土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害發(fā)生的影響

尚 瑩 霍治國2)* 張 蕾 李建勇 吳 立 范雨嫻 鄔定榮 王純枝 劉宏舉

1)(中國氣象科學(xué)研究院， 北京 100081)2)(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心， 南京 210044)3)(國家氣象中心， 北京100081) 4)(河南省平輿縣氣象局， 駐馬店 463400)5)(福建省氣象服務(wù)中心， 福州 350001) 6)(湖南省益陽市氣象局， 益陽 413000)7)(河北省氣象科學(xué)研究所， 石家莊 050021)

引 言

我國是糧食生產(chǎn)大國，小麥是僅次于水稻、玉米的第三大糧食作物。華北黃淮地區(qū)作為冬小麥主產(chǎn)區(qū)，在國家糧食安全中占有舉足輕重的地位，2016年冬小麥種植面積達1.81×107hm2，產(chǎn)量約1.05×108t(源自中國種植業(yè)信息網(wǎng))。冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害是指在冬小麥揚花灌漿期間(華北黃淮地區(qū)5月中下旬至6月上旬[1])出現(xiàn)的一種高溫低濕并伴有一定風(fēng)力的災(zāi)害性天氣[2]。華北黃淮冬麥區(qū)干熱風(fēng)災(zāi)害發(fā)生頻率高、危害大[3]，據(jù)統(tǒng)計1961—2008年間干熱風(fēng)發(fā)生日數(shù)約為0.2～4.3 d·a-1[4]，危害輕的年份可造成冬小麥減產(chǎn)5%～10%，危害重的年份可減產(chǎn)20%～30%[5]，是影響該種植區(qū)冬小麥產(chǎn)量的主要氣象災(zāi)害之一。

冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害分為高溫低濕型、雨后青枯型及旱風(fēng)型3種類型。高溫低濕型受土壤水分影響大，發(fā)生地域廣，是華北黃淮冬麥區(qū)干熱風(fēng)發(fā)生的主要類型，發(fā)生頻率及危害遠高于受土壤水分影響下的雨后青枯型及旱風(fēng)型。目前冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的監(jiān)測評估，采用現(xiàn)行氣象行業(yè)標準《小麥干熱風(fēng)災(zāi)害等級》[6](QX/T 82—2007)(表1，簡稱行標)規(guī)定的日最高氣溫、14：00(北京時，下同)空氣相對濕度和14：00風(fēng)速組合指標進行綜合判識，未涉及田間土壤相對濕度對干熱風(fēng)發(fā)生的影響。已有研究和觀測表明：近年來受氣候、灌溉、管理方式等變化的影響[7-10]，華北黃淮地區(qū)冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的發(fā)生及其危害程度受土壤相對濕度的影響顯著[11]。一方面，土壤相對濕度通過影響地氣間熱通量與動量交換從而改變小麥立地環(huán)境空氣溫度和濕度的分布[12-13]；另一方面，土壤相對濕度的變化直接對小麥生理產(chǎn)生影響，干熱風(fēng)天氣加速土壤蒸發(fā)對小麥造成干旱脅迫，當(dāng)耕作層有效水分貯存量小于10 mm作物會快速枯萎[14]。實地災(zāi)情調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在輕干熱風(fēng)日，不缺少土壤水分的條件下，干熱風(fēng)對小麥的影響不明顯[15]。根據(jù)全國農(nóng)業(yè)氣象情報顯示，2014年5月下旬河北省發(fā)生一次干熱風(fēng)天氣過程，由于邢臺、邯鄲地區(qū)水澆條件較好，土壤墑情好，對冬小麥影響較小。山東省農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品顯示，2017年5月27—28日山東省大部分地區(qū)出現(xiàn)干熱風(fēng)天氣過程，土壤墑情好的地區(qū)小麥并未發(fā)生干熱風(fēng)災(zāi)害(27日濱州市惠民縣20 cm土層土壤墑情為74.1%，小麥無受害癥狀)。上述情況表明：不考慮土壤相對濕度對干熱風(fēng)發(fā)生的影響，可造成指標判別結(jié)果與小麥實際受災(zāi)情況存在偏差。

