基于游程理论和CWDIa的农业干旱时空特征分析
2021-06-30徐敏孔维财徐经纬高苹徐萌
徐敏 孔维财 徐经纬 高苹 徐萌
摘要： 選用1960-2019年江苏省69个基本气象站逐日观测资料和全省旱灾资料，通过计算逐日作物水分亏缺距平指数，基于游程理论和小波分析等统计方法，分析农业干旱历时、频率、强度、范围的时空变化特征及其与干旱实际发生面积的关联度。结果表明：近60年全省平均年干旱日数变化范围是26～146 d，苏北、苏中、苏南年平均干旱日数分别为106 d、78 d、58 d，冬季干旱日数占年干旱总日数的比例最高，为32.3%，其次是夏季，中度干旱、重度干旱、特别干旱日数占近60年干旱总日数的比例分别为34%、29%、20%，苏北中度干旱、重度干旱、特别干旱60年平均发生频率分别为8.35%、6.50%、6.66%;干旱强度北强南弱，呈纬向分布，西北部旱情最重，也是最易发生极端干旱事件的地方;近60年中度干旱、重度干旱、特别干旱平均覆盖率分别为94.4%、83.0%、54.7%，21世纪10年代中度干旱及以上等级干旱发生范围最大;年干旱日数和干旱强度年际波动明显，无明显线性变化趋势，总体存在13～17年振荡周期;干旱历时长短和强度大小对实际受灾面积、成灾面积的影响不同，受灾面积与干旱日数的相关性更强，成灾面积与干旱强度的相关性更强。
关键词： 农业干旱;时空变化特征;游程理论;作物水分亏缺距平指数
中图分类号： S423 文献标识码： A 文章编号： 1000-4440（2021）02-0362-11
Abstract： Based on the daily observed data of 69 basic meteorological stations in Jiangsu province from 1960 to 2019 and drought data of the whole province， the temporal and spatial variation characteristics of agricultural drought duration， frequency，intensity and range and their correlation with drought area were analyzed by calculating the daily crop water deficit abnormal index and using the Runs Theory and wavelet analysis method. The results showed that， in recent 60 years， the average annual drought days in the whole province varied from 26 d to 146 d. The average drought days in northern， central and southern Jiangsu were 106 d， 78 d and 58 d respectively. The proportion of drought days in winter was the highest （32.3%）， followed by summer. The proportion of moderate drought days， severe drought days and extreme drought days accounted for 34%， 29% and 20% of the total drought days in recent 60 years， respectively. The average frequency of moderate drought， severe drought and extreme drought in northern Jiangsu province were 8.35%， 6.50% and 6.66%， respectively. The drought intensity was strong in the north and weak in the south， and was distributed in latitudinal direction. The drought was the most serious in the northwest， and the northwest was also the place most likely to occur extreme drought events. In recent 60 years， the average coverage rates of moderate drought， severe drought and extreme drought were 94.4%， 83.0% and 54.7%， respectively. In the 10′s of the 21st century， the range of moderate drought and above was the largest. The annual drought days and drought intensity fluctuated obviously， and there was no obvious linear change trend. There was an oscillation period of 13-17 years. The influence of duration and intensity of drought on the actual affected area and disaster area was different. The correlation between affected area and drought days was stronger， and the correlation between disaster area and drought intensity was stronger.
