基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱响应模拟研究.pdf

分类号 P49 密级UDC _专业学位硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱 响应模拟研究专业学位名称 工程硕士（水利工程领域）基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱响应模拟研究 摘要广西虽然总体上降雨量丰沛，但季节分配很不均衡，加之丘陵旱坡土壤 保水能力差，水利设施不完善，每年都出现不同程度的旱灾，其中夏秋干旱 的危害最大。针对此问题，本论文主要开展以下研究工作：基于气象观测站点、卫星、农业旱灾统计等数据，研究了广西地区气候 特征、农业干旱损失变化特征、气象干旱综合特征和农业干旱综合特征。在 此基础上，分析了降水和气温对农业干旱损失的影响、气象干旱对农业干旱 的响应滞后特征，结果表明降水的变化对广西的农业干旱造成了显著影响。利用南宁、崇左、来宾、河池站点田间甘蔗生长试验数据对AquaCrop 模型作物参数进行调试和校准，实测值和模拟值一致性较好，表明模型在研 究地区有较好的模拟能力，进而初步实现AquaCrop模型参数的本地化。同时，基于校准后的AquaCrop模型对南宁、崇左、来宾、河池四个站 点开展不同降水量下、各季节不同受旱强度下甘蔗生长发育过程的模拟，比 较不同水分胁迫对甘蔗冠层生长过程、蒸腾作用、生物量和产量造成的影响。结果表明总体上降水越少，甘蔗冠层生长和蒸腾速率受限越大，产量减产越 多，而且秋旱对甘蔗生长和减产影响最为严重，其次为夏旱；当降水量低于 850mm时，河池站点甘蔗产量对水分的敏感性最强，崇左最弱。此外，基于参数化的AquaCrop模型，对崇左地区的干旱典型年（2011 年）及特旱典型年（2010年）进行不同的灌溉情境下甘蔗冠层覆盖度、蒸 腾速率、生物量、产量、水分生产效率的模拟，结果表明科学合理的灌溉措 施对甘蔗旱灾有非常大的缓解作用，其中T2、T11灌溉处理分别是干旱和 特旱典型年的最佳高效节水灌溉措施。关键字：甘蔗AquaCrop模型水分亏缺干旱响应模拟SIMULATION STUDY ON DROUGHT RESPONSE OF SUGARCANE IN GUANGXI BASED ON AQUACROP MODELABSTRACTIn Guang x i,t he rainfall is ab undant,b ut t he seasonal dist rib ut ion is very uneven.In addit ion,t he soil wat er ret ent ion capacit y of t he hilly and dry slope is poor,and t he wat er conservancy facilit ies are imperfect.Therefore,different deg rees of droug ht occur every year.Among t hem,t he droug ht in summer and aut umn is t he most harmful.In response t o t his prob lem,t his paper mainly carries out t he following research works:Based on met eorolog ical ob servat ion st at ions,sat ellit es,ag ricult ural droug ht st at ist ics and ot her dat a,t he charact erist ics of climat e,t he charact erist ics of ag ricult ural droug ht loss,t he comprehensive charact erist ics of met eorolog ical droug ht and t he comprehensive charact erist ics of ag ricult ural droug ht were st udied in Guang x i.On t his b asis,t he effect s of precipit at ion and t emperat ure on ag ricult ural droug ht loss