安徽农业科学, Joumal of A nhui a gri..Sci2008,36(2):727-731 责任编辑张杨林责任校对王淼 黄淮海平原作物灌溉需水与耕地生产潜力的耦合分析 唐华秀,邓祥征23,战金艳4,马劲松,姜群鸥 (1.南京大学地理与海洋科学学院,江苏南京210093:2中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101:3中国科学院农业政策研究中心,北京 I0001:4北京师范大学环境学院,北京100875:5中南大学地学与环境工程学院,湖南长沙410082 摘要对1991年和2000年气象数据进行空间插值,获得了黄淮海平原气象指标1kmⅪkm空间网格数据,然后借助GB数据处理 与空间分析功能,通过计算参考蒸散量、作物需水量,估算了1991年和2000年黄淮海平原耕地作物灌溉需水量,并分析了其时空变 化规律。利用农业生态地带模型AEZ)计算了耕地生产潜力,通过对作物灌溉需水与耕地生产潜力的空间耦合分析,发现作物灌溉需 水与耕地生产潜力之间呈线性正向相关,表明黄淮海平原灌溉需水满足程度是耕地生产潜力的一个制约因素 关键词作物灌溉需水;耕地生产潜力;耦合分析;黄淮海平原 中图分类号S274.1文献标识码A文章编号0517-6611200802-00727-05 C oup ling a na lysis on the C rop Irrigation W ater R equ irem en ts ofH uanghuahaiP lain and the poten tialy ieH ofc u ltiva ted L and TANG Hua-xi etal Schoolof G eographic and O ceanographic Sciences, N an jing U niversity, N jing, Jiangsu 210093) A bstract Based on the site - based m eteorobgical data in 1991 and 2000, the irigation water requ irem en ts of cultivated land was estim ated, the regional differences were exp lored and the changes fiom 1991 to 2000 were analyzed using the G is m ethodobgies Then the poten tial yiel of cultivated land was cacu lated based on the a EZ China m odel By the coup ling analysis, the positive corelation betw een the imigation water requ irem en ts and the potential y ield of cultivated land was exp lored. So the imigation water requ irem ents was a constrain factor on the poten tial yield of cultivated land in the h wanghua hai p lain now. The result laid the references for reasonably using water resources ofH wanghua plain and draw ing scien tific decision on enhancing waterefficiency. K ey words Crop Irigation water requirem ents: Poten tial yiel of cultivated land Coupling analysis; H wanghua haiplain 国内外在作物灌溉需水和耕地生产潜力两个方面都较分析1991~2000年黄淮海平原降水量后,发现1991年和 做了大量研究,但将两者结合起来进行研究的案例却很2000年降水量为该时段的平水年(表1)因此,笔者选用 少,然而探索两者之间的耦合关系及相关程度的研究具有1991年和2000年作为研究时段来计算灌溉需水。农作物 重要意义。黄淮海平原是我国重要的粮食生产基地,也是我种植数据来源于国家统计年鉴。作物系数、种植业区划等信 国典型的缺水灌区,人均、单位面积平均水资源占有量远低息来自国际系统与应用分析研究所IASA)中国部分的数 于全国平均水平建国以来该地区农业发展很快,但农业据资料。此外,该研究还利用基于遥感数据反演的耕地比例 用水也增长迅速。尽管黄淮海平原的大部分地区位于典型数据0分别从农业作物需水量和土地生产潜力中计算了 半湿润地区,平均降水量在500~800mm,但降水受到太平耕地作物需水量和耕地生产潜力。该耕地比例数据已经转 洋季风的强弱和雨区进退的影响,地区上分布不均匀,季节化为1km栅格成分数据0,即以每个1km栅格内的耕地面 间和年际间变化更是剧烈,这在一定程度上加重了该地区灌积作为栅格的值。笔者采用样条函数空间插值方法对气象 溉用水需求的紧张形势,使灌溉用水成为该地区农业生产数据进行空间插值处理,获得上述气象指标1 km x km空 潜力发挥的一个重要制约因素。笔者以1991年和2000年间网格数据,并通过投影变换,将大地投影转变为与DEM 气象数据为基础,计算了两个年份黄淮海平原的耕地作数据等具有一致投影基础的双标准纬线等面积割圆锥 物灌溉需水量,分析了其时空变化特征,然后通过对耕地作投影。 物灌溉需水与耕地生产潜力进行耦合分析,揭示了作物灌2耕地作物灌溉需水量估算 溉需水与耕地生产潜力之间的制约关系,为合理利用农业2.1计算参考蒸散量ET。ET。是指土壤水分充足、地面 用水,提高农业用水效率,最大程度地提高耕地生产潜力提开阔、生长茂密、高815cm矮草地上的蒸发蒸腾量。笔者 供参考信息 采用改进的彭曼-蒙特斯 Penm an-M onteith)模型计算,公式 1数据来源及其处理 如下 笔者采用的气象数据来自中国国家气象局1991-2000 0.408AR。G)+y0uge-e) 年气象观测资料。黄淮海平原共有28个国家常规气象观测 站点,记录了该地区每天4次气温、2个时段降水量、相对 g1+0.34u2 湿度、气压、风向、风速和日照时数等资料。此外,笔者还收式中,△为饱和水汽压-温度曲线斜率kPa/O:Rn为作物冠 集了部分代表性县市的气象台站约30个)观测资料,通过 汇总整理上述28个国家常规气象观测站点数据以及30个Tabk1 A nalysis of rainfall am ount and precip itation pattern血n 代表性县市的气象台站观测资料,得到计算所需的气象参 Huang H uaH aip lain from 1991 to 200 数主要包括辐射、气温、降水、相对湿度、风速等)。此外,比 基金项目国家自然科学基剑70503025:中国科学院知识创新工程1992547.9枯水年 Dry year 重要方向性项目(kCx2-yw3052:kxcx2wWn4039) 1993666.9平水年No 88124丰水年 R ainy year 作者简介唐华1982-),女,湖南永州人,硕士研究生,研究方向 19947138平水年 Norm alVear 199515.3枯水年 D ry year GS建模与分析。 19957008平水年 Norm alVear2000717.平水年 Norm aly ear 收稿日期20070903 注:P=30%,719mm:P=50%,664mm:P=75%,593mm:P=95%,491mm 91994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
