气候变化对四川盆地主要粮食作物生产潜力的影响

基于四川盆地1961—2018年63个气象台站的逐日气象资料和1981—2018年46个农业气象观测站的主要粮食作物(水稻、玉米和冬小麦)生育期资料,利用逐级订正的方法计算作物气候生产潜力,分析太阳辐射、气温、降水及气候变化对四川盆地主要粮食作物气候生产潜力的影响,研究旨在为提高区域农业生产力并保障农业可持续发展提供科学依据。结果显示:1961—2018年四川盆地作物多年平均气候生产潜力的分布为水稻由西向东递增,玉米在盆地北部和西南偏高、其他地区偏低,冬小麦南北高、中部低。辐射量减小对3种作物气候生产潜力的影响为负效应;平均气温升高对作物气候生产潜力的影响为正效应;降水量变化是作物气候生产潜力变化出现空间差异的主要原因,降水量增加对作物气候生产潜力的影响为正效应,而降水量减少为负效应。气候变化对水稻气候生产潜力的影响在盆地西南部和北部的部分地区为正效应,其余地区为负效应;气候变化对玉米气候生产潜力的影响在盆地南部和东部的部分地区为正效应,其余地区为负效应;气候变化对冬小麦气候生产潜力的影响在盆地东北部的部分地区为负效应,其余大部地区为正效应。总体来看,气候变化对四川盆地冬小麦气候生产潜力的影响最大,为9.9kg·hm~(-2)·a~(-1),而对玉米和水稻的影响分别为-1.4 kg·hm~(-2)·a~(-1)和0.5 kg·hm~(-2)·a~(-1)。为了适应气候变化,四川盆地应选育光合效率高和抗旱性强的作物品种,并加强农田管理,以提高农业生产水平并保障粮食安全。     

华北平原冬小麦产量变异的气象影响因子分析

采用1988-2015年华北平原冬小麦种植区46个市的统计产量和相应46个气象站点的逐日气象资料,通过Logistic曲线和双曲线方法分离出气象产量,并构建气象产量与生长季主要气象因子的多元统计关系,以明确华北平原冬小麦产量变异的气象影响因子。结果表明：（1）1988-2015年华北平原冬小麦产量在3200～6800kg·hm-2,中部地区产量最高,南部地区产量的变异高于中部和北部地区。（2）生长季日照时数、温度和降水平均值的年际变化影响了17%～78%的气象产量的变异,其中54%的地区达到显著水平（P＜0.05）。影响程度较高的地区主要分布在河北南部、山东西部和河南的东北部地区。（3）播种-返青阶段的降水显著影响产量变异,降水量每增加1%,天津、驻马店及山东西北部等地产量将上升13～74kg·hm-2,而河北北部、河南南部、山东南部等地产量将下降16～80kg·hm-2。返青-成熟阶段对产量变异影响较大的因子为最低气温,平均最低气温每上升1-C,天津和石家庄、山东东部和西部及河南东部等地产量将增加50～295kg·hm-2,而北京、唐山和枣庄等地将减少76～124kg·hm-2。总体来看,温度对华北平原冬小麦产量变异影响范围更广且更加显著,但气象因子对产量变异的影响受局地品种和管理措施等影响呈现较大的空间差异。     

基于AEZ模型的河南省冬小麦产量差时空特征分析

各种产量差的分析可以揭示产量的提升空间及研究区域内各种限制因子对产量提高的限制作用。为研究气候变化背景下,各气候要素对冬小麦产量差的影响,本文以河南省为研究区域并划分为5个类型区(Ⅰ,豫北种植区;Ⅱ,豫东种植区;Ⅲ,浅山丘陵盆地种植区;Ⅳ,淮北平原、南阳盆地种植区;Ⅴ,豫南稻茬麦区)利用14个气象站点的资料,运用AEZ模型计算得到1961—2013年该省的冬小麦生产潜力,再根据产量差法计算得到YG_(1-2)(光合生产潜力与光温生产潜力的差距)、YG_(2-3)(光温生产潜力与气候生产潜力的差距)以及YG_(2-a)(光温生产潜力与大田平均产量的差距)3个水平的产量差。研究结果表明,1961—2013年河南省冬小麦光合生产潜力下降,光温生产潜力提高,气候生产潜力基本不变。对大田平均产量的分析表明,14个站点平均产量存在较大差异,冬小麦产量总体逐渐增长。从时间变化上看,河南省冬小麦YG_(1-2)总体呈现出递减趋势;YG_(2-3)差距呈现出"Ⅴ型",谷值在1981—1990年;Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ区YG_(2-a)呈现递减趋势,而Ⅲ和Ⅳ区则呈现先增加再减少的趋势。从空间变化上看,河南省冬小麦YG_(1-2)和YG_(2-3)自北向南递减,而YG_(2-a)自东向西递增。各区域冬小麦增产潜力的排序为:Ⅲ区Ⅴ区Ⅳ区Ⅱ区Ⅰ区。农学因素是限制当地冬小麦产量差缩小的主要因素,通过改善农学因素,如:改良更新冬小麦品种、提升现代农业生产技术、合理使用农药化肥、合理布局优质小麦区域等,可缩小该区域冬小麦产量差距。     

