中国事世界上受现象灾害危害最严重的国度之一，每年因多样现象灾害形成的径直经济逝世达上千亿元，其中干旱是我国影响区域最广、发生最时常、对作物产量影响最重的现象灾害之一，1950—2001年我国平均每年受旱面积占寰宇现象灾害受灾总面积的56.2%[1]，以2011年为例，我国农作物受灾面积统统32470.5khm2，绝收面积2891.7 khm2，其中干旱的受灾面积就有16304.2 khm2跳蛋 露出，绝收1505.4 khm2[2]。
玉米是我国紧要的食粮和饲料作物，在我国农业生产中占有颠倒的比重，2011年，玉米独特水稻成为我国播撒面积最大的作物，总产量也仅次于水稻居第二位。旱灾是玉米生产中常见的现象灾害，2003年夏日干旱导致法国的玉米产量较2002年减少30%，2009年我国玉米产量因干旱而较2008年减产了约7.5%。连年来，受现象变化以及东谈主类行径的抽象影响，干旱发生的频率和强度有加多趋势，50年一遇或百年一遇的灾害发生频率飞腾，影响区域增多，形成的逝世加剧。因此，斟酌干旱灾害对我国玉米生产的影响对合理讨好玉米生产的减灾、防灾，对结识玉米产量有紧要的讨好好奇瞻仰好奇瞻仰和作用。
永久以来，国表里学者围绕干旱对玉米的影响开展了无数的斟酌[3, 4, 5, 6]，建造和发展了多种干旱评价计算，为干旱的评价与斟酌提供了灵验用具。但是现在大多数的干旱计算皆是建造在现象和现象干旱上，如步伐化降水指数SPI[7]、作物水分亏缺指数等[8, 9, 10]，但是这些计算往往忽略了作物的不同滋长阶段对水分威胁的不同反应。部分基于农业干旱建造的干旱指数，如帕默尔干旱指数PDSI[11]和作物水分指数CMI[12] 等，也有一定局限性，Meyer指出帕尔默干旱指数PDSI和作物水分指数CMI并不可反应出关键生养期的短期干旱对玉米产量的影响[13]。
作物模拟模子借助野神思时间，好像对作物多样滋长历程进行抽象的数值模拟。本斟酌尝试借助作物模拟模子来分析1961—2010年干旱灾害对我国夏玉米产量的影响，并集结大气环流指数分析大气环流因子与干旱之间的关系，以期了解我国50年来夏玉米生产受干旱的影响过头变化情况，并为干旱的斟酌形势提供一些参考。
1 贵寓与形势 1.1 作物模子的采用和校准本斟酌选用了DSSAT系列作物模子中的玉米模子CERES-Maize，相关文件对此进行了详备描绘[14]。为了解模子模拟后果，先后期骗空间分散的农业现象磨真金不怕火数据对模子进行了站点和区域圭臬校准和考证(历程和放荡详见文件[15, 16])，考证放荡标明，校准后，模子不仅对站点圭臬的单季作物模拟后果较好，而况在区域圭臬上也不错反应坐蓐量的时分和空间变化趋势[15]。
1.2 1961—2010年寰宇玉米单产的模拟期骗校准后的模子，模拟了1961—2010年我国玉米单产。模子先后进行了两次模拟，除水分科罚分别设为雨养和灌溉两种模式(采用自动灌溉方式，即当泥土灵验含水量小于80%时进行定量灌溉，每次20 mm)以外，其余输入参数均保抓一致。其中雨养条款下的模拟放荡默示有水分威胁下的玉米单产，灌溉模式下的模拟放荡默示无水分威胁的玉米产量。而两者之间的差值在一定进程上不错反应出干旱形成的产量逝世。
模拟中的天气数据来自于国度谈象中心处理的1961年1月1日至2010年12月31日50 km×50 km各格点的天气数据，包括日最高气温、日最低温度、日平均温度、日降水量和日太阳辐照量。