and t he response lag charact erist ics of met eorolog ical droug ht t o ag ricult ural droug ht were analyzed.The result s show t hat precipit at ion chang es have a sig nificant impact on ag ricult ural droug ht in Guang x i.Using t he field sug arcane g rowt h t est dat a of Nanning,Chong zuo,Laib in and Hechi sit es,t he paramet ers of AquaCrop model were deb ug g ed and calib rat ed.The measured values and simulat ed values were in g ood ag reement,indicat ing t hat t he model has g ood simulat ion ab ilit y in t he st udy area.Furt hermore,t he localizat ion of AquaCrop model paramet ers is init ially realized.inAt t he same t ime,b ased on t he calib rat ed AquaCrop model,t he g rowt h and development of sug arcane under different rainfall and different droug ht int ensit y in different seasons at Nanning,Chong zuo,Laib in and Hechi were simulat ed,and t he effect s of different wat er st ress on cane g rowt h,t ranspirat ion,b iomass and yield of cane were compared.The result s show t hat,in g eneral,t he less precipit at ion,t he g reat er t he limit of sug arcane canopy g rowt h and t ranspirat ion rat e,t he more yield reduct ion,and t he aut umn droug ht had t he most serious impact on sug arcane g rowt h and yield reduct ion,followed b y summer droug ht.When t he precipit at ion is less t han 850mm,t he sug arcane yield at Hechi sit e is t he most sensit ive t o wat er,and t he Chong zuo sit e is t he weakest.In addit ion,b ased on t he paramet erized AquaCrop model,t he canopy coverag e,t ranspirat ion rat e,b iomass,yield,and wat er product ion efficiency of sug arcane under different irrig at ion scenarios were simulat ed for t he t ypical droug ht year(2011)and t he t ypical ex t reme droug ht year(2010)in Chong zuo.The result s show t hat scient ific and reasonab le irrig at ion measures have a g reat mit ig at ion effect on sug arcane droug ht,and T2 and Til irrig at ion t reat ment are t he b est hig