气候变暖对西北干旱区农业热量资源变化的影响

气候变暖将改变农业气候资源尤其是热量资源的时空分布。本文通过分析西北干旱区67个气象站点的气象数据,研究了西北干旱区近50年气温、积温、霜冻的变化特征与规律。结果表明,西北干旱区气温呈上升趋势,上升幅度为0.33℃.10a 1,高于全国平均水平,其中北疆增温幅度大于其他地区。年内变化上,冬季增温幅度最大。近50年,西北干旱区≥0℃、≥10℃积温变化率分别为67.8℃.10a 1和68.8℃.10a 1,≥0℃和≥10℃积温持续的时间也呈增加趋势,其中≥0℃积温持续天数的增加主要是由于结束日期的推迟引起的,而≥10℃积温天数的增加主要是因为初始日期的提前。研究区无霜期呈增加趋势,主要表现为初霜日的延迟和终霜日的提前,其趋势分别可达2 d.10a 1和1.4 d.10a 1,前者贡献略大。西北干旱区初霜出现日期的年际波动小于终霜日,终霜出现日期晚于≥10℃积温开始日期约10 d,且气温变暖的趋势并没有引起这一状况的改变,而多数站点≥10℃积温结束日期早于初霜开始日期。     

1961-2010年中国农业热量资源分布和变化特征

利用全国508个气象站点1961-2010年地面气象观测资料,采用气候倾向率和GIS方法研究了近50a全国尺度热量资源分布,并比较分析1961-1980年(Ⅰ)和1981-2010年(Ⅱ)两个时段的热量资源变化特征。结果表明:全国热量资源分布不均匀,总体特征为南多北少,东部主要受纬度的影响,西部则受地形影响。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ平均温度0℃、10℃和15℃等值线均存在北移现象;日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数平均增加5.5d和4.7d;日平均气温≥0℃和≥10℃积温分布和变化趋势相似,华南地区5500~6100℃·d(≥0℃积温)和5300~6500℃·d(≥10℃积温)积温带面积分别增加5.32×104km2和1.92×103km2。1961-2010年,平均温度气候倾向率为0.27℃/10a,增暖趋势显著,且北方增暖趋势较南方明显;最低、最高温度气候倾向率分别为0.37℃/10a和0.21℃/10a。≥0℃积温和≥10℃积温增加趋势大体一致,约为70℃·d/10a。近50a,全国热量资源(平均温度、最高、最低温度和积温)呈增加趋势,且最低温度变化幅度高于最高温度,对气候增暖起主要作用。气候增暖将对农业生产的空间分布产生影响,使基于原来指标和气候确定的农业气候区划边界与当前气候现实存在偏离,研究热量资源的分布和变化对合理利用热量资源,确定合适的农业气候指标和作物种植区域具有指导意义。     

基于站点数据分析中国大陆区域喜凉/温作物界限温度的时空演变

喜凉/温作物界限温度的时空分布能够影响作物物候和种植区域。利用全国585个气象站点1961-2020年地面气象观测资料,以喜凉/温作物界限温度(0℃和10℃)的积温、初日、终日作为农业热量资源研究指标,基于ANUSPLIN气象插值软件,从年际和年代际时间尺度分析1961-2020年喜凉/温作物界限温度的时空演变特征,并探讨热量资源变化对全国农业生产格局的影响。结果表明：受纬度和地形影响,全国热量资源变化幅度较大,东部地区≥0℃、≥10℃积温随纬度变化呈阶梯状分布,而在西部地区主要受海拔影响,总体表现为由南向北逐渐递减。各地≥0℃和≥10℃积温范围分别为700.0～8960.0℃·d和46.3～8960.0℃·d,≥0℃和≥10℃积温气候倾向率平均为72.8℃·d·10a^-1和73.7℃·d·10a^-1。60a内,界限温度0℃、10℃初日分别提前9.6d和8.4d,终日分别推迟4.8d和7.8d。界限温度初日的提前和终日推迟使60a内日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数分别增加14.4d和16.2d。2011-2020年是研究时段内最温暖10a...     

