春小麦干热风出现较多，其中大武口最多；春小麦干热风日在宁夏灌区发生的区域呈扩大趋势，但干热风天气过程发生区域2008年前呈扩大趋势，2008年后呈缩小趋势。为了减轻干热风灾害对春小麦的危害，在实际生产中，应采取长期治理生态环境和短期预防相结合的防治措施。

关键词：春小麦；干热风灾害；时空特征

宁夏灌区深居内陆，位于我国西北东部宁夏中部以北地区，地处中温带干旱区，日照充足，温差较大，热量丰富，无霜期较长，干旱少雨，蒸发强烈。春小麦是宁夏灌区主要粮食作物之一。干热风是影响宁夏灌区春小麦高产稳产的主要气象灾害之一，因此研究宁夏灌区春小麦干热风灾害的时空特征及防治对策，可为该区域粮食安全生产、防灾减灾及作物种植结构调整提供科学决策依据。

目前，诸多学者对干热风的基本特征、变化规律等进行了大量的研究，也取得丰富的研究成果。研究表明，气候暖干化使我国北方地区干热风发生区域扩大，次数增多，强度增大，危害加重[1]。黄淮海地区干热风年平均发生日数与过程次数总体表现为减少趋势[2]。成林等[3]研究认为，河南各等级干热风灾害的频率总体上是降低的，但是最近30年又有反弹趋势，如1976-2005、1977-2006、1978-2007年间干热风频率呈增高趋势。王明涛等[4]对山东省滨州市干热风气候特征研究发现,干热风平均发生日数自北向南逐渐增加，干热风日数存在6年的主要周期和16年次主要周期发生次数总体呈下降趋势，但2000-2009 年出现次数比20世纪90年代略有上升。武万里等[5]对1961-2004年宁夏灌区小麦6月、7月干热风状况统计分析的结果显示，其次数也呈增加趋势，发生区域呈扩大趋势，造成干热风次数显著增加的主要原因是气候变暖。以上研究成果对研究区域小麦干热风灾害的时空特征、变化规律、原因及防治对策探索均有着积极指导作用。然而，不同地区的不同时间段干热风变化趋势和特点差异明显，因此需要不断地根据新的数据资料分析和掌握小麦干热风的变化动态，以指导干热风防治工作。本研究利用近期最新的气象资料，结合宁夏灌区灌水的时间特点，选取春小麦生长发育受干热风影响的关键时间段，统计分析宁夏灌区春小麦干热风灾害的时空特征，以期为该地区春小麦高产稳产和防灾减灾提供参考。

1材料与方法

1.1材 料

气象资料由宁夏回族自治区气象局信息中心提供，采用宁夏灌区春小麦种植分布的16个气象站近34年(1981-2014)6月11日至7月10日的逐日14时湿度、14时风速及每日最高气温。

1.2春小麦干热风指标

本研究主要考虑高温低湿型干热风，采用中国气象局2007年发布的气象行业标准(QX/T82-2007)-《小麦干热风灾害等级》[7]中的宁夏平原春麦区的干热风气象指标作为统计依据。

轻干热风日：TM≥32 ℃，r14≤30%，V14≥2 m·s-1；重干热风日：TM≥34℃，r14≤25%，V14≥3 m·s-1。其中TM是日最高气温，r14是14时的空气相对湿度，V14是14时的风速。干热风日数为轻干热风日数与重干热风日数的总和。

干热风天气过程：连续出现≥2 d轻干热风日为一次轻过程，连续2 d一轻一重干热风日或出现一次重干热风日也称一次轻过程；连续出现≥2 d重干热风日为一次重干热风过程，在一次干热风过程中出现2 d不连续重干热风日或1个重干热风日加2个以上轻干热风日也称一次重干热风过程。

