全 文 ：中国生态农业学报 2015年 8月 第 23卷 第 8期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Aug. 2015, 23(8): 10351044


* 安徽省气象科技发展基金项目(KM201414)资助
李德, 主要从事应用气象业务与研究工作。E-mail: szlide@sohu.com
收稿日期: 20150113 接受日期: 20150520
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150061
淮北平原夏玉米花期高温热害综合气候指标研究*
李 德 孙 义 孙有丰
(安徽省宿州市气象局 宿州 234000)
摘 要 夏玉米花期高温热害气候指标及其分级标准, 是灾害监测预警和田间调查与评估等工作的基础。为
研究确定夏玉米花期高温热害气候指标, 本文选取决定高温热害致灾程度的 4 个关键致灾气象因子: 极端最
高气温、日最高气温≥35 ℃的日数和日最高气温高于 35 ℃的积害量及其期间的平均最小相对湿度, 采用主
成分分析法, 构建 1 个高温热害综合气候指数(D)。通过聚类分析法, 结合典型高温热害年减产率的修正和
2013 年定点跟踪调查夏玉米田块的减产率、秃尖率和植株受害症状等资料的验证, 确定了高温热害的综合气
候指数(D)不同等级及其阈值。结果表明, 夏玉米花期高温热害可分为轻、中、重、特重 4 个等级, 对应阈值
分别为 0.110.72。综合气候指数(D)和高温热害减产率显著正相
关, 相关系数为 0.967 1。花期高温热害主要危害雌雄穗, 受害程度与秃尖率、籽粒与茎秆比等密切相关, 相关
系数分别为 0.819 8和0.872 7。淮北平原夏玉米花期高温热害综合发生频率约 1.7年一遇, 其中以中度与重度
等级高温热害发生频率相对较高, 分别高于 15%与 20%。在全球气候变暖的背景下, 在品种选育、布局和栽培
管理上, 应选择抗高温的优良品种, 或在高温热害发生期间, 采取人工辅助授粉或喷洒药剂等措施减轻影响
与危害。
关键词 淮北平原 夏玉米 花期 高温热害 减产率 气候指标 综合气候指数
中图分类号: S162.1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)08-1035-10
Use of integrated climatic index to determine high temperature damage
to summer maize at florescence in the Huaibei Plain
LI De, SUN Yi, SUN Youfeng
(Suzhou Meteorological Bureau of Anhui Province, Suzhou 234000, China)
Abstract Establishing climatic index and its garding standard to determine high temperature damage to summer maize at
florescence is critical for disaster monitoring and early warning. It is also a critical element for field survey and assessment. Four key
meteorological factors were selected using the principal component analysis method to build integrated climatic index for this
purpose. The indexes included extreme maximum temperature, number of days with maximum temperature higher than 35 ℃,
average minimum relative humidity of days with daily maximum temperature higher than 35 ℃ and accumulative temperature of
days with daily maximum temperature higher than 35 ℃. An integrated climatic index for high temperature damage was established
to determine the extent of high temperature damage to of summer maize at florescence in the Huaibei Plain by using principal
component analysis. Cluster correction analysis combined with yield reduction rate in typical years of high temperature damage was
used to amend gratification of the integrated climatic index for high temperature damage to summer maize at florescence. The
integrated climatic index was further validated with field investigation results of bald tip rate, yield reduction rate and plant
symptoms of summer maize in 2013. And the grades and their thresholds were obtained finally. Based on the results, high
temperature damage to summer maize at florescence was divided into four grades of slight, moderate, severe, extreme severe, with
respectively integrated climatic indexes (D) of 0.11 < D ≤ 0.21, 0.21 < D ≤ 0.45, 0.45 < D ≤ 0.72 and D > 0.72. A significant
positive correlation was noted between integrated climatic index (D) and yield reduction rate in typically high temperature years,