华东地区≥10℃积温的时空演变特征

利用1961-2013年华东地区86个气象台站的日平均气温等资料,采用趋势分析法、克里金空间插值法(Kriging)、Mann-kendall突变检验以及Pearson相关分析等方法,分析该区域近53a日平均气温稳定≥10℃期间积温、持续日数、初终日以及积温带的变化特征。结果表明：（1）近53a华东地区日平均气温稳定≥10℃积温及其持续日数呈显著增加趋势,气候倾向率分别为89.71℃-d-10a-1(P＜0.01)和2.96d-10a-1(P＜0.05),二者主要受初日提前和终日推迟的共同影响,且初日提前的影响更大。（2）日平均气温稳定≥10℃积温及其持续日数在空间分布上呈现明显的纬度地带性和垂直地带性特征,其变化趋势均呈现自东向西、自中部向南北两端递减的规律。（3）随着全球气候变暖,华东地区气候带的分布呈现明显的北移东扩,其中南亚热带、中亚热带的面积不断扩大,分别向北移动1.2、2.2个纬距;北亚热带约向北移动1个纬距,面积有所减小;暖温带的面积不断减小。（4）华东热量资源对平均气温的响应主要表现在积温的上升、持续日数的增加、初日的提前以及终日的延迟。     

1961-2001年间陕西冬小麦种植北界北移的热量资源分析与评价

气候变暖使农作物种植北界发生了不同程度的北移。为研究冬小麦在陕北地区种植的适宜性, 本文选取了该地区榆林、绥德、横山、吴起和延安5个站点1961-2001年间40年的逐日温度数据进行整理分析, 研究该地区冬前积温、越冬期负积温、1月平均温度、生育期≥0 ℃积温和年极端最低温度等指标及变化情况, 通过热量指标评价陕西省冬小麦北移的可行性。结果表明, 陕北地区冬小麦越冬期负积温、1月平均温和生育期≥0 ℃积温都呈显著升高趋势, 其中, 越冬期负积温每10年升高36.2~71.7 ℃·d, 1月平均温度每10年升高0.32~0.61 ℃, 生育期≥0 ℃积温每10年升高44.1~88.7 ℃·d。此外, 年极端最低温也表现出升高趋势, 但不显著。而冬前积温在延安和吴起两站点分别以20.3 ℃·d·10a^-1和16.1 ℃·d·10a^-1的速率显著升高, 但榆林和绥德两站则有所下降。整体而言, 到2001年, 延安站各项气温指标都能满足北移冬小麦需要, 热量资源不会成为该地冬小麦北移的障碍; 吴起和绥德1月份平均温度偏低, 北移存在一定风险; 而榆林和横山因越冬期负积温和1月平均温度过低而存在较大风险, 不适合北移冬小麦的种植。     

黑龙江省热量资源变化及其对作物生产的影响

气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971—2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性倾向率、累计距平、M-K检验和经验正交函数(EOF)方法等统计方法,分析了热量资源变化特征及突变特征,以及对农业生产的可能影响。结果表明:≥10℃积温和≥0℃积温分别以86.7℃?d?(10a)-1和80.5℃?d?(10a)-1的速率显著增加,无霜期呈延长趋势[倾向率为3.8 d·(10a)-1];≥10℃积温和无霜期在1993年发生突变,突变后二者初日提前,终日延后。≥10℃积温和≥0℃积温的增加幅度西部大于东部,无霜期延长幅度中西部大于东北部,农业热量资源变化幅度大的地区亦是热量敏感区域。热量资源增加对农业的影响,表现在农作物适宜生育期延长;适宜水稻和玉米种植的区域向北、向西扩张,大豆种植重心北移;原适宜种植极早熟、早熟品种的区域逐步被中熟、中晚熟品种替换。热量增加使水稻、玉米和大豆三大作物产量的进一步提高成为可能。     