泥土数据，是按照面积权重法，由寰宇泥土分散图网格化而得(网格分辨率50 km × 50 km)，每个网格行为数据网罗和模子驱动的最小单元[15]。原始泥土数据开始于中国农业科学院农业资源和农业区画斟酌所提供的1 ∶ 100万空间数据库，借助于GIS登第与每个实践站相一致的土种，并笃定每个网格上玉米的栽植面积[16]。本文只斟酌了干旱对我国主要玉米栽植区夏玉米生产的影响，只对栽植夏玉米的网格进行了模拟和分析。图 1露馅了我国夏玉米栽植的区域规模(图 1)。
模拟中的肥料科罚设为无威胁气象，科罚和品种数据由区域校准历程笃定。
1.3 数据处理和分析形势 1.3.1 潜在的干旱形成的产量逝世本文将一段时期内能对玉米产量形成影响的水分威胁界说为潜在的干旱，而通盘玉米生养期内因水分威胁导致的产量逝世界说为由潜在的干旱形成的产量逝世(以下简称潜在产量逝世)。
式中，YL为某网格的潜在产量逝世，yIrr为模子模拟的该网格灌溉玉米单产，yRain为模子模拟的该网格雨养玉米单产，S为该网格的夏玉米的栽植面积。
1.3.2 潜在的干旱灾害的识别一定进程以下的干旱并不一定形成旱灾，旱灾是一定强度和抓续时分下发生的偶发性当然灾害。举例我国很大一部分夏玉米栽植区处于半干旱区，生养期内的降水量并不可十足称心玉米滋长发育的需求，因此许多地区的潜在产量逝世终年皆很大，但是这并不可施展当地每年皆发生了旱灾。为了剥离出旱灾形成的产量逝世，采用野心每个网格每年的潜在产量逝世的距平百分率。
式中，D为每个网格上每年的潜在产量逝世对应该点50a时分序列的距平百分率，
为该格点上50a的平均潜在产量逝世，然后对D进行步伐化处理。
D′默示经步伐化处理的距平百分率，
为该网格上50a的平均距平百分率，si为步伐差。
当D′>0时，标明当年因潜在的干旱形成的减产大于多年平均逝世，属欠收年份；当D′<0时，标明当年因潜在的干旱形成的减产少于多年平均逝世，属丰产年份。
因此独一当D′>0时，才以为该网格在该年照实受到了干旱灾害的影响，并视当这种产量逝世为由旱灾形成的潜在的产量逝世。当D′<0时，则以为该年该网格莫得受旱灾影响。这种只接头由旱灾形成的潜在产量逝世距平百分率不错在一定进程上反应出该网格旱灾对玉米生产的影响。
1.3.3 潜在旱灾形成的产量逝世中心位置的野心潜在旱灾形成的产量逝世中心位置(D′>0时的产量逝世中心位置)的年际和年代际变化反应了我国夏玉米生产中旱灾发生发展的时、空间变化情况，其经纬度由式(4)野心得出：
式中,Lon、Lat为每年潜在旱灾形成的产量逝世中心的经度和纬度，loni、lati为各网格的经纬度，Di′为旱灾的网格的距平百分率，∑D′i为当年各旱灾网格距平百分率之和。
1.3.4 潜在旱灾形成的产量逝世中心位置与大气环流的关系旱灾的发生与其时的现象条款密切干系，接头大气环流因子对我国温度、降水的影响具有半年至1a的滞后问题，分别野心了潜在旱灾形成的产量逝世中心的经度、纬度与夏玉米滋永久(当年5月—10月)和滋长季前期(前一年11月—当年4月)大气环流指数间的干系关系(大气环流指数采用国度谈象中心现象系统会诊展望室每月更新的74项环流特征量[17])。
本文中的数据分析和制图主要由Excel 2010和ArcGIS10完成。
