孙倩倩 王也 袁东敏 闵裕秋 隋伟辉

（1 中国气象局华风气象传媒集团，北京 100081；2 南京信息工程大学，南京 210044）

0 引言

我国是世界上自然灾害易发、多发的国家之一。由于地处季风气候区，各地气温、降水等气象环境条件的年际变化较大，干旱、低温冷害、冰雹、高温等气象灾害频频发生。而农业是气候影响最敏感的领域之一，频率高、强度大的农业气象灾害给中国农业带来巨大的经济损失[1-2]。因此掌握农业气象灾害的特点和发生规律，对于防御气象灾害、提高防灾减灾的能力，保障农业增产具有十分重要的意义。

农业市场的发展方向开始向分工精细化过渡，因而对农业气象信息的需求也日趋提高。另外，农业气象信息产品往往缺少图形匹配，影响了科学普及和提示服务的效果。因此提供具体的农业气象灾害信息，应该逐渐向着精细化、图形化的方向发展，将农业气象研究的科技成果通过图集形式向农民进行传播，增强农业气象灾害科普宣传力度，提升为农服务的效果。

1 研究思路

目前关于农业气象灾害研究成果众多，不过普遍是以单一灾种对作物的影响为研究对象，但作物在不同生长发育时期或阶段所遭受的气象灾害有所差异，对最终产量的影响也有不同[3-5]。针对这一短板，本文分析提炼了玉米、小麦、水稻这三种作物的不同生长发育期的高影响天气，给出相应服务提示，并通过Surfer、Photoshop等软件进行图形产品开发，建立科普宣传图集，电视、网站、微博、微信等媒体均可以使用发布，通过全媒体进行广泛传播，也可以提高受众的接受度。

2 玉米不同生育期灾害性天气分析

我国31 个省（市、区）都有玉米种植，从东北平原起，经黄淮海平原，至西南地区，形成了一条中国玉米带[6]。在玉米整个生长期中，干旱、涝灾、低温冷害、高温热害是其易发生的几种灾害（图1）[7]。

图1 玉米发育期高影响天气 Fig. 1 High-impact weather in the corn development

2.1 干旱

每年4—5月，正是东北、西北、华北等地春玉米播种的季节，若发生春季干旱，对出苗和苗期生长不利。而初夏（5月下旬—6月上、中旬）正是华北等地麦茬玉米、夏玉米的播种季节，此时若上述3旬的旬降水量不足20 mm，总雨量不足50 mm，或表层土壤湿度占田间持水量≤60%，将造成玉米晚播或出苗不好（图2）。

图2 玉米干旱指标 Fig. 2 Drought susceptibility index of corn

当植株开始进入旺盛生长阶段，对水分要求迫切，抽雄前10天至后20天，是水分的临介期，穗分化及开花期正是伏旱和伏秋连旱易发生期。干旱严重时，7月下旬—8月中旬，连续2旬的旬雨量不能满足玉米需求，将造成雄穗与雌穗抽出时间间隔太长，授粉不良，果穗籽粒少；雄穗和雌穗抽不出来，雌穗部分不育甚至空杆。

抽雄—成熟期，土壤湿度占田间持水的百分率小于60%时开始受旱，小于40%时严重受旱，将造成花粉死亡，花丝干枯，不能受粉[8-9]。

2.2 涝灾

从出苗至七叶期易受涝害，当土壤水分过多或积水时，会使根部受害，甚至死亡。当田间持水量90%以上持续3 d时，玉米三叶期表现红、细、瘦弱，生长停止；连续降雨大于5 d时，苗弱黄或死亡。

大喇叭期以后，耐涝性逐渐提高。但花期7月下旬—8月中旬雨量之和大于200 mm，或8月上旬的雨量大于100 mm时，就会影响玉米的正常开花授粉，造成大量秃顶和空粒。

玉米中后期，耐涝性较强。若地面淹水深度10 mm并持续3 d，只要叶片露出水面都不会死亡，不过产量会受到很大的影响。但若出现大于10 d的连阴雨天气，玉米光合作用减弱，植株瘦弱常出现空杆（图3）[10-11]。

图3 玉米涝灾指标 Fig. 3 Flood susceptibility index of corn

2.3 低温冷害

玉米的低温冷害主要发生区域是在东北三省和内蒙古，可分两种情况：一是夏季低温，持续时间较长使抽穗期推迟，在持续低温得影响下玉米灌浆期缩短，在早霜到来时籽粒不能正常成熟，如果早霜提前到来，则遭受低温减产更为严重；二是秋季降温早，使籽粒灌浆期缩短，玉米生育前期温度不低，但秋季降温过早，降温强度强、速度快，初霜到来早，灌浆期气温低，灌浆速度缓慢，且灌浆期明显缩短，籽粒不能正常成熟而减产[12-13]。

