基于水分亏缺指数的陕西冬小麦干旱特征分析

以陕西1961—2010近50 a 22个站点的逐日气象数据为基础资料,计算其冬小麦生育期各旬需水量(ETi)以及作物缺水指数(CWDI),并根据农业干旱等级计算出研究区干旱频率,分析陕西冬小麦各生育期内干旱指数时空分布特征。结果表明:陕西冬小麦各生育期干旱频率为拔节抽穗期灌浆成熟期返青期冬前生长期越冬期;冬小麦重旱以上频率的空间分布由北向南逐渐减少;冬小麦干旱指数的年代际变化呈上升趋势,20世纪70年代和90年代干旱指数较高,1968年为突变年份。     

石河子地区年冻融指数的多尺度变化特征

基于石河子地区各气象站点1961─2013年的逐日平均气温数据,计算年冻融指数,并利用集合经验模态分解(EEMD)分析其多尺度变化特征。结果表明:在过去53 a,石河子地区冻结指数和融化指数的年际变化明显,其中冻结指数总体呈减少趋势,融化指数总体呈增加趋势,气候倾向率分别为-3.84℃·a-1和8.64℃·a-1。在年际变化上,冻结指数年际波动较大,其变幅为820~1 900.7℃;融化指数年际波动较小,变幅为3 518.8~4 577.9℃。在年代尺度上,冻结指数与气温呈明显的负相位,且两者的年际变化周期相同(3 a),年代尺度周期大致相当(10 a左右);融化指数与气温呈明显的正相位,且两者存在年际变化的同周期(3 a)。变化趋势特征表明,伴随着气温的增加,冻结指数呈非线性减少趋势,而融化指数呈非线性增加趋势。     

河北省冬小麦春季霜冻害发生规律及风险分析

根据河北省1971-2010年冬小麦春季霜冻害灾情资料、逐日气象资料,建立了以气温稳定通过12℃为临界期的冬小麦霜冻害判别指标;分析了霜冻害时空变化特征;根据灾害风险分析原理,建立了霜冻害风险指数,进行了相应的风险区划,并初步探讨了霜冻害对冬小麦产量的影响。结果表明:河北省霜冻害以轻度为主,90年代以后发生霜冻害的站点数年际间变化幅度较90年代以前明显增大,站点数量明显增多;霜冻害总站点数存在明显的4a、7a和11a周期,90年代中期以后7a周期消失,11a周期逐渐缩短为8a周期;霜冻害高发区分布在邯郸、邢台、保定西北部以及沧州和衡水两市的部分地区,低发区分布在唐山、秦皇岛地区;霜冻害风险以中度和低度为主,中度风险区分布在邯郸西部、邢台大部、沧州南部、保定西北部,其它麦区大部为低风险区。霜冻害影响冬小麦产量的形成,发生强度与冬小麦气象产量呈负相关(r=-0.346)、与减产率呈正相关(r=0.342)。     

董志塬区气象干旱特征及其对作物产量的影响

本文利用1955—2013年庆阳市西峰气象站气象数据及1991—2013年西峰区冬小麦、春玉米和马铃薯产量统计数据,分析了该区域气象干旱特征及其对作物产量的影响。结果表明:(1)近60年来,董志塬区的降水量和干燥度年际变化显著,1985年之后起伏进一步加大。整体上看,降水量呈微弱下降趋势,干燥度表现出微弱上升趋势;多年平均降水量为550.6 mm,多年平均干燥度为1.81。干燥度最大值出现在1995年,为3.22,相应年份的降水量负距平达到了最大值(-216.9 mm)。(2)前一年8—9月份降水量及干燥度对当年冬小麦产量的影响都达到了极显著水平(P0.01),表明播种前底墒对冬小麦产量影响很大;6—7月份干燥度、降水量对春玉米产量的影响达到了显著水平(P0.05),其中,7月份的影响最大;而在6月份,干燥度对马铃薯产量的影响达到显著水平,但降水量对其产量的影响却未达到显著水平。粮食产量除了受到气象条件的影响外,品种、管理措施也是影响其变化的重要方面。     