基金项目 国家自然科学基金( 70503025) ; 中国科学院知识创新工程 重要方向性项目( kzcx2!yw!305!2; kscx2!yw!n!039) 。 作者简介 唐华秀( 1982-) , 女, 湖南永州人, 硕士研究生, 研究方向: GIS 建模与分析。 收稿日期 2007! 09!03 国内外在作物灌溉需水和耕地生产潜力两个方面都 做了大量研究[1- 9] , 但将两者结合起来进行研究的案例却很 少, 然而探索两者之间的耦合关系及相关程度的研究具有 重要意义。黄淮海平原是我国重要的粮食生产基地, 也是我 国典型的缺水灌区, 人均、单位面积平均水资源占有量远低 于全国平均水平[10] 。建国以来该地区农业发展很快, 但农业 用水也增长迅速。尽管黄淮海平原的大部分地区位于典型 半湿润地区, 平均降水量在 500~800 mm, 但降水受到太平 洋季风的强弱和雨区进退的影响, 地区上分布不均匀, 季节 间和年际间变化更是剧烈, 这在一定程度上加重了该地区灌 溉用水需求的紧张形势, 使灌溉用水成为该地区农业生产 潜力发挥的一个重要制约因素。笔者以 1991 年和2000 年 气象数据为基础, 计算了两个年份黄淮海平原的耕地作 物灌溉需水量, 分析了其时空变化特征, 然后通过对耕地作 物灌溉需水与耕地生产潜力进行耦合分析, 揭示了作物灌 溉需水与耕地生产潜力之间的制约关系, 为合理利用农业 用水, 提高农业用水效率, 最大程度地提高耕地生产潜力提 供参考信息。 1 数据来源及其处理 笔者采用的气象数据来自中国国家气象局 1991～2000 年气象观测资料。黄淮海平原共有 28 个国家常规气象观测 站点, 记录了该地区每天 4 次气温、2 个时段降水量、相对 湿度、气压、风向、风速和日照时数等资料。此外, 笔者还收 集了部分代表性县市的气象台站( 约 30 个) 观测资料, 通过 汇总整理上述 28 个国家常规气象观测站点数据以及 30 个 代表性县市的气象台站观测资料, 得到计算所需的气象参 数( 主要包括辐射、气温、降水、相对湿度、风速等) 。此外, 比 较分析 1991～2000 年黄淮海平原降水量后, 发现 1991 年和 2000 年降水量为该时段的平水年( 表 1) 。因此, 笔者选用 1991 年和 2000 年作为研究时段来计算灌溉需水。农作物 种植数据来源于国家统计年鉴。作物系数、种植业区划等信 息来自国际系统与应用分析研究所( IIASA) 中国部分的数 据资料。此外, 该研究还利用基于遥感数据反演的耕地比例 数据[10] , 分别从农业作物需水量和土地生产潜力中计算了 耕地作物需水量和耕地生产潜力。该耕地比例数据已经转 化为 1 km 栅格成分数据[11] , 即以每个 1 km 栅格内的耕地面 积作为栅格的值。笔者采用样条函数空间插值方法对气象 数据进行空间插值处理, 获得上述气象指标 1 km×1 km 空 间网格数据, 并通过投影变换, 将大地投影转变为与 DEM 数 据 等 具有 一 致 投 影 基 础 的 双 标 准 纬 线 等 面 积 割 圆 锥 投影。 2 耕地作物灌溉需水量估算 2.1 计算参考蒸散量( ET0 ) ET0 是指土壤水分充足、地面 开阔、生长茂密、高 8~15 cm 矮草地上的蒸发蒸腾量。笔者 采用改进的彭曼- 蒙特斯( Penman!Monteith) 模型计算, 公式 如下: ET0= 0.408Δ( Rn- G) +γ 900 T+273 u( 2 es- ea ) Δ+γ( 1+0.34 u2 ) ( 1) 式中, Δ为饱和水汽压- 温度曲线斜率( kPa/℃) ; Rn 为作物冠 年份 Year 降雨量 Rainfall 降水年型 Precipitation year 年份 Year 降雨量 Rainfall 降水年型 Precipitation year 1991 693.8 平水年 Normal Year 1996 763.9 丰水年 Rainy year 1992 547.9 枯水年 Dry year 1997 509.4 枯水年 Dry year 1993 666.9 平水年 Normal Year 1998 812.4 丰水年 Rainy year 1994 713.8 平水年 Normal Year 1999 515.3 枯水年 Dry year 1995 700.8 平水年 Normal Year 2000 717.9 平水年 Normal Year 注: P=30 %, 719mm; P=50 %, 664mm; P=75 %, 593mm; P=95 %, 491mm。 表 1 1991～2000 年黄淮海平原降雨量及降水年型分析 Table 1 Analysis of rainfall amount and precipitation pattern in Huang!Huai!Hai plain from 1991 to 2000 mm 黄淮海平原作物灌溉需水与耕地生产潜力的耦合分析 唐华秀 1 , 邓祥征 2, 3 , 战金艳 4 , 马劲松 1 , 姜群鸥 5 ( 1.南京大学地理与海洋科学学院, 江苏南京 210093; 2.中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101; 3.中国科学院农业政策研究中心, 北京 100101; 4.北京师范大学环境学院, 北京 100875; 5.中南大学地学与环境工程学院, 湖南长沙 410082) 摘要 对 1991 年和 2000 年气象数据进行空间插值, 获得了黄淮海平原气象指标 1 km×1 km 空间网格数据, 然后借助 GIS 数据处理 与空间分析功能, 通过计算参考蒸散量、作物需水量, 估算了 1991 年和 2000 年黄淮海平原耕地作物灌溉需水量, 并分析了其时空变 化规律。利用农业生态地带模型( AEZ) 计算了耕地生产潜力, 通过对作物灌溉需水与耕地生产潜力的空间耦合分析, 发现作物灌溉需 水与耕地生产潜力之间呈线性正向相关, 表明黄淮海平原灌溉需水满足程度是耕地生产潜力的一个制约因素。 关键词 作物灌溉需水; 耕地生产潜力; 耦合分析; 黄淮海平原 中图分类号 S274.1 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2008) 02- 00727- 05 Coupling Analysis on the Crop Irrigation Water Requirements of Huanghuaihai Plain and the Potential Yield of Cultivated Land TANG Hua!xiu et al (School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University , Nanjing, Jiangsu 210093) Abstract Based on the site!based meteorological data in 1991 and 2000, the irrigation water requirements of cultivated land was estimated, the regional differences were explored and the changes from 1991 to 2000 were analyzed using the GIS methodologies. Then the potential yield of cultivated land was calculated based on the AEZ!China model. By the coupling analysis, the positive correlation between the irrigation water requirements and the potential yield of cultivated land was explored. So the irrigation water requirements was a constrain factor on the potential yield of cultivated land in the Huanghuaihai plain now. The result laid the referrences for reasonably using water resources of Huanghuaihai plain and drawing scientific decision on enhancing water efficiency. Key words Crop Irrigation water requirements; Potential yield of cultivated land; Coupling analysis; Huanghuaihai plain 安徽农业科学, Journal of Anhui Agri. Sci. 2008, 36( 2) : 727- 731 责任编辑 张杨林 责任校对 王 淼