h-efficiency wat er-saving irrig at ion measures for t ypical year of droug ht and ex t reme droug ht.KEY WORDS:Sugarcane；AquaCrop model；Water deficit；Drought response simulationIV目录摘要.IABSTRACT.Ill第一章绪论.11.1 研究背景与意义.11.1.1 研究背景.11.1.2 研究意义.41.2 国内外研究进展.51.2.1 作物模型研究进展.51.2.2 AquaCrop 模型研究进展.71.3 主要研究内容.101.4 研究创新及新颖之处.111.5 研究区域概况.121.6 技术路线图.13第二章广西甘蔗的气象、农业干旱响应特征.152.1 广西甘蔗种植区分布概况.152.2 广西气候特征与农业旱灾损失的关系.16221广西气候变化特征.162.2.2农业干旱灾害损失变化特征.17223农业干旱灾害与气温和降水的相关性.182.3 广西气象干旱的时空演变特征分析.21231气象干旱评价指数.212.3.2 广西气象干旱频率.232.3.3 广西气象干旱范围.262.3.4 广西气象干旱强度.282.4 广西农业干旱强度等级时空分布特征.30241农业干旱评价指数和评价指标.302.4.2 广西农业干旱强度时间特征分析.312.4.3 广西农业干旱空间特征分析.342.5 广西气象干旱与农业干旱的相关性及时滞分析.372.6 本章小结.38第三章AquaCrop模型敏感性分析与参数校准.403.1 AquaCrop 模型原理及步骤.403.1.1 AquaCrop 模型基本原理.403.L2AquaCrop模型计算步骤及公式.403.2 AquaCrop模型的输入数据及参数.443.2.1 田间试验数据来源.443.2.2 AquaCrop模型的输入数据及参数.463.3 AquaCrop模型数据库的建立及输出.463.3.1 气象数据库的建立.463.3.2 作物数据库的建立.47333 土壤数据库的建立.483.3.4 管理数据库的建立.493.3.5 AquaCrop 模型 的输出.493.4 AquaCrop 模型敏感性分析.503.5 AquaCrop 模型参数校准.513.6 甘蔗产量模拟结果.533.7 本章小结.57第四章 广西雨养甘蔗的干旱响应模拟研究.594.1 甘蔗需水特性.594.2 不同降水量水平对甘蔗的影响.604.2.1 不同降水量情景设置.604.2.2 结果与分析.644.3 季节干旱对甘蔗的影响.7243.1不同季节干旱情景设置.73432结果与分析.744.4本章小结.82第五章灌溉条件下广西甘蔗的干旱模拟研究.845.1 模拟站点的选取.845.2 典型年选取.845.3 灌溉情景设置.865.4 不同灌溉方式对甘蔗蒸腾的影响.885.4.1 干旱典型年下的甘蔗灌溉蒸腾模拟.885.4.2 特旱典型年下的甘蔗灌溉蒸腾模拟.895.5 不同灌溉方式对甘蔗冠层覆盖率的影响.915.5.1 干旱典型年下的甘蔗灌溉冠层模拟.915.5.2 特早典型年下的甘蔗灌溉冠层模拟.925.6 不同灌溉方式对甘蔗生产力的影响.935.6.1 干旱典型年下的甘蔗灌溉生产力模拟.935.6.2 特旱典型年下的甘蔗灌溉生产力模拟.965.7 不同干旱典型年的最佳灌溉制度.995.7.1 干旱典型年的最佳灌溉制度.1005.7.2 特旱典型年的最佳灌溉制度.1005.8 本章小结.100第六章结论与展望.1026.1 主要研究结论.1026.2 展望.103参考文献.105攻读硕士学位期间发表论文情况.112致谢.113广西大学工程硕士学位论文 基于AquaCrop棋燮的广西甘蔗干旱响应模拟研究第一章绪论1.1 研究背景与意义1.1.1 研究背景(1)全球气候变暖，区域农业干旱加剧，旱灾研究成为热点IPCC(2013)的全球气候变化报告表明，全球气候变暖已成常态，全球气候变暖导 致了全球众多地区的干旱及旱灾等极端气候事件的频率和强度均呈显著增加趋势口-%而中国是世界上干旱灾害最为频繁和严重的少数国家之一。干旱及旱灾的影响是多方 面的，但其对农业系统的影响最为明显也最为直接，研究资料显示，全球气象灾害造成 的经济损失约占所有自然灾害损失的85%网，而旱灾所造成的农业损失约相当于各种气 象灾害损失总和的60%网。综上所述，全球变暖背景下如何应对和减缓干旱及其影响已 成为亟待解决的重大科学问题5 34，而农业关乎国家粮食安全和社会稳定，同时农 业又是受气候和天气制约最大的领域，因此农业干旱研究亦成为各国政府和学者共同 关注的焦点问题。