数值模拟气候情景下未来30年内蒙古三种主要粮食作物的单产趋势预估

基于内蒙古10个盟（市）农区58个气象站1961-2010年降水和气温日资料,38个旗（县）1961-2008年小麦、1979-2008年玉米和马铃薯单产资料,用自然对数曲线模拟作物趋势产量,并从单产序列中剥离气象单产。多元线性回归分析表明,大部盟（市）3种主要粮食作物的气象单产与生长季降水量和气温变化存在显著相关关系（P〈0.05）。利用PRECIS区域气候模式在SRES（A1B、A2和B2）和国家气候中心CMIP5数值气候模式对未来30a（2011-2040）10个盟（市）3种作物生长季平均气温、积温和降水量的模拟结果,采用多元线性回归模型预测各盟（市）作物的气象单产。结果显示,大部盟（市）气象单产总体呈增长趋势,预计未来30a全区平均小麦气象单产将增加179.0kg/hm2,玉米和马铃薯的增幅分别为51.6和50.7kg/hm2。叠加趋势产量后,小麦预计约增产1221.4kg/hm2,玉米和马铃薯预计约增产2121.1和1008.0kg/hm2。研究结果可为应对未来气候变化、确定粮食生产发展战略提供参考依据。     

SRES A1B情景下内蒙古地区未来气温、降水变化初步分析

利用全球气候模式HadCM3Q0驱动区域气候模式系统PRECIS（Providing Regional Climates for ImpactsStudies）模拟SRES A1B情景下的内蒙古地区气候变化,对气候基准时段（1961-1990年）气温和降水的模拟效果及2011-2100年的气温、降水变化响应进行了初步分析。结果表明：对气候基准时段,PRECIS能够模拟出内蒙古地区气温、降水的空间分布及频率分布特征;A1B情景下,未来90a年平均气温高值中心基本位于额济纳旗及呼伦贝尔附近,增温2～5.6℃,低值中心基本位于全区中南部,增温1.4～4.8℃。年际变化上,2011-2040年、2041-2070年和2071-2100年增温显著且各时段30a的平均值较基准时段气温分别升高1.7、3.5和5.1℃。日平均气温的频率分布模拟结果表明,未来发生高温事件的可能性增大;就年降水量而言,内蒙古地区的西部沙漠戈壁地区与呼伦贝尔部分地区呈减少趋势,其余区域未来90a可能增加10%～20%,增加的高值中心位于赤峰及通辽南部附近。年际变化上,2011-2040年、2041-2070年和2071-2100年各时段30a的平均年降水量比气候基准时段增加10.7%、17.1%和14.1%。日降水量频率分布表明,未来发生强降水事件的次数可能增多。     

内蒙古地区气候生产潜力变化及其敏感性分析

利用内蒙古地区110个气象站1961-2016年年平均气温、降水量数据,基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型计算气候生产潜力,分析内蒙古地区年平均气温、年降水量及气候生产潜力的时空变化特征,并通过敏感性试验,分析不同气象要素变化情景下的气候生产潜力敏感性。结果表明:(1)内蒙古气温和降水量地区间差异显著,56a来平均气温显著上升,97%的站点平均气温上升趋势极显著(P0.01),降水量呈波动变化,其线性变化趋势不显著;(2)气候生产潜力呈东南-西北向的带状分布,地区间差异较大,年变化趋势不显著,呼伦贝尔地区气候生产潜力显著增加(P0.05);(3)气候生产潜力对降水量更敏感,未来在内蒙古地区显著变暖的背景下,降水量的多寡决定气候生产潜力的变化;(4)粮食单产及气候资源利用率逐步提高,未来仍存在作物增产空间,但应考虑可持续发展问题,合理利用气候资源。     

