第３６卷第２期 ２０１３年６月 气象与减灾研究
ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＤＩＳＡＳＴＥＲ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２０１３
陈升孛，刘安国，张亚杰，等．气候变化背景下湖北省水稻高温热害变化规律研究［Ｊｊ．气象与减灾研究，２０１３，３６（２）：５１—５６
气候变化背景下湖北省水稻高温热害变化规律研究
陈升孛 ，刘安国 ，张亚杰 ，吴坤悌
１．海南省气象服务中心，海南海口 ５７０２０３
２．华中农业大学植物科学技术学院，湖北武汉４３００７０
３．海南省气候中心，海南海口５７０２０３
摘要：利用历年气象资料，运用数理统计方法，分析了湖北省１９５１—２０１０年水稻高温热害的动态变化，探讨了
气候变化背景下高温热害的演变趋势与规律。结果表明，鄂东部、江汉平原部分地区水稻高温热害发生趋于频
繁，且除西南部地区外的湖ｊＥ省其他地区水稻高温热害最大概率出现的时间均有明显的提前，甚至每１０ ａ提前
１ ｄ以上。最后，利用ＡｒｃＧＩＳ对湖北省的水稻高温热害变化趋势和风险程度进行了区划。
关键词：气候变化，水稻，高温热害，风险累积值。 中图分类号：Ｐ４３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９０３３（２０１３）０２—００５１—０６
０引 言
水稻作为湖北主要粮食作物，常年种植面积约
为２．１３ｘｌＯ ｈｍ ，播种面积占粮食作物种植总面积
的５０％以上１１］。由于盛夏季节副高等因素的影响，
湖北在夏季出现高温的频率较大，因而水稻在生长
季常常遭遇热害，夏季的高温热害一直是湖北省水
稻主要气象灾害之一［２１。
目前，国内外学者在水稻高温热害生理、生态
机制方面开展了一系列研究，并取得了丰富成果，
普遍认为水稻遭受高温热害的关键期是在花期前
后Ｅ３］，对湖北省而言，即为７月底到８月初。从机理
上讲，由于水稻花期出现的高温热害会导致花药开
裂困难，花粉活力下降，进而致使产量及稳定性下
降 ，严重影响粮食安全。近年来，我国气象工作者
所研究的水稻高温热害主要集中在空间区划、风险
评估等方面 ］，但还没有从时间序列上系统分析气
候变化背景下高温热害变化规律。考虑到由于气候
变化的影响，最高温度的ｍ现在近几十年来已产生
了明显差异，本文从时间序列角度出发，依据年份
时段滑动推移方法，分析湖北省ｌ９５１—２０１０年水 稻高温热害的演变趋势与规律，以期为水稻生产提
供参考。
１ 资料来源及高温热害气象指标
１．１数据来源
文中数据采用华中区域气候中心提供的湖北
省逐日最高气温气象资料。资料站点不含咸丰、利
川、神农架、绿葱坡、三峡等观测资料不满３０年或
基本无热害的气象站，共计７３个。大部分站点的资
料时段为１９５１—２０１０年，少数建站晚于１９５１年站
点的资料时段则从建站年至２０１０年。所有数据都
经过了气象部门的基本质量检验。
１．２水稻高温热害气象指标
水稻高温热害是指水稻抽穗结实期气温超过
水稻适宜生长的温度上限，影响开花结实，造成减
产甚至绝收的一种农业气象灾害７ｌ。一般认为，造
成水稻危害的高温临界温度为３５℃［８ ３。对于致害
的高温持续时间，一般认为为３—５ ｄ： 。只有温度
达到或超过适宜生长温度的Ｉ临界值，且持续一段时
间，才会造成水稻受灾］１０ １３］。结合湖北省当前的气
候背景，文中将日最高气温高于３５℃且持续３ ｄ或
收稿日期：２０１３—０２—２０；修订日期：２０１３—０４—０５． 基金项目：中国气象局气候变化专项（编号：ＣＣＳＦ一０９—１４：ＣＣＳＦ一１０—０４）．
作者简介：陈升孛（１９８７一），女，硕士，助理工程师，主要从事气象服务业务与研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｉｇｉ
ｍ０ｎ０４６９＠１６３ｍｍ ５４ 气象与减灾研究 ３６卷
２１１
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０ 。。０ 、。 ∞∞∞∞。ｏ ｌ Ｉ Ｉ ｌ Ｉ ｌ ｌ ｌ ｌ ＿＿ｎ Ｉｔ３ ｔ＂－－ ｎ ｌｎ ｒ、 ｌｎ Ｉｎ Ｉｔ３ ０ 时段