图4 玉米低温冷害指标 Fig. 4 Chill index of corn

2.4 高温热害

黄淮海地区6—9月是一年中温度最高和降水最集中的季节。特别是7月下旬—8月上旬，是一年中平均气温最高的时间段，常出现极端高温天气（图5）。而这时黄淮海玉米处在孕穗至吐丝授粉时期，是产量形成的关键期，对在地作物的后期产量形成影响较大[14]。

图5 玉米高温热害指标 Fig. 5 High temperature damage index of corn

综上四种气象灾害，得到玉米生育关键期重点气象服务提示（表1）。

3 小麦不同生育期灾害性天气分析

小麦是一种温带长日照植物，其适应范围较广，自18°—50°N，从平原到海拔4000 m的高度均有栽培。我国小麦按种植季节可划分为三个区域：春小麦区，主要分布在长城以北；北方冬小麦区，主要分布在秦岭、淮河以北，长城以南；南方冬麦区，主要分布在秦岭淮河以南[15]。

按照灾害的严重程度排列，对小麦影响最严重的几种灾害依次为：干旱、冻害、霜冻、湿害、大风、热害（干热风、雨后青枯）、烂场雨（图6）。

3.1 干旱

小麦干旱灾害是我国麦区，尤其是北方冬麦区的主要农业气象灾害。播种出苗期容易出现夹秋旱，一般是出现在9—11月，气温持续偏高、降水稀少、空气干燥、蒸发旺盛，导致土壤迅速失水。播种期出现干旱会影响根、叶的生长，出苗的时间推迟，严重的种子不能发芽。越冬期若发生干旱将使次生根的发育明显受阻。返青拔节期干旱将使生长发育迟缓。抽穗开花期以及灌浆成熟期如果发生干旱会直接影响到小麦的产量，干旱较严重时，亩产量会显著减少[16-17]。

表1 玉米生育关键期重点气象服务提示 Table 1 Main meteorological service tips in the corn development

图6 小麦发育期高影响天气 Fig. 6 High-impact weather in the wheat development

3.2 冻害

小麦冻害是小麦与温度关系的反应，是小麦在不同生育时期环境温度低于其三基点温度的下限温度，使其生育受阻的一种气象灾害现象。

11 月中下旬—12月中旬，最低气温骤降10 ℃左右，达-10 ℃以下，持续 2～3 d，小麦的幼苗未经过抗寒性锻炼，抗冻能力较差，极易形成初冬冻害。12 月下旬—翌年2 月中旬处在小麦越冬期，持续低温或因天气反常造成冻融交替而形成的小麦冻害。2月下旬—3月中旬，小麦返青至拔节期间，麦苗植株生长加快，抗寒力明显下降，如遇寒流侵袭则易造成冻害，此类冻害发生较为频繁且程度较重，是黄淮麦区的主要冻害类型。3月下旬—4月中旬，小麦在拔节至抽穗期间，对低温极为敏感，气温回暖后又突然下降形成的霜冻，极易形成霜冻冻害（图7）[18-20]。

图7 冬小麦冻害类型 Fig. 7 Cold injury types of winter wheat

3.3 湿害

湿害是南方小麦产区稳定持续增产的主要障碍因子，随着降雨量的增加，湿害程度也会有相应加重，单产相应降低。以拔节-成熟期发生湿害损失最重，尤其是长江中下游由于湖泊较多，地下水位较高，小麦生育期降雨偏多，大大超出小麦一生总的需水量，造成不同程度的湿害。

夏季烂场雨多发生在5月下旬—6月中旬，发生严重洪涝灾害使得小麦受到较大损失的，均为烂场雨[21-22]。

3.4 大风

在小麦生育中后期，因受气候因素或是栽培措施不当，易造成小麦大面积发生倒伏，严重影响小麦成熟，造成减产。气候因素是，在小麦灌浆末期，由于先后阴雨，伴随大于5～6级的阵风或大风，可使小麦大面积发生倒伏。

3.5 干热风

干热风是小麦生长发育后期，即开花、灌浆、乳熟阶段，一种高温低湿并伴有一定风力的农业气象灾害，麦株的芒、穗、叶片和茎秆等部位均可受害。较为严重的干热风平均10年1～2次，而一般区域性干热风几乎年年都有发生。一般年份干热风可使小麦减产1～2成，严重年份减产3成以上[23-24]。

综上几种气象灾害，得到小麦生育关键期重点气象服务提示（表2）。

4 水稻

水稻是一种喜温、喜湿的短日照作物，除海拔在2600 m以上的青藏高原以及东北、西北高山地区外，南起海南岛崖县，北至黑龙江黑河都可种植水稻[25]。在其生育期内，干旱、低温冷害、高温热害、涝害为最主要的几种灾害（图8）。