内蒙古地区草地类型分布格局变化及气候原因分析

利用内蒙古自治区48个气象观测站点50a（1962-2011）的月平均气温和降水量观测数据,基于Holdridge模型计算内蒙古气候区划指标划分不同类型草原区,模拟内蒙古草地类型50a的变化趋势。结合实际草地类型分布图,分析不同草原区1962-2011年的气候变化特征,并探讨气候变化对草地类型分布的影响。结果表明:内蒙古典型草原区的东部区域、荒漠草原区和草原荒漠区均属高温地带,而森林草原区和典型草原区的大部分区域属低温地带。50a间内蒙古草原区气温具有显著上升趋势（P<0.05）,各类型草地区的年平均气温均在1990年左右发生突变,同年呈显著升高趋势,而生长季气温在1995年左右发生突变,并于2a后呈显著升高趋势。内蒙古草原区降水分布格局具有明显的地带性,由西至东降水量递增且梯度差异明显。年降水量变化趋势表现为,森林草原区自1997年开始显著增加,至2002年回落;典型草原区自1992年开始年降水量显著增加,至2006年回落（P<0.05）;荒漠草原和草原荒漠区年降水量变化趋势不显著。生长季降水量的变化则表现为,森林草原和典型草原区在研究期内呈小幅减少-小幅增加-小幅减少趋势,其它类型草地降水变化与年降水量趋势一致。总体上,内蒙古草原区的降水变化,森林草原和典型草原区具有较大波动性,荒漠草原区于近年产生少许变动,而草原荒漠区相对较稳定。1962-2011年气温和降水量变化导致森林草原区面积在前30a呈增加趋势,后20a呈减少趋势;荒漠草原和草原荒漠区的边界逐渐向东扩展,典型草原区也将扩展至部分森林草原区域。总之,研究期内内蒙古草原区降水量在后期减少、气温持续升高,由于蒸散量加大可能导致土壤干旱,从而影响内蒙古草地生态系统分布格局的变化。     

气候模拟数据订正方法在作物气候生产潜力预估中的应用 ——以江苏冬小麦为例

利用全球气候模式BCC_CSM1.1（Beijing Climate Center Climate System Model version 1.1）,耦合区域气候模式RegCM4（Regional Climate Model version 4）输出的1961-1990年（基准时段）气候模拟数据,并根据同期实测资料,确定模拟值和实测值之间的非线性传递函数与方差订正参数,构建气候模拟数据的误差订正模型。利用1991-2005年（验证时段）模拟数据与实测资料验证该模型的有效性,并对RCP（Representative Concentration Pathway）情景下2021-2050年（未来时段）气候模拟数据进行订正,同时通过潜力衰减方法预估未来江苏冬小麦气候生产潜力格局。结果表明：将气候模拟数据订正方法应用到作物气候生产潜力预估是有效的。以均值传递函数和方差信息建立的模型可以较好订正江苏逐日气候模拟数据。订正后的秋冬季气温、辐射量、蒸散量和冬春季降水量模拟偏差明显减小。在此基础上研究发现,冬小麦的成熟期在RCP4.5和RCP8.5情景下介于153~175和153~174,较基准时段均明显提前。两种情景下冬小麦气候生产潜力分别介于10335~14368kg·hm^-2和9991~13708kg·hm^-2,较基准时段呈下降趋势。其变异系数分别介于7.6%~14.6%和7.5%~13.6%,较基准时段呈增大趋势,表明江苏冬小麦气候生产潜力总体趋于不稳定。未来时段,徐州中北部、连云港东北部、宿迁西部以及盐城东南部冬小麦在RCP4.5和RCP8.5情景下可以保持相对较高的生产潜力（≥12501kg·hm^-2）,该省应确保这些地区的冬小麦种植用地。研究建议,作物气候生产潜力预估应考虑利用研究区实测资料对气候模拟数据进行订正,以提高预估可信度。     