with a correlation coefficient of 0.967 1. High temperature damage at florescence of summer maize caused significant damage to ears
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and tassel. The extent of damage was closely related to the bald tip rate and ratio of grain to stem, with respective correlation
coefficients of 0.819 8 and 0.872 7. The frequency of high temperature damage to summer maize at florescence was once every
1.7 years in the Huaibei Plain. The frequencies of moderate and severe grades of high temperature damage were higher than those of
the other two grades, accounting respectively for over 15% and 20% of high temperature damage frequency. Under global warming,
it was beneficial to use high temperature-resistant varieties for breeding, cultivation and over arrangement, and use supplementary
artificial pollination, pesticides or other measures to mitigate the effect and damage of high temperature to summer maize.
Keywords Huaibei Plain; Summer maize; Florescence; High temperature damage; Yield reduction rate; Meteorological
factor; Integrated climatic index
(Received Jan. 13, 2015; accepted May 20, 2015)
黄淮海平原是中国夏玉米最大产区, 2006—2008
年种植面积和总产量分别占全国 34.7%和 36.8%[1]。
淮北平原地处黄淮海平原南部, 夏季雨热同步, 适
宜夏玉米种植, 为安徽省优质玉米核心产区, 近 5
年夏玉米种植面积逐年扩大, 目前已占到全省种植
面积的 80%, 并成为当地一年两熟制主要搭配作物。
玉米抽雄到吐丝期间对温度较为敏感, 适宜温度为
25~28 ℃。然而, 淮北平原夏玉米抽雄散粉、吐丝受
精期, 一般处于 7月下旬到 8月初的高温期, 异常高
温不仅影响花粉结构和功能 , 致使籽粒发育不良 ,
出现异常果穗而减产。特别是在全球气候变暖的大
背景下 [2], 黄淮玉米产区高温天气呈增多趋势 , 花
期高温已成为该区域玉米生长的主要气象灾害之
一。2013 年 7 月 20 日至 8 月 10 日, 安徽省宿州市
连续 21 d 日平均气温在 30 ℃以上, 极端最高气温
39.5 , ℃ 给正值开花吐丝的玉米生产造成严重危害,
部分县(区)减产 50%以上。因此, 探讨高温对玉米花
期的影响, 确定玉米花期高温热害致灾指标及其分
级, 对开展高温热害监测预警与影响评估、耐热种
质鉴定与选育以及农艺措施改进等具有重要意义。
一直以来 , 已有的研究成果多以日平均气温
≥30 ℃或日最高气温≥35 ℃持续 3 d及以上作为作
物高温热害指标 [3], 且针对水稻高温热害方面的研
究较多[45]。关于玉米高温热害指标方面的研究相对
薄弱, 且多侧重探讨温度对花粉花丝生理活动影响
的机制。如徐翠莲等[6]研究揭示, 温度和湿度对花粉
数量与寿命影响最大, 散粉期温度≥28 , ℃ 部分花
药不能开裂, 花粉量会明显减少。在高温、干燥条
件下, 花粉寿命只能维持 2~4 h; 若温度高于 35 ℃
甚至 32 ℃时, 花粉很快丧失活力, 不能授粉结实。
Gulym 等[7]认为热胁迫会使花丝活力降低, 生长减
缓。徐美玲[8]指出玉米雌花生活力与温度相关, 气温
越高寿命越短, 气温 34.3~37.8 ℃时, 花丝寿命只有
72 h 等。这些生理机制方面的高温热害指标, 一般
很难用于生产实践。冯明等[9]的研究仅给出不同高
温对开花的定性影响, 未考虑高温热害时环境气象
要素的综合作用, 也未明确高温热害对产量的影响
程度等。显然, 这样的指标不能客观表达玉米花期
发生高温热害时, 各要素及其协同作用对花丝花药
的影响与危害, 如肖运成等[10]、李金才等[11]的研究
揭示, 在一定程度上, 温度与湿度对花粉花丝的影
响存在一个互作效应。因而, 需要从高温热害致灾
因子及其对玉米最终产量的定量化影响方面进行综
合研究并建立新的指标, 以满足玉米高温热害监测
预警和评估等工作的急需。
本研究在自然条件下, 以夏玉米花期高温热害
过程为研究材料, 基于长序列气象监测数据和田间
调查资料, 从影响花期花丝花药生长发育的温度与
湿度因子出发, 采用主成分分析法、相关统计等方
法, 综合集成高温热害期间的高温强度、持续时间、
危害积温及其空气干燥程度等的综合效应及对产量
的影响, 确定花期高温热害致灾的综合气候指数及
其分级阈值, 从而在多个致灾因子层面建立夏玉米
花期高温热害的综合气候指标, 在气候变暖背景下,
为高温热害监测预警和田间调查与评估等工作提供
参考依据。
1 资料与方法
1.1 资料来源
夏玉米花期逐日气象资料: 1980—2013 年 7 月
21 日至 8 月 15 日逐日最高气温和空气最小相对湿
度测量资料, 取自分布在安徽省淮北平原夏玉米主
产区内的砀山、亳州、萧县、涡阳、蒙城、颍上、
怀远、固镇、五河、泗县和灵璧等 17 县(市)国家气
象观测站(图 1)。1980—2013年各县(市)夏玉米单产
资料来自相应各县(市)的统计年鉴。
田间调查资料: 2013 年, 埇在宿州市 桥区内选
择 14个有代表性的田块, 于夏玉米开花期和成熟期
进行定点跟踪调查, 分别记录不同田块遭受高温热
害后的受害表现(包括雌雄穗受害特征等)及其单产
资料。每个田块取 3个重复, 取其平均值。收获时, 对
每个田块进行单收单打, 量取田块单产(kg666.7m2)。
第 8期 李 德等: 淮北平原夏玉米花期高温热害综合气候指标研究 1037


