论文总字数：16526字

目 录

引言 1

1. 数据资料与方法 2

1.1 研究区域概况 2

1.2 研究方法 2

1.3数据资料来源 3

2 WOFOST模型简介 3

2.1作物模块 4

2.1.1发育过程 4

2.1.2生长过程 4

2.2气候模块 5

2.3土壤水分模块 5

3 结果与分析 7

3.1 1980-2011年相对气象产量的变化 7

3.2 典型干旱年模型参数校正与验证 7

3.2.1 发育期进程 8

3.2.2 LAI动态 8

3.2.3 地上总干物重 9

3.2.4 模拟产量与实际产量的对比 10

3.3 1980-2011年模拟产量与实际产量（以徐州为例） 11

4 结论 12

5 不足 12

参考文献 13

致谢 14

应用WOFOST模型开展区域干旱评估的参数化方案及验证

——以徐州和常州为例

海日古丽·艾合麦提

，China

Abstract: Drought is one of the most severe disasters that affect agricultural production in China.

Winter wheat is selected to be our subject. Based on the disaster record, meteorological and yield observation of Jiangsu province, we pick out the typical drought years of typical sites. With the WOFOST model, the crop parametric model and production validation of regional drought assessment were carried out. Meanwhile, the adaptation of the model is evaluated. The results show that, (1) Using the WOFOST model, we analyzed the growth and development of winter wheat at two typical sites(Changzhou site and Xuzhou site) during typical drought years 1999-2000 and 2010-2011. The simulation values about leaf area, dry material weight changes, , distribution laws and yields were in line with the characteristics of winter wheat growth and development. Combined with previous research, the localization parameters of WOFOST model in typical drought years were determined. (2) The simulated yields were agreeable with the measured yields, 0.734 of which could be explained by the simulated values. When meeting drought, the coefficient of variation between the simulated disability rate and the actual disability rate was 0.75%-2.77%, which could be employed to forecast the winter wheat yield under drought condition. The results of this study will lay a foundation for the prediction and risk assessment of drought in Jiangsu province.

Key words: WOFOST crop model, parametrization, drought, applicability evaluation, winter wheat

引言

在全球变暖的气候变化背景下，气温升高加之降水分布极其不均，使全球性干旱事件趋于频繁，干旱已成为目前对农业生产威胁最大，波及范围最广的自然灾害之一。在我国，每年农业受旱面积平均为244万公顷，因干旱灾害损失的粮食约500600亿斤，占了自然灾害损失总量的60％。由于目前我国的农业集约化程度仍然比较低，导致对自然灾害的抵御能力较差，更令损失程度进一步加重，可以说，干旱是我国农业面临的最主要自然灾害（张栩然，2015）。近10年来，我国干旱事件及其所引发的次生灾害尤其突出，如2017年4月份至5月中旬，辽宁西部、吉林西部和内蒙古东部等春播区气温偏高，降雨量比历年同期明显偏少，造成春播区墒情持续偏差，达到轻到中度干旱级别，给正在开展的大田农作物播种带来严重威胁，农作物的播种进度比以往明显偏慢。冬小麦是我国三大粮食作物之一，是夏季粮食的重要组成部分，若冬小麦在生长过程中遭遇干旱导致减产，将直接影响国家粮食安全（王琦，2013）。因此，开展干旱监测和损失估计对防灾减灾、保证农业生产可持续发展有重要现实意义。