未来中高排放情景下松嫩平原农业气候资源变化分析

基于松嫩平原地区基准时段（1961−1990年）的观测数据,应用统计方法对模型模拟的未来30a(2021−2050年)温度、降水、辐射的逐日数据进行偏差订正,同时采用五日滑动平均法计算≥10℃积温,分析研究区域相对于基准时段,未来30a农业气候资源指标的时空变化特征。结果表明：在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,未来30a松嫩平原大部分地区平均温度在4～8℃,较基准时段升高2.5～2.8℃,且北部地区的增温幅度大于南部地区;此外,大部分地区≥10℃积温介于3000～3700℃·d,两种情景下分别增加500～550℃·d和600～670℃·d,其中南部部分地区增幅超过670℃·d;大部分地区年降水量在460～580mm,增量为50～90mm不等,降水增量在空间分布上表现为南多北少,其中南部地区增量超过90mm,而北部地区年增量则不足50mm,两种情景在相同区域的降水增量表现为RCP4.5多于RCP8.5;相较于基准时段,年辐射量减少85～100MJ·m−2,生长季内辐射量减少10～40MJ·m−2,变化趋势均不明显。综上所述,未来松嫩平原地区农业气候资源表现为整体提升趋势,农作物可种植期相对延长,因此,应适当种植生育期更长的作物,避免因未来气温升高,造成现有作物生育期缩短,导致产量降低的情况发生;同时研究结果对调整种植结构、改变种植措施和选育作物品种等具有指导意义,有利于充分利用气候资源,提高作物产量。     

华北区域近50年气候态类型变化分析

应用1961-2009年近50a华北区域均一化观测资料,分析该地区气候变化趋势,并结合柯本气候分类法,研究该地区气候态类型变化特征。结果表明:1961-2009年,华北区域平均增温幅度为0.44℃/10a,降水量呈减少趋势,减少幅度为9.3mm/10a。空间变化趋势表明,华北区域全区均呈增温趋势,其中,内蒙古中部和东部、河北南部的部分地区升温最为明显,超过0.6℃/10a。华北区域年均温0℃和5℃等值线在2000-2009年较20世纪60年代有较明显的北移现象,尤其在内蒙古中部地区更为明显。近50a华北区域250mm降水分界线有较大波动,主要集中在内蒙古东北部锡林郭勒至呼伦贝尔地区,近10a等值线东移最为明显,表明降水明显减少。柯本气候分类法分析表明,1961-2009年,华北区域气候呈现了暖干的变化趋势,部分站点从非干旱-干旱气候类型变化到干旱-半干旱气候类型,主要集中在内蒙古中部和山西北部地区,但华北区域整体的气候带和气候类型没有发生根本性的变化。     

辽西北地区气温和降水变化对气候生产潜力的影响

利用辽西北地区23个气象站1961-2010年逐日平均气温和降水量数据,基于Thornthwaite Memorial模型计算其农业气候生产潜力,通过线性趋势分析、MannKendall突变检验等方法对该区域多年平均气温、降水量和气候生产潜力的时间变化趋势及空间分布特征进行分析,研究农业气候生产潜力对气候变化的响应。结果表明：（1）50a来辽西北地区年平均气温气候倾向率为0.28℃·10a-1（P<0.01）,增温极显著,1987年气温发生突变;（2）50a来辽西北地区年降水量呈波动变化,线性变化趋势不显著,空间分布差异大,降水量呈减少趋势的地区占82.6%;（3）辽西北地区气候生产潜力的时空变化特征与降水量变化相似,其时间变化趋势不显著,气候生产潜力下降的区域占全区的43.5%;（4）气温和降水对农业气候生产潜力的影响作用明显,并以降水的影响为主。气温和降水的组合变化,可以解释气候生产潜力变化的95%以上,暖湿型气候对作物生长最有利,冷干型气候对作物生长最不利;（5）50a来,粮食产量与气候生产潜力的相关性不明显,但两者的波动特点相似,其气候利用率逐年代增加,研究区未来仍存在作物可能增产空间。     