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。     

基于SPI的山西省1972—2012年春夏干旱特征及对玉米产量的影响分析

利用山西省50个气象站1972—2012年春季和夏季降水量资料,基于标准化降水指数SPI,从山西省整体干旱趋势、干旱面积变化趋势、干旱强度变化趋势、干旱持续时间特征和干旱空间变化等方面,研究了山西省近40年的春季夏季干旱特征,同时结合玉米产量资料,揭示了SPI指数表征干旱特征的优势。结果表明,春季SPI呈增大趋势,气候倾向率为0.15·10a^-1,有湿润的倾向,干旱强度和干旱面积均呈下降趋势,1972—1981年山西省春季平均干旱面积为42%,而近10年为26%,表明山西省春季干旱程度有减轻趋向,但区域性或持续性极端干旱事件频发,因此,春季的干旱并未得到有效缓解。夏季SPI呈减少趋势,气候倾向率为-0.14·10a^-1,有干旱的倾向,但干旱强度呈下降趋势,气候倾向率为-0.055·10a^-1;1972—1981年夏季平均干旱面积为11%,而近10年上升到14%,但较少出现区域性或持续性干旱事件。夏季干旱特别是中等以上强度的干旱显著影响玉米产量,而春季干旱对产量影响较小。SPI值与玉米产量的相关系数要高于降水量,表明基于标准化降水指标的干旱分析在农业生产方面更具指导意义。     

民勤沙区46a主要气候特征及其变化趋势研究

本文通过对民勤沙区不同气象因子分析,研究了不同年代气候特征及其演替变化趋势。结果表明:(1)随着时间的变化,气温的变化有不断增温趋势,每年平均增温0.28℃,以冬季上升最明显达0.38℃,这一点和全球气候变暖是一致的。(2)地温的变化和气温的变化是一致的,有不断增温趋势,地温比气温增温更明显。(3)降水量在年际之间有递增的趋势,虽然有波动现象,但仍然在其平均线上波动。从60年代到21世纪基本经历了一个"少、多、少、多"的年代际变化过程;(4)地下水位变化呈直线下降趋势,直线倾向率是0.6897;(5)蒸发量在年际之间有递减的趋势,直线倾向率是-20.5,其年代际变化过程与降水量恰恰相反。     

1951-2015年河南省温度变化研究

利用河南省分布相对均匀的17个气象站建站以来的月平均气温资料,采用回归订正的方法建立了1951-2015年河南省年平均气温距平序列。在此基础上,采用统计学、功率谱分析和Mann-Kendall检验等方法,分析了过去65年河南省年均温变化的幅度、速率、周期和突变特征及其与全球和中国温度变化的关系。结果表明:(1)1951-2015年河南省年均温以0.18±0.06℃/10a(95%置信区间)的速率呈显著增暖趋势,年际变化幅度多年平均值为0.46±0.07℃(95%置信区间);(2)年代上,50和80年代河南省气候相对较低,60、70年代围绕均值波动,90年代开始急剧上升;过去65年河南省年均温存在2.3年和3.8年周期,并于1994年发生了突变;(3)尽管河南省温度变化与全球、北半球和中国尺度变化显著相关,冷暖阶段基本一致,变化速率、周期和突变时间基本相同,但河南省温度变化年际变幅和波动幅较其他三个尺度明显偏大。     

塔城地区干旱时空分布及变化特征

利用干旱Z指数对塔城地区1961~2005年旱涝等级进行划分,分析了塔城地区干旱时空分布及变化特征,得出以下结论:1)EOF第1、2特征向量分别反映了塔城地区干旱的一致变化及南北两气候区干旱气候的不同特点;2)20世纪60年代干旱指数围绕平均值小幅振荡,70年代为旱期,80年代前半期偏旱,后半期偏涝,振幅增大,90年代以后干旱有所缓解,但极端旱涝事件发生频率和强度增大;3)近45 a气象干旱的影响范围呈不显著减少的趋势;4)干旱Z指数序列存在着18 a、7~8 a、6 a、4 a、2-3 a的振荡周期;5)ENSO事件与塔城地区次年夏季降水存在着遥相关关系。     