干热风天气过程次数为轻干热风过程与重干热风过程的次数总和。

1.3主要分析方法

主要用Mann-Kendall方法[13]检验分析突变现象，用气候趋势系数和倾向率[14]分析增长趋势特征等。

2结果与分析

2.1干热风日的时空分布特征

2.1.1干热风日的空间分布特征

1981-2014年，宁夏灌区共出现干热风1 928 d，平均每站每年出现3.5 d。其中，轻干热风1 603 d，平均每年每站出现2.9 d；重干热风325 d，平均每年每站出现0.6 d。宁夏灌区春小麦干热风年均日数空间分布差异很大(图1)，年均日数最多的是大武口，年均7.3 d；最少的是灵武站，年均1.7 d；灌区北部、东部、南部一带的惠农、陶乐、中宁、盐池、同心、韦州干热风危害较重，年均在4.2～5.2 d；灌区中部和西部的贺兰、平罗、吴忠、银川、青铜峡、永宁、灵武、中卫、兴仁9干热风危害较轻，年均干热风日1.8～2.9 d。总体来说，灌区中部、西部干热风日数较少，北部、东部、南部干热风日数较多。从出现干热风日的年概率分布来看，大武口每年都会出现干热风日；年概率最低的是中卫，年概率为50%，两年一遇；惠农、陶乐、中宁、盐池、同心、韦州的年概率为88%～97%；贺兰、平罗的年概率均为82%；灵武、青铜峡、吴忠、兴仁、银川、永宁6站的年概率为65%～74%。各地干热风年均日数与出现年概率的相关系数为0.89，通过了0.01的显著性检验。

图中数字为不同地点的干热风年均日数

2.1.2干热风出现日数的时间变化特征

1981-2014年宁夏灌区春小麦干热风站均日数总体呈现波动性上升趋势(图2)，其趋势系数为0.57，通过了0.01显著性检验，其气候倾向率为每10年1.4 d。但是在2008年之后干热风日数呈现下降趋势。其中，在2005年干热风出现的日数最多，站均10.3 d，其次是2008年，站均8.7 d；1984与1989年干热风出现日数最少，站均0.6 d。利用Mann-Kendall方法对宁夏灌区1981-2014年站均干热风日数进行突变检验，结果(图3)表明，宁夏灌区春小麦干热风站均日数从1993年后呈现增加趋势，但趋势不明显，没有通过0.05显著性检验。2001年之后增多趋势明显，通过了0.05显著性检验(U0.05=1.96)，甚至超过了0.001显著性检验(U0.001=2.56)，这表明宁夏灌区春小麦干热风日数上升趋势显著。根据UF(k)和UB(k)曲线交点的位置，确定宁夏灌区春小麦干热风日的突变发生在1995年。从34年中各旬出现干热风日数的频率来看，6月中旬占27%；6月下旬占38%；7月上旬占35%。通过对1981-2014年逐年出现干热风日的站比率分析，干热风发生的区域总体在宁夏灌区呈现出扩大趋势。从年代分布分析，宁夏灌区1981-1990年占13%，年站均1.6 d；1991-2000年占26%，年站均3.1 d；2001-2010年占50%，年站均6 d;2011-2014年占11%，年站均3.4 d。2001-2010年干热风发生日数最多，基本占34年干热风发生日数的一半。从不同年代的各旬分布分析，1981-1990年，干热风在6月下旬出现最多，占43%；6月中旬占22%。1991-2000年，干热风在7月上旬出现最多，占44%；6月中旬占21%。2001-2010年，干热风在6月下旬相对较多，占36%；6月中旬占31%，但各旬差异不大；2011-2014年，干热风在6月下旬出现最多，占47%；6月中旬占31%，反而7月上旬减少，占21%。因此，在近24年中6月中旬干热风发生日数随着年代的后延而增多，7月上旬干热风发生日数则逐年代减少。

图2　　　1981-2014年宁夏灌区春小麦干热风站

2.2干热风天气过程的时空分布特征

2.2.1干热风天气过程的空间分布特征

1981-2014年期间，宁夏灌区16站共发生干热风天气过程502次，平均每年每站发生0.9次(表1)。其中，轻干热风天气过程390次，占78%，平均每年每站发生0.7次；重干热风天气过程112次，占22%，平均每年每站发生0.2次。从空间上看，危害最重的是大武口，年均2次；危害较重的是惠农、陶乐、中宁、盐池、同心、韦州6地，年均1.0～1.5次；危害最轻的是灵武，年均0.4次；其余8地危害较轻。总体上，宁夏灌区春小麦干热风天气过程发生年均次数的空间分布与干热风年均日数的空间分布是一致的。从干热风天气过程出现年概率分布分析，大武口和盐池出现概率最大，约十年九遇；惠农、陶乐、中宁、同心、韦州出现年比率是62%～76%，约三年两遇；永宁和灵武出现的年份最少，约五年一遇；贺兰、平罗、吴忠、兴仁约五年两遇；银川、中卫、青铜峡约三年一遇。

