河南省干热风发生规律及其与小麦开花期的关系

2019-12-23李彤霄成林马青荣刘佳

湖北农业科学 2019年22期

李彤霄　成林　马青荣　刘佳

摘要：利用河南省30个农业气象观测站1990—2018年小麦生育期观测数据和同期气象资料，依据QX/T 82-2019确定近29年干热风发生时间和强度，利用数值分析法分析河南省干热风发生规律及其与小麦开花期的关系。结果表明，近29年河南省干热风年型呈先增加后减少趋势，干热风过程呈逐渐减少的趋势，其中干热风年型和干热风过程在2000—2009年发生站次最多。河南省干热风高发区域主要集中在河南省北部和中部区域，西部、西南部地区也有一些分布。2000—2009年发生年型增多的主要原因是重度干热风过程的增加，干热风发生面积的增加。干热风最早发生日期平均为儒略日第144天，近29年豫中大部、豫西、豫南局部发生日期有推迟的趋势，其他地区为提前的趋势;不同年代总体趋势呈从西向东、从南往东北延迟的趋势。开花期平均日期为儒略日第126天，近29年河南省冬小麦的开花期日期从北向南逐渐提前。河南省大部分地区干热风间隔天数以延长的趋势为主，且干热风首日变化趋势与开花期间隔时间的变化趋势极显著相关。开花期变化趋势与重干热风过程显著相关。

关键词：干热风;冬小麦;开花期;间隔天数

中图分类号：P49 文獻标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）22-0058-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.22.014 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Occurrence regularity of dry-hot wind and relationship with winter

wheat flowering period in Henan province

LI Tong-xiao1，2，CHENG Lin1，2，MA Qing-rong1，2，LIU Jia3

（1.Key Laboratory of Agrometeorological Safeguard and Applied Technique in Henan Province，China Meteorological Administration，

Zhengzhou 450003，China;2.Henan Institute of Meteorological Science，Zhengzhou 450003，China;3.Zhengzhou Meteorological Bureau，

Zhengzhou 450003，China）

Abstract： Based on the observation data of winter wheat from 1990 to 2018 and the meteorological data of 30 agrometeorological observation stations in Henan province， the occurrence time and intensity of dry-hot wind in the past 29 years were determined according to QX/T 82-2019， the occurrence law of dry-hot wind in Henan province and its relationship with winter wheat flowering period were analyzed by numerical analysis method. The results showed that the annual type of dry-hot wind in Henan province increased first and then decreased in the past 29 years， and the dry-hot wind process was a decreasing trend， and the annual types and processes of dry-hot wind were mainly occurred in 2000-2009. The high incidence area of dry-hot wind in Henan province is mainly concentrated in the northern and central regions of Henan province， and some parts in the western and southwestern. The main reasons for the increase of the annual type in 2000-2009 are the increasing of the heavy dry-hot wind process and the increase of the occurrence area of dry-hot wind. The earliest occurrence date of dry-hot air was on the 144th day of Julian day， and in recent 29 years there was a tendency to postpone the local occurrence dates of most parts of central Henan， western Henan and southern Henan， and the trend of other regions was in advance， and the overall trend in different years was delayed from west to east and from south to northeast. The average date of flowering period was the 126th days of Julian day， and the flowering date of winter wheat in Henan province was gradually advanced from north to south in the past 29 years. The number of days in most areas of Henan province was dominated by the trend of prolongation， and the earliest time change trend of dry-hot air was significantly correlated with the change trend of dry-hot air and flowering interval. The change trend of flowering period was significantly related to the process of heavy dry-hot wind.

