四川省水稻孕穗—抽穗期低温连阴雨时空分布

阮迪陈，袁淑杰，姜 楠，苏丽欣，袁东升，彭映杰

(1.成都信息工程大学大气科学学院，成都 610225；2.吉林省气象科学研究所，长春 130062；3. 成都信息工程大学通讯工程学院，成都 610225)

【研究意义】近年来，由气候变化对自然、经济和人类生活带来的影响成为各界人士关注的焦点[1]。农业对气候变化尤为敏感，研究表明，长江流域及其以南地区，从20世纪初期至今，几乎每年都会出现持续10 d以上的极端天气[2]。水稻是我国主要粮食作物，四川作为中国13个粮食主产区之一，水稻种植面积约187万hm2[3-5]。四川省位于28°10′～32°25′N，103°45′～105°43′E，地形复杂多样，气候类型分布错综复杂，自然灾害多，其中低温连阴雨是其主要气象灾害之一。由连阴雨带来的低温天气，对水稻生产造成严重影响[6]。但目前针对四川省水稻低温连阴雨灾害的研究很少，而低温连阴雨灾害对四川省水稻的生长发育及品质影响很大，且与地形差异、各地区天气类型及其生育期的时长有关。因此研究四川省低温连阴雨对水稻的影响有着重要意义。【前人研究进展】低温连阴雨过程伴随着低温、阴雨寡照，将会影响作物生长发育、产量及品质[7-9]。许多学者对低温连阴雨灾害进行了研究，韩荣青等[10]通过分析1951—2007年全国546个站的气象资料，讨论了早稻区低温冷害的时空变化特征；曹磊等[7]通过分析1961—2018年全国1057个站的地面气象资料，发现南方低温连阴雨集中在湖南、贵州和江西，且在每年冬春季最常发生；张顺谦等[11]利用1961—2009年西南地区338个站的气象资料，揭示了西南地区秋绵雨呈现出东多西少的规律；程慧煌等[12]利用1952—2016年南昌县地面气象资料和早稻生长发育期资料，发现春季低温连阴雨的发生次数与程度呈下降趋势，并且当前气候变化总体有利于双季稻的生产；江益等[6]通过分析1961—2007年四川省气象资料，发现四川省秋季连阴雨的发生规律均呈下降趋势。王素艳等[13]利用1971—2000年四川省气象资料，确定了不同生育期的综合评估指标，且其能较好反映该时段的低温阴雨冷害程度；胡雪琼等[14]利用1961—2010年的气象资料建立了云南省水稻抽穗—扬花期低温冷害风险评价模型，且风险自南向北逐渐升高；王小一[15]利用1981—2015年气象资料，得知东北地区水稻低温冷害发生频率空间分布为由南向北逐渐增加；尹思慧等[16]利用1981—2010年气象资料，得出江苏省近30年水稻抽穗灌浆期低温冷害的危险性较小。针对四川省地区水稻的气象灾害，前人的研究主要有：赵艺等[17]通过分析1961—2016年四川省气象资料，发现四川省水稻高温热害总次数呈上升趋势；刘琰琰等[18]通过分析四川省1980—2014年气象资料，发现四川盆地水稻干旱发生在拔节—孕穗期较高；张玉芳等[19]通过分析1980—2012年四川省气象资料，发现四川省大部分区域水稻空壳率与孕穗—抽穗期的温度和降水量呈负相关；袁淑杰等[20]利用1960—2010年四川省159个气象观测站常规气象资料，发现水稻干旱风险在四川盆地和东北部部分地区较高；杨世民等[21]利用1961—2017年四川盆地105个气象观测站气象资料，发现四川盆地水稻干旱风险整体较高；王婷等[22]利用1986—2010年四川水稻统计资料，发现除川西高原部分地区外，四川省水稻干旱承灾体脆弱性指数<0.40的区域增加。【本研究切入点】综合前人研究[6-22]，本文基于四川省1961—2020年21个气象观测站的逐日气象资料，运用统计分析等方法，结合四川省地形特征和水稻种植特点，将稻区划分为6个区域，分析四川省水稻孕穗—抽穗期低温连阴雨灾害的时空分布特征。【拟解决的关键问题】以期为四川省水稻不同生育期低温连阴雨的防灾和减灾提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源

本研究所用气象资料来源于四川省气象局，主要包括1961—2020年21个国家常规地面观测站(温江、都江堰、资阳、汉源、乐山、木里、越西、昭觉、雷波、宜宾、盐源、西昌、会理、广元、万源、阆中、巴中、达县、遂宁、高坪、叙永)逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水量和日照时数；水稻生育期资料来源于1961—2020年四川省21个农业气象观测站观测报表。