安徽农业科学 2008年 层表面净辐射MJ2;G为土壤热通量MJ2;Y为湿度 上述参数均可以利用气象台站的常规观测参数通过推 计常数kPa/O:T为日平均气温℃:u2为2m高处的风速导计算获得B笔者根据各个常规气象参数的定义及特 mA;en为饱和水汽压kPa):e为实际水汽压kPa 征,整理并制备了计算ET0所需的主要参数表表2)。 表2计算ET。所需主要参数 Tab le 2 The m an param eter for cau lating ET 参数说明 Param eterexp lanation UnI 每个栅格上的平均高度 Each grid on the average height 速 W ind speed 2m处的风速 w nd speed at'2m 纬度 Latitud 每个栅格中心点的纬度 Laiitude of Focal point in each grid 度 Radian 太阳辐射 Solarradiation 每个栅格日均太阳辐射 a verage daily solar rad iation in each grid 日均温 Daily average tem perature 每个栅格日平均气温 A verage tem perature in each grid 日最高气温 Daily highest tem perature 每个栅格日最高气温 The m axim um tem perature in each grid 日最低气温 Daily bw est tem perature 每个栅格日最低气温 The m inim um tem perature in each grid 相对湿度 Relative hum idity 每个栅格相对湿度 Relative hum id ity in each grid 利用 Penm an-M on teith公式及与公式中各参数相关的域上的差异,笔者的计算结果与徐新良等人的研究结果有 推导公式对表中的气象参数进行运算,得到黄淮海平原较好的一致性 1991年和2000年日均参考蒸散量ET图1),将日均参考 计算作物需水量(ET)ET。是指作物生育期内最大 蒸散量乘上365即得到年参考蒸散量。图1表明,两个年份蒸散量,主要受气象因子、土壤水分条件和作物生物学特征 的参考蒸散量都存在显著的空间差异。徐新良等人利用的影响。计算公式如下 Penm an-M onteith公式计算了19912000年10年间东北地 区参考蒸散量。研究结果表明,东北地区历年日均参考蒸散式中,a是土壤水分修正系数,在水分充足条件下取值为1 量在4mm上下波动,其中1997年日均蒸散量为4.03mm,Kc为作物系数,与季节、作物品种和作物群体结构有关 2000年为4.09mm而笔者计算得到黄淮海平原1991年 笔者估算的是耕地上的作物灌溉需水,在公式2)的基 日平均参考蒸散量为476mm,2000年为473mm。考虑地础上乘上一个耕地系数加以修正,即 5.6 和987 38 4.1 6629530144853 113114115116117118119120121122 11311411511611711811912012112 经度∥° Longitude 经度∥ longitude 图11991年(左)和2000年(右)黄淮海平原日均参考蒸散量 Fig. I Former daily average reference evapotranspiration in Huang-Huai-Hai plain in the year 1991(left) and 2000(right) ET, =aXKcXETo>R atd crop (3)2000年耕地作物需水量。 式中, R atd crop)是耕地系数,每个1km栅格的值表示该栅2.3耕地作物灌溉需水及时空分异特征 格内的耕地面积。 23.1耕地作物灌溉需水量估算。耕地作物灌溉需水 小麦-玉米一年二作是黄淮海平原的主要种植制度。该WR表示,公式如下 研究利用小麦和玉米的平均作物系数来估算黄淮海平原的 WR=ET。-Pe (5 作物需水量。为简化计算,研究设定全区冬小麦9月30日播式中,Pe为有效降水量。根据美国农业部( USDA Soill 种,6月10日收获,全生育期253d:夏玉米生长时段则为 Conservation Service)设计的模型来计算,即 剩余的112d因此,根据小麦和玉米在一年中的生长天 Pe=RA2125-0.2R)(R250mm) (6) ∑Kcy+∑K 式中,R为全年总降水量。 (4) 根据公式(5和6计算得到黄淮海平原1991年和 式中,Kcm表示i天小麦的平均Kc系数:Kc,表示k天2000年作物灌溉需水量图2) 2.3.2时空分异特征。为揭示黄淮海平原作物灌溉需水的 玉米的平均Kc系数 根据公式(3)和4计算得到黄淮海平原1991年和 区域分异特征,笔者将其与农业生态分区时进行叠加,然后 按各农业生态区进行汇总计算,得到各个农业生态分区中 91994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
层表面净辐射( MJ/m2 ) ; G 为土壤热通量( MJ/m2 ) ; γ为湿度 计常数( kPa/℃) ; T 为日平均气温( ℃) ; u2 为 2 m 高处的风速 ( m/s) ; es 为饱和水汽压( kPa) ; ea 为实际水汽压( kPa) 。 上述参数均可以利用气象台站的常规观测参数通过推 导计算获得[4, 12- 13] 。笔者根据各个常规气象参数的定义及特 征, 整理并制备了计算 ET0 所需的主要参数表( 表 2) 。 参数 Parameter 参数说明 Parameter explanation 单位 Unit 高程 Altitude 每个栅格上的平均高度 Each grid on the average height m 风速 Wind speed 2 m 处的风速 Wind speed at 2m m/s 纬度 Latitude 每个栅格中心点的纬度 Laiitude of Focal point in each grid 弧度 Radian 太阳辐射 Solar radiation 每个栅格日均太阳辐射 Average daily solar radiation in each grid MJ/m2 日均温 Daily average temperature 每个栅格日平均气温 Average temperature in each grid ℃ 日最高气温 Daily highest temperature 每个栅格日最高气温 The maximum temperature in each grid ℃ 日最低气温 Daily lowest temperature 每个栅格日最低气温 The minimum temperature in each grid ℃ 相对湿度 Relative humidity 每个栅格相对湿度 Relative humidity in each grid % 表 2 计算 ET0 所需主要参数 Table 2 The main parameter for calculating ET ETm=α×Kc×ET0×Rate( crop) ( 3) 式中, Rate( crop) 是耕地系数, 每个 1 km 栅格的值表示该栅 格内的耕地面积。 