為定量揭示土壤相對濕度對干熱風(fēng)災(zāi)害的影響，本文以華北黃淮冬麥區(qū)高溫低濕型干熱風(fēng)為研究對象，基于干熱風(fēng)歷史災(zāi)情樣本，進行災(zāi)情反演，將災(zāi)情記錄中無明確記載和有明確記載土壤相對濕度影響干熱風(fēng)災(zāi)害的樣本分為A類和B類，采用獨立t檢驗方法，厘定土壤相對濕度對高溫低濕型干熱風(fēng)的影響閾值。為監(jiān)測評估土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)的影響提供科學(xué)依據(jù)。

表1 黃淮海冬麥區(qū)高溫低濕型干熱風(fēng)等級指標Table 1 Disaster grade of high temperature & low humidity dry-hot wind for wheat in Huang-Huai-Hai Plain

1 資料及處理

1.1 資料來源

華北黃淮冬小麥種植區(qū)域界定參照2012年國家氣象中心編著的《農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)手冊》，包括華北黃淮冬小麥種植區(qū)內(nèi)5個省(市)(河北、河南、山西、山東、天津)(圖1)。氣象資料來源于國家氣象信息中心的《中國國家級地面氣象站基本氣象要素定時值數(shù)據(jù)集》、《中國國家級地面氣象站基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集》，包括研究區(qū)內(nèi)426個氣象站點1960—2017年逐日的日最高氣溫、14:00相對濕度及14:00 風(fēng)速資料。冬小麥生育期資料來源于研究區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)氣象觀測站的觀測，包括1980—2017年冬小麥出苗、越冬、返青、拔節(jié)、抽穗、開花和成熟的日期。

土壤水分資料來源于國家氣象中心《中國農(nóng)業(yè)氣象土壤水分數(shù)據(jù)集》，包括1981—2010年逐月8，18，28日0～5 cm，5～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm土層的土壤重量含水率和田間持水量；2011—2017年自動土壤水分觀測站逐日0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm土層的土壤相對濕度。

冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)情資料來源于《中國氣象災(zāi)害大典》(河北卷、河南卷、山東卷、山西卷、天津卷)、《中國氣象災(zāi)害年鑒》(2005—2011年)、《全國農(nóng)業(yè)氣象情報》(2000—2017年)、冬小麥農(nóng)業(yè)氣象報表(黃驊縣、阜城縣)以及2017年干熱風(fēng)災(zāi)害實地調(diào)查資料(河南省、山東省、河北省)。

1.2 資料處理

1.2.1 災(zāi)害樣本構(gòu)建

基于干熱風(fēng)災(zāi)害記錄，結(jié)合冬小麥生育期資料，干熱風(fēng)災(zāi)害對冬小麥的主要影響時段為揚花灌漿期[2,5]，逐一反演冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害過程樣本，統(tǒng)計冬小麥揚花灌漿期干熱風(fēng)災(zāi)害發(fā)生的時間、地點、省份、災(zāi)情描述及災(zāi)害類型。