增温对河南省冬小麦产量的影响分析

研究历史气候变化背景下增温对作物产量的影响是识别气候变化对农业影响的有效途径。本文利用河南省历史气候资料和冬小麦平均单产资料, 通过提取气候产量、建立不同时段回归方程的方法, 分析了河南省气候变暖对冬小麦产量的影响。结果表明: 河南省1961~1981 年冬小麦气候产量与气温距平显著相关, 1987 年以后产量波动随气温变化的相关性减弱。20 世纪80 年代中期以后河南省冬小麦全生育期气温显著升高, 增温幅度为0.81 ℃?10a^-1。相对于变暖前的1961~1981 年, 1991~2000 年和2001~2007 年增温带来的单产增加量占实际增产量的15.6%~20.7%; 但显著升温后的2001~2007 年相对于1991~2000 年增温带来的增产量仅占实际增产量的1.0%, 冬小麦单产对气温的敏感性降低。     

河南省气候变化及其对冬小麦越冬期的影响

选取河南省30个农气观测站1979-2007年的冬小麦越冬期资料和1957-2007年的气候资料,利用线性回归方法分析了河南省气候变化的趋势,结合样条插值法绘制了各因素变化倾向率的分布图.结果表明,分析期河南省大部分地区冬小麦越冬期天数呈缩短趋势,但郑州、封丘、许昌一带略有延长的趋势;全省范围内越冬期≥0℃积温、总日照时数变化倾向率与冬小麦越冬期天数变化倾向率有较高的相关性,越冬期≥0℃积温增加,总日照时数减少会导致冬小麦越冬期天数缩短.     

河南省境内以淮河为界的南北气候变化差异分析

选取河南省9个观测站1954-2007年的气候资料,基于ArcGIS等软件,利用数理统计分析、线性回归等方法,分析了河南省境内受淮河影响的气候变化差异及对全球气候变化的区域响应特点。结果表明:河南省境内的南北气候分界线为淮河最大的支流沙颍河和秦岭东部分支所连成地带即34°40′-34°50′N。分析期内南、北部总体上呈增温趋势,但具有阶段性特点,60年代以前持续升温,60年代-80年代中期为降温时期,80年代中期后,南、北部同时开始剧烈升温。在80年代以前南、北部的年降水量均递减,80年代北部骤减、南部骤增,90年代以后南、北地区均增多。80年代为气候突变时期,90年代至今,保持高温多雨水特征,南北温差不断增大。     

近30年河南省冬小麦气象年景的时空演变及其与大气环流的联系

为了探讨冬小麦气象年景对大气环流异常的响应,依托河南省17个市1988—2017年冬小麦产量数据及15种大尺度大气环流指数(LACI)资料,运用气候产量指数(CDYI)评估了研究区冬小麦气象年景的时空演变格局。结果表明:(1)基于主成分分析,河南省可以划分为4个呈现不同CDYI演变情形的子区域,分别为中东部、西部、北部、南部,且2000年后各分区CDYI的波动趋于缓和;(2)与其他分区相比,河南省北部地区CDYI的年代际振荡更为强烈,其呈现出增加—减少—增加—减少的波浪型演变;(3)与其他分区相比,河南省中东部地区CDYI与大尺度大气环流指数的线性关系最为显著;(4)诸多环流指数中,12月份厄尔尼诺1+2区的平均海面温度是表征河南省中东部地区冬小麦气象年景的关键前兆性信号,其每增加1%会导致产量减少0.56%。总体而言,依托前期环流指数异常能够较好地实现粮食作物气象年景的提前预判。     

