干旱灾害在众多的自然灾害中以其影响的范围、强度和频发性,成为影响农作物生长的最主要的自然灾害,干旱所造成的作物损失大于其他逆境胁迫造成损失的总和。因此,掌握干旱产生的诱因和内在机理,精确评估干旱的发生和演变过程,并及时反馈到农业灌溉等应对措施上,对于控制和缓解干旱、促进农业生产具有重要意义。本文选取泾惠渠灌区作为研究区域,选取标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)两种干旱指数分析了灌区多年的干旱演变特征;优选趋势产量模拟方法,分析干旱与灌区作物产量之间的关系,建立干旱指数与冬小麦气候产量的定量关系,得到影响作物气候产量的关键阈值和最大增产潜力;研究气温、降水量等气象因素对农业干旱的影响作用,以及干旱指数对灌区干旱评价的合理性和精确度,剖析农业干旱的内在机理,为科学合理地实施农业灌溉等抗旱措施提供理论依据。研究得到结论如下:(1)通过运用直线回归法、多项式拟合法、五点滑动平均法三种方法模拟冬小麦的趋势产量、分离气候产量,优选出适合灌区的冬小麦趋势产量模拟方法。一是从趋势产量的角度比较分析:趋势产量与实际产量回归关系的显著性检验中,五点滑动平均法的回归关系最好,并且其模拟效果更符合实际的变化情况。二是从气候产量的合理性进行分析:在相似气候年分析、气候产量与实际产量的比值、冬小麦生育期内平均气温及降水量的关键影响时段的分析中,五点滑动平均法能够比其他两种方法更准确全面地反映出研究地的气候特征和冬小麦生长特点。综上,五点滑动平均法在泾惠渠灌区的整体适用性最优。(2)利用灌区降水量、日照时数和气温资料,分析灌区的干旱化进程。灌区降水量,1953-1984年为多雨期,1985-2008年为少雨期,其中1975-1984年为多雨期向少雨期转变的波动时期,年降水量以29.6mm/10a的速度减少;灌区日照时数,1961-1980为多日照期,1981-2001年为少日照期,年日照时数以81.79h/10a的速度减少;灌区气温,1953-1962年为偏暖期,1963-1993年为偏冷期,1994-2008年又是一个偏暖期。特别的,灌区气温的变化趋势分为两个阶段,1953-1980年为降温阶段,1981-2008年为升温阶段。总体来说,灌区年降水量和日照时数减少,平均气温先降低后上升,反映了泾惠渠灌区的干旱化趋势。(3)运用干旱指标分析灌区的干旱状况。通过干旱指标的小波分析发掘出灌区干旱变化的隐含周期:春季有1.5年左右的干旱周期;夏季有1.5年和3年的干旱周期;冬季有6.5年的干旱周期。灌区升温期各时间尺度的干旱周期均较降温期有不同程度的缩短,发生干旱的频率从25.0%~32.1%上升至55.6%~64.3%,两种干旱指标均呈下降趋势,揭示了灌区的干旱化趋势。(4)运用干旱指标进行灌区的干旱-作物产量研究,对相关性最强的SPI、SPEI干旱指标与冬小麦气候产量进行回归分析,得到产量的旱涝影响阈值和最大增产潜力:当SPI24-11值在-0.295~6.160之间气候产量为正,即在趋势产量上有所增产,当SPI24-11=2.933时,最大增产198.056 Kg/hm2;当SPEI24-11值在-0.416~4.136之间增产,当SPEI24-11=1.860时,最大增产130.194 Kg/hm2;当SPI6-2值在-0.331~4.880之间增产,当SPI6-2=2.274时,最大增产175.222 Kg/hm2;当SPEI6-2值在-0.306~3.680之间增产,当SPEI6-2=1.687时,最大增产149.320 Kg/hm2。(5)SPI和SPEI的评价性能对比表明:(1)偏暖期时SPI和SPEI差值(SPI-SPEI)为正,表明SPEI所判定的干旱状况相比SPI所判定的干旱状况更干,偏冷期反之。(2)升温阶段,年尺度和春季、夏季SPEI指标序列的趋势检验显著性均优于SPI指标。(3)在干旱发生频率的评估方面,SPEI判定的干旱高发期是春季和冬季,而SPI指标判定的干旱高发期是冬季和夏季,结合灌区的实际情况,灌区属大陆性半干旱季风气候区,夏秋多雨,春冬干燥,所以SPEI指标评估的结果更准确。(4)SPI和SPEI与正序排列的降水序列和反序排列的气温序列对应关系均较好,SPEI对气温波动的响应比SPI强烈。(5)SPI指数与冬小麦气候产量相关性比SPEI指数强。整体来讲,在灌区气候变暖的背景下,SPEI显示出了比SPI更为准确灵敏的干旱监测性能,但在干旱-作物产量影响评价方面SPEI没有显著表现出比SPI更优的评价性能。