图3　1981-2014年宁夏灌区春小麦干热风站均日数M-K统计量曲线

地区Site年均次数Annualaveragetime年概率Annualfrequency/%地区Site年均次数Annualaveragetime年概率Annualfrequency/%大武口Dawukou2.091永宁Yongning0.524惠农Huinong1.362灵武Lingwu0.424贺兰Helan0.644中卫Hongwei0.532平罗Pingluo0.844中宁Zhongning1.371吴忠Wuzhong0.741兴仁Xingren0.438银川Yinchuan0.632盐池Yanchi1.485陶乐Taole1.068同心Tongxin1.574青铜峡Qingtongxia0.532韦州Weizhou1.476

2.2.2干热风天气过程的时间变化特征

1981-2014年宁夏灌区春小麦干热风天气过程站均次数呈现波动性上升趋势(图4)，其趋势系数为0.48，通过了0.01显著性检验；其气候倾向率为每10年0.3次。但是，从1982到1984年干热风过程呈下降趋势，2008年之后干热风过程站均次数处于下降趋势。其中，1984、1989、2014年出现最少，仅仅一个站出现1次，是危害最轻的年份；2008年出现最多，达到43站次，站均次数达到2.7次，属于危害最严重的年份。干热风天气过程的变化趋势与干热风日变化趋势总体上一致。利用Mann-Kendall方法对宁夏灌区16个站1981-2014年站均干热风过程次数进行突变检验，结果(图5)表明，2001年之后增加趋势明显，并通过了0.05显著性检验(U0.05=1.96)，甚至超过了0.001显著性检验(U0.001=2.56)，说明宁夏春小麦灌区干热风上升趋势显著。根据UF(k)和UB(k)曲线交点的位置，确定宁夏灌区春小麦干热风天气过程的突变出现在1995年。

从1981-2014年宁夏灌区春小麦干热风天气过程出现的站数分布(图6)看，在2008前宁夏灌区春小麦干热风天气过程发生的区域呈波动扩大趋势，但2008年之后呈明显的缩小趋势。

从年代分布看，在上世纪80年代平均每站每年0.4次，上世纪90年代平均每站每年0.8次，2001-2010年平均每站每年1.7次，2011-2014年平均每站每年0.8次。

图4　　　1981-2014年宁夏灌区春小麦干热风天气过程

图5　1981-2014年宁夏灌区春小麦干热风天气过程站均次数M-K统计量曲线

图6　1981-2014年宁夏灌区春小麦干热风天气过程出现的站数

3讨 论

本研究表明，宁夏灌区春小麦干热风灾害危害具有明显的地域性，干热风日数与干热风天气过程次数在空间分布上是一致的，其分布为灌区北部、东部、南部干热风灾害影响较重，并且大武口为最严重的地区；灌区的中部与西部干热风灾害影响较轻。近34年来宁夏灌区春小麦干热风日数与干热风天气过程总体上呈现波动上升趋势。在2001-2010期间干热风日数和干热风天气过程次数均最多。干热风日发生的区域及其范围总体在宁夏灌区呈现出扩大趋势。近24年6月中旬干热风发生日数随着年代的变迁而增多，7月上旬干热风发生日数逐渐减少。这与武万里等[5]研究结果对比，2004年之间相同研究时间段春小麦干热风灾害的基本特征是一致的。但是我们结合最新数据研究表明，目前干热风处于一个下降趋势，这种趋势可能是波动性的下降。

分析上述结论出现的原因，宁夏灌区春小麦干热风灾害空间分布特征与局部地区的自然环境有关。大武口、惠农、陶乐、盐池、韦州、同心、中宁地处沙漠边缘，这加强了增温减湿作用；中卫虽然地处沙漠边缘，但干热风灾害很少发生，这主要与该地区多年大规模植树造林、绿化治沙等改善环境有关。春小麦干热风灾害的时间分布特征主要与气候变暖、降水等有关。武万里等[5]研究认为，造成宁夏灌区干热风次数显著增加的原因是气温升高；尤凤春等[15]也认为，干热风的多少与同期平均气温呈正相关，与同期降水呈负相关。近50年宁夏灌区增温趋势明显，年降水量处于波动减少趋势，1980-1995 年为气候波动期，而1995 年以后宁夏全区基本进入干旱期[16]，干旱发生的区域在扩大，其中2000-2010年干旱频次迅速增加，降水量下降速率远高于其他年代[17]。因此，干热风时间变化变化特征与上述研究结论相对应。