小麦- 玉米一年二作是黄淮海平原的主要种植制度。该 研究利用小麦和玉米的平均作物系数来估算黄淮海平原的 作物需水量。为简化计算, 研究设定全区冬小麦 9 月 30 日播 种, 6 月 10 日收获, 全生育期 253 d; 夏玉米生长时段则为 剩余的 112 d[7] 。因此, 根据小麦和玉米在一年中的生长天 数, 计算得到黄淮海平原平均作物系数。具体计算公式如下: Kc= Σi=1 253 Kc whea(t i) +Σk=1 112 Kc corn( k) 365 ( 4) 式中, Kcwhea(t i) 表示 i 天小麦的平均 Kc 系数; Kccorn( k) 表示 k 天 玉米的平均 Kc 系数。 根据 公 式( 3) 和( 4) 计 算 得 到 黄 淮 海 平 原 1991 年 和 2000 年耕地作物需水量。 2.3 耕地作物灌溉需水及时空分异特征 2.3.1 耕地作物灌溉需水量估算。耕地作物灌溉需水用 IWR 表示, 公式如下: IWR=ETm- Pe ( 5) 式 中 , Pe 为 有 效 降 水 量 。根 据 美 国 农 业 部( USDA Soil Conservation Service) 设计的模型来计算, 即: Pe=R/125( 125- 0.2R) ( R250 mm) ( 6) 式中, R 为全年总降水量。 根据 公 式( 5) 和( 6) 计 算 得 到 黄 淮 海 平 原 1991 年 和 2000 年作物灌溉需水量( 图 2) 。 2.3.2 时空分异特征。为揭示黄淮海平原作物灌溉需水的 区域分异特征, 笔者将其与农业生态分区[15] 进行叠加, 然后 按各农业生态区进行汇总计算, 得到各个农业生态分区中 利用 Penman"Monteith 公式及与公式中各参数相关的 推导公式[4] 对表中的气象参数进行运算, 得到黄淮海平原 1991 年和 2000 年日均参考蒸散量 ET( 0 图 1) , 将日均参考 蒸散量乘上 365 即得到年参考蒸散量。图 1 表明, 两个年份 的参考蒸散量都存在显著的空间差异。徐新良等人利用 Penman"Monteith 公式计算了 1991~2000 年 10 年间东北地 区参考蒸散量。研究结果表明, 东北地区历年日均参考蒸散 量在 4 mm 上下波动, 其中 1997 年日均蒸散量为 4.03 mm, 2000 年为 4.09 mm[4] 。而笔者计算得到黄淮海平原 1991 年 日平均参考蒸散量为 4.76 mm, 2000 年为 4.73 mm。考虑地 域上的差异, 笔者的计算结果与徐新良等人的研究结果有 较好的一致性。 2.2 计算作物需水量( ETm) ETm 是指作物生育期内最大 蒸散量, 主要受气象因子、土壤水分条件和作物生物学特征 的影响。计算公式如下: ETm=α×Kc×ET0 ( 2) 式中, α是土壤水分修正系数, 在水分充足条件下取值为 1; Kc 为作物系数, 与季节、作物品种和作物群体结构有关。 笔者估算的是耕地上的作物灌溉需水, 在公式( 2) 的基 础上乘上一个耕地系数加以修正, 即: 728 安徽农业科学 2008 年
36卷2期 唐华秀等黄淮海平原作物灌溉需水与耕地生产潜力的耦合分析 地 太 太原 黄海平 黄海平 胶费黄泛平原 2252·-100 胶西黄泛 东平原 浩海原 东丰原 30 商海金地 南金地 图21991年(左)和2000年(右)黄淮海平原作物灌溉需水量 Fig 2 Water need of crop irrigation in Huang-Huai-Hai plain in the year 1991(left)and 2000(right 表31991年和2000年基于农业生态分区的黄淮海平原作物灌溉需水量 Table 3 A gricu lturaleco log icalregions of crop irrigation requ irem entat H uang H uaH aip lan in the year 1991 and 2000 based on the d iv ision of agricu lturaleco lg icalregions 1991年灌溉需水量2000年灌溉需水 2000年较1991年 农业生态区 量∥mm V ohim echange a nicu Imigation requ irem ent hange of vohme 津唐平原 Jing-Jin-Tang plain 黄海平原 Yellow Sea plan 258.2 太行山麓平原 Taihang M ountain foothill pan 东半岛 Jiaodong pen insul 241.8 胶西黄泛平原 92.0 48.8 264.4 平原 XuHuai low plan 212.0 10.1 皖北平原 Northem A nhuiplain 274.5 豫东平原 East enan plain 淮南沿海平原 H uainan coastal plain 2051 江淮丘陵 Jianghuai knoll 10.6 南阳盆地 N anyang flatland 35.0 蒙辽冀山地 Inner M ongolian -iaon ng Hebei 燕山山地 Y anshan m ountainous region 719 21 30.4 晋北忻同盆地 X ntong basin of Shanxi Province 晋东山地E l991年和2000年耕地作物灌溉需水量,并计算出两个年灌溉需水增加了。其中,胶中丘陵与南部的南阳盆地灌溉需 份的变化量和变化率表3)。 水增幅最大,分别为394%和39.1%。从总体上看,大部 图2和表3表明,黃淮海平原作物灌溉需水的区域分地区的灌溉需水呈下降趋势,这与气候变化引起的降水变 异明显。南部的南阳盆地与西北部边缘地区的蒙辽冀山地、化及区域土地利用格局的变动有关。研究表明,当C02浓度 晋北忻同盆地与晋东山地计算出来的灌溉需水为负。其原倍增时,黄淮海平原降水量呈增加趋势,增加幅度由北向南 因:一是该区域特别是山地地区)无耕地或者耕地很少 逐渐减少。此外,伴随着城市化进程的加快,耕地非农化 是区域内的小麦和玉米生育期内大部分地区的年降水量大利用导致的耕地面积减少也是灌溉需水量减少的一个原 于年蒸散量,但这并不意味着在这些地区作物生育区内不因。莫兴国等人使用ⅤP模型包含双源蒸散子模型与3层 需要灌溉,灌溉与否主要取决于作物关键生育期内的降水土壤湿度动态子模型)研究了黄淮海平原1981~2001年作 量,即降水的时间分布是否与作物生长时段相匹配。将物蒸散量,分析其空间分异状况:郑州地区平均灌水量为 91年与2000年作物灌溉需水量进行比较后发现,黄淮212mm,皖北、苏北地区平均灌溉量为180280mm,渤海湾 海平原的北部太行山麓平原、燕山山地、晋东山地)和南部和海河低地平原的平均灌溉量为0~100mm,接近自然条 (皖北平原、豫东平原、淮南沿海平原、江淮丘陵)大部分地件的。该研究过程对研究区的土壤状况与作物种植模式进行 区2000年的作物灌溉需水较1991年有所减少,其中,晋东了简化,是一个理想化的模拟值,比莫兴国等人的研究结果 山地和燕山山地的变化率最大,分别减少了41.8%和30.4%;偏大。许翠平等应用 Penm an M on teith方程推算了北京地 豫东平原、淮南沿海平原、皖北平原和江淮丘陵灌溉需水量苜蓿的灌溉定额,结果显示不冋水平年苜蓿的浄灌溉定额 各下降了18.6%、14.6%、122%与10.6%。中部平原黄海在829~446.7mm呵。总的看来,笔者的计算结果与许翠平等 平原、胶东半岛、胶中丘陵、胶西黄泛平原、徐淮低平原)的人的研究结果具有较好的一致性。 91994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