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图 1 淮北平原夏玉米主产区代表气象观测站点分布图
Fig. 1 Distribution map of meteorological stations in the summer maize area of the Huaibei Plain
调查田块夏玉米开花期间的气象资料, 按照地理位
置相近的原则, 取自安徽省中尺度气象监测网站点
资料。调查田块的栽培品种为占当地总播种面积
80%左右的‘郑单 958’。
典型高温热害年份资料: 《中国气象灾害大典·安
徽卷》及其各代表站分年度气候评价材料。
1.2 研究思路与方法
1)研究思路: 依据高温对玉米开花吐丝危害的
机理, 确定花期主要致灾气象因子, 采用主成分分
析法(PCA)构建高温热害致灾的综合气候指数, 利
用聚类分析法将综合气候指数分为轻、中、重、特
重 4个等级。然后, 利用 17个站点典型高温热害年
的减产率和 2013 年不同田块跟踪调查获得的实际
减产率, 分别与综合气候指数建立回归方程。由回
归方程反推不同等级减产率的综合气候指数, 再结
合高温热害后玉米秃尖率和减产率等受害特征参量,
综合确定不同等级高温热害的综合气候指数分级阈
值(图 2)。
2)花期高温热害时段确定: 利用淮北平原宿州
市、亳州市 2 个夏玉米生长发育观测站 2010—2013
年夏玉米抽雄开花和吐丝日期的资料, 结合对砀山、
萧县等 15 个县(市)部分农业专家的调查, 在不遗漏
高温天气过程的原则下, 综合相关研究成果[1214], 确
定高温热害时段为每年 7月 21日至 8月 15日。
3)高温热害主要气象致灾因子选取: 综合前人
研究成果[68,15], 按照资料易取性原则, 本文选取极

图 2 夏玉米花期高温热害综合气候指标确定方法
Fig. 2 Determination way of integrated climatic index for high temperature damage to summer maize at florescence
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端最高气温(Tmax)、日最高气温≥35 ℃的日数(Tn)和
日最高气温高于 35 ℃的积害量(∑T)[16]及其期间的
平均最小相对湿度(Hmin)4 个因子, 作为主要气象致
灾因子, 分别反映高温强度和持续时间及其期间的
空气干燥程度。其中, 积害量(∑T)是高温过程期间逐
日最高气温高于 35 ℃的有害温度的累积值。
4)高温热害综合气候指数构建: 本文采用主成
分分析法[17], 对选定的 4个致灾因子进行综合简化。
其中, 确定主分量个数的原则是: 当第 1 个主分量
的方差贡献率≥85%时, 即可用第 1 主成分代表原
来 4个致灾因子标准化后[本文采用极差化方法进行
标准化 , 即标准化后的样本值=(xixmin)/(xmaxxmin),
其中 xi、xmin、xmax分别为 4 个致灾因子样本序列的
实际值、最小值和最大值 ]因子的综合影响 , 即
y11=a11xi1+a21xi2+a31xi3+a41xi4, 用 D 表示。当取前 2
个主分量方能满足累计方差贡献率≥85%时, 则 y
取每个主分量所对应的特征值占原变量总方差的比
例作为权重计算, 即综合表达式(1), 以此作为原来
4个因子的高温热害综合气候指数(D), 即:
1 11 2 12
1 1
/ /
p p
j j
j j
D y y   
 