气候变暖对内蒙古三种主要粮食作物单产影响的初步分析

在采集、整理和分析了内蒙古10个产粮盟（市）3种主要粮食作物即小麦（1961-2008年）、玉米和马铃薯（1979-2008年）的单产数据和农区58个气象站的气温及降水量资料（1961-2008年）的基础上,归纳了内蒙古农区作物生长期的气候特征,计算了干燥度指数;利用统计回归模型分析了干旱对单产的影响并计算了影响系数,预估了未来不同增温幅度和降水量配置的温湿条件下粮食作物气象单产的变化,提出了当地应对气候变化、保证粮食产量的建议。结果显示：农区作物生长期的气温在近48a间呈上升趋势,2001-2008年10个盟（市）平均温度比气候均值（1971-2000年平均值）增加了0.9℃,同期降水量比气候均值减少了48.9mm;农区3种作物生长期的干燥度指数逐年代上升,特别是近8a（2001-2008年）小麦、玉米、马铃薯生长期干燥度指数比20世纪60年代分别上升了1.291、.82和1.49,说明近8a的干旱比60年代严重;干旱对气象单产的影响系数表明,内蒙古农区作物受干旱影响均比较显著,赤峰、锡林郭勒盟和乌兰察布市的气象单产受干旱影响较大,呼伦贝尔市和巴彦淖尔市受干旱影响较小;对单产变化的预估结果表明,降水量维持在气候均值水平时,温度如果增加0.2℃、0.5℃和1.0℃时绝大多数盟（市）会减产,增温幅度越大,减产越多;当增温0.2℃时,降水量增加越多增产幅度越大;增温0.5℃时,只有降水量增加20%以上才有望增产;温度增加1.0℃,降水量增加30%时大多数盟（市）仍会减产,仅在个别盟（市）有可能增产。     

PRECIS对未来广西冬季农业气候资源变化的模拟分析

利用英国气象局Hadley中心区域气候模拟系统PRECIS模拟产生的广西区域冬季气候情景数据,以广西区域内92个气象站实际观测资料为标准,以1961-2010年作为订正基准时段,按不同方法对模拟的气温、降水量、辐射数据进行修订。利用修订后的冬季气候情景模拟数据,分析广西冬季气候资源分布随时间的变化,评估和预估过去、当前和未来广西冬季气候资源状况。结果表明：未来广西区内光热资源均呈由南向北减少的纬向分布特征,水分资源均呈由西向东增加的经向分布特征。在IPCC SRES A2与B2情景下,1961-2100年广西区域冬季日平均气温升高趋势分别为0.33℃10a-1和0.29℃10a-1;降水量在A2情景下变化不大,变化趋势为-0.2mm10a-1,但在B2情景下呈现减少趋势,变化趋势为-4.1mm10a-1;日辐射强度在A2与B2情景下均呈增加趋势。预估未来光照和气温条件将给广西冬种开发带来更好的光热条件,而水分条件则将呈不利趋势。     

咸阳气候变化及其对农作物气候生产力的影响

利用咸阳1960-2009年气象资料,主要应用Thornthwaite Memoriai气候生产力模型、Kriging插值法等对当地近50a气温、降水和气候生产力的时空变化进行分析。结果显示：（1）咸阳近50a暖干化趋势明显,增温突变发生在1994年,降水量减少突变发生在1984年;气候生产力以-70.4kg.hm-2.10a-1的速率减小且在1984年发生突变减少。（2）近50a来,咸阳的年平均气温北低南高,变差系数北部大南部小,气候倾向率东北增温强于其他地区;年降水量北多南少,变差系数北小南大,气候倾向率是西、北部减少趋势大于东南;气候生产力及其变差系数都是由北向南递增,其气候倾向率除旬邑地区略有增长外其他地区都为明显减少趋势。（3）假定不同气候变化情景下分别计算当地气候生产力可知,＂暖湿型＂的气候环境对咸阳农业生产最有利,增产范围为5.89%～11.44%;＂冷干型＂气候环境对农业生产最不利,减产范围为6.3%～13.11%,中西部地区作物增产潜力最大,在49%～62%,咸阳目前的气候暖干化趋势对农业生产不利。     