Key words： agricultural drought;spatial and temporal characteristics;Runs Theory;crop water deficit abnormal index
干旱具有持续时间长、影响范围大、发生频率高等特点，是影响中国农业生产最为严重的自然灾害之一。农业干旱可直接导致大面积作物减产，严重时甚至导致绝收，同时还会对农田灌溉用水造成巨大压力。新中国成立后，因干旱造成的多年平均粮食损失约3.000×107 t，约占全国粮食总产量的6.5%，农业干旱已成为中国农业生产的重要制约因素之一[1]。据研究，中纬度地区气候暖干化是全球气候变化最显著特征[2]，造成的主要问题之一就是干旱问题日趋严重。据全球气候模式预测结果，21世纪全球干旱风险将会进一步增加[3]。在干旱的诸多不利影响中，对农业系统的影响最为明显，全球干旱所造成的损失约占气象灾害的50%以上[4]。农业是国民经济基础，关乎国家粮食安全和社会稳定，因此，农业干旱研究也已成为各国政府和研究人员共同关注的焦点问题[5]。
农业干旱是指农作物生长的需水量与土壤有效供水量之间因收支不平衡造成的水分短缺现象，干旱程度与气象、土壤、水资源利用效率、作物本身的蒸散能力等因素都存在一定联系，但根本原因还是长期无有效降水引起。探明农业干旱发生规律和成因及灾变机制，才能做好农业干旱的监测-预警-评估，而要了解不同区域农业干旱规律，首先需要从已有的观测资料中将干旱事件识别出来，游程理论是目前识别干旱的最重要手段[6-7]，能够将干旱历时和干旱强度进行有效分离，已在气象干旱[8]、水文干旱[9]等领域得到了较好应用，但在农业干旱中的应用还鲜见报道。在利用游程理论进行农业干旱事件识别过程中，农业干旱指标是关键参数。前人已对农业干旱指标做了系列研究，提出了植被干旱响应指数、帕默尔干旱指数、标准降水蒸散指数、标准降水指数、水分亏缺指数等[10]，并利用这些干旱指数对各地干旱时空变化规律进行了分析，其中作物水分亏缺指数由于能较好反映土壤、作物、气象三要素的综合影响，还能反映出作物需水量和降水量之间的匹配关系，因此在分析小麦[11]、大豆[12]、玉米[13]等单作物生长季的干旱时空分布特征时，均有学者采用此指数进行研究。前人的一系列成果为我们在理论上奠定了基础，在实际应用上提供了参考。
江苏省地处长江三角洲地区，是经济大省，也是粮食大省[14]。江苏省处于北亚热带与暖温带的过渡气候带，属东亚季风气候区，是中国典型的旱涝灾害频发区[15]。2019年江苏省发生了近年来最严重的一次大范围春夏秋连旱，河、湖水位严重下降，导致灌溉用水紧张，据农业部门统计，全省小麦和油菜受旱面积约达1.8×105 hm2，旱区苗情整体偏弱。本研究选用江苏省为研究区域，根据全年作物轮作方式，选取合适的作物系数，计算逐日的作物水分亏缺距平指数，应用游程理论从水分亏缺距平指数序列中分离出干旱强度和干旱历时，探究研究区农业干旱特征变量的时空变化规律，以及与农业干旱實际灾害面积之间的关系，以期为区域防旱减灾应对措施的制定提供科学依据，为进一步提高作物抗旱性、培育抗旱品种提供理论支持。
1 资料与方法
1.1 资料及来源
研究资料为1960-2019年江苏省69个基本气象站的历史实测资料，包括逐日降水量、日平均气温、日最高气温、日最低气温、日平均相对湿度、日平均风速、日平均气压、日日照时数，资料来自江苏省气象局。1978-2018年江苏省农业旱灾受灾面积与成灾面积，来自江苏省统计局。由于江苏省南北跨度大，按照气候相似性原则，综合考虑农业区划，江苏省可分为3个区[16]：苏南（18个站）、苏中（34个站）、苏北（17个站），以此分析不同区域的农业干旱时空特征。具体站点信息见图1。
1.2 研究方法
1.2.1 作物水分亏缺指数与水分亏缺距平指数的计算方法 作物水分亏缺指数是指外界水分不能满足作物需水量的部分占作物需水量的比例，该指数综合考虑了土壤、作物、气象三方面因素，对不同区域的农业干旱具有较好的适用性[17]。逐日水分亏缺指数计算公式如下：