1961-2014年华北平原二十四节气热量资源的时空分布变化分析

通过推算历年二十四节气的划分时间,利用华北地区63个气象站点1961-2014年逐日地面观测资料,分析每个节气期间平均气温、最高/低气温、≥0℃积温的线性变化趋势;基于春分、秋分日计算分析研究区各站点无霜期的终/始日与春分/秋分日差值和无霜期≥0℃积温的时空分布变化特征.结果表明,华北平原气温(平均、最高、最低)最高为大、小暑节气,最低为小、大寒节气.无霜期由北向南递增,终霜日平均发生在春分节气,沿纬度方向由南向北推迟,初霜日平均发生在霜降节气,沿纬度方向由南向北提前.1961-2014年华北地区二十四节气内热量资源(气温、≥0℃积温)均呈现上升趋势,冬春季的节气升温幅度大于夏秋季.雨水节气平均气温、最高、最低气温增幅在二十四节气中最大,分别为0.63、0.74和0.53℃·10a-1.最低气温增幅大于平均气温和最高气温,对气候增暖的贡献较大.近54a来研究区无霜期内≥0℃积温平均增加442.8℃·d.气候变暖同时延长了华北地区的无霜期,研究区无霜期气候倾向率平均为3.9d·10a-1,该变化由初/终霜日的变化共同作用引起,且春季终霜日提前(气候倾向率为2.1d·10a-1)比秋季初霜日推迟(气候倾向率为1.9d·10a-1)更明显.     

21 世纪贵州省≥10℃ 热量资源对气候变化的响应

利用区域气候模式PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)输出的SRES A1B情景的日平均气温资料,预估2011-2100年贵州省稳定通过10℃的农业热量资源变化趋势。结果表明:A1B情景下,2011-2100年贵州省≥10℃初始日期明显提前,终止日期明显延后,持续天数和积温显著增加,热量资源的增加趋势东部高于西部;相对气候基准时段,未来90a的初始日期在毕节、六盘水和黔西南地区提前幅度最大(16~18d),终止日期在大部地区延后14~19d,持续日数在西部增加31~38d,东部增加23~30d,而积温在整个贵州预计升高878~1162℃·d;至2080s时段,4000℃·d等值线预计将从气候基准时段的仁怀—开阳—龙里—普定—晋安—兴义一线向东位移至高海拔地区威宁、赫章境内,而6000℃·d等值线预计将从南、北两方向逐步向贵州中部推进,2080s时段北部等值线将位移至仁怀—遵义—凤岗—沿河一线,而南部将位移至安龙—六枝—惠水—瓮安—雷山—三穗—铜仁一线。     

黑龙江省近45年积温变化及积温带的演变趋势

选取黑龙江省80个地面气象站1961-2005年≥10℃积温资料,研究黑龙江省积温变化及其引发的积温带变化和演变趋势.积温用逐日平均气温通过5日滑动平均方法计算得出,采用Mann-kendall方法进行突变检验.结果表明:随着全球气候变暖,近45a黑龙江省≥10℃积温呈明显增加趋势;积温的年代际变化显示出20世纪70年代略有减少、而后显著增加的变化趋势;M-K检验结果显示,积温在1993年发生突变性增加.由于黑龙江省≥10℃积温的累进增加,全省≥10℃积温带出现明显的北移和东扩,其中,第一积温带北移最明显,平均达0.5个纬距,第三积温带东扩最明显,达2个经距.     