2 放荡与分析 2.1 潜在产量逝世的时空变化我国50年来夏玉米产量的模拟放荡过头变化趋势如图 2所示。放荡标明，1961—2010年我国夏玉米灌溉和雨养总产量跟着年份发生波动，部分年际变化相同(两者的干系统统0.429，达极权贵水平)。但从两者的线性趋势来看，50a的灌溉总产量呈下跌趋势，相对时分序列的斜率为-3×10-4；而雨养总产量的斜率为4×10-5，呈飞腾趋势，可见50年间灌溉和雨养总产量之间的差距有所缩小，但减小的幅度并不显然(图 2)。
进一步分析寰宇夏玉米潜在产量逝世的年际变化(图 3)。潜在干旱导致的产量逝世总体上呈现稍稍下跌趋势(斜率：-2.6×10-3)，但各时段变化不同(将每10年分离一个时段，即1961—1970年、1971—1980年、1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年)，其中在1961—1970年、1991—2000年呈现飞腾趋势，其余皆是下跌趋势，而最近的2001—2010年，诚然潜在产量逝世较高，仅次于1961—1970年，但仍阐扬为下跌的趋势(图 3)。
5 个时段，各网格潜在产量逝世距平百分率的空间分散见图 4(图为该网格每个时段的平均值)。由图 4不错看到，在1961—1970年，潜在产量逝世距平百分率较高的区域主要围聚在我国的华北平原(主要有河南、河北、山西等省)、黄土高原地区，其潜在产量逝世距平百分率值也显然高于其他年份。由于这里是夏玉米的主产区，是以导致该时期寰宇的潜在产量年平均逝世量居50a间之最。1971—1980年，高值区显然处于西南及东北的东北部地区，而华北及黄土高原地区已显然裁汰，寰宇的潜在产量逝世量也呈下跌的趋势。到了1981—1990年，各省市的潜在产量逝世总量进一步下跌，达到50年最低。1991—2000年山东半岛和黄土高原又出现高值区域，寰宇潜在产量逝世有了一定的回升。在2001—2010年，东北地区出现了显然的潜在产量逝世距平高值区域，寰宇潜在产量逝世也高于1991—2000年。
集结图 3和图 4可见，夏玉米主产区(如华北平原)潜在产量逝世的变化是导致寰宇潜在产量逝世变化的主要原因，此外，值得细心的是华北地区自1961—1970年后受干旱的影响显然裁汰，而东北地区则在2001—2010年受干旱的影响达到历史最高，这可能与现象变化导致的降水和温度的空间变化相关，与华北和东北地区比拟，西南和西北地区变化不大(图 4)。
要而论之，在曩昔50年中，由于雨养总产量的飞腾和灌溉总产量的下跌，我国夏玉米的潜在产量逝世量在50年间总体上呈现稍稍下跌的趋势，各时段阐扬的趋势不同，1961—1970年、1991—2000年呈现飞腾趋势，其余时段皆是下跌趋势；从地域上来看，华北地区夏玉米自1961—1970年时段起受旱进程有所缩小，而东北地区夏玉米受旱则呈加多的趋势，西南和西北地区变化不大。
2.2 潜在旱灾形成的产量逝世中心位置的空间变化潜在旱灾形成的产量逝世中心的经度和纬度在1961—2010年间皆呈现出加多的趋势(图 5)，其中纬度的加多更显然，50年间约北移了3个纬度，东移约2个经度，施展在这50年间潜在旱灾形成的产量逝世中心总体上呈现向东朔标的出动的趋势(图 5)。