式中：CWDI为水分亏缺指数（%）;a、b、c、d、e为权重，根据GBT 32136-2015 农业干旱等级[18]中的经验值设定，分别为0.30、0.25、0.20、0.15、0.10;CWDIj、CWDIj-1、CWDIj-2、CWDIj-3、CWDIj-4分别为第j、j-1、j-2、j-3、j-4时间单位的水分亏缺指数（%），其中时间单位是指10 d为1个时间单位，j是指要计算水分亏缺指数日期的前面10 d，其余以此类推。CWDIj计算公式如下：
式中：Pj为某10 d的降水量（mm）;ETcj为某10 d的实际蒸散量（mm），ETcj计算公式如下：
式中：ET0为作物参考蒸散量（mm），采用联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith 公式[19]计算，kc为作物所处发育阶段的作物系数。江苏省是稻麦轮作地区，且冬小麦和水稻的种植面积远大于其他作物，因此上年11月至当年5月选用江苏省冬小麦的作物系数，当年6月至10月选用江苏省水稻的作物系数，具体kc数值详见GBT 32136-2015 农业干旱等级[18]。
由于在不同季节作物种类不同，蒸散量存在一定差异，因此通过计算作物水分亏缺距平指数以消除区域与季节差异，逐日水分亏缺距平指数计算公式如下：
式中：CWDIa为某时段作物水分亏缺距平指数（%）;CWDI为水分亏缺指数（%）;CWDI————为所计算时段同期作物水分亏缺指数1981-2010年的平均值（%），若CWDI————≤0 ，是指当历史同期的气候平均降水量与实际蒸散量总体相当甚至水分充盈时，则水分亏缺距平指数即为水分亏缺指数本身;若CWDI————>0，是指当历史同期平均存在水分亏缺时，则按照距平百分率的算法计算出水分亏缺指数距平值。
1.2.2 基于游程理论识别干旱强度和干旱历时 游程理论主要用来揭示随机事件持续发生的统计规律，定量估计其持续历时的概率分布和重现期等，它是揭示干旱发生基本规律的重要理论方法。以计算出的逐日CWDIa为基础，首先根据干旱判别指标[18]，当CWDIa>0.40时则判定为发生干旱，数值越大表示干旱程度越强;其次利用游程理论从CWDIa时间序列中分离出历时和强度2个干旱特征量，将干旱历时中逐日的CWDIa进行累加得到干旱强度（S），图2中大于0.40的面积为干旱强度（S），。
1.2.3 小波分析方法 20世纪80年代初，由Morlet提出的一种具有时-频多分辨功能的小波分析法，为更好地研究时间序列问题提供了可能，它能清晰地揭示出隐藏在时间序列中的多种变化周期。小波分析的基本思想是用一簇小波函数系来表示或逼近某一信号，该函数是指具有振蕩性、能够迅速衰减到零的一类函数，即小波函数ψ（t）∈L2（R）且满足：
式中，ψ（t）为小波函数，它可通过降尺度的伸缩和时间轴上的平移构成一簇函数系：
式中，ψa，b（t）为子小波;a为尺度因子，反映小波的周期长度;b为平移因子，反映时间上的平移。
1.2.4 干旱日数、干旱发生频率、干旱强度的计算方法 （1）不同时段干旱日数：为分析全省总体的干旱日数年际变化特征，将69个站点的年干旱日数进行站点平均，得到全省逐年的干旱日数，对苏北、苏中、苏南区域的站点分别进行区域平均，得到各区域逐年干旱日数;对各站点的春季、夏季、秋季、冬季干旱日数进行站点平均，则得到逐年的全省各季节的干旱日数。（2）干旱发生频率：为分析不同强度干旱发生频率的空间分布，首先分别计算出69个站点的轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的近60年平均干旱日数，然后分别除以全年天数，得到各等级干旱的平均发生频率。（3）干旱强度：对1960-2019年逐年各站所有干旱日的CWDIa值求和后，得到历年各站的干旱强度值，再对逐年全省各发生干旱的台站CWDIa值求平均后，则得到江苏省历年干旱强度;将年干旱强度除以年干旱日数得到历年干旱发生期内的日均干旱强度。
2 结果与分析
2.1 江苏省农业干旱历时的时空变化特征