(2)广西农业干旱频发且抗旱能力弱，旱灾损失巨大，相关研究匮乏中国总体上干旱呈加剧趋势，但在不同地区频率特征差异显著Hz%近年来，我国 北方干旱依然严峻，而南方干旱呈明显增加和加重趋势口3-均。特别是近年来我国南方湿 润地区干旱频发，如2009-2010年西南大范围遭受秋冬春连续干旱，引起了人们的普遍 关注617,其中广西受灾人口达324.5万人，农作物受灾107.98万hn?,直接经济损失 33.16亿元闾。广西作为农业大省，其农业旱灾频繁且损失严重，究其根源主要表现为：广西地理位置决定了其气候变化下的农业干旱形成机制复杂口叫季节性洪旱交替特征 显著，且气候变化(如气温、降水)对该区农业粮食产量影响比周边其他省份都更为显 著【2。】；广西山区众多，虽然水资源丰富但季节差异悬殊，水资源利用率极低，处于全 国31个省(除台湾)中倒数第二位Pl；广西水利工程建设落后，水资源配置极不协 调【221,许多部门水资源供需缺口很大31；广西岩溶发育，土壤持水能力差，且水土资 源系统脆弱【2旬；文献检索表明：广西干旱灾害方面的研究，主要集中在干旱识别与成 因口*25-28、干旱指数应用【29叫、干旱监测与分布特征因明、模糊与风险评价96叫等方面，而在可直接指导抗旱方案的旱灾风险管理方面的研究成果相对缺乏。1广西大学工程硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱响应模拟研究（3）广西甘蔗以山区雨养种植为主，亟待研究成果支撑抗旱减灾广西地处中、南亚热带季风区，气候温暖，热量充足，雨水充沛，是中国乃至世界 宜甘蔗种植、蔗糖生产最具优势的地区之一。广西已成为我国甘蔗种植的最大地区，由 表1-1可知，近年来，广西地区甘蔗产量均在7000万吨以上，在2008、2013年超过8000 万吨，甘蔗产量全国占比均超过60%；此外，广西地区近年来甘蔗种植面积保持在1000 公顷左右，全国占比保持在60%以上，并在2010、2011年达到历史高峰，在自治区内，其种植面积仅次于水稻，是广西最重要经济作物之一。全区约有2000多万人从事甘蔗 生产或与甘蔗相关的产业，糖业税收已经成为广西地方财政收入的重要来源，很多甘蔗 主产县市的蔗糖业税收已经占当地财政收入40%以上，有些县市甚至超过了 60%o全区 蔗糖业从事人员约占全区人口 30%,全区有21个县的一半财政收入来自蔗糖业，有36 个贫困县靠糖料蔗种植解决温饱问题ML广西甘蔗种植面积虽然大，但主要分布在桂中、桂西北、桂西南等山区】，地块破 碎且地势高，山区河流水资源无法有效利用，致使90%的种植面积基本无灌溉条件，以 雨养为主HR。2011-2013年，全区总投入超过6亿元开展高效灌溉工程建设，使甘蔗高 效节水灌溉新增面积45万亩，使全区甘蔗总有效灌溉面积达到160万亩，但这仅占总表1-1广西近十年甘蔗种植及产量情况Tab.1-1 Guang x i sug ar cane cult ivat ion and out put in nearly a decade年份种植面积（公顷）全国占比（%）产量（万吨）全国占比（%）2006838.660.86376.465.7200710123763.87737.4768.520081090.0762.58215.5866.220091060.1262.57509.446520101069.2863.47119.6264.320111091.663.47269.9663.520121128.0262.97829.7163.620131125.0961.98104.2663.220141081.5461.47952.5763.32015973.7460.97504.9264.22广西大学工程硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱响应模拟研究图1-1广西甘蔗需水量与播种面积变化4。Fig.1-1 Guang x i sug ar cane wat er demand and sown area chang e curved。种植面积比例的IO%1,叫广西虽然总体上降雨量丰沛，但季节分配很不均衡，加之丘陵 旱坡土壤保水能力差，水利设施不完善，每年都出现不同程度的旱害，其中夏秋干旱的 危害最大，干旱造成的减产是影响甘蔗产量的主要障碍之一43】。此外，甘蔗是高耗水的 高秆作物，伴随着近些年其种植面积的增大，相应的需水量更是成倍增加(如图1-1),且不同生育期对水分的敏感程度有很大的不同【砌。