图４武汉各时段高温热害发生概率最大值 现的日序，ｎ
及其倾向率（单位：ｄ／ａ）
与前述结论一致。
以武汉为例，图４给出了各时间段，０的分布。
４高温热害风险累积值及其分布
４．１ 高温热害风险累积值的定义与计算方法
以往的研究中大多以前述高温热害发生概率的
极大值 来作热害程度区域的划分 。高温热害
的发生概率在一定程度上能反映当地的高温灾害
级别，某一天的高温事件概率越大，说明当天 现
高温热害的可能性越大。但是仅考虑概率值也有一
定的局限性，其不能反映高温持续时间的长短。前
人研究大多是单一考虑以 值大小或者出现高温
的持续日数来做高温热害风险评估。既然两个因素
值都是热害程度的重要表现，文中尝试引入热害风
险累积值这一概念，旨在考察高温热害发生概率的
极大值及其持续时间的综合影响。
如果指定某一概率 （应取 ），对各个站点
作拟合函数（式（１）），则可得到发生概率高于厂０的
初日和终日（图５中的，１、 ）。在这段日期内对高温
图５风险累积值示意图 热害事件概率值做累加，所得之和记为热害风险累
积值（图５中阴影部分）。由于此值综合考虑了高温
热害发生的概率及其持续的时间，能较好地反映热
害的风险。累积值大则说明高温热害发生概率较大
且持续时间较长。因此，根据热害风险累积值对湖
北省的热害情况来划分区域较为准确直观。
４．２风险程度的结果与分析
要求水稻的抽穗扬花期１００％无热害是不可
能的，农业上热害概率在１０％以内的情况即保证
率为９０％是可以接受的，因此文中选取ｆｏ＝Ｏ．１计算
热害风险累积值。
为了更好地研究气候变化背景下热害风险的
变化，可选取１９６１—１９９０年和ｌ９８１—２Ｏ１Ｏ年两个
时间段湖北省有资料记录的７０站点数据，剔除其
中无热害的站点利川，计算结果值范围为Ｏ一２８．０，
据此可分为Ｉ轻度热害（０＿＿７．０），ＩＩ中度热害（７．１—
１４．０），ＩＩＩ重度热害（１４．１—２１．０），ＩＶ严重热害（＞
２１．０）４个等级，然后利用ＧＩＳ绘图。
４．２．１ 风险累积值分布
图６给出了湖北省水稻高温热害风险累积值
分布。分析发现，湖北省水稻高温热害风险程度大
致划分为：
区域一：鄂东南、三峡河谷频发区。其中，鄂东
南热害最为严重，该地区以通山、咸宁、黄石等为代
表，是湖北省水稻遭受高温热害最频繁的地区。处
在热害频发区的区域说明该地的高温天气出现的
次数多且持续的时间长。此区域热害风险累积值基
本大于１４．０，为重度甚至严重热害。
区域二：江汉平原少发区。该区域普遍热害风
险累积值小。处在热害少发区的区域说明该地区水
稻高温热害发生较少且发生时间短。此区域热害风
险累积值小于７．０，发生的热害多为轻度热害。
区域三：鄂东北、鄂西（除三峡河谷以外）偶发
区。该区域水稻高温热害程度介于上述两区域之间。
４．２．２气候变化背景下热害风险累积值的变化
对比两个时间段的热害风险累积值，后者比前
者值大的站点有３４个，如蕲春、麻城、监利，几乎伞
部分布在鄂东部和江汉平原南部，说明这些区域热
害风险加重。剩下的３５个主要分布在鄂西部和江
汉平原北部。对比图６ａ和图６ｂ发现，主要区别在
于鄂东局部地区的重度热害热有扩展趋势，随着年
代的推移，之前处于中度热害的蕲春、嘉鱼地区也 ０—０ ●＿【∞ ∞ｏ（ｙ乙● ＿【 ｏ（）ｚ● ＿【 ００ ●ｎ ＿【 ００ ●ｎ Ｈ ０００ ●＿【 ＿【 ∞ ＿【● ＿【
５６ 气象与减灾研究 ３６卷
［１２］
［１３］
［１４］
［１５］ 赵海燕，姚凤梅，张勇，等．长江中下游水稻开花灌浆
期气象要素与结实率和粒重的相关性分析［Ｊ］．中国
农业科学，２００６，３９（９）：１７６５—１７７１．
王春乙，郑昌玲．农业气象灾害影响评估和防御技术
研究进展［Ｊ］．气象研究与应用，２００７，２８（１）：１—５．
田俊，黄淑娥，辜晓青．江西省双季早稻长势定量等
级指标的研究［Ｊ１．气象与减灾研究，２０１２，３５（２）：５７—
６０．
陈升孛．湖北省水稻热害与夏季冷害变化规律及防 ［１６］
［１７］
［１８］ 御对策研究［Ｄ］．武汉：华中农业大学，２０１２．
王保生，卢冬梅，刘文英，等．江西水稻产量波动的成
因分析及对策［Ｊ］．江西气象科技，２００４，２７（２）：２５—