1.2 研究方法

1.2.1 研究分区和生育期确定 按照四川省地形地貌，结合实际水稻种植区，将研究区内水稻种植区划分为6个子区域(图1)。其中，Ⅰ：盆周边缘山地区包括汉源、广元和万源3个站；Ⅱ：盆东平行岭谷区包括达州1个站；Ⅲ：盆南丘陵区包括宜宾和叙永2个站；Ⅳ：盆中浅丘区包括资阳、阆中、巴中、遂宁和高坪5个站；Ⅴ：盆西平丘区包括温江、都江堰和乐山3个站；Ⅵ：川西南山地区包括木里、越西、昭觉、雷波、盐源、西昌和会理7个站。

由于各区域地理位置、气候条件存在差异，导致水稻播种时间不同，各区域的水稻生育期也存在差异。根据1961—2020年21个农业气象观测站观测报表，统计各区域水稻孕穗—抽穗期的生育期，结果见表1。

1.2.2 低温冷害等级指标 本文参考低温气候指数(QX/T 558—2020)和四川省水稻生长生育的农业气象指标，结合水稻孕穗—抽穗期实际情况，根据日平均气温(t)、最低气温(tmin)和持续天数来确定水稻低温冷害等级指标，将其分为轻度、中度和重度3个等级(表2)。

若出现轻度低温冷害，将导致水稻不实粒的增加；若出现中度低温冷害，水稻植株则会生长不良，引起枝梗和颖花的大量退化，造成干粒重量下降，空壳率增加；若出现重度低温冷害，水稻的花粉发育受阻，影响花粉受精，导致结实率降低。

1.2.3 连阴雨灾害等级指标 本文参考籼稻连阴雨气象灾害等级(DB5101/T 125—2021)和四川省水稻生长生育的农业气象指标，结合水稻孕穗—抽穗期实际情况，根据雨日的持续天数来确定水稻连阴雨灾害等级划分(表3)。

规定日降水量≥0.1 mm且日照时数<0.1 h，算一个雨日，否则为非雨日。出现连续3 d及以上的雨日为一次连阴雨过程。

连阴雨过程的持续时间以第1个雨日出现的时间为连阴雨的开始时间，以出现连续2 d无≥0.1 mm的降水量为连阴雨结束时间，并将第1个雨日和最后1个雨日之间的时段视为连阴雨过程持续时间。在3～4 d的连阴雨过程中不允许有非雨日，5～7 d的连阴雨过程中允许有1个非雨日，8 d及以上的连阴雨过程中允许有2个非雨日。

表1 四川省各区域水稻孕穗—抽穗生育期统计

表2 四川省水稻孕穗—抽穗期低温冷害等级划分

表3 四川省水稻连孕穗—抽穗期连阴雨灾害等级划分

1.2.4 低温连阴雨灾害指标 低温连阴雨是指多日连续阴雨且伴随气温降低，对水稻种子发芽、生长造成直接影响，致使秧苗的生理机能失调和诱发病害，而最终导致烂秧死苗的低温寡照天气。若在水稻生育期内出现城市间低温连阴雨灾害，就会严重影响水稻产量和品质。

本文参考早稻播种育秧期低温阴雨等级(QX/T 98—2008)和四川省水稻生长生育的农业气象指标，综合上述低温冷害和连阴雨灾害的等级划分，结合水稻孕穗—抽穗期实际情况，定义低温连阴雨灾害的判别标准为：连续3 d以上日降水量≥0.1 mm，日照时数≤0.1 h，日平均温度t≤22 ℃，则视为一次低温连阴雨过程。

1.2.5 灾害发生频率 根据低温、连阴雨和低温连阴雨灾害等级指标，统计某站某年水稻孕穗—抽穗期低温、连阴雨和低温连阴雨灾害发生频率，即如果某站某年水稻孕穗—抽穗期低温、连阴雨和低温连阴雨灾害某等级发生日数为d，某站某年水稻孕穗—抽穗期天数为D，则某站某年水稻孕穗—抽穗期低温、连阴雨和低温连阴雨灾害发生频率为F。