宁夏引黄灌区近50年北移冬小麦越冬期温度变化特征分析

利用宁夏引黄灌区所辖市（县）的11个气象站点1961-2009年的逐日温度数据,分析了当地北移冬小麦种植区各项温度指标的变化特征。结果表明：近50a来,宁夏引黄灌区1月极端最低气温的平均值为-19.8℃,冬小麦北移后比北移前升高了3.9%;1月的平均温度为-7.4℃,冬小麦北移后比北移前升高了12.8%,1月平均气温低于-9℃的年数减少了75%,说明宁夏引黄灌区北移冬小麦已经处于冬小麦种植北界内的适宜种植区;北移冬小麦生育期≥0℃积温平均值为1969.6℃.d,冬小麦北移后比北移前增加了11.1%,但无论冬小麦北移之前还是之后,宁夏引黄灌区冬小麦生育期≥0℃积温都能保证冬小麦正常生长;北移冬小麦越冬前≥0℃积温平均值为363℃.d,北移后比北移前增加了10.3%,接近华北冬小麦生长所需冬前≥0℃积温400℃.d的下限;越冬期负积温平均值为-586℃.d,北移后比北移前增加了22.3%,但仍然达不到华北冬性和强冬性品种安全越冬的越冬期负积温的下限。因此,适时早播和加强水肥管理以增加冬前≥0℃积温、培育壮苗和提高冬小麦的越冬存活率是保证北移冬小麦高产的关键技术措施。     

冬前积温对河南省小麦冬前生长发育的影响

为了给播期调整和提高自然资源利用率提供科学依据,在大田试验条件下,以3个半冬性和3个弱春性小麦品种为供试材料,对冬前积温为350~900℃.d范围内的小麦冬前生长发育进行了分析。结果得出:①播种-出苗的天数和所需积温随着冬前积温的降低而增加,冬前积温每降低100℃.d,播种-出苗天数约增加0.7d,所需积温约增加3.7℃.d(半冬性)或2.5℃.d(弱春性);②冬前积温与冬前主茎叶龄和冬前每叶积温均呈显著正相关(P0.01),冬前积温每降低100℃.d,冬前主茎叶龄约减少0.9片(半冬性)或1.0片(弱春性),每叶积温减少5.0℃.d左右;③随冬前积温的降低,幼穗分化进入单棱期和二棱期的时间推迟,单棱期持续天数增加而二棱期持续天数减少,冬前积温每降低100℃.d,单棱期平均增加10.0d(半冬性)或12.9d(弱春性),二棱期平均减少15.5d(半冬性)或17.4d(弱春性)。结论为,符合冬前壮苗叶龄指标的适宜冬前积温为550~750℃.d(半冬性)和450~600℃.d(弱春性),保证小麦以二棱期安全越冬的适宜冬前积温为650~800℃.d(半冬性)和550~700℃.d(弱春性),从叶龄指标和安全越冬两方面考虑,河南省小麦适宜冬前积温范围为650~750℃.d(半冬性)和550~600℃.d(弱春性)。     

1961-2008年山东省农耕期的动态变化

应用山东省86个气象观测站48a的气象资料和山东省1∶25万数字高程,采用回归分析法对山东省农耕期的初、终日及农耕期进行计算,用GIS工具对其进行栅格化,得到15幅栅格面层,并分别对各栅格层进行空间分析和统计计算。结果表明:①在空间上,山东省的各个年代农耕期初日首先从鲁西南开始,然后逐步向东北方向展开,最迟进入农耕期的是山东半岛和鲁中山区;而农耕期终止日期首先从鲁中山区开始,由鲁西北北部逐步向鲁东南展开,终止日期最晚的是鲁南南部和鲁东南沿海;各个年代平均农耕期天数由北向南逐渐增加。②在时间上,20世纪70年代农耕期初日最迟,2001-2008年最早;农耕期终日也是70年代最早,2001-2008年最迟;农耕期天数最少的是70年代,2001-2008年最多。1961-2008年山东省的农耕期变化倾向率为4.2d/10a,有明显增加的趋势。③≥0℃和≥10℃的积温,70年代最少,2001-2008年最多,≥0℃和≥10℃积温的变化倾向率分别为46.3℃.d/10a和23.13℃.d/10a,都有明显增加的趋势。     