２７． 杨丰政，景元书．基于ＧＩＳ的徐水县干旱灾害风险区
划［Ｊ］．气象与减灾研究，２０１２，３５（１）：５４—５８
ＩＰＣＣ．Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ：Ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ
ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌ ｐａｎｅｌｓ ｏｎ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ
ｌ Ｒ Ｊ．Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ：Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，２０００．
ＤＹＮＡＭＩＣ ＶＡＲＩＡＴＩｏＮＳ ｏＦ ＨＥＡＴ ＩＮＪＵＲＹ ｏＮ ＲＩＣＥ ＩＮ
ＨＵＢＥＩ ＰＲｏＶＩＮＣＥ ＵＮＤＥＲ ＣＬⅡ ＡＴＥ ＣＨＡＮＧＥ
Ｃｈｅｎ Ｓｈｅｎｇｂｅｉ ，Ｌｉｕ Ａｎｇｕｏ ，Ｚｈａｎｇ Ｙａｊｉｅ ，Ｗｕ Ｋｕｎｔｉ
１．Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｈａｉｎａｎ，Ｈ￣ｋｏｕ ５７０２０３，Ｃｈｉｎａ
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｈｕｒａｌ Ｕｎ＆ｅ￣ｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ
３．Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｈａｉｎａｎ，Ｈ￣ｋｏｕ ５７０２０３，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ １９５１－２０１０ ｈｉｇｈｅｓｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ ｉｎ Ｈｕｂｅｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｖａｆｉ￣ｉｏｎｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｉｎｊｕｒｙ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ
ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｉｎｊｕｒｙ ｅｖｅｎｔｓ ｏｎ ｒｉｃｅ ｏｃｃｕｒ ｍｏｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｉｎ ｍａｎｙ ｒｅｇｉｏｎｓ
ｏｆ Ｈｕｂｅｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｍａｘｉｍａｌ ｈｅａｔ ｉｎｊｕｒｙ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ ｍｏｓｔ ａｒｅａ ｅｘｃｅｐｔ
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ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔ ｉｎｊｕｒｙ ｏｎ ｒｉｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｒｉｓｋ ａｒｅ ｚｏｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＡｒｃＧＩＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ．
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