鑒于災(zāi)情記錄內(nèi)容、形式的差異性，采用不同反演方法進行災(zāi)害樣本構(gòu)建：Ⅰ類為確定年、月、日、地點、類型的災(zāi)情樣本，采用直接反演方法對樣本進行反演[16]。Ⅱ類為確定年、月、旬、地點的災(zāi)情樣本，對相鄰區(qū)域相同月旬期間已有確定時間、站點的干熱風(fēng)災(zāi)情樣本，用具體到日的時間日期替換只確定旬的樣本時間，并用行標篩選有無災(zāi)情發(fā)生；對沒有可確定日期、站點的樣本，將上旬用1—10日擴展、中旬用11—20日擴展、下旬用20—30(31)日擴展，再利用行標篩選該地日期擴展后的時間段內(nèi)是否有災(zāi)情發(fā)生。Ⅲ類為確定年、月、日、方位的災(zāi)情樣本，根據(jù)《中國氣象地理區(qū)劃手冊》進行方位站點擴展，再利用行標篩選擴展站點有無災(zāi)情發(fā)生。Ⅳ類為確定年、月、旬、方位的災(zāi)情樣本，對相鄰區(qū)域相同月旬期間有已確定時間、站點的干熱風(fēng)災(zāi)情樣本，用具體日期替換只確定旬的樣本時間，并用行標篩選有無災(zāi)情發(fā)生；對沒有可確定日期、站點樣本，將對應(yīng)旬日期擴展為10 d，方位地點根據(jù)《中國氣象地理區(qū)劃手冊》進行站點擴展，并用行標篩選有無災(zāi)情發(fā)生。表2為各類型災(zāi)情樣本反演的詳細舉例，1960—2017年研究區(qū)域中，根據(jù)I類型記錄樣本反演出735個詳細災(zāi)害樣本，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類型記錄樣本反演出602個詳細災(zāi)害樣本。

圖1 研究區(qū)域426個氣象站分布Fig.1 Distribution of 426 meteorological stations in the target region

記錄類型災(zāi)情舉例反演樣本Ⅰ1985年6月9—12日山東省泰安市出現(xiàn)高溫低濕型干熱風(fēng),小麥葉干枯、炸芒、逼熟,千粒重平均下降1.5 g左右1985年6月9—12日,山東泰安,高溫低濕型Ⅱ2014年5月下旬河北省滄州市出現(xiàn)干熱風(fēng)災(zāi)情,對水分條件較差地區(qū)影響嚴重2014年5月26日,河北滄州,高溫低濕型Ⅲ2015年5月24日河北省中東部地區(qū)出現(xiàn)較大范圍的干熱風(fēng)天氣2015年5月24日,河北滄州、大城、定州、黃驊、任丘,高溫低濕型Ⅳ2014年5月下旬河北省中南部出現(xiàn)干熱風(fēng),受影響重的為墑情差、土壤肥力差的麥田。麥稈、葉子、穗發(fā)黃,干枯、炸芒,出現(xiàn)逼熟現(xiàn)象,籽粒尚接近臘熟中期2014年5月26日,河北固安、雄縣、平山、獻縣、深澤、鹽山、蠡縣、新樂、滿城、阜城、元氏、定州、安新、任丘、肥鄉(xiāng)、巨鹿、寧晉、文安、高邑、曲周,高溫低濕型

1.2.2 災(zāi)害樣本類別劃分

基于得到的1337個高溫低濕型干熱風(fēng)災(zāi)害樣本，依據(jù)每個樣本記載的土壤相對濕度對災(zāi)害發(fā)生的影響描述，將災(zāi)害樣本劃分為A類和B類：A類為無明確記載土壤相對濕度影響干熱風(fēng)災(zāi)害的樣本，B類為有明確記載土壤相對濕度影響干熱風(fēng)災(zāi)害的樣本。A類樣本的劃分方法為樣本災(zāi)情記錄較詳細，且無土壤相對濕度對災(zāi)害發(fā)生影響的特殊描述。B類樣本劃分方法分為直接方法與間接方法:直接方法可通過描述語句“土壤墑情好無影響或土壤墑情好影響小”即劃分為B類樣本；間接方法主要針對2000年以前的災(zāi)情樣本，即對2000年以前有確定“年、月、日、站點”信息的干熱風(fēng)災(zāi)情樣本,進行同日相鄰區(qū)域站點擴展，再利用小麥干熱風(fēng)災(zāi)害指標篩選出實際無災(zāi)而指標判別有災(zāi)的樣本，也歸為B類樣本。據(jù)此得到1960—2017年5省(市)A類樣本840個，B類樣本497個。