关中近40a冬小麦生育期热量资源变化及影响分析

利用关中10个代表站点1971-2010年气象资料和1986-2010年冬小麦生育期观测资料,采用数理统计方法分析冬小麦生育期热量资源变化及其影响。结果表明:近40a关中热量资源总体呈增加趋势,但年际波动较大,90年代增温较为明显。≥0℃初日呈明显提前趋势,终日略有推后,冬小麦越冬期推后。80年代开始14℃终日推后,18℃终日提前,冬小麦适宜播种期延长。≥0℃积温及日数呈明显增加趋势,越冬期负积温及日数均呈减少趋势。1986-2010年小麦生育期≥0℃积温平均增加180(℃·d)·10a-1,生育期天数减少6d·10a-1。冬前积温≥500℃·d且≤700℃·d保证率达80%的适宜播期为9月28日~10月11日。随着热量资源的增加,冬小麦适宜播期应比传统播期延迟3~5d,利于防止小麦旺长受冻。但实际播期受多种因素影响,应依据实际气候特点播种,提高热量资源利用率。     

三种干旱指标在泾惠渠灌区的适用性分析

为了正确评价灌区的干旱状况,利用泾惠渠灌溉试验站1953—2011年的降水资料,分析了降水距平百分率、标准化降水指数SPI、降水Z指数三种干旱指标在灌区的适用性。结果表明,三种指标均能较好地体现降水的年际变化趋势,但SPI对于降水变化的反映比降水Z指数和降水距平百分率更准确。在干旱出现年份的判定方面,三种指标得到的结果一致;在干旱程度的判定上,在发生中旱及以上干旱的1969、1986、1993、2000年,SPI和降水Z指数比降水距平百分率判定准确,在发生重旱的1977、2000年,SPI的判定比Z指数更符合实际。分析泾惠渠灌区SPI变化趋势发现,灌区在1990年后干旱发生次数占研究期内总干旱次数的55.6%,干旱程度也有增加的趋势,采取合理措施抗旱将成为灌区未来发展的关键。     

三种不同干旱动态监测指数在陕西省的适用性研究

运用陕西省96个站1981—2012年近32年的逐日气温、降水、风速、相对湿度等资料,分别计算出各站逐日(向前滚动30天)的三种干旱动态监测指数：降水距平百分率(P_a)、相对湿润干旱指数(MI)、标准化降水指数(SPI),并将陕西省按地域由北至南分为陕北、关中、陕南,按季节分为春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12—2月),分别统计出不同干旱动态监测指数对应的干旱发生的频率并与历史记载中实际干旱情况进行比对,对三种干旱动态监测指数在陕西省的适用性进行分析。结果表明：夏季MI指数得到的干旱频率最高,P_a指数最低,冬季MI指数得到的干旱频率最低,P_a指数最高; 在春、冬季节P_a指数的适用性较好,在夏、秋季节MI指数的适用性较好; 陕西省夏季容易发生局地强降水,而在秋、冬季容易出现长时间的无降水,导致SPI指数在夏、秋、冬季节的适用性不太好。     

干旱对太行山山前平原雨养农田产量影响的模拟研究

以多时间尺度标准化降水蒸散指数（SPEI）作为干旱指标，利用APSIM模型（农业生产系统模拟模型）模拟太行山山前平原雨养旱作农田冬小麦-夏玉米近30 a产量变化，分析干旱对作物产量的影响。结果显示：APSIM模型对模拟雨养条件下作物产量具有良好的适用性，玉米产量年际波动较大、变异系数为51.2%，易受降雨因素影响;小麦产量波动相对较为稳定，变异系数为26.4%。干旱指数与作物产量极显著相关（P<0.01），其中小麦产量与SPEI-3-Apr相关系数达0.79，玉米产量与SPEI-3-Sep相关系数达0.88，适宜干湿状态在0～2之间；所建立的回归方程分别可以解释61.8%的小麦产量变异和87.7%的玉米产量变异。研究表明，SPEI-3-Apr、SPEI-3-Sep可分别作为该地区雨养农田小麦、玉米产量的估计指标。     