     (1)
式中: λ1、λ2分别为第 1、第 2主成分特征值; λj为第
j个主成分特征值, j=1, 2, ⋯, p为所取的主成分个数;
y11和 y12分别表示第 1与第 2主成分。
5)减产率的确定: 农作物产量(y)一般可以分离
为趋势产量(yt)、气象产量(yw)和随机“噪声”(Δy)3个
部分, 其模型为:
y=yt+yw+Δy (2)
式中: yt 主要反映农业技术水平的提高对产量的影
响, 会随着社会生产水平的提高而提高, 具有渐进
性和相对稳定性, 本研究采用直线滑动平均法进行
模拟[18]提取 yt; yw受气象因子变化影响, 具有逐年波
动性; 随机“噪声”(Δy)常略去。
通过模拟得到趋势产量, 即可获得气象产量和
相对气象产量(yh):
yw=yyt (3)
yh=yw/yt100% (4)
相对气象产量(yh)将气象产量转化成一种不受
历史时期、不同农业技术水平差异影响的相对比值,
具有可比性。当 yh<0, 表示减产率。其负值的绝对
值大小, 一定程度上反映了夏玉米生长季中发生的
所有灾害包括病虫害等所造成的产量损失率。
1.3 数据处理和分析方法
采用 Microsoft Excel 和 DPS 软件进行数据处
理、主成分分析和聚类分析等。
2 结果与分析
2.1 准北平原夏玉米高温热害综合气候指数与分级
2.1.1 综合气候指数确定
依据淮北平原 17 个站点的 4 个主要致灾气象
因子标准化后的数据 , 采用 PCA 法 , 得到各站第
1、第 2特征值(v1、v2)及其第 1、2主分量累计方差
贡献率(表 1)。
表 1 淮北平原 17个站夏玉米花期高温热害 4个致灾因子第 1、第 2特征向量及其累计方差贡献率
Table 1 First and second feature vectors and the cumulative variance contribution rate of four disaster-inducing meteorological
factors of high temperature damage to summer maize at florescence at 17 meteorological stations in the Huaibei Plain
第 1特征向量 First feature vector (v1) 第 2特征向量 Second feature vector (v2) 站点 Station
Tmax ∑T Tn Hmin Tmax ∑T Tn Hmin
累计方差率
Cumulative
variance rate (%)
亳州 Bozhou 0.494 1 0.522 5 0.545 4 0.430 6 0.412 5 0.274 8 0.047 7 0.867 2 92.64
砀山 Dangshan 0.535 2 0.552 0 0.560 9 0.307 2 0.069 5 0.278 8 0.175 0 0.941 7 91.55
萧县 Xiaoxian 0.515 4 0.526 9 0.550 5 0.391 9 0.130 0 0.328 7 0.212 3 0.911 0 90.13
灵璧 Lingbi 0.501 9 0.511 0 0.528 2 0.456 0 0.382 2 0.161 4 0.238 7 0.878 0 93.66
涡阳 Guoyang 0.488 2 0.512 1 0.527 6 0.470 1 0.579 4 0.115 8 0.067 7 0.803 9 92.84
埇桥 Yongqiao 0.488 2 0.512 1 0.527 6 0.470 1 0.579 4 0.115 8 0.067 7 0.803 9 92.84
蒙城 Mengcheng 0.504 0 0.529 7 0.546 7 0.408 2 0.395 5 0.273 7 0.024 7 0.876 4 93.12
五河 Wuhe 0.514 3 0.509 5 0.541 6 0.427 3 0.179 0 0.350 1 0.207 4 0.895 8 91.85
泗县 Sixian 0.515 5 0.522 7 0.550 4 0.397 6 0.198 3 0.341 7 0.145 1 0.907 1 92.96
怀远 Huaiyuan 0.495 3 0.519 7 0.534 9 0.445 6 0.496 1 0.143 8 0.108 4 0.849 4 91.51
固镇 Guzhen 0.507 8 0.514 6 0.533 7 0.438 8 0.392 1 0.265 4 0.091 2 0.876 0 93.91
阜阳 Fuyang 0.494 8 0.518 4 0.533 5 0.449 2 0.371 8 0.234 1 0.170 3 0.882 0 89.64
临泉 Linquan 0.514 8 0.519 6 0.530 2 0.428 7 0.131 3 0.400 0 0.196 4 0.885 5 92.36
太和 Taihe 0.484 1 0.530 5 0.549 5 0.426 9 0.449 9 0.230 2 0.050 6 0.861 4 90.02
界首 Jieshou 0.509 8 0.528 3 0.537 9 0.414 4 0.312 7 0.293 6 0.106 4 0.897 1 93.45
颍上 Yingshang 0.509 8 0.506 3 0.542 0 0.435 9 0.285 4 0.296 8 0.173 7 0.894 6 93.21
阜南 Funan 0.502 0 0.516 5 0.532 2 0.445 0 0.349 0 0.322 9 0.089 2 0.875 2 91.48
Tmax: 极端最高气温; Tn: 日最高气温≥35 ℃的日数; ∑T: 日最高气温≥35 ℃的积害量(有害温度的累积值); Hmin: 日最高气温≥35 ℃期间的平
均最小相对湿度。下同。Tmax: extreme maximum temperature; ∑T: number of days with daily maximum temperature ≥35 ℃; Tn: accumulative temperature of
days with daily maximum temperature ≥ 35 ℃; Hmin: average minimum relative humidity of days with daily maximum temperature ≥35 ℃. The same below.
第 8期 李 德等: 淮北平原夏玉米花期高温热害综合气候指标研究 1039