1.2.3 土壤相對濕度處理

1.2.3.1 土壤相對濕度計算

土壤相對濕度(RSM)定義為土壤重量含水率(SWP)與田間持水量(FWC)的百分比[17]:

(1)

1.2.3.2 土壤相對濕度線性插值

1980—2010年的土壤水分資料，記錄日期為每月8日、18日、28日，當(dāng)災(zāi)情發(fā)生為其他日期時，則缺少土壤水分資料，因此對土壤相對濕度數(shù)據(jù)進行時間線性插值[18]，計算得出其他日期的土壤相對濕度：

(2)

式(2)中，x為所求日期,x0和x1分別為所求日期前后最臨近的固定觀測日期,y為所求日期的土壤相對濕度,y0和y1分別為所求日期前后最臨近的固定觀測日期所記錄的土壤相對濕度。

1.2.3.3 土壤相對濕度土層換算

采用業(yè)務(wù)上常用的算術(shù)平均方法，對0～5 cm與5～10 cm土層的土壤相對濕度資料進行處理。為便于本文研究，對實際觀測的分層土層(0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm)土壤水分，同理采用算術(shù)平均方法換算出整層土層(0～20 cm，0～30 cm，0～40 cm，0～50 cm)的土壤相對濕度。

根據(jù)上述方法，對已劃分的840個A類樣本、497個B類樣本提取對應(yīng)日期、站點的土壤相對濕度，由于部分土壤相對濕度實際觀測的數(shù)據(jù)缺失，最終得到含土壤相對濕度的A類災(zāi)情樣本490個，含土壤相對濕度的B類災(zāi)情樣本446個(表3)。

表3 1980—2016年高溫低濕型干熱風(fēng)災(zāi)害樣本(含土壤相對濕度)統(tǒng)計Table 3 Statistical table of high temperature & low humidity dry-hot wind samples(including soil relative humidity) from 1980 to 2016

2 研究方法

2.1 A類和B類樣本土壤相對濕度獨立性檢驗

①采用獨立樣本t檢驗方法，分別對A，B兩類樣本各土層的土壤相對濕度序列進行獨立性檢驗。

獨立樣本t檢驗法[18]，基本思路是假設(shè)兩類樣本總體平均值無顯著差異的條件下，計算統(tǒng)計量：

(3)

②獨立樣本t檢驗法適用于樣本呈正態(tài)分布或近似正態(tài)分布，采用K-S檢驗方法即Kolmogorov-Smirnov[19]和正態(tài)Q-Q圖[20]兩種方法，對兩類樣本各土層的土壤相對濕度項進行正態(tài)分布檢驗。K-S檢驗方法[19]是最常用的有關(guān)理論分布擬合優(yōu)度的檢驗方法，基本思路為檢測土壤相對濕度樣本的累計頻率分布同理論正態(tài)分布的累計頻率分布的差異程度[21]。正態(tài)Q-Q圖由數(shù)據(jù)樣本的觀測值(x坐標軸)與其正態(tài)分布的期望值(y坐標軸)組成，當(dāng)這些點落在斜線上越多，或圍繞斜線波動，即說明該樣本數(shù)據(jù)分布為正態(tài)分布[22]。

2.2 土壤相對濕度閾值確定

基于A類、B類樣本各土層土壤相對濕度相互獨立，做出A類、B類樣本各土層的土壤相對濕度頻率分布圖，各土層兩類頻率分布擬合線的交點所對應(yīng)的土壤相對濕度值，則為該土層下對干熱風(fēng)災(zāi)害等級有影響的土壤相對濕度閾值。