从空间位移图(图 6)上不错看出，50年间的潜在旱灾形成的产量逝世中心主要围聚在东经105°—110°，北纬35°—39°，地处陕甘宁等地区，该地区恰是我国旱灾严重频发区域，十年九旱，生态环境恶劣。1961—2010年间，潜在旱灾导致的产量逝世中心位置在不同期段发生变化，经朝上约莫保抓向北出动的趋势，其中1961—1980年和1991—2010年位移较大，北跳提升了1个纬度，1971—2000年位移较小，中心在北纬36°至37°间犹豫。在纬朝上，1971—1980年是个突变点，1961—1980年先向西出动了约3个经度，1971—1980年后则一直保抓向东出动，1961—1980年和1991—2010年两个时段位移幅度相对较大，与经朝上的出动一致(图 6)。
可见1961—1980年和1991—2010两个时段是我国夏玉米受旱灾影响空间方式变动最剧烈的时期，集结图 4分析不错发现，1961—1970年和2001—2010年在华北、东北分别发生了严重干旱，可能是导致潜在产量逝世中心剧烈出动的主要原因，1961—1970年我国华北地区旱灾严重，这就导致中心偏向东南，此后跟着华北地区旱灾进程的缩小和东北地区旱灾进程的增强，形成了潜在旱灾产量逝世中心向东朔标的出动。
要而论之，在曩昔50年里我国夏玉米潜在旱灾逝世中心有向东北出动的趋势，1961—1980年和1991—2010年所发生的两次最大位移皆与同期华北和东北地区受旱进程的剧烈变化相关。
2.3 潜在旱灾产量逝世中心位置与大气环流的关系干旱灾害的发生与现象环境密切干系，尤其是降水量的多寡。影响我国降水的大气环流因子多而复杂，在这方眼前东谈主作念了许多斟酌[18, 19, 20, 21]，指出副热带高压、北极涡是对我国夏日降水影响较大的2组因子，且大气环流因子对我国温度、降水的影响具有半年至1年的滞后效应。
了解潜在旱灾产量逝世中心与大气环流的关系，对减灾和防灾具有紧要的讨好好奇瞻仰好奇瞻仰。分别野心了潜在产量逝世中心的经度、纬度与夏玉米滋永久(当年5—10月)和滋长季前期(前一年11月—当年4月)74项环流指数间的干系关系，并挑选出其中干系性权贵的一些因子，放荡见表 1。
由表 1不错看出潜在旱灾产量逝世中心的经纬度和夏玉米滋长季前期、同期的北极涡和副热带高压系统的部分指数具有权贵的干系关系。就时段而言，潜在旱灾产量逝世中心的经、纬度与滋长季同期大气环流计算的关系更干系，与之干系的指数比滋长季前期的要多(权贵计算数目多3个)。就经、纬度而言，大气环流指数与逝世中心纬度的干系关系显然强于与经度的干系关系(权贵计算多11个，极权贵计算多12个)。就两类环流因子而言，北极涡系列指数中与潜在旱灾产量逝世中心干系性更强，有4个指数与中心的经度和纬度同期干系(而副热带高压系列则空泛这种指数)，尤其在滋长季前期(11月—4月)，北极涡系列指数与中心的干系关系阐扬更好，具有权贵干系的指数有5个，其中3个指数与中心的经纬度同期干系(表 1)。
伦理片段频在线观看百度进一步来看，北极涡干系的系列指数与潜在旱灾产量逝世中心滋长季前期和同期基本呈负干系关系(仅北半球极涡中心强度与同期中心纬度呈正干系)，这标明北极涡在夏玉米滋长季前期或同期偏大偏强时，我国夏玉米潜在产量逝世偏西、偏南，反之北极涡在滋长季前期或同期偏小偏弱时，我国夏玉米潜在产量逝世中心偏东、偏北。集结前边的放荡，若我国东北地区夏玉米受旱严重时，潜在产量逝世中心将偏东、偏北，其原因可能与北极涡影响我国夏日降雨相关，已有的斟酌指出冬季或夏日北极涡收缩时，我国东北夏日气温偏高，降水偏少[22]。受现象变暖的影响，连年来北极涡系列指数皆呈现不同进程的下跌趋势[17]，如果按照这种趋势，畴昔东北地区夏玉米受旱灾的影响将会进一步增大，因此加强东北地区夏玉米的减灾、防灾职责，结识和保险东北地区夏玉米产量是值得咱们温和的紧要问题。