2 结果与分析

2.1 四川省水稻孕穗—抽穗期低温冷害发生频率时空分布

2.1.1 四川省水稻孕穗—抽穗期低温冷害空间分布 由图2-a可见，①从整个四川省盆地区域来看，轻度低温冷害发生频率较低，范围在0%～32.5%，最高为32.5%，位于昭觉，最低为0%，位于资阳、宜宾等地；②轻度低温冷害发生频率为0%的区域主要分布在盆中浅丘区，频率在0%～10%的区域主要分布为盆周边缘山地区，频率在10%以上的区域分布在川西南山地区；③从各区发生低温冷害频率来看，6个区域中发生轻度频率最高为川西南山地区，最低为盆中浅丘区。

由图2-b可见，①从整个四川省盆地区域来看，中度低温冷害发生频率较高，范围在0%～43.7%，最高为43.7%，位于盐源，最低为0%，位于乐山、达州等11个站；②中度低温冷害发生频率为0%～10%的区域分布在盆周边缘山地区，频率在10%以上的区域分布在川西南山地区；③从各区发生低温冷害频率来看，6个区域中发生中度低温冷害频率最高为川西南山地区，盆周边缘山地区最低，其余4个地区未见中度低温冷害发生。

由图2-c可见，①从整个四川省盆地区域来看，重度低温冷害发生频率高，范围为0%～50.3%，最高为50.3%，位于盐源，最低为0%，位于汉源、阆中等15个站；②重度低温冷害发生频率在8%以上的区域分布在川西南山地区；③从各区发生低温冷害频率来看，6个区域中发生重度低温冷害的仅有川西南山地区，重度低温冷害发生频率数值最大但发生的站数最少。

综上所述，四川省水稻低温冷害发生频率最高在盐源，为99.7%；6个区域中，川西南山地区发生低温冷害最高为54.9%，盆中浅丘区发生频率最低为0%；且轻度、中度和重度发生频率最高值均在川西南山地区。

2.1.2 四川省水稻孕穗—抽穗期低温冷害时间变化 由图3可见，四川省水稻孕穗—抽穗期低温冷害时间分布特征为：①轻度低温冷害发生频率范围为3.2%～9.8%，其中在1994年出现最大值为9.8%，在1969年出现最小值为3.2%；中度低温冷害发生频率范围为3.2%～12.6%，其中在1991年出现最大值，为13.8%，在1978年出现最小值，为3.2%；重度低温冷害发生频率范围为0.5%～11.1%，其中在1986年出现最大值，为11.1%，在1998年出现最小值，为0.5%；②低温冷害在1965年发生频率最高，为25.4%，在2020年发生频率最低，为11.6%；③轻度、中度和重度低温冷害均通过0.05显著性检验。

由上述低温冷害空间分布可知，轻度低温冷害80%的站发生频率为0%～10%，选取发生频率大值站昭觉，中间值站木里，小值站万源；中度低温冷害80%的站发生频率为0%～12%，选取发生频率大值站盐源，中间值站雷波，小值站叙永；重度低温冷害80%的站发生频率为0%～8%，选取发生频率大值站木里，中间值站昭觉，小值站汉源，分别统计各站每年各等级低温冷害的发生频率。由图4可见，昭觉站轻度、中度和重度低温冷害发生频率分别为0%～61.9%、14.3%～80.9%、0%～38.1%，轻度低温冷害呈增加趋势，中度和中度低温冷害呈现减少趋势，均通过0.05显著性检验。木里站轻度、中度和重度低温冷害发生频率分别为0%～57.1%、0%～85.7%和0%～90.5%，轻度和中度低温冷害呈现增加的趋势，重度低温冷害呈现减少的趋势，均通过0.05显著性检验。盐源站轻度、中度和重度低温冷害发生频率均值分别为0%～28.6%、0%～85.7%和0%～95.2%，轻度、中度和重度低温冷害变化趋势平缓，均通过0.05显著性检验。雷波站轻度、中度和重度低温冷害发生频率均值分别为0%～38.1%、0%～33.3%和0%～4.8%，轻度和中度重度低温冷害呈现减少的趋势，重度低温冷害无明显变化趋势，均通过0.05显著性检验。万源、叙永和汉源站轻度、中度和重度低温冷害变化趋势平缓。