2.3 土壤相對濕度影響閾值驗證

厘定土壤相對濕度閾值前，隨機抽取表2中A類、B類各20個樣本作為預(yù)留土壤相對濕度閾值驗證樣本，保證樣本分布均勻，采用剩余的470個A類樣本和426個B類樣本進行閾值厘定?；诶宥ǖ母鲗油寥老鄬穸乳撝?，利用隨機預(yù)留樣本計算符合率。

3 結(jié)果與分析

3.1 A類和B樣本各層土壤相對濕度正態(tài)性檢驗

除去隨機預(yù)留的A類、B類各20個樣本，對剩余含土壤相對濕度的470個A類樣本、含土壤相對濕度的426個B類樣本，采用K-S檢驗或正態(tài)Q-Q圖檢驗方法進行正態(tài)性檢驗。K-S檢驗，當(dāng)顯著性水平α>0.05，則接受原假設(shè)，表明該層土壤相對濕度遵從正態(tài)分布，檢驗結(jié)果表明：A類、B類樣本共18組數(shù)據(jù)(表4)，有16組通過了正態(tài)性檢驗，僅有兩組即B類0～10 cm(α=0.024)、0～20 cm(α=0.031)土層土壤相對濕度未通過正態(tài)性檢驗。A類、B類各土層土壤相對濕度的正態(tài)Q-Q圖顯示，其分布基本符合正態(tài)分布(圖2、圖3)，B類0～10 cm、0～20 cm土層的土壤相對濕度Q-Q概率圖上，散點基本在斜線上或圍繞斜線附近，且兩個土層的土壤相對濕度樣本均為426個，可視為大樣本，因此認為這兩個土層的土壤相對濕度均遵從正態(tài)分布，可進行獨立樣本t檢驗。

表4 A類和B類樣本土壤相對濕度 K-S檢驗結(jié)果Table 4 K-S test results of soil relative humidity for Sample A and Sample B

圖2 A類樣本土壤相對濕度標準Q-Q圖Fig.2 Standard Q-Q plot of soil relative humidity for Sample A

續(xù)圖2

圖3 B類樣本土壤相對濕度標準Q-Q圖Fig.3 Standard Q-Q plot of soil relative humidity for Sample B

3.2 A類和B類樣本土壤相對濕度獨立性檢驗

基于A類、B類樣本18組土層的土壤相對濕度服從正態(tài)分布，對各土層A類、B類樣本土壤相對濕度進行獨立性t檢驗，各土層平均值方程均達到0.05顯著性水平，9組土層下的A類、B類土壤相對濕度均相互獨立。

3.3 土壤相對濕度閾值確定

不同土層A類、B類土壤相對濕度頻率分布線交點對應(yīng)的土壤相對濕度，即為該土層下對干熱風(fēng)災(zāi)害有影響的土壤相對濕度閾值。

圖4顯示，分層土層(0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm)A類、B類樣本頻率分布交點即對干熱風(fēng)災(zāi)害有影響的土壤相對濕度閾值均在56%～75%之間，且隨土層深度增加而逐漸增大，土層間閾值增長程度明顯。其中僅0～10 cm 土層的土壤相對濕度閾值小于60%，約為55%；10～20 cm土層的土壤相對濕度閾值大于60%，小于65%；20～30 cm，30～40 cm土層的土壤相對濕度閾值均為60%～70%；40～50 cm土層的土壤相對濕度閾值為70%～75%。

由圖5可知，整層土層(0～20 cm，0～30 cm，0～40 cm，0～50 cm)的A類、B類樣本頻率分布交點即對干熱風(fēng)災(zāi)害有影響的土壤相對濕度閾值在58%～65%之間，且隨土層深度增加而逐漸增大。其中僅0～20 cm土層的土壤相對濕度閾值小于60%，約為58%；0～30 cm，0～40 cm，0～50 cm土層的土壤相對濕度閾值均大于60%且小于或等于65%。