苗期、分薨期需水量不多，但耐旱能 力差；生长期生长速率快，茎叶粗大，叶面蒸腾量大，需水量较多；成熟期开始由生长 转向糖分积累，生长速度逐渐减慢，需水量慢慢减少4纥遗憾的是，目前对于甘蔗干旱 响应调节过程的机理知之甚少制。&(4)甘蔗对水分亏缺的响应机制是关键，AquaCrop模型成为为首选技术工具农业干旱是由于长时间降水异常短缺、土壤水分不能满足农作物水分需求，致使农 作物正常生长受到胁迫，进而产生作物生物量和产量减少的现象45.，其影响因素通常 包括气象、水文、土壤、农作物生理及田间管理等多个方面4叫然而目前关于农业干旱 的研究主要集中在干旱评估、干旱监测与预测、干旱风险评估等方面，总体上尚停留在 现象分析层面，缺乏对农业干旱形成的驱动因素、驱动机制及形成过程的系统分析1484叫 因此，要摸清农业干旱整个形成过程及其对作物产量、生物量的影响，必须以作物水分 代谢过程为基础，考虑土壤-作物-大气连续体整个系统中水分亏缺对作物生长胁迫作用 的物理机制，现有的仅考虑单个或几个因素的传统分析方法在此已不能胜任48,5。作物 生长模型作为一种具有物理基础的系统分析方法，综合了气候、土壤、水分、作物生理 等诸多因素，能揭示农业系统和气候因子的相互作用-5巩可对作物生长、生物量与产 量对水分亏缺的响应机制进行综合数值模拟国正是解决上述问题最有效的工具。农业 3广西大学工程硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱响应模拟研究干旱过程中，作物生长期受到当地雨量或灌溉条件的明显限制，出现水分亏缺，此时水 分就成为决定作物产量的主控因子，以雨养种植为主的广西甘蔗作物尤其如此。在众多 作物生长模型中，AquaCrop模型正是由水分因子驱动的，该模型是由FAO于2009年 新发布的专门应用于农业干旱问题的作物生长模型，最适合于模拟、预测作物产量与生 物量对水分亏缺的响应机制四-55】。1.1.2 研究意义(1)理论层面，进一步完善旱灾机制的模拟研究干旱一直以来因其形成机制的复杂性、影响因素多样性不仅成为科研工作者研究的 热点问题，还是学者们难以攻克之地。本文应用AquaCrop模型对广西地区甘蔗的生长 发育及产量形成进行模拟，进而开展甘蔗响应水分亏缺的干旱机制模拟，定量化分析不 同水分胁迫情景下甘蔗旱灾强度情况。本研究成果不仅完善了对广西地区甘蔗旱灾机制 的模拟研究，还为广西地区未来甘蔗旱灾的风险管理提供了理论指导，同时也对在本地 区开展其他作物旱灾机制的模拟研究提供了重要参考。(2)方法层面，验证AquaCrop模型在本地区的适用性AquaC2P模型是2009年联合国粮农组织(FAO)发布的作物生长模型，自发布以 来研究范围越来越广泛，研究领域也日渐增多，但在我国尚处于起步阶段，虽已有学者 验证了 AquaCrop模型在华北平原MSI松嫩平原河、晋中盆地等地区的适用性，但 还有诸多地区的适用性还未进行参数校正与模型验证，广西地区就是其一，同时国内外 应用AquaCrop模型对甘蔗生长发育及产量形成的模拟研究非常之少。因此，在广西岩 溶地区验证AquaCrop模型对甘蔗的适用性能为该模型中提供甘蔗的参考作物参数，对 模型本地化及广西旱灾机制模拟均具有极大意义与需求。(3)实践层面，为区域农业干旱应对提供支撑在全球气候变暖的大背景下，区域农业干旱问题日渐严重，成为国家及社会解决民 生问题一个很重要的方面。广西作为我国第一大蔗糖产量省份，发展甘蔗产业涉及广西 千千万万农民的切身利益，是农民脱贫致富的重要途径，是农民增收的重要来源HO】。因 此，开展广西甘蔗干旱响应机理研究是针对广西地区甘蔗抗旱减灾工作迫切需要而亟待 开展的重要研究课题，极具现实意义。而本研究成果不仅有助于农民执行更合理的灌溉 管理方式，还能为政府部门制定更全面完善的现代农业制度提供支撑。4广西大学工程硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱响应模拟研究1.2 国内外研究进展1.2.1 作物模型研究进展作物模型全称为作物生长模型（Crop Growt h Simulat ion model）。作物生长模型与作 物生长模拟技术作为近半个世纪来农业数量研究的一个新的方向，是当今世界最为活跃 的农业前沿性研究领域之一6瞑作物模型是一种以作物生理和生态过程为基础，借助于 计算机编程手段和数学计算原理，对作物的生长发育和生物量、产量的形成过程及其环 境影响因子进行的动态模拟过程6。】。作物模型与传统的反映因果关系的统计回归模型有 显著差别，它不仅具有动态性、机制性与预测性，更重要的是它具有通用性，适用于不 同地区、时间和作物品种】。