2.2 四川省水稻孕穗—抽穗期连阴雨灾害发生频率时空分布

2.2.1 四川省水稻孕穗—抽穗期连阴雨灾害空间分布 由图5-a可见，①从整个四川省盆地区域来看，轻度连阴雨灾害发生频率较低，范围在0.4%～3.8%，最高为3.8%，位于宜宾，最低为0.4%，位于西昌；②轻度连阴雨灾害发生频率在0.4%～1.0%的区域主要分布在盆中浅丘区和盆东平行岭谷区，频率在1.0%～2.0%的区域主要分布在川西南山地区，频率在2.0%以上的区域主要分布在盆南丘陵区和盆周边缘山地区；③从各区发生低温冷害频率来看，6个区域中发生轻度连阴雨灾害频率最高为盆南丘陵区，最低为盆东平行岭谷区。

由图5-b可见，①从整个四川省盆地区域来看，中度连阴雨灾害发生频率较高，范围在0%～5.7%，最高为5.7%，位于宜宾，最低为0%，位于高坪；②中度连阴雨灾害发生频率在0%～1.0%的区域主要分布在盆中浅丘区和盆西边缘山地区，频率在1.0%以上的区域主要分布在盆南丘陵区；③从各区发生低温冷害频率来看，6个区域中发生中度连阴雨灾害频率最高为盆南丘陵区，最低为盆东平行岭谷区。

由图5-c可见，①从整个四川省盆地区域来看，重度连阴雨灾害发生频率低，最高为0.5%，位于万源，最低为0%，位于阆中等12个站；②重度连阴雨灾害发生频率在0%～0.1%的区域主要分布在川西南山地区和盆周边缘山地区；③从各区发生低温冷害频率来看，6个区域中发生重度连阴雨灾害频率最高为盆周边缘山地区。

综上所述，四川省水稻连阴雨灾害发生频率最高在宜宾，为9.0%，最低在巴中，为0.8%；6个区域中，盆南丘陵区发生连阴雨灾害最高为7.9%，盆东平行岭谷区发生频率最低为0.8%；且轻度和中度发生频率最高值均在盆南丘陵区出现。

2.2.2 四川省盆地水稻孕穗—抽穗期连阴雨灾害时间变化 由图6可见，水稻孕穗—抽穗期轻度连阴雨灾害时间分布特征表现为：①轻度连阴雨发生频率范围为0%～8.6%，其中在1991年出现最大值，为8.6%，在1975年出现最小值，为0%；中度低温冷害发生频率范围为0%～8%，其中，在2005年出现最大值，为8%，在1985年出现最小值，为0%；重度低温冷害发生仅在1972和1993年，频率范围分别为1.8%和1.4%；②连阴雨灾害在2005年发生频率最高，为14.6%，1961—2022年中有15年发生频率最低，为0%；③轻度和中度连阴雨灾害通过0.05显著性检验，重度连阴雨灾害未通过。

由上述连阴雨灾害空间分布可知，轻度连阴雨灾害75%的站发生频率为0.4%～2.0%，选取发生频率大值站宜宾，中间值站都江堰，小值站达州；中度连阴雨灾害85%的站发生频率为0%～1.4%，选取大值站宜宾，中间值站万源，小值站资阳；重度低温冷害85%的站发生频率为0%～0.1%，选取大值站万源，中间值站达州，小值站汉源，分别统计各站每年各等级连阴雨灾害的发生频率。由图7可见，宜宾站轻度、中度和重度连阴雨灾害发生频率分别为0%～40%、0%～70%和0%，轻度、中度和重度连阴雨呈现逐年增加的趋势，均通过0.05显著性检验。都江堰站轻度、中度和重度连阴雨灾害发生频率分别为0%～19.1%、0%～57.1%和0%，轻度连阴雨呈现逐年增加的趋势，中度和重点连阴雨无明显变化趋势，均通过0.05显著性检验。万源站轻度、中度和重度连阴雨灾害发生频率均值分别为0%～12.9%、0%～16.1%和0%～29%，轻度、中度和重度连阴雨灾害变化趋势平缓，轻度和中度连阴雨灾害通过0.05显著性检验，重度连阴雨灾害未通过。达州、资阳和汉源站轻度、中度和重度连阴雨灾害变化趋势平缓。

2.3 四川省水稻孕穗—抽穗期低温连阴雨灾害发生频率时空分布

2.3.1 四川省水稻孕穗—抽穗期低温连阴雨灾害空间分布 由图8可见，①四川省水稻低温连阴雨灾害在1961s(1961—1970年)、1971s(1971—1980年)、1981s(1981—1990年)、1991s(1991—2000年)、2001s(2001—2010年)和2011s(2011—2020年)发生频率范围分别为：0%～3.3%、0%～6.2%、0%～1.4%、0%～9.1%、0%～4.3%和0%～3.8%，低温连阴雨灾害在1991—2000年最常发生，在2011—2020年最不常发生；②四川省水稻低温连阴雨灾害1961s、1971s、1981s、1991s、2001s和2011s发生频率最高值分别是昭觉(3.3%)、盐源(6.2%)、越西和会理(1.4%)、昭觉(9.1%)、昭觉(4.3%)和木里(3.8%)，大部分发生在川西南山地区。