京津唐平原 Jing!Jin!Tang plain 204.5 219.1 14.6 7.2 黄海平原 YellowSea plain 258.2 340.2 82.0 31.8 太行山麓平原 Taihang Mountain foothill plain 283.3 274.6 - 8.6 - 3.0 胶东半岛 Jiaodong peninsula 238.7 241.8 3.1 1.3 胶中丘陵 Center Jiaodong peninsula hill 233.5 325.5 92.0 39.4 胶 西 黄 泛 平 原 Yellow!wild flatlands in west Jiaodong peninsula 248.8 264.4 15.7 6.3 徐淮低平原 Xu!Huai lowplain 212.0 222.1 10.1 4.8 皖北平原 Northern Anhui plain 274.5 240.9 - 33.6 - 12.2 豫东平原 East Henan plain 289.4 235.5 - 53.9 - 18.6 淮南沿海平原 Huainan coastal plain 202.3 172.8 - 29.5 - 14.6 江淮丘陵 Jianghuai knoll 246.0 220.0 - 26.0 - 10.6 南阳盆地 Nanyang flatland - 57.5 - 35.0 - 22.5 39.1 蒙 辽 冀 山 地 Inner Mongolian!Liaoning!Hebei mountainous region - 83.6 - 67.9 - 15.8 18.9 燕山山地 Yanshan mountainous region 71.9 50.0 - 21.9 - 30.4 晋北忻同盆地 Xintong basin of Shanxi Province - 137.1 - 130.7 - 6.4 4.7 晋东山地 East Shanxi mountainous region - 36.3 - 51.5 15.2 - 41.8 农业生态区 Agricultural ecology area 1991 年灌溉需水量 mm Irrigation requirement in 1991 2000 年灌溉需水 量∥mm Irrigation requirement in 2000 变化率∥% Rate of chang 2000 年较 1991 年 Volumechangeoftheyear2000comparedwiththatof1991 变化量∥mm Change of volume 表 3 1991 年和 2000 年基于农业生态分区的黄淮海平原作物灌溉需水量 Table 3 Agricultural ecological regions of crop irrigation requirement at Huang!Huai!Hai plain in the year 1991 and 2000 based on the division of agricultural ecological regions 1991 年和 2000 年耕地作物灌溉需水量, 并计算出两个年 份的变化量和变化率( 表 3) 。 图 2 和表 3 表明, 黄淮海平原作物灌溉需水的区域分 异明显。南部的南阳盆地与西北部边缘地区的蒙辽冀山地、 晋北忻同盆地与晋东山地计算出来的灌溉需水为负。其原 因: 一是该区域( 特别是山地地区) 无耕地或者耕地很少; 二 是区域内的小麦和玉米生育期内大部分地区的年降水量大 于年蒸散量, 但这并不意味着在这些地区作物生育区内不 需要灌溉, 灌溉与否主要取决于作物关键生育期内的降水 量[7] , 即降水的时间分布是否与作物生长时段相匹配。将 1991 年与 2000 年作物灌溉需水量进行比较后发现, 黄淮 海平原的北部( 太行山麓平原、燕山山地、晋东山地) 和南部 ( 皖北平原、豫东平原、淮南沿海平原、江淮丘陵) 大部分地 区 2000 年的作物灌溉需水较 1991 年有所减少, 其中, 晋东 山地和燕山山地的变化率最大, 分别减少了 41.8 %和 30.4 %; 豫东平原、淮南沿海平原、皖北平原和江淮丘陵灌溉需水量 各下降了 18.6 %、14.6 %、12.2 %与 10.6 %。中部平原( 黄海 平原、胶东半岛、胶中丘陵、胶西黄泛平原、徐淮低平原) 的 灌溉需水增加了。其中, 胶中丘陵与南部的南阳盆地灌溉需 水增幅最大, 分别为 39.4 %和 39.1 %。从总体上看, 大部分 地区的灌溉需水呈下降趋势, 这与气候变化引起的降水变 化及区域土地利用格局的变动有关。研究表明, 当 CO2 浓度 倍增时, 黄淮海平原降水量呈增加趋势, 增加幅度由北向南 逐渐减少[15] 。此外, 伴随着城市化进程的加快, 耕地非农化 利用导致的耕地面积减少也是灌溉需水量减少的一个原 因。莫兴国等人使用 VIP 模型( 包含双源蒸散子模型与 3 层 土壤湿度动态子模型) 研究了黄淮海平原 1981~2001 年作 物蒸散量, 分析其空间分异状况: 郑州地区平均灌水量为 212 mm, 皖北、苏北地区平均灌溉量为 180~280 mm, 渤海湾 和海河低地平原的平均灌溉量为 0~100 mm, 接近自然条 件[7] 。该研究过程对研究区的土壤状况与作物种植模式进行 了简化, 是一个理想化的模拟值, 比莫兴国等人的研究结果 偏大。许翠平等应用 Penman!Monteith 方程推算了北京地区 苜蓿的灌溉定额, 结果显示不同水平年苜蓿的净灌溉定额 在 82.9~446.7 mm[16] 。总的看来, 笔者的计算结果与许翠平等 人的研究结果具有较好的一致性。 36 卷 2 期 唐华秀等 黄淮海平原作物灌溉需水与耕地生产潜力的耦合分析 729
安徽农业科学 2008年 大行 大行 7000 伴雀平原 7000 市添等平系 海平原□60000 统北 9000·11000 9000·11000 液 11000-1300 13000 13000 2000 图31991年(左)和2000年(右)黄淮海平原耕地生产潜力 Fig 3 Productive potential of Huang-Huai-Hai plain in 1991 and 2000 表41991年与2000年黄淮海平原耕地生产潜力及变化 Tab le 4 Changes of farm land and productie poten tial in H uang uaH aip lain in the year 1991 and 2000 农业生态区 99!年生产潜力∥km2200年生产潜力∥khm200较191年变化∥k以hm变化率/% a gricu ltural ecology an Productive potential in1991 Productive potential in 2000 2000 com pared to 京津唐平原 Jing-Jn-Tang phin 黄海平原 Yellow Sea 太行山麓平原 Tahang M ountain foothillplain 6455 5096.9 胶中丘陵 Cen ter Jiaodong pen la hill 5147,3 胶西黄泛平原 Yellow -w ild flatlands in west 6448.5 6471,8 淮低平原 Xu-Huai low plain 皖北平原 Northem anhuiplan 506l5 豫东平原 East H enan plain 南沿海平原 Huainan coastal plain 5704.3 淮丘陵 Jianghuai knoll 5537.5 南阳盆地 Nanyang flatland 873.0 蒙辽冀山地 nner M ongolian-L noning-H ebei 5996 977.3 1965.5 燕山地 shan m outa 688.3 12.0 晋北忻同盆地 X intong basin of Shanxi Province 晋东山地 East Shanxi oun tainous regx 3耕地作物灌溉需水与耕地生产潜力的空间耦合 2000年的数据进行分析,结论一致进一步比较1991年与 耕地生产潜力反映了耕地在一定条件下能够持续生产2000年耕地作物灌溉需水与相应耕地生产潜力的变化幅 粮食的潜在能力。