表2 小麦生育关键期重点气象服务提示Table 2 Main meteorological service tips in the wheat development

图8 水稻发育期高影响天气及主要影响期 Fig. 8 High-impact weather in the rice development and main influencing periods

4.1 干旱

幼苗期，由于秧苗在移栽过程中，根系受损，新根发育刚开始，吸收力弱，而叶片蒸腾作用仍继续进行，因而此时耐旱力较弱。分蘖前期由于移栽之后新根逐渐长出，耐旱能力较刚移栽后要强一些，但后期，分蘖需水量提高，干旱则容易导致植株分蘖数减少，植株矮小。孕穗期，幼植需要大量的水分和养分，如果水分供应不足，则花粉粒发育受阻，颖花数减少，颖花退化，结实粒数减少，产量降低。抽穗开花期需水量仍比较大，抗旱力较弱，干旱会影响授粉。乳熟期，水稻大量光合作用积累干物质，养分形成和运转集中，都需要适量的水分，此时抗旱能力较弱，干旱则容易造成灌浆不饱满，秕粒增多，蜡熟期则影响较小[26-27]。

4.2 低温冷害

水稻作为喜温作物，对于热量需求较高，低温冷害是水稻生长期间主要气象灾害之一，我国所有稻区都可能受到低温冷害的威胁。水稻生长季内，低温冷害主要出现在三个时段，也可以称之为是水稻“三寒”（图9）。

图9 水稻低温冷害指标 Fig. 9 Chill index of rice

“清明寒”即倒春寒，一般出现在3月中旬—4月上旬，影响南方早稻的播种育秧，若是出现在播种前，则会导致播种期延迟，若是播种之后，则容易引起早稻烂种、烂秧，还可能影响早稻分蘖和幼穗分化。

“小满寒”也称“五月寒”，是指5月出现连续3 d或以上日平均气温≤20 ℃的低温天气。在5月前期出现，会影响早稻的返青分蘖，会引起生育期推迟，减少有效分蘖。出现在5月下旬—6月上旬，则主要影响早稻孕穗扬花，花粉粒不能正常成熟，不能受精而造成空粒、瘪粒。

“秋分寒”即“寒露风”，是指寒露节气前后，我国南部秋季晚稻开花期间，强冷空气侵入引起显著降温，影响水稻开花、授粉、受精和灌浆，使水稻结实率和品质下降而减产的一种低温危害[28-29]。由于水稻品种的差异，寒露风的致灾指标也有所不同，粳稻适于在高纬度或高海拔种植，耐寒性较好，在抽穗至开花期，当日平均气温连续3 d低于20 ℃，或2 d低于18 ℃时，容易遭受寒露风灾害；而籼稻适宜在低纬度、低海拔湿热地区种植，不耐寒，当日平均气温连续3 d低于22 ℃，或2 d低于20 ℃时，就容易致灾[30]。

4.3 高温热害

高温热害一般是在水稻抽穗结实期，气温超过水稻正常生育温度上限，影响正常开花结实，造成空秕粒率上升而减产甚至绝收。在我国北方稻区，水稻生长期内，很少有高温危害。而在南方稻区，内陆地区高温热害影响大于沿海，尤其在长江流域多地，水稻容易遭受高温热害，导致水稻生育期缩短，灌浆不足，结实率下降，稻米品变差[31-32]。其中抽穗开花期是水稻对高温最敏感的生育阶段，其次为灌浆结实期和孕穗期，营养生长期高温影响最小。

4.4 涝害

水稻属于水田作物，有着较强的耐涝能力，在一定的淹水环境中，还有利于水稻的生长，但在长期淹水的环境仍会受到伤害。一方面可能会造成植株倒伏、茎秆折断、叶片根系受损等直接伤害；另一方面，在淹水的环境下，氧气和光照不足，光合速率和呼吸作用减弱，会导致光合产量降低，从而影响产量。

水稻孕穗期和抽穗开花期对淹水的反应最为敏感，耐涝性差，淹水后损失严重，其次是灌浆期和幼穗分化期；而分蘖期和成熟期耐涝性较强，淹水3～4 d影响还不大。淹水对于水稻生殖生长影响要更大一些，此时淹水将影响幼穗发育，容易出现烂穗、畸形穗等现象。乳熟期是水稻干物质积累、形成产量的关键时期，淹水会阻碍胚乳发育，导致空秕粒增加，米质下降。而在蜡熟期和完熟期，水稻灌浆完成之后，淹水影响不大，但可能会由于长期淹水，谷粒浸泡导致发炎霉烂而引起减产[33-34]。

综上几种气象灾害，得到水稻生育关键期重点气象服务提示（表3）。

表3 水稻生育关键期重点气象服务提示 Table 3 Main meteorological service tips in the rice development