Key words： dry-hot wind; winter wheat; flowering period; interval day

干热风是中国冬小麦常见的气象灾害之一，几乎每年干热风灾害都会对小麦生产造成一定的不利影响。20世纪80年代以来，国内一些专家学者对干热风进行了大量的研究，取得了丰硕的研究成果[1-7]。但是随着气候变化的影响和种植结构的调整[8-13]，干热风的发生规律也随之变化。陈怀亮等[14]对1967—1996年的河南省冬小麦干热风发生规律进行了研究，发现黄河以北大部、开封西南部和豫西为多发区、豫南和商丘东部等地是少发区，河南省的干热风日数主要呈“南少北多”空间分布特征;赵俊芳等[15]分析黄淮海地区1961—2010年冬小麦干热风时空演变规律发现河北省的北部和西北部、河南省的东南部一带等地干热风危害最轻，河北省南部、河南省西北部等地危害最重;杨霏云等[16]研究1961—2008年华北冬麦区的干热风风险区划，表明河南省東北部和中部偏北的局部地区干热风发生风险较高，而河南省南部和西部为低风险区。李香颜等[17]分析河南省1980—2014年的小麦开花灌浆后期的资料，表明干热风在全省范围内有减少趋势，而且河南省发生干热风灾害在地理位置上具有北部、中部、东部多，西部、南部少的分布特点。邬定荣等[18]对华北地区干热风发生时空分布特征进行了研究，得出华北大部分区域干热风日数呈明显递减的趋势;成林等[19]统计分析了河南省1961—2007年100多个站点冬小麦干热风灾害发生的程度和频率的变化，得出河南省冬小麦干热风呈整体减弱的趋势，主要原因是三要素中14：00风速明显减小。

上述研究分别从气象要素方面在时间和空间上表明了冬小麦干热风灾害影响的变化情况，但忽略了冬小麦本身的变化情况。有研究表明，近50年来，冬小麦的生育期也随着气候和品种因素的变化而发生了明显的变化[20-22]。但对干热风灾害的影响研究较少，考虑到河南省作为全国小麦生产第一大省，小麦种植面积、总产、单产和对国家的贡献均居全国首位。因此，研究河南省小麦干热风发生规律及其与小麦生育期的关系有着极其重要的意义。

选取河南省1990—2018年冬小麦生育期观测资料和同期气象资料，研究近29年小麦干热风发生规律及其与小麦开花期的关系，以期为干热风减灾防灾和粮食安全提供技术依据。

1 资料与方法

利用河南省30个农业气象观测站1990—2018年小麦生育期观测数据和同期气象资料，参考QX/T 82-2019[23]相关内容，确定近29年干热风发生时间和强度，进而利用数值分析法分析河南省干热风发生规律及其与小麦开花期的关系。

1.1 干热风判断标准

由于各观测站土壤水分数据相对较少，无法满足评级需要，故而参考QX/T 82-2019[23]相关内容，确定小麦干热风等级指标（表1）。

1.2 干热风首日判断依据

结合干热风天气过程和干热风年型内容，定义当地某年第一次干热风天气过程发生时的第一个干热风日为某年当地的干热风首日，即干热风最早发生日期。

1.3 小麦开花期确定

依据QX/T 299-2015[24]相关内容，定义观测地段冬小麦开花植株比例大于或等于50%为冬小麦开花期。

1.4 观测站点

观测站点选取河南省境内的30个农业气象观测站，根据其空间分布，可以分为豫北、豫中、豫东、豫西、豫西南、豫南6个地区，其具体分布见图1。

2 结果与分析

2.1 河南省冬小麦干热风时空分布情况

2.1.1 河南省干热风年型发生情况对河南省30个农业气象观测站进行干热风年型统计（图2）发现，近29年河南省干热风年型发生台站呈先增加后减少的趋势，轻干热风年型年发生台站数较多，重干热风年型年发生台站数较少，其中2000—2009年为干热风高发期，轻、重干热风年型年发生台站数均在这期间达到最大。2000年河南省干热风发生最为严重，轻干热风年型年发生台站最多，有21个站，占30个农业气象观测站的70%。其次是2007年，有11个台站发生轻干热风年型，2个台站发生重干热风年型，占重干热风年型发生站点的40%。2000年以前轻干热风年型发生台站比2007年以后发生的台站要多，但重干热风年型发生台站小于2007年以后发生的。

2.1.2 河南省干热风年型时空分布情况 1990—2018年全省共发生干热风年型128站次，其中轻度干热风年型共120站次，重度干热风年型共8站次。通过1990—2018年河南省冬小麦干热风发生年型分布（图3）可以看到，近29年河南省绝大多数地方都有干热风年型发生，发生年数在1～7年。干热风年型高发地区主要集中在豫中地区和豫西局部，豫东地区有零星分布。豫东北、豫东、豫南和豫西大部发生次数较低。