世界各国政府和相关部门一直对干旱的预测预警和防灾减灾工作非常重视，在干旱相关的研究领域开展了许多有益的工作，并且在干旱监测预警技术、干旱预测、干旱气候变化及其影响、干旱成因和机理等众多研究领域上取得很好的成绩（王劲松等，2012）。目前，国际上对干旱研究的主要手段是数值模拟，利用作物生长数值模型对作物生长发育进程和产量形成进行模拟，进而对灾损进行评估已成为研究热点之一（方缘，2016）。通过开展作物模型的数值模拟研究，可以从系统科学的观点出发，将土壤—植被—大气视为一个连续体（SPAC），以系统的能量守恒、物质平衡和能量物质转换原理为基础，以温、光、水、土壤等气象环境条件为驱动变量, 刻画作物与环境条件之间的关系，以及对作物生理生态过程进行定量的描述，动态地模拟作物的生长发育过程，解释作物与土壤、大气等因素之间的相互关系（杨妍辰等，2015）。利用作物生长模型开展农业气象灾害评估等相关研究，其优势在于机理性强，不仅可以较好地反映作物生育进程、产量形成与各生育阶段温度、降水以及土壤水分动态的关系，还可以实现不同年型下的动态决策和气候应变管理等（张雪芬等，2006）。所以，作物生长模型作为一种分析工具，在区域乃至全球尺度上的资源、环境、可持续发展以及气候变化影响、产量的预测、作物生长监测、农业生产决策管理等方面都发挥了很大的作用，为管理利用农业资源、获得农业最大收益提供了科学依据（杨妍辰等，2015）。

随着模拟技术的不断进步和应用领域的不断拓展，我国从上世纪90年代开始，对干旱预测的定性预报发展到数值模式的定量预报。但很多数值模式在我国的应用，除了考虑模型的适用性，同时还要考虑模型的实用性。因此，目前很多数值模式仍然仅停留在试用与研究阶段，尚未真正地应用于指导农业生产实践和农业气象服务（杨妍辰等，2015）。近年来WOFOST模型受到了广大学者关注。WOFOST模型自从面世以来，就得到了很好的发展，从WOFOST3.1版本发展到 WOFOST7.15版本，其实用性得到越来越多的肯定。邬定荣对冬小麦的生长产量进行模拟时，就验证了WOFOST模型在华北平原具有很好的实用性（邬定荣，2012）。WOFOST作物生长模型最初主要用于模拟一年生作物的生长发育过程和生产潜力的预测和评估，现已广泛应用在模拟产量风险评估、土地资源的定量评价与分析、气候变化影响分析评估、年际间的产量分析、产量预测及森林、牧草的相关研究（谢文霞，2006）。

本研究基于江苏省1980-2011年农业气象观测资料、农业产量资料、灾情资料和作物生长发育观测试验数据，利用在中国区域应用较好的WOFOST作物生长模型，基于区域性强干旱事件，分别选取徐州（北部城市）、常州（南部城市）两个代表站，以冬小麦为研究对象，根据冬小麦全生育期间数据资料进行WOFOST模型相关参数的校正，分析干旱灾害对作物产量的影响。研究结果将为确定能适用于江苏省的WOFOST作物模型参数，开展区域农业干旱影响评估研究奠定基础。

1. 数据资料与方法

1.1 研究区域概况

江苏省位于中国大陆东部沿海地区，在东经116°18′～121°57′，北纬30°45′～35°20′之间，跨长江下游两岸，东濒黄海，有近1000公里的海岸线，西北连安徽、山东，有低山丘陵错落，东南与浙江、上海毗邻，地形以平原为主，总面积约为10.72万平方公里，属于典型的温带向亚热带过渡的季风气候，全省以淮河-苏北灌溉总渠为界，以南属于亚热带湿润季风气候，以北属于暖温带湿润季风气候。南部城市的气候四季分明，苏南南部和江淮东北部地区受季风影响明显，雨热同季，降水丰沛，年平均降雨量为1000 mm以上。北部城市地形以平原为主，年平均降雨量为700 mm以上，在冬小麦生长发育期间的冬春季节，由于降水分配时空不均，经常会受到干旱的威胁。

1.2 研究方法

引进国外作物生长模型WOFOST的基础上，利用WOFOST模型对江苏省徐州站、常州站冬小麦生长发育及产量形成开展模拟研究，进行该模型对干旱模拟参数校正和验证对比分析。具体研究工作技术流程见图1。首先，选取徐州和常州两个代表站，根据各站1980-2011年的农业气象观测数据、产量数据及1991-2011年的灾情数据，确定影响冬小麦生长发育的典型干旱年。然后，利用典型干旱年的数据资料驱动WOFOST模型，并进行关键参数调整。最后，利用本地化的WOFOST模型模拟代表站多年气候产量，并将模拟产量和实际产量对比，开展该模型对区域干旱模拟的验证和适用性分析，最终确定的模型参数将为江苏省区域干旱模拟研究奠定基础。

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