濮阳冬小麦生育期气候变化及其对小麦产量的影响

利用线性分析方法,分析濮阳多时间尺度气温、降水、日照的变化特征及其对冬小麦生长发育与产量的影响。结果表明：（1）气温：濮阳地区冬季气温异常度在1991年发生跃变,从-0．3到0．8,春季气温异常度在1997年发生跃变,从～0．6到0．9;逐旬气温气候系数25旬有23旬为正值,最大为3月下旬的0．42;冬小麦生育期内寒冷日和酷冷日数平均每10a分别减少4．30d和1．81d。（2）降水：冬季降水距平百分率阶段性明显,极端事件增多,春季极端事件减少,降水变化趋向缓和;逐旬降水气候趋势系数25旬中有17旬为正值,最大为1月中旬,但生育内整体增减趋势不明显。（3）日照：冬季和春季日照异常度发生了跃变,冬季在1984年由0．1跃变到1985年的-2．2,进入一个明显减少的下降通道;春季在1983年由0．3跃变为1984的-1．1,跃变时间同步。逐旬日照气候趋势系数25旬中有19旬为负值,绝对值较大的为1月中旬和6月上旬,均通过0．01水平的显著性检验。结论：生育期内冬季气候明显变暖,寒冷日数和酷冷日数减少,有利于小麦安全越冬,生长期和灌浆期延长;冬小麦生育期各旬降水量呈现抛物线分布,降水为减少趋势,对冬小麦稳产高产不利;生育期内尤其在中后期日照时数迅速减少,不利于小麦发育成熟。     

影响湛江甘蔗产量与糖分的气候因子变化特征

对影响湛江甘蔗产量和糖分的气候因子近55 a来的趋势性、阶段性和周期性进行分析。结果表明：影响甘蔗产量的气候因子中,3-10月的积温增加趋势显著;3-10月的积温和降水量有显著的阶段性;3-10月的积温、降水量、日照时数和大风次数都有显著的振荡周期,总日照时数有11 a、3-4 a的振荡周期,大风有5-6 a、7-8 a的振荡周期。影响甘蔗糖分的气候因子中,10-11月的平均最低气温增加趋势比较显著,有显著的周期性和阶段性;11月-次年2月的降水量有显著的阶段性和2-3 a的振荡周期。     

气候变暖背景下中国北方地区谷子生长季气候适宜性分析

基于气候适宜度模型,利用Anusplin软件对中国北方谷子一作区314个气象站点谷子生长季气候资源和气候适宜度进行1km×1km的精细化插值,分1960-1989年、1990-2019年两个气候年代对其空间分布和年代变化特征进行分析。结果表明：（1）北方谷子生长季气候资源呈现出日照时数由东到西、由南到北递增,累积降水量由北向南、由西向东递增,平均气温南高北低的空间分布;随着气候变暖,研究区谷子生长季平均气温呈上升趋势,日照时数和累积降水量均呈下降趋势。（2）北方谷子生长季气候适宜度呈现出温度适宜度由东向西、由南向北递减,降水适宜度由西北向东南递增,日照适宜度由西北向东南递减的态势;由于气候变暖,温度适宜度和降水适宜度高值区增多,日照适宜度高值区减少。（3）根据综合气候适宜度的计算结果,利用自然断点法将其划分为最适宜、适宜、次适宜和不适宜4个等级。1960-1989年（前30a）北方约21.5%的地区为谷子种植气候最适宜区,随着气候变暖,1990-2019年（后30a）约有10.5%的地区从适宜区转变为最适宜区,主要分布在山东、山西一带,未来可以考虑在该区域根据实际情况扩大种植规模。     

气候变暖对河北省冬小麦产量的影响

根据河北省多年冬小麦产量和冬麦区气候资料,采用改进的气候产量分离方法,分析气候变暖对小麦产量的影响。结果发现：河北省冬麦区冬季气温呈上升趋势,平均每10a上升0．5℃,春季气温也是升高的,但不如冬季升温明显,平均每10a上升0．3℃;冬小麦产量与冬季、春季降水量相关不明显,而与冬季、春季气温存在显著的正相关关系。河北省冬小麦实际单产呈逐年增加趋势,每10a约增加1125kg／hm^2;而气候产量与冬小麦实际单产变化明显不同,随着气候变暖,气候产量波动性逐年增大,近年气候产量波动幅度达到±300kg／hm^2.从总体看,随着气候变暖,气候产量呈下降趋势,平均每10a减少52．7kg／hm^2。气温造成小麦产量波动幅度一般在±10％之间,但随着小麦实际单产逐年提高,气候变暖对小麦单产所造成的损失越来越大。     