2.3.2 四川省水稻孕穗—抽穗期低温连阴雨灾害时间变化 由图9可见，①四川省水稻低温连阴雨灾害发生频率最高值为42.9%，在1972年西昌发生，最低为0%，位于资阳等9站均无低温连阴雨灾害发生；②在21个站中昭觉发生低温连阴雨灾害频率最高，60 a平均发生频率为3.4%；③6个区域中川西南山地区低温连阴雨灾害发生频率最高，7个站(木里、越西、昭觉、雷波、盐源、西昌和会理)中有6个站有低温连阴雨灾害发生；④21个农业气象观测站中，资阳、乐山、越西、昭觉、雷波、宜宾、会理、阆中、巴中、达州、遂宁和高坪共12个站通过0.05显著性检验，温江、都江堰、汉源、木里、盐源、西昌、广元、万源和叙永共9个站未通过0.05显著性检验。

3 讨 论

(1)1961—2020年四川省水稻孕穗—抽穗期低温冷害发生频率整体呈现减少趋势，其中中度低温冷害为增加趋势，轻度和重度低温冷害均为减少趋势。从空间分布来看，四川省水稻孕穗—抽穗期低温冷害总体上呈现“山区多、盆地少”的分布特征，其中大部分低温冷害都在川西南山地区发生；从时间变化来看，低温冷害发生最多的年份为1965年，发生最少的年份为2020年。这与庞艳梅等[23]的研究结果四川省单季稻秧田期低温发生次数呈显著减少趋势基本一致。

(2)1961—2020年四川省水稻孕穗—抽穗期连阴雨灾害发生频率整体呈现增加趋势，其中重度连阴雨灾害为减少趋势，轻度和中度连阴雨灾害为增加趋势。从空间分布来看，四川省水稻孕穗—抽穗期连阴雨灾害总体上呈现“丘陵多，山地少”的分布特征，其中大部分连阴雨灾害都在盆南丘陵区发生，这与郭翔等[24]研究的“四川盆地直播和移栽水稻的连阴雨灾害危险性指数为盆周边缘山地区高”有一定区别，一是因为研究水稻的生育阶段不同，连阴雨指标确定有所不同，二是研究资料的时间存在20年的差异；从时间变化来看，连阴雨灾害发生最多的年份为2005年，发生最少的年份为1969年等其余14年，这与连阴雨灾害发生频率呈不显著增加趋势的分析基本一致。

(3)1961—2020年四川省水稻孕穗—抽穗期低温连阴雨灾害发生频率整体呈现减少趋势，其中，1961s和2011s为增加趋势，1971s、1981s、1991s和2001s为减少趋势。从空间分布来看，四川省水稻孕穗—抽穗期低温连阴雨灾害总体上呈现“山地区，盆地少”的分布特征，其中大部分连阴雨灾害都在川西南山地区发生；从时间变化来看，低温连阴雨灾害发生最多的年份为1972年，发生最少的年份为1961年等其余38年，其中大部分年份都在2000年以前，这与姜楠等[25]分析“四川水稻分蘖—拔节期自2005年来低温连阴雨灾害的发生站数年际均值逐渐减小，低温连阴雨灾害发生频率呈减少趋势”的分析基本一致。

4 结 论

水稻低温连阴雨灾害的发生是一个复杂的过程，它与地区地形条件、天气气候背景和种植方式以及品种等诸多因素相关。本文利用低温冷害、连阴雨灾害和低温连阴雨灾害等级指标，综合各灾害发生频率及其持续天数的影响，分析了四川地区水稻低温连阴雨灾害的时空分布特征规律，发现川西南山地区为低温连阴雨灾害发生频率高值区，对水稻产量和品质有着严重影响；四川省水稻孕穗—抽穗期低温连阴雨灾害近年来呈减少趋势，这与气候变暖大背景下，低温冷害和连阴雨灾害减少的结果一致。但本文利用的灾害指标单一，未来还需结合低温连阴雨的其他灾害指标和自然风险度等进行四川省水稻各生育阶段低温连阴雨灾害风险评估，以期为四川水稻的实际生产提供更科学、高效的服务。