东北春玉米郑单958籽粒灌浆过程的模拟

利用白城国家一级农试站2011-2013年春玉米田间试验观测数据,基于Richards方程建立和验证东北春玉米籽粒灌浆模型,并进行籽粒灌浆特性分析。结果表明：分别以相对开花后天数、相对活动积温和相对≥10℃有效积温为自变量,相对百粒重为因变量建立的籽粒灌浆过程普适模型(模型I、模型II和模型III)均通过了0.01水平的显著性检验（R2>0.98）。模型回代后模拟值与实测值的评价指标NSE（Nash-Sutcliffe指数）和RSR（均方根误差与标准差的比值）值均表现为“很好”的效果。模拟值与实测值散点均在1︰1线?10%范围内。模型I显示,东北春玉米籽粒灌浆活跃期为46d,整个灌浆过程平均速率为0.84g·d-1;籽粒灌浆速率在开花后32d达到最大,为1.23g·d-1,此时玉米百粒重为15.17g;灌浆中期对百粒重的贡献率最大,为65.60%,前期和后期贡献率分别为10.50%和23.90%。模型II和模型III显示,籽粒灌浆活跃期活动积温和≥10℃有效积温分别为1043.5℃·d和679.1℃·d;灌浆速率在开花后活动积温和≥10℃有效积温分别为782.8℃·d和473.3℃·d时达到最大值;中期灌浆贡献率为67.68%。3个模型均显示,中期灌浆贡献率较大,前期和后期相对较小,说明春玉米籽粒干物质积累主要在灌浆中期完成。     

甘肃省近55年来积温变化趋势特征分析

选用甘肃省27个资料序列较长的气象站点1960—2014年日平均气温资料,运用线性倾向估计、M-K检验等气候统计诊断方法,对近55年来甘肃省≥0℃和≥10℃积温的时间变化趋势、突变特征进行了检测分析,采用基于ArcGIS的混合插值法对其空间分布特征及变化趋势进行了分析。结果表明:（1）甘肃省稳定通过≥0℃和≥10℃的积温空间分布总体呈现“自东南向西北,由平川、河谷、盆地向高原和高山逐渐减少”的布局;（2）1960—2014年稳定通过≥0℃和≥10℃的积温分别以66℃/10 a和64.75℃/10 a的倾向率呈显著上升趋势,并均在1998年发生了突变,突变前后积温增加幅度的空间分布总体呈“随纬度增高由西南向东北增大”的格局;（3）气候带的分布在气候变暖形势下呈现出整体向高海拔扩张和高纬度北移的趋势,具体表现为北亚热带、中温带以及暖温带区域逐渐扩大,高原气候带区域减少。     

工厂化集中育秧模式下荆州市双季早稻低温冷害风险分析

利用荆州市6个国家气象站1981-2014年早稻生育期和日平均气温观测资料,统计传统露地育秧(TS)情况下早稻的生育期和积温,设定比传统方式提前10d播种于温室集中育秧(CS-10)和提前20d播种于温室集中育秧(CS-20)两种育秧模式,推算出相应的生育期,利用日平均气温观测资料和weibull分布模型,统计分析当地采用这两种育秧模式时早稻关键生育期冷积温(指早稻某生育期内冷害临界温度指标与日平均气温差值的累积值)变化及概率密度分布,比较分析3种育秧模式下早稻遭遇低温冷害的风险。结果表明,相较于TS模式,提前10d集中育秧时,移栽-分蘖始期、幼穗分化始期、抽穗开花始期、灌浆结实始期和收获始期分别提前14d、10d、8d、11d和7d;提前20d集中育秧时,各生育期则分别提前24d、15d、11d、17d、10d。其中,轻度冷害发生概率在发育前期(移栽-分蘖期、幼穗分化期)逐渐下降,发育后期(抽穗开花期、灌浆结实期)逐渐增加,而中度以上冷害的发生概率在发育前期增幅较大,其中提前10d集中育秧时,移栽-分蘖期和孕穗分化期的冷害概率分别为14.7%、49.7%;提前20d集中育秧时,冷害概率分别可达57.1%、71.7%,是传统育秧模式的数倍。因此,为降低冷害风险、保障早稻稳产,荆州市早稻集中育秧模式的适宜播种期应不早于3月25日,即比传统育秧模式提前7d左右。     