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由表 1可见, 淮北平原 17个站的第 1与第 2主
分量的累计方差贡献率全部≥85%, 其中 , 阜阳站
值最小, 为 89.64%; 固镇站值最大, 为 93.91%。因
此, 采用式(1), 由第 1与第 2主成分中, 4个致灾气
象因子的权重系数与其对应因子的乘积之和, 得到
各站历年高温热害综合气候指数(D)。其中, 各站 4
个致灾因子的第 1 与第 2 主成分中的权重系数综合
后的系数值见表 2。
表 2 淮北平原 17个站夏玉米花期高温热害 4个致灾因子的综合权重系数
Table 2 Comprehensive weights of four disaster-inducing meteorological factors of high temperature damage to summer maize at
florescence at 17 meteorological stations in the Huaibei Plain
站点 Station Tmax ∑T Tn Hmin 站点 Station Tmax ∑T Tn Hmin
亳州 Bozhou 0.446 8 0.450 8 0.438 4 0.224 7 怀远 Huaiyuan 0.453 3 0.429 2 0.436 9 0.248 1
砀山 Dangshan 0.394 4 0.449 3 0.434 3 0.024 9 固镇 Guzhen 0.463 1 0.453 7 0.448 7 0.256 0
萧县 Xiaoxian 0.387 3 0.427 9 0.425 7 0.129 5 阜阳 Fuyang 0.429 0 0.431 2 0.435 4 0.245 8
灵璧 Lingbi 0.458 5 0.444 9 0.466 8 0.298 6 临泉 Linquan 0.424 9 0.464 1 0.445 7 0.222 6
涡阳 Guoyang 0.461 6 0.439 1 0.447 6 0.319 7 太和 Taihe 0.430 8 0.434 0 0.422 3 0.197 3
埇桥 Yongqiao 0.461 9 0.439 3 0.447 8 0.319 5 界首 Jieshou 0.448 8 0.460 8 0.442 1 0.203 2
蒙城 Mengcheng 0.452 6 0.453 8 0.428 7 0.182 3 颍上 Yingshang 0.448 4 0.446 9 0.461 3 0.247 6
五河 Wuhe 0.428 3 0.447 0 0.453 5 0.218 4 阜南 Funan 0.441 0 0.449 4 0.434 1 0.250 0
泗县 Sixian 0.430 2 0.458 0 0.449 1 0.168 2

由表 2 可见, 不同站点各致灾因子的权重系数
大小基本相近。因此对于本文未选择的县(市), 在
计算某一年的综合气候指数时, 可以选择 17 个代
表站中地理位置较近监测站的权重系数, 作为式(1)
的权重系数使用 [19]。另外, 鉴于乡(镇)尺度级的中
尺度气象监测网站资料年代较短 , 不能满足用
PCA法构建致灾综合气候指数的样本量要求。在应
用到乡镇级时, 亦按照地理位置相近的原则, 利用
距离所计算乡(镇)附近国家气象观测站的综合气候
指数的权重系数 , 来代替乡(镇)的权重系数 , 再由
中尺度气象监测站资料 , 获得乡(镇)尺度的综合气
候致灾指数。
从生物学意义上看, Tmax、∑T和 Tn对综合气候
指数影响均为正贡献, 即极端最高气温越高、日最
高气温≥35 ℃的日数越多、日最高气温高于 35 ℃的
积害量越大, 综合气候指数(D)越大。而 Hmin为负贡
献, 即高温过程期间平均最小相对湿度偏高, 可以
减弱高温热害的影响; 相反, Hmin偏低, 一定程度上
会加重高温的危害。这与已有研究揭示的高温热害
对玉米花粉花丝危害机制一致[6,10]。
2.1.2 综合气候指数等级划分
利用各站归一化后的综合气候指数值(D), 按照
由小到大的顺序进行排列, 采用有序样本最优聚类
法[2021], 对综合气候指数值(D)进行最优分割, 得到
各站最优分割误差函数及分类结果, 并将分割误差
埇函数和分级数作坐标图。亳州、 桥、临泉和颍上
4站散点图见图 3(其他站点的散点图略去)。

图 3 淮北平原亳州、埇桥、临泉和颍上站夏玉米花期高
温热害综合气候指数(D)不同分类数的误差函数
Fig. 3 Optimal segmentation classification number and error
function of the integrated climatic index (D) for high temperature
damage to summer maize at florescence of Bozhou, Yongqiao,
Linquan and Yingshang stations in the Huaibei Plain
由图 3 可见, 各站点误差函数曲线变化拐点均
在 4级分割处。其后, 随着分类数增加, 误差函数已
经趋于稳定。因此, 确定 4 分割为各站点综合气候
指数值(D)的最优分割, 并进行 F 检验, 各站点均通
过α=0.01的信度水平检验。由此, 以各站点综合气
候指数值(D)4 分割结果的各组最大值作为各级高温
热害的分级阈值, 从而得到数学意义上的综合气候
指数值(D) 4 个等级的分级阈值(表 3), 并分别定义
为轻度、中度、重度和特重等级热害。
2.1.3 综合气候指数等级修正
表 3 的等级阈值仅是从综合气候指数(D)序列变
化规律在数学层面上进行的等级阈值划分, 能否客
观反映高温热害对夏玉米的影响与危害, 需要结合
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表 3 淮北平原夏玉米花期高温热害综合气候指数(D)聚类分析阈值
Table 3 Thresholds of cluster analysis for the integrated climatic index (D) for high temperature damage to summer maize at
florescence in the Huaibei Plain
等级 Grade 1 2 3 4
阈值 Threshold 0.1040.723
表 4 淮北平原 17站历年夏玉米花期高温热害发生年份
Table 4 Occurrence years of high temperature damage to summer maize at florescence at 17 meteorological stations in the Huaibei Plain
站点
Station
高温热害年份
Years of high temperature damage
站点
Station
高温热害年份
Years of high temperature damage
亳州 Bozhou 1992, 1999, 2010, 2008, 2009, 2012 怀远 Huaiyuan 1980, 1981, 1990, 2012
砀山 Dangshan 1988, 2010, 2013 固镇 Guzhen 1984, 2010, 2013
萧县 Xiaoxian 1988, 2007, 2010, 2012, 2013 阜阳 Fuyang 1991, 2001, 2010, 2012, 2013
灵璧 Lingbi 1992, 1996, 2013, 2012 临泉 Linquan 1992, 2001, 2013
涡阳 Guoyang 1992, 2010, 2012 太和 Taihe 2001, 2010, 2012, 2013
埇桥 Yongqiao 2003, 2006, 2010, 2012, 2013 界首 Jieshou 2001, 2010, 2012, 2013
蒙城 Mengcheng 2001, 2010, 2012, 2013 颍上 Yingshang 2010, 2012, 2013
五河 Wuhe 1980, 1996, 2012, 2013 阜南 Funan 1991, 2001, 2012, 2013
泗县 Sixian 1996, 2006, 2010, 2012, 2013