分析河南省冬小麦年型年代次数可以发现，河南省干热风年型主要集中发生在2000—2009年，发生次数达到81站次，1990—1999年和2010—2018年较少，分别为26站次和21站次，其中重干热风年型相差不大，为2～3站次。

2.1.3 河南省干热风过程发生情况对河南省30个农业气象观测站进行干热风过程统计（图4）发现，近29年河南省干热风过程总发生站次总体呈逐渐减少的趋势，平均每10年减少0.67站次，其中，1990—1999年和2000—2009年变化不明显。轻干热风过程发生站次也呈逐渐减少的趋势，1990—1999年轻干热风过程年发生站次较多，但发生年较少，2000—2009年、2010—2018年轻干热风过程年发生站次较少，且整体相差不大，但发生年较多。重干热风过程发生站次主要集中发生在2000—2009年，平均每年为5站次，其次为1990—1999年，2010—2018年发生较少。这与赵俊芳等[15]的研究结果较为一致。

2.1.4 河南省干热风过程时空分布情况分析1990—2018年河南省干热风过程时空分布情况（表2）发现，豫北和豫中地区是河南省干热风过程发生的主要区域，近29年干热风过程发生站次在68站次以上，其次为豫南和豫西，豫东和豫西南发生站次略少，在40站次以下。轻干热风过程发生站次与总干热风过程站次相似，豫北和豫中地区最多，豫东和豫西南最少。重干热风过程发生站次以豫中和豫南的站次最多，豫东和豫西南较少。从年代发生站次上来看，发生站次多集中在2000—2009年。轻干热风过程发生站次变化较为明显，豫北、豫东有逐渐增加趋势，豫南为先不变后增加的趋势，豫西、豫中有逐渐减少趋势，豫西南呈先增后减的趋势。重干热风过程发生站次主要发生在2000—2009年，其他时期很少，仅发生1～2次，2010年以后仅发生在豫东和豫西南区域。

从河南省冬小麦干热风过程年代次数分布（图5）可以看到，河南省干热风过程高发区域（4站次以上区域）呈现从西部向北部逆时针扩散的趋势，1990—1999年主要集中在河南省西部和中部的局部地区，2000—2009年主要集中在河南省西南部、西部和正中部的带状区域，2010—2018年相对较小，主要集中在河南省北部的局部地区。轻度站次分布与总的年代次数略有相似，但2000—2009年的轻度干热风过程高发区主要集中在西部和北部部分地区。重度站次分布主要以2000—2009年为主，除豫南、豫北大部和豫东局部区域外广泛分布，其他时期没有分布或分布较少。由此可见，2000—2009年为河南省干热风发生过程集中发生的时期。

2.2 河南省干热风始发日期

从1990—2018年河南省干热风最早发生日期情况（图6）来看，干热风最早发生日期在儒略历第125天，最晚为第151天。全省平均为儒略历第144天，近29年有逐渐推迟的趋势，平均每10年推迟0.97 d。从空间分布情况来看，干热风最早发生日期主要集中在儒略历第134天至第150天，呈从西向东、从南往东北推迟的趋势。从干热风最早发生日期趋势空间分布（图7）来看，河南省除南部、西部和中部部分地区外，大部分地区有提前的趋势，豫南、豫西和豫中的地区有延长的趋势。

2.3 河南省冬小麦开花期时空分布情况

2.3.1 河南省冬小麦开花期年际变化情况 1990—2018年河南省冬小麦的开花期平均在儒略日第116天，近29年呈逐渐提前的趋势，平均每10年提前2.11 d（图8）。2000年以后开花期提前较为明显，平均儒略日从2000年以前的第119天提前到第114天。虽然2000年以后略有波动，但总体较为稳定。

2.3.2 河南省冬小麦开花期空间变化情况从1990—2018年河南省区域冬小麦的开花期儒略日平均日期（表3）可以看到，河南省冬小麦的开花期日期从北向南逐渐提前。各区域的变化趋势较为一致，2000—2009年相比1990—1999年为提前趋势，且较为明显，2010—2018年相比2000—2009年为推迟趋势，但趋势不明显。从北向南，这种变化趋势逐渐显著。其中，豫西南变化较为明显，2000—2009年平均提前了7 d，2010—2018年平均推迟了3 d。豫北变化不明显，2000—2009年平均提前了3 d，2010—2018年平均推迟了1 d。

