黄土丘陵区旱地春小麦气候适宜度及其变化特征——以定西市李家堡乡麻子川村为例

为应对气候变暖对农业生产的影响,定量评价气候要素对春小麦生长的影响,运用模糊数学理论和滑动平均模拟法,利用前人建立的气候适宜度模型,进行春小麦气温、降水、日照隶属度模型和气候适宜度模型的研究。结果表明：春小麦全生育期气温、降水适宜度呈下降趋势,而日照无明显变化趋势。生育期内日照适宜度最高,气温次之,降水适宜度最低。苗期降水适宜度最低,抽穗期次之,气温适宜度苗期最低,变异系数最大,表明苗期的降水和气温是影响春小麦生长的关键,其次是抽穗期。降水是制约旱地春小麦生长最关键的气候因素,且气候适宜度随气候变化呈下降趋势,并在各发育阶段和年际变化过程中都呈不稳定波动状态,对春小麦生长具有极显著的负效应。全球气候变化增加了黄土丘陵区春小麦生产的气候风险。     

河北省冬小麦气候适宜度动态模型的建立及应用

运用模糊数学理论结合前人研究成果,建立了冬小麦温度、降水、日照隶属度模型和气候适宜度模型,分别计算了河北省冬小麦1960～2005历年全生育期和各发育期的温度隶属度、降水隶属度、日照的隶属度和气候适宜度.结果表明,河北省冬小麦温度隶属度和日照隶属度较大,光热资源一般条件下能够满足冬小麦生长发育要求,降水隶属度较小,降水条件是冬小麦产量形成的限制因素.冬小麦气候适宜度为下降趋势,10年下降速率为0.012.冬小麦各发育期气候适宜度以分蘖期、返青期、拔节期变化幅度较大,这与河北省的天气特点是一致的.     

吉安市双季早稻气候适宜度变化特征

通过对吉安市双季早稻生长季温、光、水的需求及当地气候条件进行分析,建立双季早稻温度、降水、日照适宜度模型,根据模型分别计算1961--2010年吉安市双季早稻生长季各气候因子的适宜度。结果表明：近50年来,双季早稻温度、日照适宜度较高,降水适宜度较低;温度适宜度的年际变化表现为3个波动阶段,总体呈上升趋势;降水适宜度总体偏低与吉安市双季早稻生长季降水集中度高、强降水事件多有关;日照适宜度总体较高,但波动较大,呈下降趋势。     

内蒙古春玉米气候适宜度变化特征及评价指标

为量化内蒙古春玉米气候适宜度评价指标和分析其变化特征成因,考虑不同生态区域和发育期,计算1981—2018年内蒙古玉米气温、降水、日照和综合气候适宜度。结果表明:内蒙古东北部地区玉米气温适宜度低于0.5,是限制该地区玉米种植的主要气候因子,其他地区主要是降水不足;近40 a内蒙古中东部大部分地区气温适宜度增长在0.05·10a~(-1)以上,致使综合适宜度发展向好,但同时降水适宜度呈减少趋势,所以合理的农业水资源利用是内蒙古玉米稳产增产的关键;从不同生育期来看,中西部综合适宜度偏低是因为降水偏少导致,而东部区主要是播种～出苗期和抽雄～成熟期的热量条件不足导致;通过分位法制定内蒙古不同生态区综合、气温、降水和日照的适宜度指标,指标划分结果与对应地区玉米单产基本吻合。     

东北地区玉米气候适宜评价指标的确定与验证

为科学、定量地评价气象条件对玉米生长发育及产量形成的影响,以东北地区为例,利用模糊数学原理,在考虑了玉米生物学特性的基础上,结合农业气象业务服务指标,构建了东北区温度、水分、日照适宜度模型,采用几何平均法计算了玉米气候适宜度。考虑到不同发育期气候条件对玉米产量形成影响程度的客观差异,运用相关系数法设定玉米生育期内各旬对产量的权重,采用加权平均法构建了玉米播种至任意时段的气候适宜指数。利用各时段历史气候适宜指数最大值、平均值、最小值,确定了不同等级的气候适宜评价指标。基于该指标将1993—2011年玉米全生育期气候适宜指数划分为气候适宜、较适宜、较不适宜和不适宜4个等级,并将该指标进行验证。检验结果表明:东北地区玉米气候适宜等级与生育期内气象条件的优劣具有很好的一致性,播种~拔节、播种~乳熟、播种~成熟3个阶段的气候适宜等级与产量增减幅度的相关性十分显著(P≤0.05),且越接近成熟期,相关性越明显;气候适宜等级能够较准确地反映出玉米生育期内气象条件的优劣变化及逐年、典型灾害年产量的实际情况。     