黄土高原红枣种植区积温变化特征分析

为了揭示黄土高原红枣种植区积温的变化特征,为红枣产业的布局和科学管理提供依据。利用1971—2010年12个气象站日平均气温资料,运用线性倾向估计、M-K及小波分析等方法,对≥0℃,5℃,10℃积温及负积温的变化特征进行了分析。结果表明,40年来≥0℃,5℃,10℃积温呈增加趋势,气候倾向率分别为64.557℃/10 a,66.235℃/10 a,48.023℃/10 a。负积温呈减少趋势,气候倾向率为-33.759℃/10 a。持续日数呈增加趋势,各界限温度初日呈提前趋势,终日除10℃外均呈推后趋势。各界限温度积温均发生突变现象,负积温突变出现最早1986年,其次为≥0℃积温1995年,≥5℃、≥10℃积温1996年;各界限温度积温变化存在多时间尺度的周期变化特征,具有2～4,9～11,32～33 a左右的周期振荡,其中32～33 a左右的周期最为明显。黄土高原红枣种植区近40 a来0℃以上各界限温度积温和持续时间呈增加趋势,热量资源明显改善,适宜种植红枣的区域扩大;但需采取有效措施防御可能发生的干旱灾害及红枣病虫害。     

共和盆地界限温度初终日和积温对气候变化的响应

利用青海省共和盆地海南州气象台1953—2010年逐日平均气温,以5 d滑动平均法确定稳定通过≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃初、终日,求算初终日间持续日数、活动积温和有效积温,分析界限温度初终日、持续日数和积温的变化,应用Pearson函数求算界限温度初终日、初终日期间持续日数、活动积温和有效积温与年平均气温的相关性并建立回归模型。结果表明:共和盆地各级界限温度初日均呈提前趋势,终日均呈推后趋势,初终日间持续日数呈增加趋势,活动积温和有效积温均表现为增大趋势;各界限温度初日与年平均气温呈负相关,终日与年平均气温呈正相关,初终日间持续日数呈正相关,活动积温和有效积温与年平均气温极显著相关;若年平均气温升高1℃,则各界限温度初日提前3～6 d,终日推迟3～4 d,各界限温度期间的持续日数延长6～10 d,活动积温增加165～190℃,有效积温增加164～183℃。     

基于格点资料的1961−2018年中国霜冻灾害时空变化规律

以1961−2018年长时间序列的格点化气象数据替代以往研究中站点数据,通过趋势分析和聚类分析等方法,研究中国区域内适合格点数据的霜冻辨识阈值、霜冻发生时间及霜冻强度的时空变化规律,以在气候变化背景下合理利用气候资源,降低霜冻灾害给农业生产造成的损失。结果表明：（1）日最低气温0℃相比日最低气温2℃作为阈值辨识初/终霜冻和无霜期的空间分布更加合理。（2）1961−2018年中国大部分地区初霜冻日期推后（1～3d·10a−1）,终霜冻日期提前,无霜期增加（1～3d·10a−1）。（3）不同强度的霜冻年累计发生次数在中国北方有微弱增加态势,在南方呈现明显的减少趋势。其中,晚霜冻不同霜冻强度年发生频次高于早霜冻。（4）以霜冻日期和霜冻发生频数为标准进行中国霜冻灾害区划,全国可分为亚热带、暖温带、中温带、寒温带和青藏高原5个分区。其中,以青藏高原不同霜冻日期变化最为剧烈。整体上,中国区域的气候变暖对于霜冻灾害的发生在时间、空间和强度上有明显的减弱效果。