2.4 河南省间隔天数发生情况

有研究表明干热风一般发生在冬小麦生育后期，对冬小麦的灌浆危害较为严重[25]。因此需要分析干热风首日与小麦开花期间隔时间。统计表明，干热风首日与小麦开花期间隔时间大部分在25～35 d。豫北、豫西的间隔时间相对较短，在25 d左右。其他大部分地区在30 d以上。

对比3个时期的分布（图9）可以发现，1990—1999年影响较早，仅豫西南和豫东部分地区在30 d以上，2000—2009年影响较广，除豫北、豫西大部和豫东局部外，全省大部分地区在30 d以上，2010—2018年主要集中在豫中大部、豫北、豫东、豫南局部地区。

分析干热风首日与开花期间隔天数趋势（图10）发现，河南省大部分地区间隔天数以延长的趋势为主，但轻干热风间隔天数与重干热风间隔天数略有不同。从轻干热风间隔天数趋势（图10a）可以看出，豫西大部和豫北北部地区间隔天数有缩短的趋势，其他大部分地区为延长的趋势。从重干热风间隔天数趋势（图10b）可以看出，豫东、豫南局部和豫中、豫西、豫西南部分地区间隔天数有缩短的趋势，其他大部分地区为延长的趋势。

2.5 开花期日期与干热风的关系

分析开花期日期、开花期变化趋势和干热风首日变化趋势以及干热风发生次数的相关性发现，开花期變化趋势与重干热风过程相关（P=0.435），说明开花期的推迟会增加重干热风过程发生次数，主要与开花期后气温逐渐升高有关，推迟的越晚，干热风发生时气温越高;干热风首日变化趋势与开花期间隔时间的变化趋势显著相关（P=0.777），主要是由于除去个别极值年份，河南省干热风首日全省平均总体变化趋势不大，日期较为接近的缘故。其他要素之间的相关性较差，没有通过0.05的显著性检验。

3 小结与讨论

1）近29年河南省干热风年型呈先增加后减少趋势，干热风过程呈逐渐减少的趋势，其中干热风年型和过程在2000—2009年发生站次最多。河南省干热风高发区域主要集中在河南省北部和中部区域，西部、西南部地区也有一些分布。

2）河南省冬小麦干热风的年型和过程主要以轻度干热风为主。重度干热风的变化趋势会对河南省冬小麦干热风的变化趋势产生一定影响。近29年河南省重度干热风发生区域呈西向东北变化的趋势，对北部地区冬小麦的生产较为不利。2000—2009年发生年型增多的主要原因是重度干热风过程的增加和干热风发生面积的增加。

3）从干热风首日趋势来看，豫中大部、豫西、豫南局部有推迟的趋势，其他地区为提前的趋势，豫北、豫东较为明显。从不同年代的发生趋势来看，河南省干热风首日的总体趋势呈从西向东、从南往东北延迟的趋势。河南省大部分地区有提前的趋势。

4）从1990—2018年河南省区域冬小麦的开花期儒略日平均日期中可以看到，河南省冬小麦的开花期日期从北向南逐渐提前。其中，豫西南变化比较明显。

5）从间隔天数分布来看，间隔天数较大的区域主要集中在豫中北部及周边地区。分析干热风首日与开花期间隔天数趋势发现，河南省大部分地区间隔天数以延长的趋势为主。从干热风最早发生日期趋势来看，主要是提前的趋势，开花期儒略日平均日期也是提前的趋势，但由于开花期儒略日提前趋势小于干热风首日、干热风间隔时间延长的趋势，干热风一般发生在冬小麦生育后期，对冬小麦的灌浆危害较为严重。延长趋势越长，对冬小麦产量形成较为不利，不利形势有逐渐增大的趋势。

6）开花期变化趋势与重干热风过程相关（P=0.435），说明开花期的推迟会增加重干热风过程发生次数;干热风首日变化趋势与开花期间隔时间的变化趋势显著相关（P=0.777），主要是由于河南省干热风首日全省平均总体变化趋势不大，日期较为接近的缘故。

7）气候变化和作物品种变化带来的冬小麦生育期变化是干热风影响程度变化的主要原因。选择抗干热风品种、调整播期和花期，对合理的规避干热风灾害风险有十分重要的意义。

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