耕地生产潜力受光、热、水、土和作物生物度后发现,大部分地区的灌溉需水变化幅度不大,与之相应 学特性等因素影响,表现出显著的时空差异特征。该研究的耕地生产潜力变化也较小。如京津唐平原、太行山麓平 利用了FA0与皿ASA联合开发,并经中国科学院农业政策原、胶东半岛、胶西黄泛平原、徐淮低平原、晋北忻同盆地耕 研究中心(CCAP改进的 AEZ China模型圓,计算了黄淮海地作物灌溉需水的变幅都在10%以内,与其对应的耕地生 平原1991年和2000年耕地生产潜图3、表刂,并据此研产潜力变化率也都小于3%这也说明了耕地作物灌溉需水 究作物灌溉需水与耕地生产潜力的空间耦合关系(图3)。与耕地生产潜力之间存在着一致性,即对黄淮海平原灌溉需 对比表3与表4及图2与图3可以发现,作物灌溉需水量水的满足程度能够反映该地区耕地生产潜力的大小。 与耕地生产潜力存在显著的空间耦合关系。从总体上来看,4结论与讨论 耕地作物灌溉需水多的地区其耕地生产潜力也大,即耕地 (1)研究结果表明,黄淮海平原作物灌溉需水的区域分 作物灌溉需水的多少反映了该地区的耕地生产潜力大小状异显著。南部的南阳盆地与西北部边缘地区的蒙辽冀山地 况。如1991年,灌溉需水较多的黄海平原2582mm)、太行晋北忻同盆地与晋东山地需水量较少,对两个年份间进行 山麓平原283.38mm)和胶西黄泛平原2488mm)耕地生产对比后发现,黄淮海平原的北部和南部大部分地区2000年 潜力也较大,分别达到了70263、64554、64485kghm2而灌溉灌溉需水比1991年有所减少;中部平原灌溉需水增加了。 需水较少的南阳盆地、蒙辽冀山地、晋北忻同盆地、晋东山总体上看,大部分地区需水量呈下降趋势。 地等,耕地生产潜力也相应较小,说明耕地作物灌溉需水与 (2)该研究表明,耕地作物灌溉需水与耕地生产潜力线 耕地生产潜力之间存在空间上显著正相关的耦合关系。对性正相关,即需水多的地区相应地其耕地生产潜力也高。根 91994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
农业生态区 Agricultural ecology area 1991 年生产潜力∥kg/hm2 Productive potential in1991 2000 年生产潜力∥kg/hm2 Productive potential in 2000 2000 年较 1991 年变化∥kg/hm2 Changes of 2000 compared to that of 1999 变化率∥% Rates of change 京津唐平原 Jing!Jin!Tang plain 5 767.7 5 720.4 - 47.3 - 0.8 黄海平原 YellowSea plain 7 026.3 6 831.4 - 194.9 - 2.8 太行山麓平原 Taihang Mountain foothill plain 6 455.4 6 391.4 - 64 - 1.0 胶东半岛 Jiaodong peninsula 5 116.8 5 096.9 - 19.9 - 0.4 胶中丘陵 Center Jiaodong peninsula hill 5 179.0 5 147.3 - 31.7 - 0.6 胶 西 黄 泛 平 原 Yellow!wild flatlands in west Jiaodong peninsula 6 448.5 6 471.8 23.3 0.4 徐淮低平原 Xu!Huai lowplain 5 350.3 5 353.8 3.5 0.1 皖北平原 Northern Anhui plain 5 061.5 5 009.3 - 52.2 - 1.0 豫东平原 East Henan plain 5 310.3 5 284.7 - 25.6 - 0.5 淮南沿海平原 Huainan coastal plain 5 704.3 5 758.1 53.8 0.9 江淮丘陵 Jianghuai knoll 5 537.5 5 537.5 0 0 南阳盆地 Nanyang flatland 873.0 1 352.0 479.0 54.9 蒙 辽 冀 山 地 Inner Mongolian!Liaoning!Hebei mountainous region 1 977.3 1 965.5 - 11.8 - 0.6 燕山山地 Yanshan mountainous region 5 745.2 5 056.9 - 688.3 - 12.0 晋北忻同盆地 Xintong basin of Shanxi Province 457.4 470.8 13.4 2.9 晋东山地 East Shanxi mountainous region 1 498.9 1 511.9 13.0 0.9 表 4 1991 年与 2000 年黄淮海平原耕地生产潜力及变化 Table 4 Changes of farmland and productive potential in Huang!Huai!Hai plain in the year 1991 and 2000 3 耕地作物灌溉需水与耕地生产潜力的空间耦合 耕地生产潜力反映了耕地在一定条件下能够持续生产 粮食的潜在能力。耕地生产潜力受光、热、水、土和作物生物 学特性等因素影响[17] , 表现出显著的时空差异特征。该研究 利用了 FAO 与 IIASA 联合开发, 并经中国科学院农业政策 研究中心( CCAP) 改进的 AEZ!China 模型[18] , 计算了黄淮海 平原 1991 年和 2000 年耕地生产潜力( 图 3、表 4) , 并据此研 究作物灌溉需水与耕地生产潜力的空间耦合关系 ( 图 3) 。 对比表 3 与表 4 及图 2 与图 3 可以发现, 作物灌溉需水量 与耕地生产潜力存在显著的空间耦合关系。从总体上来看, 耕地作物灌溉需水多的地区其耕地生产潜力也大, 即耕地 作物灌溉需水的多少反映了该地区的耕地生产潜力大小状 况。如 1991 年, 灌溉需水较多的黄海平原( 258.2 mm) 、太行 山麓平原( 283.38 mm) 和胶西黄泛平原( 248.8 mm) 耕地生产 潜力也较大, 分别达到了 7 026.3、6 455.4、6 448.5 kg/hm2 。而灌溉 需水较少的南阳盆地、蒙辽冀山地、晋北忻同盆地、晋东山 地等, 耕地生产潜力也相应较小, 说明耕地作物灌溉需水与 耕地生产潜力之间存在空间上显著正相关的耦合关系。对 2000 年的数据进行分析, 结论一致。进一步比较 1991 年与 2000 年耕地作物灌溉需水与相应耕地生产潜力的变化幅 度后发现, 大部分地区的灌溉需水变化幅度不大, 与之相应 的耕地生产潜力变化也较小。如京津唐平原、太行山麓平 原、胶东半岛、胶西黄泛平原、徐淮低平原、晋北忻同盆地耕 地作物灌溉需水的变幅都在 10 %以内, 与其对应的耕地生 产潜力变化率也都小于 3 %。这也说明了耕地作物灌溉需水 与耕地生产潜力之间存在着一致性, 即对黄淮海平原灌溉需 水的满足程度能够反映该地区耕地生产潜力的大小。 4 结论与讨论 ( 1) 研究结果表明, 黄淮海平原作物灌溉需水的区域分 异显著。南部的南阳盆地与西北部边缘地区的蒙辽冀山地、 晋北忻同盆地与晋东山地需水量较少。对两个年份间进行 对比后发现, 黄淮海平原的北部和南部大部分地区 2000 年 灌溉需水比 1991 年有所减少; 中部平原灌溉需水增加了。 总体上看, 大部分地区需水量呈下降趋势。 ( 2) 该研究表明, 耕地作物灌溉需水与耕地生产潜力线 性正相关, 即需水多的地区相应地其耕地生产潜力也高。根 730 安徽农业科学 2008 年
