低估了中国主要粮食生产地区未来突发性干旱的风险

《Journal of Hydro-environment Research》：Underestimated future flash drought risks in major grain-producing areas over China

作物物候期视角下中国主要粮食区闪 drought 历史特征与未来情景研究，揭示 vegetative phase 期间约40-85%闪 drought 发生，北方地区最脆弱，CMIP6 模拟显示 SSP5-8.5 情景下干旱发作持续时间减少40%，需纳入物候期评估农业风险。

　　全球变暖正在加剧极端天气和气候事件的频率和强度，其中干旱作为一种极具破坏性的自然灾害，对农业生产和粮食安全构成了严重威胁。特别是快速发展的干旱现象，即“闪旱”，因其形成过程迅速而具有更大的不确定性。闪旱对农作物的影响，往往取决于其在作物生长周期中的发生时间，这一因素在以往的研究中较少被系统探讨。因此，本研究通过将作物生长阶段纳入评估框架，重新审视了中国五大主要粮食产区的历史闪旱特征，并结合CMIP6气候模型模拟结果，对四种未来排放情景下的闪旱变化趋势进行了预测。研究结果表明，在历史时期（2000–2020），近40–85%的闪旱事件发生在作物的生长阶段，其中东北和西北地区暴露程度最高，最容易受到闪旱的影响。此外，植被阶段表现出最高的闪旱发生比例。在基于CMIP6的未来预测（当前至2100年），所有五个地区都显示出在作物生长阶段中，干旱的开始时间将显著短于年度平均水平，其中在SSP5-8.5情景下，干旱开始时间缩短幅度达到40%。如果忽略作物生长阶段，闪旱的影响将被严重低估，特别是在北方地区，由于植被和生殖阶段占主导地位，闪旱的发生比例较高。这些发现强调了将作物生长阶段纳入闪旱风险评估的重要性，并可以为早期预警系统、适应性管理以及粮食安全策略提供支持。

干旱作为一种自然现象，其影响因地区和作物种类的不同而存在显著差异。在全球范围内，干旱已经成为造成经济损失和粮食危机的主要因素之一。在过去的几十年中，干旱的频率和强度不断上升，尤其是快速发展的干旱，因其形成速度快、持续时间短而对农业系统构成了更大的挑战。传统的干旱研究多以整个作物生长周期为单位进行分析，忽略了作物在不同生长阶段对水分的需求变化，以及不同作物种类对干旱的敏感性差异。例如，小麦、玉米和水稻作为主要的粮食作物，它们的生长阶段具有不同的特点。小麦的生长阶段通常包括播种到拔节的植被阶段、灌浆的生殖阶段，以及成熟阶段。在植被和生殖阶段，水分短缺可能对作物的生长造成严重影响，例如幼苗活力下降、发芽率降低、开花受阻、植株建立不良等。而在成熟阶段，虽然充足的水分供应对于保证最终产量至关重要，但其对作物的影响通常不如植被或生殖阶段严重。此外，不同作物对干旱的反应也存在显著差异。例如，小麦对水分短缺的敏感性在拔节期（属于植被阶段）较高，而玉米在开花至灌浆期（属于生殖阶段）的水分状况则对产量影响更大。这些差异表明，在评估干旱对农业的影响时，必须充分考虑作物的生长阶段。

随着全球变暖的加剧，干旱的演变速度加快，闪旱事件的频率也在上升。在农业领域，由于土壤水分与作物生长之间的密切关系，土壤水分的短缺可能直接影响作物的产量和质量。因此，如何准确识别干旱事件的发生时间，以及其对作物生长阶段的影响，成为评估农业风险的关键。以往的研究多采用年度尺度来分析干旱对农业的影响，但这种方法无法捕捉到干旱在不同生长阶段的动态变化，从而可能导致评估结果的偏差。例如，如果仅考虑整个生长周期，而忽视了植被阶段和生殖阶段的水分需求差异，那么干旱对作物的影响将被低估，尤其是在北方地区，由于这两个阶段占主导地位，干旱的影响更加显著。因此，本研究提出了一种新的方法，即通过将作物生长阶段纳入评估框架，结合土壤水分数据，重新审视历史闪旱事件的特征，并预测未来情景下的变化趋势。

为了实现这一目标，本研究采用了日尺度的土壤水分数据，量化了从非干旱（正常）状态向干旱状态（中度、重度或极端）转变的持续时间。为了简化分析，我们将这一指标称为“干旱开始持续时间”（DDO）。在此基础上，我们利用历史再分析数据，建立了气候驱动因素与DDO之间的关系，并结合CMIP6气候模型的模拟结果，对不同作物种类（小麦、玉米和水稻）在不同生长阶段的干旱变化进行了预测。这一方法不仅能够更准确地识别干旱对作物的影响，还能为农业管理提供科学依据。例如，在历史时期，东北和西北地区的作物对干旱的暴露程度最高，而这些地区的干旱事件往往发生在作物的生长阶段，特别是在植被阶段。这表明，这些地区的农业系统更容易受到闪旱的影响，因此需要加强预警和适应性管理措施。