2.1.1 年干旱日数 从图3a可见，1960-2019年全省年干旱日数呈波动特征，年干旱总日数的变化范围是26 d（1987年）～146 d（1978年），平均干旱日数为81 d，年干旱日数超过100 d的年数共有18年，年干旱日数少于50 d的年数共有12年。全省年干旱日数存在13～17年的振荡周期（图3b）。从不同区域的年际变化来看，苏北、苏中、苏南的年干旱日数同样呈波动特征，且波动规律基本一致，但数值存在差异，大小排序为苏北年干旱日数>苏中年干旱日数>苏南年干旱日数。苏北、苏中、苏南的年干旱总日数的变化范围分别是39 d（1972年）～190 d（1966年）、15 d（1993年）～157 d（1978年）、6 d（1993年）～129 d（1978年），平均干旱日数分别为106 d、78 d、58 d。
2.1.2 季节干旱日数 各季节干旱日数的年际变化同样呈波动特征，波动规律不一致，冬季、春季、夏季波动幅度明显大于秋季，春季、夏季、秋季、冬季的近60年平均干旱日数分别为24 d、22 d、16 d、30 d。从逐年各季节干旱日数占年干旱总日数的比例来看，冬季总体占比最大（图3c）。对60年各季节干旱占比进行分析，发现冬季平均占比为32.3%，春季和夏季平均占比分别为24.8%、24.9%，秋季平均占比为18.0%。
2.1.3 轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的干旱日数 为比较不同干旱程度的时间变化特征，按照GBT 32136-2015 农业干旱等级[19]，根据0.40
计算各年代平均年干旱日数发现，20世纪60年代-21世纪10年代，全省年代平均干旱日数、中度干旱和重度干旱年代平均干旱日数的年代际变化规律总体一致，均为先降后升，都呈“单谷型”，即20世纪60年代和70年代最多，21世纪00年代和10年代为次多，20世纪80年代和90年代最少（表1）。不同区域年代平均干旱日数自北向南递减，即苏北>苏中>苏南，不同干旱等级年代平均干旱日数则是随着干旱等级加重干旱日数随之减少。
2.1.4 不同强度干旱发生频率 轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的平均发生频率变化范围分别为5.47%～10.16%、3.86%～9.65%、2.68%～7.73%、2.38%～8.76%。从图4中可以看出，各地不同强度的干旱发生频率总体呈“北高南低”，苏北轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的平均发生频率分别为9.31%、8.35%、6.50%、6.66%，苏中轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的平均发生频率分别为8.13%、7.21%、5.07%、3.62%，苏南轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的平均发生频率分别为6.95%、5.64%、3.58%、2.95%。由此可见，苏北不同强度的干旱发生频率均高于苏中和苏南地区，苏中和苏南地区轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的发生频率依次递减，但苏北特别干旱的发生频率高于重度干旱，需要格外关注，防旱抗旱措施不容忽视。
2.2 江苏省农业干旱强度的时空变化特征
2.2.1 全省平均年干旱强度 从图5a可以看出，近60年来江苏省逐年干旱强度呈波动式变化，变化范围是1 459%（1972年）～9 353%（1978年），年干旱强度同样存在13～17年的振荡周期。苏北、苏中、苏南的年干旱强度同样呈波动特征，且波动规律基本一致，但数值存在差异，大小排序为苏北年干旱强度>苏中年干旱强度>苏南年干旱强度，苏北、苏中、苏南的年干旱强度的变化范围分别是2 055%（1972年）～13 453%（1968年）、769%（1993年）～9 988%（1978年）、276%（1993年）～8 088%（1978年）。