36卷2期 唐华秀等黄淮海平原作物灌溉需水与耕地生产潜力的耦合分析 据这一研究结论,可以通过估算耕地作物灌溉需水来定性]莫兴国,薛玲,林忠辉华北平原19812001年作物蒸散量的时空分 估计耕地生产潜力的大小,并根据耕地的增产潜力制定出 异特征[自然资源学报,2005,202:181-187 ⑧]沈振荣,苏人琼中国农业水危机对策研究M北京:中国农业科技 相应的增产措施,以提高耕地实际产出能力。如应该在缺水 出版社,1998. 灌区保持灌溉农田高产的同时,争取节约灌溉用水;并在半8王浩,秦大庸黄淮海流域水资源合理配置ML北京:科学出版社 干旱的旱作地区通过雨水集流等措施对部分耕地实施补充Do]LJY.LⅢML, ZHUANG D F, et alS tudy on spatial pattem 供水,达到增产目的 of land-use change in China during 1995-2000 [Science n 3)笔者的研究结论对国家水土资源的管理决策具有 China series D),2003,464):373-384. 指导意义。当前,提高我国耕地用水效率已经成为当务之 ]邓祥征,黄季焜,SCO0TTR.中国耕地变化及其对生物生产力的 影响——兼论中国的粮食安全印中国软科学,2005,5:65-70. 急,调整农业种植结构,如适当减少平原高耗水作物的种D2] GARRATT J R. The m easurem ent of evaporation by m eteorological 植,也许是解决灌溉水危机的一个重要手段。 m ethods gric W ater M gt. 1984 8): 99-176 [3] ALLEN R G, PEREIRA L S, RASE D, et alCrop evapotranspira- 参考文献 tion Guidelines for com puting crop water requirem ents lIaO [] HUBBARD K G, FLORES M F J. Relating United States crop Irrigation and Dranage M ]1998 20): 56 nd use t natural resources and clim ate change [I Joumal of04]陈百明,黄兴文中国生态资产评估与区划研究中国农业资源 Clmate,1995,82):329-335 与区划,2003,246:20-24. 2]张洪业.土壤水资源研究的两个重要方面及在农业节水中的意5]山仑发展半旱地农业充分缓解我国北方缺水压力m中国减灾 义——华北黄河以北平原地区为例资源科学,1999,26:29-33. 200(11):42 B]王会肖,刘昌明华北平原水资源供需与作物水分利用效率指征分6]许翠平,刘洪禄,赵立新应用 Penm an-M on teith方程推算北京地区 析生态农业研究,1999,73):11-15. 苜蓿的灌溉定额[农业工程学报,2005,2X8):30-3 徐新良,刘纪远,庄大方GB环境下1992000年中国东北参考作7]刘纪远,徐新良,庄大方,等20世纪90年代LUCC过程对中国农 物蒸散量时空变化特征分析农业工程学报,2004,202:10-13 光温生产潜力的影响——基于气候观测与遥感土地利用动态 5]刘晓英,李玉中,郝卫平.华北主要作物需水量近50年变化趋势及 观测数据中国科学:D辑,2005,36:483-492 原因农业工程学报,2005,2X10):155-159 08] DENG X Z,HUANG J K, SCOTT R, et alCultivated land conversion 8]侯英雨,王建林利用气象卫星资料估算全球作物总产研究印气 and potential agricultral productivity in China [I Land Use 象,2005,3(8):18-21. Policy.200623):372-384 (上接第726页) 3.6台风活动极少西太平洋台风活动,常常可以破坏副 部和淮北地区,使之产生持续性的暴雨过程:7月9-3日热带高压的带状分布,其环流也常常破坏南海、孟加拉湾北 584线南压到沿江、江南:14日北抬,安徽省有10个县市暴上的西南气流,因此它是梅雨形势破坏的常见因素。2007 雨,17日到山东至河南中北部,移出安徽北部;19-25日又年6-7月,西太平洋台风活动极端偏少,仅有1个台风7月 在淮北和江淮北部一带摆动,强降水也在沿淮淮北。20079日在西太平洋144.3°E、74°N)上生成后向西北行,13日 年整个梅雨期只有3d584线不在安徽省 在近海127.5°E、249°N)转向东北偏北行,对安徽没有影 2003年梅雨期584线位置同样和主雨带相对应,因而响,因而梅雨期梅雨形势基本稳定维持。 实际预报上可以把584线进退当作主雨带的进退 4结语 3.5低空急流源地偏东低空急流是指850hPa上偏西南 通过对2007年和2003年淮河流域致洪暴雨的分析 风速在1225m,有明显的强风速轴和最大风速中心。低得出以下几点结论 空急流是一支暖湿气流,它将热带洋面丰沛的水汽、动能和 (1)淮河流域2007年和2003年都是长梅雨年,整个梅 不稳定能量向北输送到暴雨区,在低空急流的左前方气旋汛期基本上为连续性降水。2007年梅汛期的雨量与2003 性切变和风速最强,有大量水汽积聚,给对流天气的发展和年大体相当,但降水集中程度和暴雨日数超过2003年,多 暴雨提供了有利的条件即长江中下游地区的低空急流来源雨区在沿淮淮北地区,持续强降水导致淮河王家坝水库先 于北部湾、南海、孟加拉湾或更偏西的印度、伊朗一带,按其后6次开闸泄洪 伸展的北端定为江南型长江以南)和江北型长江中下游 (2西太平洋副高较常年偏强,脊线位于25°26°N,较 35°N)。 常年偏北2个纬距,这一点2007年和2003年相仿,也正好 2007年的37d梅雨期中,有30d存在低空急流,来源使得主雨带落到淮河流域,导致了2007年和2003年都出 于北部湾的有25d,来源于南海的有12d,其中有7d是来现了淮河全流域性大水。584线在淮河流域上空稳定少动 自北部湾和南海两支共同的低空急流。低空急流又以江北正好与主雨带的位置相吻 型居氦23次),占77%。存在低空切变线的有26d,以切变 (3)2007年稳定强劲的低空西南急流,以江北型 线在沿淮、淮北占多数在6月30-月8日淮河流域强降多,占77%,属切变线型急流暴雨,来源于北部湾和南海, 水期间,每天都存在着江北型的低空急流和沿淮淮北切变较2003年明显偏东。 线,称之切变线型急流暴雨 (4)2007年梅汛期西太平洋台风活动极端偏少,使得 2003年梅雨期低空水汽输送带来源偏西,从孟加拉湾梅雨形势稳定维持,淮河流域出现连续暴雨 以西进入华西南,再经武汉到安庆一带北上淮河流域这参考文 支低空急流风速大而稳定,长沙、南昌、武汉到安庆一带8500任敏,周后福,丁霞,等2003年淮河流域性强降水特点及其成因分 hPa风速维持在1220mk。2003年4次强降水过程均伴有 析印气象,2004,30S):7-11 低空西南急流暴发,且每次急流的暴发和减弱均与暴雨发 ]任敏,郝莹,陈焱暴雨落区的统计与分析研究气象科学,2007, 272):214-219 生时间相吻合。 B]任敏,丁太胜,徐跃华长江中下游的低空急流与暴雨[暴雨·灾 害,19971):130-136. 91994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