在时空特征上，灌区春小麦干热风灾害有明显的地区差异性和时间阶段性，目前正处于下降趋势和区域缩小阶段，但是区域性和阶段性的春小麦干热风灾害依然严重。为了防止或减轻其危害，在实际生产中，必须采取长期治理生态环境和短期预防相结合的防治措施，以达到治标治本的作用。具体措施为：

(1) 通过植树造林、改善生态环境等调节麦区的小气候，起到防风固沙，减小蒸发，从而减轻干热风对春小麦的危害。

(2) 加强平整土地，提高灌溉水平，改良盐碱地土壤等基本农田建设，提高干热风灾害的防御水平。

(3) 增强小麦抗逆性。施足底肥, 以满足春小麦发育要求，培养壮苗，以增强植株抗逆性, 并在灌浆期间保持适宜的土壤水分, 有助于稳定粒重。

(4) 适时灌好麦黄水。在6月下旬灌麦黄水，要大水猛灌，以田间不留积水为准。注意天气变化，刮风下雨停灌，防止雨后猛晴导致春小麦青枯现象的发生。

(5) 正确喷洒药物[18]。在春小麦拔节期、孕穗前期喷洒草木灰水，配制浓度20%左右，将草木水澄清，去渣后喷洒；在春小麦抽穗期和开花期各喷洒1 次磷酸二氢钾，配制浓度一般为0.2%～0.4%；在扬花后1 周喷洒NV、BN、ME、复合剂， 原液稀释5 000倍，每公顷喷750 kg；在小麦灌浆期喷洒石油助长剂，配制浓度配制浓度为1 000 mg·kg-1。以上几种方法有助于籽粒淀粉形成，使小麦灌浆速度加快，从而有效防御或减轻干热风对春小麦的危害。

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Spatial and Temporal Characteristics of Dry-hot Wind Disaster for Spring Wheat in the Irrigated Areas of Ningxia

LA Yongchang1，2，LI Liping1，ZHANG Lei3

(1.Nanjing University Information Science&Technology，Nanjing，Jiangsu 210044,China;2.Meteorological Bureau of Huinong in Shizuishan City, Huinong, Ningxia 753200,China;3.Ningxia Institute of Meteorological Science Disaster，Yinchuan, Ningxia 750021,China)

Abstract:To provide reference for prevention and control of spring wheat dry-hot wind in the irrigation area of Ningxia,according to the meteorological occupation standard of dry-hot wind disaster for spring wheat, daily meteorological element data from 1981 to 2014 in late growth stage of spring wheat at 16 stations in the irrigated areas of Ningxia, which are being taken used for analyzing the spatial and temporal characteristics of high temperature and low humid days and dry-hot wind weather process.The results showed that: in the recent 34 years，dry-hot wind days and dry-hot wind weather process times are on the rise as a whole.In 1995, there was sharp rise, but it showed a trend of falling obviously after 2008.In the recent 24 years, dry-hot wind days increased in the middle of June, but decreased in late July, which means that the appearance of dry-hot wind days is ahead of time.Between 2001 and 2010, there were the most dry-hot wind days and process times.Dry-hot wind of spring wheat occurred frequently in the northern, eastern and southern of Ningxia irrigation areas and Dawukou is the most serious area.The region of dry-hot wind days and area showed a trend of expansion overall, but showed a trend of shrinking after 2008.In order to prevent or reduce the damages of dry-hot wind disasters to spring wheat, in actual production, the combined measures of the long-term management of ecological environment and short-term prevention must be taken.

Key words:Spring wheat; Dry-hot wind disaster; Spatial and temporal characteristics

中图分类号：S512.1；S314

文献标识码：A

文章编号：1009-1041(2016)04-0516-07

通讯作者：李丽平(E-mail: liliping@nuist.edu.cn)

收稿日期：2015-11-24修回日期：2015-12-11

网络出版时间：2016-04-01

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160401.1534.036.html

第一作者E-mail：lych1983@163.com