河北省棉花气候适宜度及其时空变化趋势分析

棉花为河北省重要的经济作物,与其它作物相比对气候比较敏感.选取河北省25个棉花县,对棉花各个发育期气候适宜度及其时空分布进行分析计算.结果表明:棉花从播种到吐絮降水适宜度比温度、日照适宜度明显偏小,尤以播种期和吐絮期最小,且变异系数最大.日照适宜度从播种到吐絮变化不大,较温度和降水适宜度高.多年适宜度的变化趋势为:温度适宜度缓慢上升,降水适宜度缓慢下降,日照适宜度在明显下降,气候综合适宜度同降水一致,在缓慢下降.降水适宜度高值区分布在北部棉区,低值区分布在黑龙港流域的部分地区;温度适宜度低值区在唐山大部,高值区在黑龙港流域;日照适宜度低值区在西部太行山丘陵棉区,高值区在东部棉区.     

近40年甘肃河东地区夏秋作物气候适宜性变化

根据甘肃省河东地区天水、西峰农业气象试验站及平凉、礼县、成县农业气象观测站1981～2008年主要夏、秋作物物候期观测资料及当地气象站1971～2008年气象资料,建立了作物气候适宜度模型.分析了近40 a该地区冬小麦、玉米气候适宜度变化,对夏、秋作物种植的气候适宜度进行了比较.结果表明,全生育期内冬小麦光照适宜度较高...     

天水鲜食葡萄水分适宜性研究

运用甘肃省天水农业气象试验站2004-2009年葡萄物候观测资料及1971-2009年的气象资料,利用Penman-Monteith(98版)公式及作物系数,对葡萄各生育阶段的需水量进行计算,建立估算水分利用程度的水分适宜度模型.结果表明:天水市葡萄生长期的水分条件比较优越,全生育期水分适宜度在0.70以上;近年来全生育期葡萄水分适宜度随时间呈下降状态;虽然全生育期水分适宜性较好,但在各生长阶段分布不均,末期生长阶段降水量大于需水量,但旺盛生长期水分供需矛盾比较突出,水分适宜度较低.在半山区建园应该优先发展灌溉等农业设施,以利于葡萄种植业的持续发展.     

近30a陇东南旱作区特色林果水分适宜性变化特征

运用陇东南旱作区林果主产区天水市1981—2010年气象资料及1998—2010年物候资料,利用FAO Penman-Monteith公式及作物系数,建立了估算果树水分利用程度的水分适宜度计算模型,计算了1981—2010年果树全生育期及各生育阶段的水分适宜度。结果表明:在气候变暖背景下,陇东南旱作区果树生长不同时段干旱中,以春旱发生频率最高,且呈加重趋势。30 a来,果树全生育期水分适宜度均呈下降趋势,其中葡萄、苹果水分条件最优,水分适宜度年平均值0.50,降水满足果树生理需水;大樱桃、桃水分适宜度较低,分别为0.41和0.47,果树生理需水不能得到有效供给。初始生长期水分适宜度均呈下降趋势,葡萄水分适宜度较高,在0.8以上,其次为苹果,桃、大樱桃均不及0.40,水分供需矛盾突出。旺盛生长阶段葡萄、苹果21世纪初期水分适宜度出现增高趋势,果树生理需水得到有效改善;而桃及大樱桃水分适宜性较差,特别是大樱桃,下降趋势明显,21世纪初期水分适宜度仅为0.31,水分亏缺较多,因春旱的加剧导致的水分胁迫增强。生长后期果树水分适宜度呈上升趋势,葡萄为1.2~2.0,水分充盈;苹果在1.0左右,适宜;大樱桃、桃水分适宜度也在0.5以上,基本可以满足作物生理需水。利用建立的水分适宜度模型,可对陇东南旱作区果树环境气候进行评价,为当地特色林果种植区划及科学管理提供依据。     