历年的典型高温热害年夏玉米产量的损失率来修正。
依据《中国气象灾害大典·安徽卷》记载的主要
气象灾害, 结合部分站点气象部门发布的年度气候
评价材料, 对 1980 年以来, 各站发生的夏玉米花期
高温热害进行筛选, 剔除非单一高温热害发生年份
后, 17个站累计有 69年为只发生高温热害年(表 4)。
利用 69 个仅发生高温热害年归一化处理后的
综合气候指数(D), 与其相应年份的相对气象减产率
(yh)进行相关统计, 结果表明, 两者之间高度正相关
(图 4), 相关系数为 0.967 1, 其一元线性回归方程
(式 5)通过 P<0.001 的显著性检验, 表明综合气候指
数(D)可以表征高温热害对夏玉米产量的定量影响。
yh=38.279D+2.104 9 (R²=0.935 3) (5)
由方程(5), 参考农业上以减产率确定灾情等级
的标准[22], 即按照减产率为 5%、10%、20% 和 30%
时 , 反推对应的综合气候指数 (D ) , 结果分别为
0.076、0.321、0.467、0.729, 其轻度、中度、重度
和特重高温热害对应的阈值见表 5。

图 4 淮北平原 17站夏玉米花期高温热害年的综合气候
指数(D)与减产率关系
Fig. 4 Relationship between integrated climatic index (D) for
high temperature damage of summer maize at florescence and
yield reduction rate of maize at 17 meteorological stations in the
Huaibei Plain
表 5 淮北平原典型夏玉米花期高温热害年的综合气候指数(D)等级阈值
Table 5 Thresholds of integrated climatic index (D) for different grades of typical high temperature damage years of summer maize
at florescence in the Huaibei Plain
等级 Grade 轻 Slight 中 Moderate 重 Severe 特重 Extreme severe
阈值 Threshold 0.0760.729

比较表 4 与表 5 发现, 两种方法划分的等级阈
值基本接近。为此, 取两种方法阈值的交叉部分, 并
考虑指标的连续性和易于操作性, 将夏玉米花期高
温热害致灾综合气候指数划分为 4 个等级, 并分别
赋值为 1、2、3、4, 各等级阈值见表 6。
2.2 准北平原夏玉米高温热害等级指标验证
2013 年夏玉米开花吐丝期间, 埇宿州市 桥区境
内发生了连续高温热害, 利用 14个典型田块跟踪调
查资料, 按照距离相近的原则, 选取宿州站 4 个致
灾因子的综合权重系数和宿州市埇桥区内 14 个典
第 8期 李 德等: 淮北平原夏玉米花期高温热害综合气候指标研究 1041


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表 6 淮北平原夏玉米花期高温热害综合气候指数(D)的不同等级阈值
Table 6 Thresholds of integrated climatic index (D) for different grades of high temperature damage to summer maize at florescence
in the Huaibei Plain
等级 Grade 轻 Slight 中 Moderate 重 Severe 特重 Extreme severe
阈值 Threshold 0.110.72
赋值 Assignment 1 2 3 4