( 上接第 726 页) 部和淮北地区, 使之产生持续性的暴雨过程; 7 月 9～13 日 584 线南压到沿江、江南; 14 日北抬, 安徽省有 10 个县市暴 雨, 17 日到山东至河南中北部, 移出安徽北部; 19～25 日又 在淮北和江淮北部一带摆动, 强降水也在沿淮淮北。2007 年整个梅雨期只有 3 d 584 线不在安徽省。 2003 年梅雨期 584 线位置同样和主雨带相对应, 因而 实际预报上可以把 584 线进退当作主雨带的进退。 3.5 低空急流源地偏东 低空急流是指 850 hPa 上偏西南 风速在 12～25 m/s, 有明显的强风速轴和最大风速中心。低 空急流是一支暖湿气流, 它将热带洋面丰沛的水汽、动能和 不稳定能量向北输送到暴雨区, 在低空急流的左前方气旋 性切变和风速最强, 有大量水汽积聚, 给对流天气的发展和 暴雨提供了有利的条件[3] 。长江中下游地区的低空急流来源 于北部湾、南海、孟加拉湾或更偏西的印度、伊朗一带, 按其 伸展的北端定为江南型( 长江以南) 和江北型( 长江中下游～ 35°N) 。 2007 年的 37 d 梅雨期中, 有 30 d 存在低空急流, 来源 于北部湾的有 25 d, 来源于南海的有 12 d, 其中有 7 d 是来 自北部湾和南海两支共同的低空急流。低空急流又以江北 型居多( 23 次) , 占 77 %。存在低空切变线的有 26 d, 以切变 线在沿淮、淮北占多数。在 6 月 30～7 月 8 日淮河流域强降 水期间, 每天都存在着江北型的低空急流和沿淮淮北切变 线, 称之切变线型急流暴雨。 2003 年梅雨期低空水汽输送带来源偏西, 从孟加拉湾 以西进入华西南, 再经武汉到安庆一带北上淮河流域[2] 。这 支低空急流风速大而稳定, 长沙、南昌、武汉到安庆一带850 hPa 风速维持在 12～20 m/s。2003 年 4 次强降水过程均伴有 低空西南急流暴发, 且每次急流的暴发和减弱均与暴雨发 生时间相吻合。 3.6 台风活动极少 西太平洋台风活动, 常常可以破坏副 热带高压的带状分布, 其环流也常常破坏南海、孟加拉湾北 上的西南气流, 因此它是梅雨形势破坏的常见因素。2007 年 6～7 月, 西太平洋台风活动极端偏少, 仅有 1 个台风 7 月 9 日在西太平洋( 144.3°E、7.4°N) 上生成后向西北行,13 日 在近海( 127.5°E、24.9°N) 转向东北偏北行, 对安徽没有影 响, 因而梅雨期梅雨形势基本稳定维持。 4 结语 通过对 2007 年和 2003 年淮河流域致洪暴雨的分析, 得出以下几点结论。 ( 1) 淮河流域 2007 年和 2003 年都是长梅雨年, 整个梅 汛期基本上为连续性降水。2007 年梅汛期的雨量与 2003 年大体相当, 但降水集中程度和暴雨日数超过 2003 年, 多 雨区在沿淮淮北地区, 持续强降水导致淮河王家坝水库先 后 6 次开闸泄洪。 ( 2) 西太平洋副高较常年偏强, 脊线位于 25°～26°N, 较 常年偏北 2 个纬距, 这一点 2007 年和 2003 年相仿, 也正好 使得主雨带落到淮河流域, 导致了 2007 年和 2003 年都出 现了淮河全流域性大水。584 线在淮河流域上空稳定少动, 正好与主雨带的位置相吻合。 ( 3) 2007 年稳 定 强 劲 的 低 空 西 南 急 流 , 以 江 北 型 居 多, 占 77 %, 属切变线型急流暴雨, 来源于北部湾和南海, 较2003 年明显偏东。 ( 4) 2007 年梅汛期西太平洋台风活动极端偏少, 使得 梅雨形势稳定维持, 淮河流域出现连续暴雨。 参考文献 [1] 任敏, 周后福, 丁霞, 等.2003 年淮河流域性强降水特点及其成因分 析[J].气象, 2004, 30( S) : 7- 11. [2] 任敏, 郝莹, 陈焱.暴雨落区的统计与分析研究[J].气象科学, 2007, 27( 2) : 214- 219. [3] 任敏, 丁太胜, 徐跃华.长江中下游的低空急流与暴雨[J].暴雨·灾 害, 1997( 1) : 130- 136. 据这一研究结论, 可以通过估算耕地作物灌溉需水来定性 估计耕地生产潜力的大小, 并根据耕地的增产潜力制定出 相应的增产措施, 以提高耕地实际产出能力。如应该在缺水 灌区保持灌溉农田高产的同时, 争取节约灌溉用水; 并在半 干旱的旱作地区通过雨水集流等措施对部分耕地实施补充 供水, 达到增产目的。 ( 3) 笔者的研究结论对国家水土资源的管理决策具有 指导意义。当前, 提高我国耕地用水效率已经成为当务之 急, 调整农业种植结构, 如适当减少平原高耗水作物的种 植, 也许是解决灌溉水危机的一个重要手段。 参考文献 [1] HUBBARD K G, FLORES M F J. Relating United States crop land use to natural resources and climate change [J].Journal of Climate, 1995, 8( 2) : 329- 335. [2] 张洪业.土壤 水资 源研究 的两 个 重 要 方 面 及 在 农 业 节 水 中 的 意 义——华北黄河以北平原地区为例[J].资源科学, 1999, 21( 6) : 29- 33. [3] 王会肖, 刘昌明.华北平原水资源供需与作物水分利用效率指征分 析[J].生态农业研究, 1999, 7( 3) : 11- 15. [4] 徐新良, 刘纪远, 庄大方.GIS 环境下 1999~2000 年中国东北参考作 物蒸散量时空变化特征分析[J].农业工程学报, 2004, 20( 2) : 10- 13. [5] 刘晓英, 李玉中, 郝卫平.华北主要作物需水量近 50 年变化趋势及 原因[J].农业工程学报, 2005, 21( 10) : 155- 159. [6] 侯英雨, 王建林.利用气象卫星资料估算全球作物总产研究[J].气 象, 2005, 31( 8) : 18- 21. [7] 莫兴国, 薛玲, 林忠辉.华北平原 1981~2001 年作物蒸散量的时空分 异特征[J].自然资源学报, 2005, 20( 2) : 181- 187. [8] 沈振荣, 苏人琼.中国农业水危机对策研究[M].北京: 中国农业科技 出版社, 1998. [9] 王浩, 秦大庸.黄淮海流域水资源合理配置[M].北京: 科学出版社, 2004. [10] LIU J Y, LIU M L, ZHUANG D F, et al.Study on spatial pattern of land !use change in China during 1995 - 2000 [J].Science in China( Series D) , 2003, 46( 4) : 373- 384. [11] 邓 祥 征 , 黄 季 焜 , SCOTTR.中 国 耕 地 变 化 及 其 对 生 物 生 产 力 的 影响——兼论中国的粮食安全[J].中国软科学, 2005, 5: 65- 70. [12] GARRATT J R.The measurement of evaporation by meteorological methods[J].Agric Water Mgt, 1984( 8) : 99- 176. [13] ALLEN R G, PEREIRA L S, RASE D, et al.Crop evapotranspira! tion !Guidelines for computing crop water requirements [J].FAO Irrigation and Drainage[M].1998( 20) : 56. [14] 陈百明, 黄兴文.中国生态资产评估与区划研究[J].中国农业资源 与区划, 2003, 24( 6) : 20- 24. [15] 山仑.发展半旱地农业 充分缓解我国北方缺水压力[J].中国减灾, 2006( 11) : 42. [16] 许翠平, 刘洪禄, 赵立新.应用 Penman!Monteith 方程推算北京地区 苜蓿的灌溉定额[J].农业工程学报, 2005, 21( 8) : 30- 33. [17] 刘纪远, 徐新良, 庄大方, 等.20 世纪 90 年代 LUCC 过程对中国农 田光温生产潜力的影响——基于气候观测与遥感土地利用动态 观测数据[J].中国科学: D 辑, 2005, 35( 6) : 483- 492. [18] DENG X Z, HUANG J K, SCOTT R, et al.Cultivated land conversion and potential agricultural productivity in China [J]. Land Use Policy, 2006( 23) : 372- 384. 36 卷 2 期 唐华秀等 黄淮海平原作物灌溉需水与耕地生产潜力的耦合分析 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 731