宁夏中部干旱带玉米生育期热量条件时空特征分析

利用宁夏中部干旱带盐池、同心及海原三地1988—2013年逐日气象资料建立玉米全生育期及各主要生育阶段温度适宜度模型,并对宁夏中部干旱带玉米生育期温度适宜度及≥10℃积温进行时空变化分析。结果表明:宁夏中部干旱带玉米全生育期温度适宜度以及≥10℃积温均呈波动上升趋势,三地的温度适宜度从大到小依次为同心、盐池、海原,数值分别为:0.966,0.911和0.726。温度适宜度在播种~出苗,出苗~拔节,拔节~抽雄,开花吐丝~成熟阶段均呈上升趋势,其中拔节~抽雄阶段上升速率最快,速率为0.03·10a~(-1)。盐池玉米的热量关键期为抽雄~开花吐丝阶段,同心为播种~出苗阶段,而海原为拔节~抽雄阶段。     

近50年东北地区的气候变化事实检测分析

采用国家基准气候站和基本气象站的地面资料,系统地分析了中国东北地区1956年以来近地表主要气候要素演化的时间和空间特征。结果表明:东北近50 a来年平均气温变暖幅度约为1.5℃,增温速率接近0.3℃/(10 a),比北半球和全国同期平均增温速率明显偏高。气温增暖主要发生在最近的20余年。1956年以来东北平均降水量呈略减少趋势,降水变化的空间特征明显而相对稳定,黑龙江的漠河、内蒙古的海拉尔、赤峰的个别地区呈略增加以外,其他大部地区呈减少趋势,尤其黑龙江东部、吉林西部以及辽宁东南部地区降水减少明显。在降水量减少的同时,降水日数也同时减少。分析还发现,近50 a来东北平均的日照时数、平均风速、蒸发量、相对湿度等气候要素均呈显著下降趋势。各不同的气候要素都存在着年际和年代际变化振荡周期,对这些气候要素进行了突变检测,发现年平均气温在1988年发生了明显突变,气温突变首先是以最低气温突变开始的,说明气候变暖是以最低气温变暖开始的。降水量在1961年发生突变,降水量由多减少;降水日数在1994年发生了由多转少的突变;日照时数突变发生在1978年,之后日照时数呈变少趋势。     

东北三省春玉米旱灾动态风险评估

干旱演变趋势的不确定性决定了旱灾风险的动态变化特征,如何采用有效的方法探究风险随时间的变化是评估旱灾动态风险的关键。由于干旱发生发展缓慢,长时间尺度数值预报产品精度较低,用于干旱预报有一定的局限性。本研究选用天气发生器随机生成未来逐日气象数据的大量样本预测干旱演变趋势,驱动作物模型评估不同趋势下作物产量因旱损失及动态风险。选取东北三省为研究区,在2012—2017年田间试验数据的基础上,率定及验证APSIM作物模型,利用BCC/RCG-WG天气发生器随机生成未来气象数据,驱动APSIM作物模型模拟春玉米产量因旱损失,计算期望产量因旱损失率,以典型干旱年2000年为例,实时动态评估东北三省春玉米生育期内（5月1日—9月18日）旱灾动态风险。结果表明：（1）APSIM作物模型模拟春玉米播种到开花日数、生育期日数以及产量与试验观测结果决定系数R²均大于0.5,标准均方根误差NRMSE均在10%以下,表明APSIM模型在东北三省模拟春玉米生长效果较好;BCC/RCG-WG天气发生器生成100个气象要素样本与1961—2020年各气象数据年均值R²均在...     

西北地区气候异常与前期环流场异常的关系

利用奇异值分解法(SVD)分析了西北地区季节(春、夏、秋)降水、冬季气温异常与前期高空环流异常的关系,结果表明:前期的高空环流异常对西北地区季节降水、冬季气温异常有重要影响,且与各季节降水和冬季气温异常相对应的前期高空环流异常在前期不同阶段各有其特点.前期的高空环流异常对季节降水和冬季气温异常有一定的预测意义.     