图 5 2013年淮北平原夏玉米花期高温热害田块综合气
候指数(D)与减产率的关系
Fig. 5 Relationship between integrated climatic index (D) for
high temperature damage to summer maize at florescence and
yield reduction rate of maize in 2013 in the Huaibei Plain
型田块周围较近的中尺度气象监测站数据, 利用方
程(1), 得到 14个田块夏玉米抽雄—吐丝期间高温热
害综合气候指数(D)。将 D 与 14 个田块最后实际因
灾减产率作点聚图(图 5), 其中:
减产率(yk)=(受灾田块单产无灾田块单产)/无
灾田块单产×100% (6)
采用相关统计, 得到 14个田块的综合气候指数(D)
与减产率(yk)之间显著正相关, 相关系数为 0.979 1, 通
过 P<0.001信度水平检验。其一元线性回归方程式为:
yk=38.299D+2.808 (R²=0.958 4) (7)
利用方程(7), 按照减产率为 5%、10%、20%和
30%, 反推所对应的综合气候指数分别为 0.057、
0.188、0.449、0.710, 其相应轻度、中度、重度和特
重高温热害等级阈值见表 7。
表 7 2013年淮北平原夏玉米花期高温热害田间受害等级的综合气候指数(D)分级阈值
Table 7 Classification thresholds of different grades of integrated climatic index (D) of high temperature damage to summer maize
at florescence in the Huaibei Plain in 2013
等级 Grade 轻 Slight 中 Moderate 重 Severe 特重 Extreme
阈值 Threshold 0.0570.710

比较表 6和表 7, 可以发现, 由典型高温热害年
田块实际减产率确定的高温热害等级阈值, 与表 5
所建立的等级阈值基本一致。另外, 计算表 6与表 7
中不同等级阈值的灰色关联度[23], 结果在 ρ=0.5 水
平下, 灰关联度 γ=0.773 5, 通过检验。因此, 本文所
建立的夏玉米高温热害等级的分级阈值是可行的。
2.3 准北平原夏玉米不同等级高温热害与秃尖率
和籽粒茎秆比的关系
花期高温主要危害花药与花丝, 致使小花和籽
粒败育, 其受害症状为果穗秃尖、缺粒, 或穗粒数量
稀少等[24], 从而导致籽粒茎秆比下降、产量降低。
因此, 秃尖率(%)、籽粒与茎秆比(/)2 个参量, 常用
作高温热害田间调查的参考指标使用。
依据表 5 确定的夏玉米花期高温热害等级, 与
14个调查田块的秃尖率和籽粒与茎秆比资料作相关
分析，并作点聚图(图 6)。
经统计 , 高温热害等级与秃尖率呈正相关关
系、与籽粒与茎秆比呈负相关关系, 相关系数分别

图 6 淮北平原不同等级夏玉米花期高温热害与秃尖率和籽粒茎秆比关系
Fig. 6 Relationship between grade of high temperature damage to summer maize at florescence and bald tip rate and grain to stem
ratio of maize in the Huaibei Plain
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为 0.819 8和0.872 7。
由不同田块的高温热害等级的级值(n), 分别与
相应秃尖率 (k)和籽粒与茎秆比 (G)建立回归方程 ,
结果见式(8)、(9):
k=11.054e0.243 9n (R²=0.731 7) (8)
G=0.139 8n+0.926 7 (R²=0.761 6) (9)
经 F检验, 方程(8)和(9), 均通过 α=0.01信度水平。
依据方程(8)和(9), 由高温热害等级的级值, 可
以分别反推不同等级高温热害发生后, 受害田块玉
米的秃尖率(k)和籽粒与茎秆比(G), 其结果(表 8)可
作为田间灾情判定的参量使用。
表 8 淮北平原不同等级夏玉米花期高温热害时的秃尖
率和籽粒与茎秆比
Table 8 Bald tip rate and grain to stem ratio of maize under
different grades of high temperature damage to summer maize
at florescence in the Huaibei Plain
轻
Slight
中
Moderate
重
Severe
特重
Extreme
severe
秃尖率
Bald tip rate (%)
14.1 18.0 23.0 29.3
籽粒与茎秆比
Gain to stem ratio
0.79 0.65 0.51 0.37

2.4 准北平原夏玉米花期高温热害分布特征
利用各站高温热害综合气候致灾指数(D), 依据
表 6确定的高温热害等级指标, 对 1980—2013年淮
北平原各站夏玉米花期高温热害各等级综合发生频
率进行统计, 结果见图 7。

图 7 淮北平原夏玉米花期高温热害综合发生频率分布图
Fig. 7 Distribution map of comprehensive occurrence
frequency of high temperature damage to summer maize at
florescence in the Huaibei Plain
由图 7 可见, 淮北平原夏玉米花期各个等级高
温热害的综合发生频率均较高, 平均为 58.1%, 约
1.7年一遇。在区域分布上, 有 2个发生频率相对偏
高区域, 分别是西部与河南省接壤的临泉、太和以
及阜南县部分乡镇, 埇和中南部的怀远县、蒙城、
桥与濉溪县大部分以及东北部的萧县与砀山县围成
的狭长区域内, 其发生频率在 60%以上。其他区域
发生频率相对略低, 为 45%~60%, 尤其是沿淮西南
部的颍上、凤台县和东部与江苏省接壤的灵璧、泗
县境内发生频率相对较低, 在 50%以下。
图 8 分别为夏玉米花期轻、中、重和特重等级
高温热害的发生频率分布图。