在未来的气候情景下，干旱的开始时间预计会进一步缩短，尤其是在SSP5-8.5情景下，所有五个地区都显示出干旱开始时间比年度平均水平减少了40%。这一变化趋势表明，未来的干旱事件将更加频繁，且其对农业的影响也将更加显著。如果仅以年度尺度进行分析，可能会低估干旱对作物生长阶段的影响，特别是在北方地区，由于植被和生殖阶段占主导地位，干旱的影响更加突出。因此，本研究强调，在评估干旱对农业的影响时，必须充分考虑作物的生长阶段，并结合日尺度的土壤水分数据，以提高评估的准确性。这种综合性的方法不仅可以帮助识别干旱对作物的具体影响，还能为农业管理提供更加科学的依据。

此外，本研究还分析了不同作物种类在不同生长阶段对干旱的敏感性。例如，小麦的生长阶段通常包括播种到拔节的植被阶段、灌浆的生殖阶段，以及成熟阶段。在植被阶段，水分短缺可能对幼苗的生长造成严重影响，例如发芽率降低、植株建立不良等。而在生殖阶段，水分短缺可能导致灌浆不足，从而影响最终产量。相比之下，水稻的生长阶段更加复杂，包括单季稻、早稻和晚稻。这些作物的生长阶段在时间上有所不同，但它们的生长都受到水分条件的显著影响。因此，在评估干旱对农业的影响时，必须根据不同的作物种类和生长阶段，分别进行分析，以提高评估的准确性。

本研究的创新之处在于，首次将作物生长阶段纳入闪旱风险评估框架，结合历史数据和未来气候模型的模拟结果，对五大主要粮食产区的闪旱变化趋势进行了系统分析。通过这种方法，我们能够更准确地识别干旱对作物的影响，并为农业管理提供科学依据。此外，本研究还探讨了未来不同排放情景下闪旱的变化趋势，特别是在SSP5-8.5情景下，干旱的开始时间将显著缩短，这表明未来的农业系统需要更加灵活和高效的应对措施。因此，本研究的结果不仅有助于提高对闪旱事件的理解，还能为农业管理和粮食安全策略提供重要参考。

在全球范围内，干旱的形成和演变受到多种因素的影响，包括气候变化、降水模式、土壤水分条件等。随着全球变暖的加剧，这些因素的变化将更加显著，从而导致干旱事件的频率和强度上升。在农业领域，由于作物对水分的需求具有显著的时空变化，因此干旱的影响也将更加复杂。本研究通过将作物生长阶段纳入评估框架，结合日尺度的土壤水分数据，对五大主要粮食产区的闪旱事件进行了系统分析。这一方法不仅能够更准确地识别干旱对作物的影响，还能为农业管理提供更加科学的依据。此外，本研究还探讨了未来不同排放情景下闪旱的变化趋势，特别是在SSP5-8.5情景下，干旱的开始时间将显著缩短，这表明未来的农业系统需要更加灵活和高效的应对措施。

在实际应用中，如何有效监测和预测闪旱事件是农业管理的重要任务。由于闪旱事件的形成速度快，其对农业的影响也更加迅速，因此需要建立更加高效的预警系统。通过结合日尺度的土壤水分数据，我们能够更准确地识别干旱事件的发生时间，并评估其对作物生长阶段的影响。这种方法不仅可以提高干旱预警的准确性，还能为农业管理提供更加科学的依据。此外，本研究还发现，在历史时期，东北和西北地区的作物对干旱的暴露程度最高，这表明这些地区的农业系统更容易受到闪旱的影响，因此需要加强适应性管理措施。

在未来的气候情景下，干旱的形成和演变将更加频繁，特别是在SSP5-8.5情景下，干旱的开始时间将显著缩短。这表明，未来的农业系统需要更加灵活和高效的应对措施，以减少干旱对作物产量的影响。通过将作物生长阶段纳入评估框架，我们能够更准确地识别干旱事件的发生时间，并评估其对作物生长阶段的影响。这种方法不仅可以提高干旱预警的准确性，还能为农业管理提供更加科学的依据。此外，本研究还发现，在历史时期，东北和西北地区的作物对干旱的暴露程度最高，这表明这些地区的农业系统更容易受到闪旱的影响，因此需要加强适应性管理措施。

综上所述，本研究通过将作物生长阶段纳入闪旱风险评估框架，结合日尺度的土壤水分数据，对五大主要粮食产区的历史闪旱事件进行了系统分析，并预测了未来不同排放情景下的变化趋势。研究结果表明，在历史时期，近40–85%的闪旱事件发生在作物的生长阶段，其中东北和西北地区的暴露程度最高，而植被阶段的闪旱发生比例最高。在未来的气候情景下，所有五个地区都显示出干旱的开始时间将显著缩短，特别是在SSP5-8.5情景下，干旱的开始时间减少了40%。如果忽略作物生长阶段，闪旱的影响将被严重低估，尤其是在北方地区，由于植被和生殖阶段占主导地位，干旱的影响更加显著。因此，本研究强调，在评估干旱对农业的影响时，必须充分考虑作物的生长阶段，并结合日尺度的土壤水分数据，以提高评估的准确性。这种综合性的方法不仅可以帮助识别干旱对作物的具体影响，还能为农业管理和粮食安全策略提供重要参考。