作物模型作为现代农业灌溉发展的有力工具，不仅对作物 产量预测及作物管理决策提供依据【62与】，而且对现代农业政策制定提供了理论基础。作物生长模型的研究起源于国外，最早可追索到20世纪60年代，徉随着系统科学 和计算机技术的发展，至今已经历了模型研制（20世纪6070年代）、模型开发校验（20 世纪8090年代）、模型综合应用（20世纪90年代以后）6。国画的历程。目前，农业生 态系统模型注册库CAMASE中已经收录了 200多个模型，其中国际上应用较广泛的作 物生长模型主要有66荷兰的Wag ening en系列、美国的DSSAT、EPIC、AquaCrop以及 澳大利亚的APSIM等。以上这些模型均为各国家针对自身实际需求而开发，各自具有 不同的特点、优点和缺点，对比见表1-2。作物模型的研究在国内起步较晚，但是通过学习和借鉴国外作物模型研究之后，获 得了显著且快速的发展。1982年，高亮之网等开发了模拟苜蓿生产的农业气象计算机模 型（ALFAMOD）,标志着我国作物模拟研究的起点。随后，高亮之等网】以播种、纬度和 温度为因子建立了水稻温光模型，之后又提出了可以模拟水稻遗传特性的水稻钟模型（RCSODS）网及小麦栽培模拟优化决策系统（WCSODS）。经过多年的发展，国内 又开发了小麦生长模拟与管理决策支持系统（GMDSSWMW）Him、油菜管理决策支持 系统（GMDSSRSM）四、水稻生长日历模拟模型（RICAM）1现、蔬菜精准施肥温室作 物模拟系统751等作物模型。另外，在作物模型应用方面，黄耀76等在提出的茎窠增长的 动态模型的基础上，考虑不同作物品种、不同土壤性质和不同的栽培条件之后，进行水 稻茎藁消长的动态模拟。张宇7刀等通过对冬小麦生长发育和环境关系的机理研究，建立 5广西大学工程硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘蔗干率响应模拟研究模拟冬小麦发育阶段和各器官生物量变化的动态模式，结果表明，该模式在一定程度上 再现了冬小麦生长发育过程中各部分生物量的动态变化。表1-2各国模型优缺点对比6旬Tab.1-2 Comparison of advant ag es and disadvant ag es of each modem66模型名称各个模型特点优点缺点荷SUCROS WOFOST ORYZA INTERCOM SWAPLINTULDeWit第一个概要模型 应用最为广泛的产量预测模型 系列水稻模型动态模拟作物和杂草竞争 动态模拟水盐运移和热量传输基于LUE的概化模型解释性、机理性、通用 性强；整个Wageningen 系列模型较为系统，提 供了模拟作物产量、土 壤水分与养分的多种模 拟方法，在模拟作物潜 在产量方面较为精确对土壤水肥及有机 质动态模拟精度不 够：模型参数较多 且难以获取：就单 个作物生理过程的 关注来说，对整个 耕作制度以及农业 生态系统关注不足美 国DSSAT CropSyst EPIC ALMANAC CENTURYAquaCropRZWQM多作物特大决策支持软件 参数较为简单，模拟结果精确 土壤侵蚀对产量及生产力影响 可模拟自然植被生长发育过程 动态模拟土壤有机质变化 基于可用水资源量计算潜在产 量根区水肥及农药污染物运移动 态实用性、可操作性和针 对性较强；各研发单位 独立研发，提供多种模 拟思路，从作物生理、土壤水肥动态、土壤有 机质、土壤侵蚀等多方 面模拟环境因子对作物 生长影响各模型基本假设不 同、模拟精度不 同、参数繁简不 一、侧重点不同，难以综合利用澳 大 利 亚APSIM以土壤特性变化为模拟中心“拔/插”功能使得模型 能够模拟作物轮作、问 作等栽培模式下产量变 化以及对土壤的影响；可通过选用不同模块对 比不同模拟方法的优 劣：提供基础平台，用 户可以自己配置模型模型参数注释还存 在欠缺，影响模型 的进一步发展以及 用户对模型的改 进；各模块的模拟 精度和机理性有待 提高在上述众多作物生长模型中，AquaCrop模型正是由水分因子驱动的，该模型是由 FAO于2009年新发布的专门应用于农业干旱问题的作物生长模型，其实现了作物蒸散 与土壤蒸发的有效分离，最适合于模拟、预测作物产量与生物量对水分亏缺的响应机制 54-5叫 其模型计算流程如图2。与其它模型相比，AquaCrop模型具有输入参数较少，适用的作物种类多等优点，集简单性、准确性及可靠性于一体78。针对以雨养种植为主 的广西甘蔗作物，干旱期水分亏缺恰是影响其产量的最主要因素，结合AquaCrop模型 特点，易知该作物模型正是开展甘蔗作物产量与生物量对干旱水分亏缺响应机制研究的 首选。