2.2.2 干旱发生期内全省平均的日均干旱强度 从图5b可以看出，近60年来全省的日均干旱强度变化范围是51%（1985年）～75%（1973年），属于轻度干旱、中度干旱、重度干旱级别的年数分别为9年、48年、3年。其中1973年的日均干旱强度为近60年之最，达重度干旱级别。虽然1978年的年干旱强度为历史最强，但日均干旱强度是64%，为中度干旱级别。从干旱持续天数来看，1973年的干旱期为84 d，1978年的干旱期为146 d，后者的累积效应明显大于前者。从日干旱强度的区域差异来看，仍然是苏北地区最强，变化范围是53%（1972年）～77%（2010年、2011年），属于轻度干旱、中度干旱、重度干旱级别的年数分别为2年、42年、16年，1973年苏北的日干旱强度是74%，同样达重度干旱级别，但稍弱于2010年和2011年。由此可见，干旱持续日数和日干旱强度都对干旱发生程度具有非常重要的影响，且发生程度还与所在区域相关。
2.2.3 中度干旱、重度干旱、特别干旱的空间覆盖率 中度干旱以上等级旱情易对农业产量产生不利影响[20]，因此，为了分析中度干旱及以上等级干旱的发生范围的变化情況，将历年达中度干旱、重度干旱、特别干旱级别的气象站点数分别除以全省总站点数得到历年各等级干旱覆盖率（图5c）。从图5c中可以看出：近60年来，全省中度干旱、重度干旱、特别干旱覆盖率变化范围分别是55.1%～100.0%、27.5%～100.0%、0～98.6%，60年平均覆盖率分别为94.4%、83.0%、54.7%，重度干旱和特别干旱的覆盖率年际变化大，中度干旱覆盖率相对较稳定。由于轻度干旱每年全省各地基本都有发生，所以图5c中未给出。从覆盖率年代际变化来看（表1），21世纪10年代中度干旱和重度干旱覆盖率均位列历史同等级干旱之最，分别为97.4%、89.0%，特别干旱覆盖率位列历史同等级干旱第二（57.7%）。由此可见，21世纪10年代中度干旱及以上等级干旱发生范围有所扩大。
2.2.4 干旱发生期内各站点日均干旱强度和日极大干旱强度 图6a显示，江苏省各站点日均干旱强度60年平均值总体呈纬向分布，由南向北旱情逐渐加重。日均干旱强度最大的区域在淮北北部，为64.2%～67.7%，中心位于西北部地区，包含沛县、丰县、邳州等地;日均干旱强度次之的区域在沿淮地区，为61.8%～64.2%;江淮之间大部和苏南地区的日均干旱强度是57.2%～61.8%，南部日均干旱强度弱于北部，最小值出现在宜兴。可见，1960-2019年江苏省西北部日均干旱强度最大，农业干旱总体较重。
图6b显示，各地逐年日极大干旱强度60年平均值均在76.3%以上，空间分布特征与日均干旱强度的分布特征一致，强度也是自南向北增强。淮北地区日极大干旱强度都在86.1%以上，其中淮北西北部为高值中心，沛县和丰县均为94.1%;苏南地区的日极大干旱强度相对弱一些，大部分地区在80.2%以下。可见，西北部也是发生极端干旱最强的地方。
2.3 江苏省农业干旱历时和干旱强度与农业实际受灾情况的相关性
根据江苏省统计局提供的1978-2018年江苏全省干旱数据，在2003年前干旱面积明显大于2003年之后的干旱面积。2003年之前干旱受灾面积变化范围是1.400×105～4.969×106 hm2（平均值为1.143×106 hm2），成灾面积变化范围是2.600×104～1.613×106 hm2（平均值为4.270×105 hm2），尤其是1978年、1988年、1994年、2000年出现了历史极端干旱，干旱受灾面积、成灾面积分别为4.969×106 hm2、8.890×105 hm2，2.850×106 hm2、1.613×106 hm2，2.954×106 hm2、1.346×106 hm2，1.901×106 hm2、1.360×106 hm2;2003年之后干旱受灾面积变化范围是6.00×103～5.99×105 hm2（平均值为2.59×105 hm2），成灾面积变化范围是0～2.41×105 hm2（平均值为1.00×105 hm2）。