圖4 A類和B類樣本分層土壤相對濕度頻率分布Fig.4 Frequency distribution of soil relative humidity in stratified soil layers for Sample A and Sample B

圖5 A類和B類樣本整層土壤相對濕度頻率分布Fig.5 Frequency distribution of soil relative humidity in the whole layer for Sample A and Sample B

3.4 土壤相對濕度閾值驗證

利用隨機預(yù)留的5個省(市)共計40個冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害樣本,驗證各層土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害影響的臨界閾值，驗證結(jié)果見表6，以10～20 cm土層為例，土壤相對濕度閾值判別結(jié)果與實際災(zāi)情相符的樣本有33個，驗證符合率為82.5%。各土層相對濕度閾值符合率為72.5%～85%，平均符合率在80%左右，各土層判別效果均較好。分層、整層土層最高符合率分別出現(xiàn)在10～20 cm土層(為82.5%)，0～20 cm土層(為85%)，影響閾值均接近60%。

10～20 cm土層為冬小麥主要耕作層，且為冬小麥的根系主要分布層，在冬小麥揚花灌漿期間，根長密度、根質(zhì)量密度在10～20 cm土層間占比極高[23]。當(dāng)前氣象部門自動土壤水分觀測站測量數(shù)據(jù)為分層土層，為了方便業(yè)務(wù)應(yīng)用，選取10～20 cm土壤相對濕度閾值為土壤水分對小麥干熱風(fēng)的影響閾值，即60%。與吳乃元等[24]研究報道中土壤相對濕度為56%～60%時水分脅迫對小麥生長造成影響最明顯的結(jié)論較一致。研究表明：土壤相對濕度為55%～64%對冬小麥光合速率有顯著的提高，即土壤相對濕度對光合作用存在閾值，約為65%[25]。也有試驗結(jié)果表明：冬小麥0～50 cm土層間土壤相對濕度大于50%，為冬小麥生長適宜的土壤相對濕度[26]。土壤水分與冬小麥產(chǎn)量有明顯正相關(guān)性[27-28]，土壤相對濕度長期低于60%時影響冬小麥的生長，當(dāng)遇到干熱風(fēng)會加重冬小麥受災(zāi)情況[25]。

表6 1993—2017年隨機預(yù)留土壤相對濕度樣本檢驗結(jié)果Table 6 Test results of randomly reserved soil relative humidity samples from 1993 to 2017

4 結(jié)論與討論

本文以華北黃淮地區(qū)高溫低濕型冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害為研究對象，采用歷史災(zāi)情反演、獨立t檢驗等方法，厘定了土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的影響閾值，量化了土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的影響。結(jié)果表明：

1) 基于無明確記載土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害有影響的A類樣本，有明確記載土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害有影響的B類樣本，各土層土壤相對濕度序列均符合正態(tài)分布，且各土層的A類、B類樣本土壤相對濕度均相互獨立，達到0.05 顯著性水平。

2) 分層土層(0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～40 cm，40～50 cm)土壤相對濕度閾值為56%～75%，且隨土層深度增加閾值增大，略有差異。整層土層(0～20 cm，0～30 cm，0～40 cm，0～50 cm)土壤相對濕度閾值為58%～65%，且隨土層深度增加閾值增大，平均值在60%左右，差異不大。

3) 綜合考慮冬小麥的耕作層、根系集中土層以及觀測資料的易獲取性、業(yè)務(wù)應(yīng)用的便利性等因素，選取10～20 cm土壤相對濕度60%，作為土壤相對濕度對華北黃淮冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害影響的臨界閾值。

4) 基于隨機預(yù)留的樣本對土壤相對濕度對干熱風(fēng)災(zāi)害的影響閾值進行獨立性檢驗，結(jié)果表明：整層土層或分層土層的符合率為72.5%～85%，平均值在80%左右，各層閾值可較好地反映出土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的影響。