6广西大学工程硕士学位论文 墓于AquaCrop棋型的广西甘蔗干旱响应模拟研究经过多方比较，本文选取以水分为驱动因子的AquaCrop模型开展广西甘蔗旱灾的 模拟研究，值得一提的是，虽然也有针对甘蔗作物开发且应用较为广泛的生长模拟模型 如澳大利亚的APSIM-Sug arcane AUSCANE、OCANE和南非的CANEGRO模型等 81,但上述模型模拟的主控因子并非水分，而是土壤理化特性或氮素等营养物质等要素,这与本课题开展的农业干旱问题中水分为主控因子的研究不符，故未选择这几个模型开 展本项目的研究。作物蒸腾量T.=K,Ke ETqA标准化的 水分生产率b.气孔关闭生物量收获指数0 5 0 518 6 32 I 1 I降水量 气候值 线性(降水量)1100-11_111-1_1-1_1_1_11_1-1_1_111960 1974 1988 2002 2016年份1620-1-1111-11-1-1111111-1-11111960 1974 1988 2002 2016年份A广西大学工程硕士学位论文基于 AquaCrop模型的广西甘廉干旱响应模拟研究1200!11 1 1 L l-11：1_-；_1 111_jI960 1974 1988 2002 201673.1960 19741988 2002 2016年份年份图2-2 1960-2016年广西年降水量(A)、平均气温(B)、日照时数(C)、平均湿度(D)变化 Fig.2-2 Annual precipit at ion(A),annual averag e t emperat ure(B),annual sunshine hours(C),annual averag e humidit y(D)chang es in Guang x i from 1960 t o 20162.2.2 农业干旱灾害损失变化特征本文采用农业干旱灾害风险指数一一综合损失率乙，来表征区域发生农业干旱的程 度和风险程度。具体公式如下：IA=J3x90%+(72-Z3)x50%4-(71-Z2)x20%(2-1)人=(/4)x100%(2-2)4=(2/4)x100%(2-3)73=(D3/J)x100%(2-4)式中，4、4、，3为区域农业干旱受灾率（）、成灾率（）、绝灾率（），口、2、。3为区域农业干旱受灾面积、成灾面积、绝灾面积（hn?）,4为区域农作物种植 面积（hn?）,乙为区域农业干旱综合损失率（）。1960年2016年广西地区农业旱灾 受灾面积、成灾面积、绝灾面积数据和广西地区农作物种植面积数据均来源于中国农业 农村部种植业管理司（ht t p:/www.zzys.moa.g 年来广西地区农业干旱受灾率呈现下降趋势，以每10年0.92%的速度下降，而成灾率 总体呈上升趋势，但上升趋势不明显，以每10年0.046%的速度上升，绝灾率呈现上升 趋势，以每10年0.051%的速度上升。19602016年广西地区多年平均农业干旱受灾率、17广西大学工程硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱响应模拟研究成灾率、绝灾率分别为9.39%、4.07%、0.6%,均明显低于全国平均值(全国平均农业干 旱灾率、成灾率、绝灾率分别为15.0%、8.1%、1.7%)。I9602016年广西地区农业干旱 综合损失率呈下降趋势，多年平均值为3.70%,低于全国平均值(5.4%)口引。广西综合 损失率呈下降趋势，并以每年0.05%的趋势下降，而全国综合损失率呈增大趋势，说明 近50多年广西地区农业的干旱灾害呈减弱趋势，而同时期全国的农业干旱灾害呈加剧 的趋势，广西地区农业受干旱影响的范围、强度均有一定的减弱。20世纪60年代初、70年代末、80年代末、90年代末、21世纪初农业干旱综合损失率呈偏大态势。45 30 36-I 24-图2-3 I9602016年广西农业干旱受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率变化Fig.2-3 Chang es in ag ricult ural droug ht rat e,disast er rat e,disast er rat e and comprehensiveloss rat e in Guang x i from 1960 t o 20162.2.3 农业干旱灾害与气温和降水的相关性降水与气温是是影响农业生产的最重要的气候因子，两者的异常变化也将可能导致 严重的农业旱灾发生，故常常认为农业旱灾在很大程度上是由降水和气温这两个因素共 同决定的。