播期对江苏省冬小麦产量及其构成的影响

以江苏省冬小麦播期为主要研究对象，利用近20年冬小麦大田播期试验数据相关文献，按照晚播天数、品性、区域、年代进行分组，利用Meta分析方法定量研究了播期变化对江苏省冬小麦产量及其产量构成的影响。结果表明：近20年江苏省冬小麦的播期随时间的推移总体呈现出延迟的趋势，约5.5 d·10a^-1，苏北和苏南地区冬小麦均在晚播18~22 d开始出现减产趋势，苏中地区冬小麦在晚播23~27 d开始出现减产趋势；整体上江苏省晚播13~17 d左右的冬小麦有显著增产效应，增产达3.1%（95%置信区间0.4%～5.8%），晚播18~22 d及以上时，冬小麦产量开始呈现减产趋势。随着年代不断向后推移，晚播的减产效应出现的越来越早。2000—2010年，晚播23~27 d开始出现减产趋势；2011—2017年，晚播18~22 d开始出现减产趋势；（弱）春性冬小麦从晚播18~22 d开始出现减产效应，（半）冬性冬小麦从晚播8~12 d开始出现减产趋势，冬小麦的选择偏于春性化。Meta分析的数据中，冬小麦穗数对产量的影响更大（P＜0.05，R²＝0.3166）。适当晚播是江苏省稳定冬小麦产量，适应气候变化的有效手段，其主要是通过影响晚播小麦穗数进而影响冬小麦产量。     

河北省冬小麦生产干旱风险分析

利用河北省冬麦区49个气象站1980-2010年的气象资料及其相应的冬小麦产量资料,选取三种干旱指数,根据自然灾害风险分析的基本原理,计算了气候干旱、作物干旱、产量灾损三种风险度,并进行了相应的风险区划,根据区划结果提出了不同风险区的减灾对策.结果表明:(1)冬麦区气候干旱风险以中风险或较高风险区域为主,作物干旱风险则以较高风险区为主,产量灾损低风险区域较大.(2)气候干旱、作物干旱、产量灾损各等级风险区分布无明显相关关系,产量灾损风险与各地的灌溉条件关系密切.(3)产量灾损各风险区应采取不同的减灾对策,高风险区应以防旱为主,采取一系列保墒措施,提高自然水分利用率;较高风险区应以抗旱防旱为主,加强农田水利基本建设,改善灌溉条件;中低风险区应以发展优化灌溉制度为主,实现节水高产.     

基于Google Earth Engine平台的关中冬小麦面积时空变化监测

以关中地区为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)平台,根据冬小麦生育期内归一化植被指数(NDVI)时序曲线和物候特征,采用NDVI重构增幅算法和光谱突变斜率,构建了关中地区冬小麦提取模型并实现了冬小麦种植面积的提取。用农业统计面积验证提取结果表明:在市级和县级尺度上,决定系数R~2分别为0.82和0.62,一致性指标d分别为0.95和0.84,提取结果与实地调查数据的空间一致性精度为93.4%。结果显示:关中地区冬小麦主要分布在中部关中平原,冬小麦种植面积在2011—2017年呈下降趋势,减少了83.22×10~3 hm~2(8.47%)。综合考虑冬小麦NDVI时序曲线的"峰""谷"特征,具有一定的普适性,可为大面积连续年份冬小麦种植面积时空监测提供参考。     

基于同化叶面积指数和条件植被温度指数的冬小麦单产估测

应用数据同化方法将遥感信息与作物生长模型融合,是估测区域作物产量的重要方法之一。以2008—2014年越冬后的冬小麦为研究对象,选择与作物长势、产量及水分胁迫信息密切相关的叶面积指数(LAI)和条件植被温度指数(VTCI),采用粒子滤波算法对CERES-Wheat模型模拟和遥感数据观测的LAI和VTCI实施同化,分别基于观测LAI和VTCI、同化LAI和VTCI构建冬小麦单产估测模型。结果表明,同化LAI变化趋势更加符合关中平原冬小麦的实际生长状况,同化VTCI能更好地反映冬小麦的水分胁迫程度。应用观测LAI和VTCI构建的估产模型决定系数为0.402,而单独应用LAI或VTCI单变量构建的估产模型决定系数分别为0.279和0.339,说明应用LAI和VTCI双变量构建的估产模型的精度优于单独应用LAI或VTCI单变量的精度。相比于观测LAI和VTCI构建的估产模型,基于同化LAI和VTCI构建的估产模型的决定系数从0.402提高到0.547。表明基于同化LAI和VTCI构建的估产模型的精度明显提高。     