而副热带高压指数影响更为复杂，在副热带高压系列指数中，大泰西和东太平洋的副高计算，在滋长季前期与产量逝世中心的纬度呈负干系关系，这施展在滋长季前期，当大泰西、东太平洋的副高强度偏强、规模偏大、位置偏北时，我国夏玉米潜在旱灾产量逝世中心的位置将会偏南。而在滋长季同期，副热带高压系列指数则与中心经度呈现正干系关系，标明当北非副高、大泰西副高、太平洋副高档北半球副高脊线偏北时，夏玉米潜在旱灾产量逝世中心位置将偏东。此外，在滋长季同期影响逝世中心纬度变化的主如果副热带高压中的北非副高和南海副高，阐扬为当北非副高偏强、偏大，南海副高位置偏南时，夏玉米产量逝世中心位置将偏北出动。这些论断也与现存的对于副热带高压的斟酌放荡较一致[21]。
3 论断和扣问 3.1 论断本文从宏不雅的角度期骗作物滋长模拟模子，模拟了我国1961—2010年潜在干旱对我国夏玉米产量影响的时空变化趋势，并集结大气环流指数分析大气环流因子与干旱之间的关系，放荡标明：
(1)由于雨养总产量的飞腾和灌溉总产量的下跌，1961—2010年我国夏玉米的潜在产量逝世呈现稍稍下跌的趋势，如果按每10a一个时段来看，在1961—1970年、1991—2000年呈现飞腾趋势，其余时段则是下跌趋势。
(2)在曩昔50年里，我国夏玉米潜在旱灾产量逝世中心有向东北出动的趋势，华北地区受旱进程的缩小和东北地区受旱进程的增强是形成逝世中心出动的主要原因。
(3)潜在旱灾产量逝世中心的经纬度和影响我国夏日降水的北极涡、副热带高压系统的部分指数具有权贵的干系关系，尤其与是逝世中心的纬度。当北极涡在滋长季前期或同期偏小、偏弱时，我国夏玉米潜在旱灾产量逝世中心将偏东、偏北。而副热带高压系统影响更为复杂，当大泰西、东太平洋的副高强度偏强、规模偏大、位置偏北时，我国夏玉米潜在旱灾产量逝世中心的位置将会偏南，当北非副高、大泰西副高、太平洋副高档北半球副高脊线偏北时，产量逝世中心位置将偏东。当北非副高偏强、偏大，南海副高位置偏南时，夏玉米产量逝世中心位置将偏北出动。
3.2 扣问斟酌尝试借助作物模拟模子来分析干旱对作物产量的影响，这种形势期骗了作物模子能以日为步长模拟作物滋长发育历程和产量的上风，弥补了种种干旱计算法忽略作物在不同滋长阶段对水分威胁的反应不同的错误。但是由于在模子模拟的诞生中，只接头了水分的各别(只诞生雨养和充分灌溉两种情况)，且莫得接头内容灌溉补给，因此本斟酌的放荡也仅仅针对干旱的可能形成的潜在影响而言。
在斟酌历程中作了一些简化问题的处理，如肥料科罚设为无威胁气象，科罚和品种数据由1998实践数据进行区域校准历程笃定，忽略了夏玉米栽植面积的年际变化等，还比如，斟酌只接头了我国夏日降水影响较大的副热带高压、北极涡2组因子，而内容冬、春雨雪对泥土的底墒情况影响对作物滋长也有不可淡薄作用，这些简化处理皆会导致斟酌还存在一定的不笃定性，斟酌放荡还比较初步，主如果用于反应干旱可能形成影响的趋势变化，而与内容生产的旱情发生还需要进一步吻合。
因此本文主如果一种斟酌干旱的形势探讨和尝试跳蛋 露出，但愿能对已有的斟酌放荡作已补充，为今后的斟酌提供参考，现在斟酌还存在一定的不笃定性，今后跟着斟酌长远，将会冉冉裁汰。