河北平原气候变化对冬小麦产量的影响

根据河北平原多年降水、气温及冬小麦产量资料,利用回归分析、M-K突变检验、T检验、线性调和滑动平均等统计分析方法,分析了1951～2006年河北省气候变化特征及其对冬小麦气候产量的影响。结果表明:河北省春季气温近56年来线性升高倾向显著,平均每10年升高0.38℃,春季降水近56年无明显线性增减倾向。冬小麦气候产量与气温、降水显著相关,当气温距平在-1.2～1.2℃之间时,小麦气候产量为正值,温度过低或过高都会使小麦减产,高温使小麦减产更严重,降水量和小麦气候产量呈正相关。     

区域尺度作物生产力对全球变化响应的研究进展及展望

作物生产力对气候变化高度敏感,因而成为全球气候变化科学研究中的焦点问题之一。开发作物生产力的区域模型,与区域气候模式相耦合,有利于对作物生产力形成过程中的时间和空间变量进行分析,为针对各地不同的气候、土壤、作物与耕作管理条件制定适应性对策奠定基础。本文综述了作物生产力对CO2 增加和气候变化响应的研究方法,指出应用遥感、地理信息技术与作物模拟技术、高分辨率的区域气候变化模式相结合,研究区域尺度上的作物生产力及其气候变化响应是未来研究的热点和发展方向     

内蒙古地区气候资源变化趋势分析

内蒙古地区有不同类型草地,也有典型的农牧交错带,对气候变化敏感,分析该地区气候干湿变化,对当地采取适应气候变化对策具有重要意义。利用内蒙古地区1961-2005年日平均温度、年平均温度、降水量、日照时数等主要气象要素资料,计算内蒙古地区湿润系数,综合分析气候变化背景下内蒙古地区气候资源变化情况。结果表明:近45a来,内蒙古地区年平均温度上升,T≥0℃积温均呈明显增加趋势;内蒙古东部及东北部大部分地区降水量有增加趋势,西部大部分地区降水量则呈减少趋势;荒漠、半荒漠、草甸草原景观面积呈增加趋势,典型草原、森林草原及森林类型区面积呈减少趋势。气候变化背景下,生长季延长给内蒙古东部湿润区的农林业生产带来机遇,但大部分地区荒漠化趋势加剧,草原生态系统脆弱性加剧,给农牧业生产与生活带来新的风险。     

近30年来黑龙江省气候变化特征分析

基于黑龙江省30个气象观测站的农业气象观测资料,利用气候倾向率和累积距平法,分析了1980-2009年黑龙江省年均温和年降水量的时空变化特征,以期揭示黑龙江省近30a来的气候变化规律。结果表明:(1)黑龙江省年平均气温呈上升趋势,气候倾向率为0.55℃/10a,从季节来看,以冬季升温最快,其中又以1月份升温最快(0.86℃/10a);(2)年降水量表现为明显的减少趋势,其中夏、秋2个季节降水减少显著;(3)年均温增温幅度在空间上总体表现为南高北低的趋势;年降水量减少幅度大的区域主要分布在松嫩平原南部和三江平原北部的大部分地区。     

气候变化对红松气候生产力的影响研究

根据植物生长的Logistic曲线推导出计算树木气候生产力的模式,分别利用不同年代气象资料计算分析东北地区红松气候生产力及气候变化对气候生产力的影响结果表明,该区红松气候生产力最高值达288m~3/hm~2,最低值仅为115m~3/hm~2,二者相差1倍以上,不同气候对红松气候生产力的影响明显不同。