甘肃冬小麦主产区40年干旱变化特征及影响风险评估

干旱是影响甘肃省冬小麦生产的主要气象灾害。运用1971—2010年甘肃省冬小麦主产区8县（区）气象站降水资料及冬小麦产量资料,分析了40 a干旱时空变化特征,建立了干旱影响冬小麦产量的风险评估指数,对冬小麦在不同季节受不同等级干旱风险进行了分析评估。结果表明,春旱以陇东黄土高原出现频率最高,为0.35～0.39　次·a^-1;徽成盆地及两江流域出现频率最少,为0.18 次·a^-1;初夏旱出现频次最高的地区为环县,为0.35 次·a^-1,最少为西峰、成县及秦安;伏旱出现频率最高地区为环县及麦积,最低为张家川;秋旱出现频率最高为环县,最低为武都。各地干旱均以轻旱为主,其次为中旱。40 a中,20世纪90年代干旱出现频次最多,80年代最少。进入21世纪,秋旱发生频次明显减少,春旱则有相对增多的趋势。冬小麦全生育期徽成盆地及两江流域受旱灾影响风险最小,种植保险率最高,为92％～93％;其次为关山区,种植保险率为91%,干旱风险较小;渭河流域及渭北旱区风险较大,种植保险率为88％～89％;陇东黄土高原种植保险率最低,为83％～85％,冬小麦生长受干旱胁迫最大。     

基于EPIC模型的中国典型小麦干旱致灾风险评价

运用EPIC(Environmental Policy Integrated Climate)农作物生长模型模拟了1966—2005年中国典型小麦生长过程,构建了基于水分胁迫的小麦干旱致灾强度指数,对中国小麦干旱致灾强度和风险的时空分布规律进行了定量评价分析。结果表明:小麦干旱致灾强度呈现出从西北干旱区向东南湿润区递减的趋势,且春小麦分布区旱灾致灾强度高于冬小麦分布区;中国农牧交错带是小麦干旱致灾强度较强且波动较大的区域,也是小麦干旱致灾风险较高的区域;1966-2005年春小麦区干旱致灾强度呈现下降趋势,而冬小麦区呈现普遍上升趋势,其中北部和黄淮冬麦上升趋势最为明显。     

垄膜沟播与平膜侧播对冬小麦光合特性及产量的影响

为了探索我国西北半湿润易旱区合理覆膜种植方式,为该区作物生产及覆膜种植制度的建立提供参考,本研究以传统平作为对照,设两种覆膜方式:垄膜沟播(R)与平膜侧播(F).结果表明,与传统平作(CK)相比,垄沟宽均为40 cm(R40)和60 cm(R60)的沟播处理全生育期0-200 cm土壤平均含水量分别提高8.82％(P ＜0.05)和10.84％ (P＜ 0.01),膜宽为40 cm(F40)和60 cm(F60)的侧播处理提高4.40％和3.96％,沟播处理较侧播处理平均提高了5.42％(P＜0.05).不同覆膜方式处理的旗叶叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)均较传统平作(CK)显著增加,同宽度的沟播处理较对应的侧播处理提高幅度明显,但胞间CO2浓度显著低于传统平作(CK).不同覆膜方式处理的小麦经济产量和水分利用效率均较传统平作(CK)显著提高,平均提高幅度达21.52％和30.97％,同宽度沟播处理的生物产量、经济产量和作物水分利用效率显著(P＜0.05)高于对应的侧播处理.试验表明,在半湿润旱作区冬小麦垄膜沟播是一种高效栽培模式.