由于历年全省农作物总播种面积并不固定，而是存在“先降后升”的变化特征，变化范围是6.213 6×106～8.747 0×106 hm2（多年平均值是7.861 7×106 hm2），因此为了更好地揭示干旱发生面积与干旱日数和干旱强度之间的关系，计算了历年受灾和成灾面积占总播种面积的比例。从图7可见，历年受灾和成灾面积占总播种面积的比例存在波动变化，受灾和成灾面积占比高的年份总体是年干旱日数多、旱期日均干旱强度强。受灾面积比例与年干旱日数和旱期日均干旱强度的相关系数分别是0.466、0.410，分别通过了0.002、0.010的显著性检验;成灾面积比例与年干旱日数和旱期日均干旱强度的相关系数分别是0.364、0.497，分别通过了0.020、0.001的显著性检验。可见，受灾面积与干旱日数的相关性更强，成灾面积与干旱强度的相关性更强。1988年成灾面积比例最高，为19.2%，对应的干旱日数和旱期日均干旱强度分别是126 d、73.6%，两者在历史上分别位列第2、第1;1978年虽然受灾面积比例最大，但成灾面积比例是10.4%，位列历史第4，主要是因为虽然干旱日数最多，长达146 d，但日均干旱强度并不是最强，属中度干旱级别;2003年以来，无论是受灾面积占比还是成灾面积占比均处于低位，但年干旱日数和日均干旱强度并非处于历史低位，这可能与经济发展水平的不断提升以及农田水利设施的不断投入有关，使得农田灌溉能力逐步增强，在有足够水源的情况下，通过灌溉有效缓解了旱情。
3 讨论
通过计算逐日作物水分亏缺距平指数，基于游程理论有效识别农业干旱的强度和历时，揭示了江苏省近60年来干旱历时天数、旱情强度、覆盖范围的变化规律，及与全省农业干旱实际灾害面积之间的关系。具体结论如下：（1）1960-2019年全省年干旱日数呈波动特征，没有明显的线性变化趋势，存在13～17年的振荡周期。近60年年干旱日数变化范围是26 d（1987年）～146 d（1978年）;年干旱日数在空间上呈“北多南少”的分布特征，苏北、苏中、苏南年平均干旱日数分别为106 d、78 d、58 d;春季、夏季、秋季、冬季干旱日数占年干旱总日数的平均比例分别为24.8%、24.9%、18.0%、32.3%，即冬季发生干旱的日数最多;轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱日数占年干旱总日数的平均比例分别为34%、29%、20%、17%;全省年代平均干旱日数、中度干旱和重度干旱年代平均干旱日数的年代际变化规律总体一致，均为先降后升;各地不同强度的干旱发生频率总体呈“北高南低”，苏北轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的平均发生频率分别为9.31%、8.35%、6.50%、6.66%，苏中轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的平均发生频率分别为8.13%、7.21%、5.07%、3.62%，苏南轻度干旱、中度干旱、重度干旱、特别干旱的平均发生频率分别为6.95%、5.64%、3.58%、2.95%。（2）1960-2019年全省年干旱强度和旱期日均干旱强度都呈波动特征，同样没有明显的线性变化趋势，变化范围分别是1 459%（1972年）～9 353%（1978年）、51%（1985年）～75%（1973年），近60年来也存在13～17年的振荡周期。年干旱强度和旱期日均干旱强度60年平均值总体呈纬向分布格局，由南向北旱情逐渐加重，其中西北部农业干旱总体较重，也是最易发生极端最强干旱的地方，沛县和丰县日极大干旱强度60年平均值均高达94.1%。近60年中度干旱、重度干旱、特别干旱平均覆盖率分别为94.4%、83.0%、54.7%，中度干旱覆盖率相对较稳定，重度干旱和特别干旱的覆盖率年际变化大。21世纪10年代中度干旱及以上等级干旱发生范围要大于其他年代，中度干旱和重度干旱覆盖率均位列历史同等级干旱之最（分别为97.4%、89.0%），特别干旱覆盖率位列历史同等级干旱第二（57.7%）。