考虑灌溉措施下的不同干旱等级作物产量损失风险评估
文献类型：学位论文
| 作者 | 王世佳 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 专业学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 张永强 ; 田静 ; 马红丽 |
| 关键词 | 农业水分亏缺指数AWDI 灌溉缺水量 农业干旱 Copula函数 作物产量 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 资源与环境 |
| 英文摘要 | 干旱作为影响农业生产的主要气象灾害，其发生频率和强度的持续增加已对全球粮食安全构成严峻威胁。在全球气候变暖背景下，极端干旱事件的不可预测性和破坏性显著增强，通过干扰作物生长发育周期、破坏生理代谢过程，导致粮食大面积减产甚至绝收。这种持续性威胁不仅造成直接农业经济损失，还加剧了区域水资源短缺问题，对农业生产系统和社会经济稳定产生了深远影响。 本研究以2022年长江流域特大干旱事件为研究背景，聚焦灌溉措施在抗旱减灾中的关键作用。研究选取早稻、晚稻、玉米和冬小麦四种主要农作物作为研究对象，系统评估了不同干旱等级下灌溉措施对作物产量损失风险的缓解效应。灌溉作为最直接有效的抗旱手段，通过人工调控土壤水分，能够显著缓解干旱胁迫，保障作物稳产与高产。然而，针对不同干旱等级，灌溉措施在降低长江流域主要农作物产量损失风险方面的具体效果仍缺乏定量研究。基于此，本研究主要开展以下三个方面的研究： （1）基于作物水分亏缺并考虑局地供水影响的农业干旱指数构建（Agricultural Water Deficit Index, AWDI）：本研究提出了一种新的农业水分亏缺指数（AWDI）。该指数具有以下优势：直接从作物水分亏缺的角度量化农业干旱；综合考虑了区域灌溉供水的影响；在时空尺度上具有良好的可比性。通过将土壤水分异常指数（Soil Moisture Anomaly, SMA）作为基准，对比分析AWDI和植被健康指数（Vegetation Health Index, VHI）的表现，研究发现AWDI在反映农业干旱状况方面较VHI更为准确和可靠。具体而言，AWDI与SMA的相关性显著优于VHI，约63%的研究区域相关系数介于0.3~0.6之间，10%的区域相关系数达到0.6~1.0。同时，在干旱事件中的表现分析表明，AWDI与SMA的一致性优于VHI与SMA的一致性。此外，基于长江流域7个省份的作物产量距平（Yield Anomaly Index, YAI）验证结果显示，AWDI与作物产量距平的相关性较VHI最高提升12%，进一步证实了其在农业干旱监测中的优越性和可靠性。 （2）基于Copula函数的联合分布模型构建：为量化干旱对作物产量的影响，本研究基于Copula函数构建了作物产量距平（Yield Anomaly Index, YAI）与农业干旱指数（AWDI）的联合分布模型。首先，通过对比多种边际分布函数（如正态分布、Gamma分布、Johnson SB分布等）的拟合效果，筛选出最优边际分布模型。其次，采用多种Copula函数（如Gaussian Copula、Clayton Copula、Frank Copula等）进行拟合，并基于AIC和BIC准则选择最优Copula函数，最终建立了AWDI-YAI联合概率分析框架，用以量化不同干旱条件下作物产量损失的概率。为评估灌溉措施对干旱影响的缓解作用，本研究通过将干旱指数中的径流量设置为零，构建了无灌溉情景下的农业水分亏缺指数（记为AWDI0），并建立了相应的Copula联合分布模型（AWDI0-YAI）。通过对比分析AWDI-YAI与AWDI0-YAI模型的概率分布差异，系统评估了区域灌溉措施在不同干旱等级下对作物产量损失概率的缓解效应，为抗旱措施的优化提供了量化依据。 （3）灌溉措施对作物产量损失风险的解析：研究表明，干旱胁迫显著增加了作物减产风险，尤其是在湿润向干旱转变的条件下，湖南省晚稻的产量损失概率增加了37.3%。尽管作物产量损失风险总体上随干旱程度加剧而上升，但在某些区域却呈现下降趋势，这可能是由于灌溉措施发挥了较大的缓解作用。然而，灌溉措施对作物产量损失风险的缓解效果因干旱程度、作物类型和区域条件而异。在轻度干旱下，灌溉效果有限，产量损失降幅为0.1%-4.1%；在中度干旱下，降幅范围为0.2%-9.6%；在重度干旱下，降幅为0.3%-15.3%；而在极端干旱下，冬小麦在重庆市的降幅高达20.5%。总体来看，冬小麦和玉米的灌溉效果较为显著，尤其在重庆市和贵州省表现突出，而早稻和晚稻的缓解效果相对有限。因此，优化灌溉管理策略，结合区域水资源条件，是提升抗旱减灾能力的关键。 |
| 学科主题 | 资源与环境 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 111 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/215680]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王世佳. 考虑灌溉措施下的不同干旱等级作物产量损失风险评估[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。