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水 利 学 报

２０２２年 １０月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １０期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１０ － １１６８ － １３

基于水文－ 作物耦合模型和 ＣＷＡＰＩ指数的农业干旱评估

２
张宇亮 １，２ ，吴志勇 ，何 海 ２
（１．合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 ２３０００９；２．河海大学 水文水资源学院，江苏 南京 ２１００９８）

摘要：基于模拟土壤含水量构建的干旱指数可反映农业干旱的时空发展过程，已被广泛用于大范围农业干旱评估
中。当前模拟用于干旱评估的土壤含水量时，常采用水文模型进行模拟。然而，水文模型常过于简化作物模块甚
至缺少作物模拟方案，无法模拟作物需水量，因此仅基于土壤含水量构建的土壤干旱指数因忽略作物需水而难以
准确评估实 际 的 农 业 干 旱 情 况。 研 究 构 建 了 考 虑 灌 溉 过 程 影 响 的 水 文 － 作 物 耦 合 模 型 ＶＩＣ － ＥＰＩＣ（Ｖａｒｉａｂｌｅ
ＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎＣａｐａｃｉｔｙ － ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｏｌｉｃｙＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｌｉｍａｔｅ ），提出了基于 ＶＩＣ － ＥＰＩＣ模拟作物需耗水过程的作物缺
水距平指数 ＣＷＡＰＩ（ＣｒｏｐＷａｔｅｒＡｎｏｍａｌｙＰｅｒｃｅｎｔａｇｅＩｎｄｅｘ），在青口河流域开展了区域农业干旱评估方法研究。验证
分析表明，构建的 ＣＷＡＰＩ因考虑作物需水影响可直接反映作物的缺水状态和缺水对作物生长的累积影响；由于在
干旱评估中引入了作物种植比例、轮作类型和灌溉的影响，ＣＷＡＰＩ能够较 ＳＭＡＰＩ（ＳｏｉｌＭｏｉｓｔｕｒｅＡｎｏｍａｌｙＰｅｒｃｅｎｔａｇｅ
Ｉｎｄｅｘ）更客观地反映区域作物旱情。因此评估农业干旱时，需要考虑作物种植比例、轮作和灌溉过程的影响。
关键词：水文－ 作物耦合模型；作物需耗水；作物缺水距平指数（ＣＷＡＰＩ）；土壤含水量距平指数（ＳＭＡＰＩ）；农业
干旱评估
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０１１４
中图分类号：Ｐ３３

１ 研究背景

农业干旱是指由外界环境因素造成作物体内水分亏缺，影响作物正常生长发育，进而导致减产或
失收的现象 ［１］ 。农业干旱造成的减产严重影响粮食安全和经济社会可持续发展。近十年来，中国农业
干旱受灾面积在各类灾害中最大 ［２］ ，干旱与其它各类灾害相比，对农业的影响巨大。为降低旱灾对农
业发展的影响，常会采取各种抗旱措施减少旱灾的经济损失，但在落实抗旱措施时，需要了解各地的
受旱程度才能因地制宜部署，这就要求评估各地农业干旱情况。因此，研究农业干旱评估对可持续发
展战略的实施和经济社会稳定发展具有重要意义。
农业干旱的形成机理复杂，影响因素众多，往往难以捕捉干旱的开始、持续时间和结束等干旱要
素 ［３］ ，准确地评估农业干旱难度较大 ［４］ 。因此，各国学者尝试了不同的方法进行农业干旱评估。其
中，基于气象要素和基于土壤含水量的评估方法都未考虑到作物需水的影响，只能间接反映农业干旱
特征。为此，一些学者 ［５ － ７］ 提出了作物缺水指数，它能反映植被实际耗水量（作物实际生长发育过程中
植株蒸散量和棵间蒸发量之和）与需水量（作物适宜条件下生长发育过程中植株蒸散量和棵间蒸发量之
和）的差异 ［８］ ，作物缺水程度的物理意义十分明确。因此，作物缺水指数相较于其它干旱指数更能直
接地反映农业干旱状况，基于作物缺水指数评估农业干旱的准确度更高 ［９］ 。
作物缺水指数可通过以下 ３种方法获取。① 遥感反演法。该类方法是根据遥感数据和估算公式

收稿日期：２０２２ － ０２ － ２１；网络首发日期：２０２２ － １０ － １７
网络首发地址：ｈｔｔｐ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２１０１７．０８４９．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金联合基金重点项目（Ｕ２２４０２２５）；国家自然科学基金面上项目（５１７７９０７１）；国家自然科学基金青年项
目（ ５２２０９０１１）；安徽省自然科学基金项目（２２０８０８５ＱＥ１７９）；中央高校基本科研业务费专项（ＪＺ２０２２ＨＧＱＢ０２１３）
作者简介：张宇亮（ １９９１ － ），博士后，主要从事水文模型与农业干旱评估方法研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ＺＹＬ１０２７＠ｑｑ．ｃｏｍ
通讯作者：吴志勇（１９７９ － ），博士，教授，主要从事水文物理规律模拟及水文预报。Ｅ － ｍａｉｌ：ｗｕｚｈｉｙｏｎｇ＿１１０＠１６３．ｃｏｍ

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