本文通过计算农业干旱综合损失度与广西地区的降水和气温的相关系数，进 一步分析降水和气温这两个气候因子对广西地区农业干旱的影响程度。图2-4为I9602016年广西农业干旱受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率与年平18广西大学工程硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘蔗干旱响应模拟研究均气温的关系，由图可知，广西农业干旱受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率均与平 均气温呈正相关，但随气温升高的变化并不明显，且相关系数较小，受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率与平均气温的相关系数分别为0.04、0.09、0.15和0.11,说明广西 地区旱灾的发生受气温的影响较小。一 一 一 一，一 一 一 O 28 5 2 9 6 3 0()梅玄照如趣年平均气温（C）年平均气温（C）(%)5年平均气温（）年平均气温（）图24农业干旱受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率与年平均气温的关系 Fig.2-4 Relat ionship b et ween ag ricult ural droug ht disast er rat e,disast er rat e,disast er rat e and comprehensive loss rat e and annual averag e t emperat ure由图2-5可知，广西地区农业干旱受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率与年降水 量的相关性均较高，随降水的减少，旱灾损失增大，广西地区农业干旱受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率与降水呈较强的负相关性，综合损失率与降水量的相关性为0.67,受灾率、成灾率和绝灾率与降水量的相关性为0.67、0.62、0.62o从图2-6可以看出，综合损失率与季节平均气温的相关性不高，相关系数绝对值均 小于0.25。而综合损失率与春季、夏季、秋季的降水量有较好的正相关性，其中夏季的 相关性最好，秋季较小，冬季的相关系数小于0.1,相关性极差。在广西地区，春季和夏 季（特别夏季）是作物生长的关键时期，对水分的需求较大，此外，秋季充足的降水也 能有效减小干旱灾害损失。19广西大学工程硕士学位论文基于AquaCrop模型的广西甘燕干阜响应模拟研究187%)料米祟如黑年降水量（mm）45年降水量（mm年降水量（mm）()椅将照年降水量（mm）图2-5农业干旱受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率与年降水量的关系 Fig.2-5 Relat ionship b et ween ag ricult ural droug ht disast er rat e,disast er rat e,disast er rat e and comprehensive loss rat e and annual precipit at ion(。)明r瓷吹 凝砥就要图2-6农业干旱受灾率、成灾率、绝灾率和综合损失率与季节平均气温、降水量的关系 Fig.2-6 Relat ionship b et ween ag ricult ural droug ht disast er rat e,disast er rat e,disast er rat e and comprehensive loss rat e and seasonal averag e t emperat ure and precipit at ion农业干旱的损失往往由作物生长的关键月份的气候条件决定，而年尺度或者季节尺 度的平均气象数据会对关键月份的影响进一步削弱。由图2-7可知，广西气温在1月份 和7月份分别到达了最低和最高，分别为11,94.27.98,降水量在6月和12月份别 到达最低和最高，分别为291.68mm、35.65mm。综合损失率与9月和12月平均气温的 正相关性较高，与3月、4月的负相关性较高，其他月份正负相关性均较小，说明广西 20广西大学