西北半干旱区主要农作物对气候暖干化的响应

应用西北半干旱区33个气象站1951-2004年温度、降水等气象观测资料、气象灾害统计资料和不同海拔高度代表点主要作物生长发育观测资料,分析西北半干旱区主要气候要素变化规律,主要农作物对气候暖干化的响应。结果表明:西北半干旱区降水量近55a来年际变化趋势除个别地方外,绝大多数地区呈下降趋势,气温距平呈上升趋势。由于气候变暖,冬小麦越冬死亡率有所下降,冬小麦越冬天数有所减少,整个生育期缩短。生态气候环境变化比较有利于冬小麦生长。同时由于冬季气温升高也带来了冬小麦小穗发育不良,不孕小穗增多等不良影响。冬季气温升高对冬小麦生长发育产生了较大影响。气候暖干化使玉米各发育期日期提前,全生育期生长天数缩短。春秋季气温增高有利于马铃薯生长发育及产量形成。     

未来气候变化情景下我国主要粮食作物产量变化模拟

采用气候模式BCC-T63与作物模式WOFOST相结合的研究方法,在多年试验数据和模型适宜性验证的基础上,模拟分析了未来100 a(2000～2100年)气候变化情景下我国主要粮食作物发育和产量变化趋势.主要的粮食作物选取东北区域的玉米、华北区域的冬小麦和南方区域的双季稻.东北区域为东经120°～135°,北纬40°～50°,主要以黑龙江、吉林和辽宁三省区为研究对象;华北区域为东经111°～123°,北纬35°～41°,主要包括京、晋、冀和鲁等地;南方区域为东经109°～120°,北纬25°～30°,主要包括湖南、湖北以及江西等地.结果表明:东北地区玉米生育期会缩短,其中,中熟玉米平均缩短3.8 d,晚熟玉米平均缩短1.4 d,产量也会相应地下降,中热玉米平均减产3.3%,晚熟玉米平均减产2.7%;华北地区冬小麦的生育期平均缩短8.4 d;产量平均减产10.1%;南方早稻生育期平均缩短4.9 d,晚稻生育期平均缩短4.4 d,早稻的产量变化范围为1.9%～-9.5%,平均减产3.6%,晚稻的产量变化范围为2.2%～-7.3%,平均减产2.8%.     

黄河源地区植被净初级生产力对气候变化的响应

基于黄河源区1959—2008年月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Thornthwaite Memorial模型计算了50 a植被净初级生产力(NPP),分析其年际和年代际变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:1959—2008年间,研究区年NPP变化呈显著上升趋势,NPP变化曲线线性拟合倾向率在95.502～190.72 kg/(hm2.10a)之间,20世纪90年代后NPP较高。20世纪70年代表现为"冷干型"气候特征,NPP距平百分率偏少1.1%～2.1%;2001—2008年均为"暖湿型"气候特征,NPP距平百分率偏多2.1%～4.5%。影响黄河源区NPP变化的主要气候因子是降水量、最大蒸散量和平均最低气温。"暖湿型"气候对植被净生产力增加最有利,黄河源区NPP可增加5.5%～8.5%。而"冷干型"气候造成植被净生产力下降5%～9%。若2050年在"暖湿型"气候情景下,黄河源区未来NPP较多年平均值增加7%～17%。     

Seasonal differences in climatic controls of vegetation growth in the Beijing-Tianjin Sand Source Region of China

Launched in 2002, the Beiing-Tianjin Sand Source Control Project (BTSSCP) is an ecological restoration project intended to prevent desertification in China. Evidence from multiple sources has confirmed increases in vegetation growth in the BTSSCP region since the initiation of this project. Precipitation and essential climate variable-soil moisture (ECV-SM) conditions are typically considered to be the main drivers of vegetation growth in this region. Although many studies have investigated the inter-annual variations of vegetation growth, few concerns have been focused on the annual and seasonal variations of vegetation growth and their climatic drivers, which are crucial for understanding the relationships among the climate, vegetation, and human activities at the regional scale. Based on the normalized difference vegetation index (NDVI) derived from MODIS and the corresponding climatic data, we explored the responses of vegetation growth to climatic factors at annual and seasonal scales in the BTSSCP region during the period 2000-2014. Over the study region as a whole, NDVI generally increased from 2000 to 2014, at a rate of 0.002/a. Vegetation growth is stimulated mainly by the elevated temperature in spring, whereas precipitation is the leading driver of summer greening. In autumn, positive effects of both temperature and precipitation on vegetation growth were observed. The warming in spring promotes vegetation growth but reduces ECV-SM. Summer greening has a strong cooling effect on land surface temperature. These results indicate that the ecological and environmental consequences of ecological restoration projects should be comprehensively evaluated.