（3）在2003年前干旱面积明显大于2003年之后的干旱面积。1978-2002年干旱受灾面积和成灾面积的变化范围分别是1.400×105～4.969×106 hm2、2.600×104～1.613×106 hm2，尤其是20世纪70年代、80年代、90年代及21世纪00年代均出现了历史极端干旱年份;2003-2018年干旱受灾面积和成灾面积的变化范围分别是6.00×103～5.99×105 hm2、0～2.41×105 hm2。受灾和成灾面积占比高的年份总体年干旱日数多、旱期日均干旱强度强，受灾面积与干旱日数的相关性更强，成灾面积与干旱强度的相关性更强，相关系数分别为0.466、0.497。
温克刚等[21]利用2008年之前的旱情记录资料对江苏省各季节发生干旱的频次进行初步统计，结果表明：江苏省冬旱平均5年2遇，夏旱平均4年1遇，春旱、秋旱平均10年1～2遇，但未对各地不同强度的干旱发生频率进行统计分析。本研究通过详细分析发现苏北的特别干旱发生频率高于重度干旱发生频率，发生频率可以更直观地反映各地干旱发生的可能性。气象干旱是农业干旱的源头和关键诱因，两者之间存在紧密关联性。本研究发现的江苏省农业干旱发生频率“北高南低”，气象干旱持续日数和干旱强度没有明显的线性变化趋势以及1978年的年干旱强度最强等特征均与包云轩等[22]的分析结果相一致。但农业干旱的本质是作物生育期内水分供需不平衡，所以气象干旱的时空分布规律并不能完全表征农业干旱的时空分布特征。包云轩等[22]指出“各等级气象干旱日数冬季多夏季少”。而本研究采用的是水分亏缺距平指数，考虑了稻麦两大作物的实际蒸散量，发现夏季干旱日数占全年干旱日数的比例并不是4个季节中最少的，而是仅次于冬季。夏季6-8月是水稻移栽-分蘖-拔节孕穗的关键生长期，其中拔节孕穗期是水稻一生中生理需水最多的时期，而且气温高，作物蒸散量也较大，若缺水易导致穗粒数减少。张旭晖等[23]采用水分盈亏量和标准蒸散量的比值作为干旱指标，对江苏省不同区域各季节农业干旱的发生概率进行了初步分析，但未对不同等级的干旱日数和干旱强度特征进行研究，并且所用的气象资料时段是1960-1998年，距今已有20多年。尤新媛等[11]利用水分亏缺指数对江苏省1981-2010年冬小麦生长季干旱时空特征进行了分析，而本研究中不仅考虑冬小麦生长季，也考虑水稻生长季的干旱特征，即对全年的农业干旱特征进行了分析。王锦杰等[24]利用MODIS数据基于植被健康指数对2001-2018年江苏省农业干旱特征进行了分析，结果表明：多年平均整体干旱面积占比为36.08%，综合干旱频率和干旱面积2个指标，夏季是江苏省农业干旱易发季节，发生频率高。尽管王锦杰等[24]的研究对象是所有植被，但通过卫星监测数据发现夏季是农业干旱易发季节，该结论与本研究得出的夏季干旱特征是比较吻合的。
以上对比分析结果表明将游程理论和CWDIa相结合可以有效分离出农业干旱的历时和强度，能较好地揭示出不同区域、不同等级农业干旱的发生时长、旱情强度、发生频率、覆盖范围等的时空分布特征，以及干旱历时长短和干旱强度大小对实际受灾面积、成灾面积的影响差异。本研究结果可为农业用水管理、抗旱应急措施制定、作物种植区划等提供理论支撑。研究中也存在一定不足，由于农田灌溉量数据不易获取，所以在计算作物水分亏缺指数时，并未考虑农田灌溉因素[25-26]，同时也未考虑土壤类型[27]、植被覆盖率[28]等影响因素。土壤类型决定了蓄水能力，季节性植被覆盖率在一定程度上也对地表蒸散、降水分布、干旱程度有影响。今后可以从以下2個方面进一步提高农业干旱特征分析的客观性，一是融合考虑更多影响干旱发生程度的因素，二是可以从干旱事件过程的角度，即不仅仅单纯统计干旱日数，而是从干旱持续时长的角度，剥离出持续不同时长的干旱事件，与历史实际干旱灾情相对照，以期寻找出不同干旱时长下的定量影响程度。
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（责任编辑：张震林）