5) 當(dāng)10～20 cm土層土壤相對濕度大于等于60%時，土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的影響顯著，可降低干熱風(fēng)災(zāi)害對冬小麥的影響；當(dāng)10～20 cm土層土壤相對濕度小于60%時，土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的影響很??；獨立樣本閾值符合率達82.5%。

冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害發(fā)生與危害程度，除受土壤相對濕度的影響外，還與冬小麥所處的生育時段有關(guān)。以1994年6月2日河北省邯鄲市肥鄉(xiāng)區(qū)出現(xiàn)干熱風(fēng)災(zāi)情為例，根據(jù)行標判定此次災(zāi)害等級為重度干熱風(fēng)，實際災(zāi)害對冬小麥影響輕，10～20 cm土壤相對濕度為57%，基于10～20 cm土壤相對濕度閾值影響判別結(jié)果與實際災(zāi)情不相符，而從《中國氣象災(zāi)害大典·河北卷》[29]中的描述“干熱風(fēng)持續(xù)時間短，且小麥接近成熟，對粒重未造成明顯影響?！苯忉屃藶?zāi)例土壤相對濕度閾值判別結(jié)果與實際災(zāi)情不相符的原因。以1994年6月4日山東省泰安地區(qū)出現(xiàn)輕度干熱風(fēng)為例，根據(jù)行標判定此次災(zāi)害等級為輕度干熱風(fēng)，10～20 cm土壤相對濕度為80%，基于10～20 cm土壤相對濕度閾值影響判別結(jié)果與實際災(zāi)情不相符，但《中國氣象災(zāi)害大典·山東卷》[30]描述記錄為千粒重平均下降1.0 g左右，而在行標對輕度干熱風(fēng)危害參考值為一般下降2～4 g，可見高于臨界閾值的土壤相對濕度實際上降低了干熱風(fēng)災(zāi)害對冬小麥的影響。上述實例驗證了10～20 cm土壤相對濕度閾值判別的有效性，也有試驗指出在冬小麥抽穗-灌漿期土壤相對濕度60%影響冬小麥干物質(zhì)累積和礦物質(zhì)的吸收[31]。

目前現(xiàn)行的冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的指標均未考慮土壤相對濕度的影響，僅在20世紀70年代末至80年代初，北方小麥干熱風(fēng)科研協(xié)作組對干熱風(fēng)災(zāi)害條件下的土壤相對濕度與小麥千粒重下降程度進行了相關(guān)分析，但由于20世紀80年代我國冬麥區(qū)灌溉條件不足的制約，土壤相對濕度的影響未在小麥干熱風(fēng)指標中體現(xiàn)[2]。近30年由于華北黃淮大部分地區(qū)灌溉條件大幅改善，土壤相對濕度對冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的影響已不可忽視。本文量化了土壤相對濕度對高溫低濕型干熱風(fēng)發(fā)生的影響閾值，獨立災(zāi)情樣本檢驗符合率達82.5%，可用于實際業(yè)務(wù)應(yīng)用，為修訂冬小麥干熱風(fēng)指標、監(jiān)測評估土壤相對濕度對小麥干熱風(fēng)的影響提供科學(xué)依據(jù)。

由于土壤水分資料獲取的觀測站點數(shù)量有限，且數(shù)據(jù)的觀測日期在2010年前每月僅有3個記錄日，本文對土壤相對濕度從時間上進行了線性插值處理，以便在非觀測日出現(xiàn)的冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)情有相對應(yīng)的土壤相對濕度數(shù)據(jù)。但使用該方法計算的土壤相對濕度與實際土壤相對濕度可能存在一定誤差，且土壤相對濕度數(shù)據(jù)觀測站與實際冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)情記錄站點并不完全重合，記錄描述中土壤相對濕度評價與計算的土壤相對濕度數(shù)據(jù)高低可能存在不一致的情況。未來需在土壤相對濕度對華北黃淮地區(qū)冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的影響研究中進一步修正和完善。