图 8 淮北平原夏玉米不同等级高温热害发生频率分布图
Fig. 8 Distribution maps of occurrence frequencies of different grades of high temperature damage to summer maize at florescence
in the Huaibei Plain
第 8期 李 德等: 淮北平原夏玉米花期高温热害综合气候指标研究 1043


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由图 8 可见, 淮北平原夏玉米花期高温热害以
中度和重度等级发生频率较高 , 各地平均分别为
20.2%、15.1%, 二者合计 35.3%; 轻度等级相对略低,
各地发生频率平均为 13.8%; 特重等级发生频率相
对较低, 各地平均为 8.3%。
从各等级灾害发生频率分布情况看, 轻度等级
高温热害(图 8a), 除西部的界首、太和、临泉 3县为
高发区(频率高于 15%), 其他大部分区域的发生频
率相对偏低, 尤其是中部大部分县的发生频率低于
11%。整个平原中度等级高温热害(图 8b)的发生频率
差异较小, 仅西部与河南接壤的临泉县以及东部与
江苏接壤的灵璧与泗县发生频率相对偏高外(发生
频率高于 25%), 其他大部分区域发生频率略偏低
(发生频率在 20%左右)。重度等级高温热害(图 8c)
呈现西北部与中南部相对偏高(发生频率高于 18%)、
东部与西部相对偏低的特征(发生频率小于 15%)。
特重等级高温热害(图 8d)发生频率呈现由东向西逐
渐增加特征, 东部自五河经泗县、灵璧到萧县等大
部分区域以及沿淮县境内的发生频率低于 8%, 西部
的临泉县境内发生频率最高, 为 14%。
3 结论与讨论
不同程度的高温热害对夏玉米花期的影响与危
害, 是通过对花药、花丝的危害, 影响授粉受精正常
进行, 致使玉米秃尖或籽粒缺位等而导致减产[10,24]。
不同程度的高温热害对夏玉米花期的影响与危害不
同, 高温强度越大, 持续时间越长及其高温过程期
间的空气湿度越小, 对夏玉米的影响与危害越重。
这与肖运成等[10]、李金才等[11]的研究结论一致。
针对玉米花期高温热害方面以往的研究多侧重
于探讨生理活动指标[68]而难以在生产实践中使用。
已有的高温热害指标[9]又存在未考虑对最终产量的
影响等不足。本研究以自然条件下夏玉米花期高温
热害过程为研究对象, 从决定高温热害程度大小的
极端最高气温、日最高气温≥35 ℃的日数和日最高
气温高于 35 ℃的积害量及其期间的平均最小相对
湿度 4个致灾气象因子出发, 利用主成分分析, 将 4
个致灾因子综合简化为表征夏玉米花期高温热害的
综合气候指数(D), 其生物学意义清晰, 且第 1 与第
2 主分量的累计方差贡献率接近 90%, 综合气候指
数(D)与典型高温热害年的减产率高度正相关, 相关
系数为 0.967 1。通过聚类分析, 并经典型高温热害
年份灾损率修正, 高温热害可分为轻、中、重、特
重 4 个等级, 其综合气候指数(D)分级阈值对应为
0.110.72。
利用 2013年典型田块调查资料的验证, 本文确定的
高温热害综合气候指标及其分级阈值与实际相符 ,
可作为高温热害监测预警与调查评估指标使用。
高温热害会对雌雄穗造成危害, 致灾程度与秃
尖率、籽粒与茎秆比密切相关 [10]。本文利用 2013
年 14 个典型田块跟踪定位调查资料相关分析表明,
高温热害等级(n)与秃尖率呈指数关系(R2=0.731 7),
和籽粒与茎秆比之间呈线性关系(R2=0.761 6), 所建
回归方程可作为夏玉米花期高温热害田间灾情调查
的参考依据使用。
淮北平原夏玉米高温热害各等级的综合发生频
率相对较高, 约 1.7年一遇, 其中特重等级发生频率
较低, 在 8%左右; 中度与重度等级高温热害发生频
率相对较高, 分别高于 15%与 20%。因此, 在全球气
候变暖趋势逐渐显现的背景下 [2], 在品种选育和生
产上需要注意防范。
夏玉米花期高温热害的发生及其致灾程度, 不
仅受气象因子的影响 , 还受植物学因子如品种特
性、基因类型及其栽培措施等影响[10,13,2526]; 在气象
因子中水分胁迫等也会影响到花粉的活力和花丝受
精能力等[27]。由于资料的限制, 本文仅考虑了高温
和湿度 2 个因子及其不同的表征参量, 且以田间调
查数据为基础, 虽然可以满足开展农业气象服务的
基本需求, 但随着监测试验能力的提升, 未来应结
合人工气候箱控制试验, 对指标进一步优化完善。
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