安徽省冬小麦品种生态气候适宜性分析和精细化区划

利用安徽省78个气象站1971-2000年冬小麦生长阶段气象资料和地理信息,选取影响冬小麦品种分布和生长的主要气象因子建立区划指标,采用多元回归模型和GIS空间内插技术对指标要素栅格化,并通过温度和水分两级指标,形成千米网格的安徽省冬小麦品种生态气候适宜性精细化区划图,用安徽省耕地数据掩膜(mask)得到相应耕地意义的区划分布图,并进行分区评述。结果表明,以气温和降水为指标,可将安徽省冬小麦品种的生态气候适宜性划分为5大区11个亚区,分区结果能反映气候变暖背景下安徽省冬小麦生态气候适宜性的分布特点以及各区域温度适宜性和水分适宜性的差异。因冬季气温的南北差异,安徽省适宜种植的冬小麦品种自北向南冬性程度降低。冬小麦生产中的主要问题是水分失衡,北部水分不足,南部过多,制约了稳产高产。根据区划结果,应增强北部冬小麦主产区的抗旱能力,适当扩大沿淮和江淮丘陵北部地区半冬性品种种植面积,尽量压缩南部地区冬小麦种植面积,以全面提高安徽省冬小麦生产水平。     

气候变化背景下华北平原夏玉米各生育期水热时空变化特征

气候变化背景下,华北平原气候资源也发生了相应变化。研究作物生长季各生育期的水热时空变化特征,对适应气候变化技术与政策的制定有重要意义。本文基于华北平原49个气象站点的逐日气象数据和27个农业气象试验站的物候期数据,分析了1961—2010年在夏玉米营养生长期、并进期、生殖生长期和全生育期的生长度日(GDD)、高温度日(HDD)、降水量及气候倾向率的时空分布。结果显示,华北平原夏玉米各生育期GDD、HDD均呈东北-西南走向的递增趋势,降水量呈东南-西北递减趋势。华北平原夏玉米在全生育期GDD倾向率、HDD倾向率、降水量倾向率分别为8.14℃·d·10a-1、-2.45℃·d·10a-1、-10.75 mm·10a-1。华北北部GDD在营养生长期呈递减趋势,在并进期、生殖生长期以及全生育期呈递增趋势,而华北南部GDD变化趋势与之相反;HDD在各生育期均呈现北部递增,南部递减趋势。降水量在各生育期均表现为北部降低,南部增加趋势。因此,河北省北部、北京市和天津市等华北北部地区夏玉米生产高温风险与干旱风险呈增加趋势,而河南省大部、山东省南部等华北南部地区高温风险与干旱风险呈降低趋势。     

黑龙江省粮食生产对气候变化影响的脆弱性分析

将敏感性指数定义为气候产量与气候生产力之比、适应性指数定义为趋势产量与气候生产力之比、两者的比值定义为脆弱性指数,利用黑龙江省70个县（市）农业生产资料和21个气象台站1986-2000年的日气象资料,计算分析黑龙江省粮食生产对气候变化影响的脆弱性。结果显示,从多年平均来看,黑龙江省粮食生产的适应性指数整体都比较高,并且南部地区高于北部;大兴安岭山区和嫩江平原区的敏感性指数较高;脆弱性指数的空间布局与敏感性指数相似;从时间变化上来看,在研究时段内三个指数都有增加的趋势,但敏感性指数的增强幅度最大,脆弱性指数的增加幅度减小。研究结果对定量评价该省粮食生产对气候变化的响应程度具有重要意义,并且该方法简便可行,为此类研究提供一种新的思路和方法。     

渭河中游气候变化及其对水文要素的影响

为了探究渭河中游气候变化及其对水文要素的影响,基于渭河中游1970-2017年气候与水文要素资料,运用线性回归、Mann-Kandall检验、小波分析等方法分析了50年来气候及水文要素的时空变化趋势、周期及突变特征。采用双累积曲线法判定径流量突变点,累积量斜率变化率法探讨了气候变化与人类活动对径流量变化的影响程度。结果表明:渭河中游年均气温、气压、水汽压和潜在蒸发量分别呈0.349℃/10 a,0.96 hPa/10 a,0.11 hPa/10 a,2.66 mm/10 a的上升趋势;风速与大气相对湿度每10 a呈-0.16 m/s,-0.65%的下降趋势,各气候要素冬春季节的变化幅度更大;除水汽压外各气候要素均存在明显的周期变化;气温、水汽压及大气相对湿度分别在1996年、1983年和2003年发生显著突变。水文要素中径流量与降水量呈显著下降趋势。气候要素与水文要素的变化有较强相关性。人类活动对径流量减少的贡献率大于气候变化的贡献率,但气候变化的贡献率近年来有增长趋势。     

未来气候变化对重庆地区冬小麦产量的影响

分析重庆地区40 a来气候变化对冬小麦产量的影响,用WOFOST作物模型与BCC-T63气候模式相结合,定量化地估算未来50 a(2001-2050年)重庆地区冬小麦产量变化趋势。结果表明:在目前的品种和生产条件下,未来气候变化后重庆地区冬小麦的产量变化波动不是很大,减产幅度在2.0%~5.0%,平均减产3.0%。     

近47年来河南省冬小麦干热风灾害的变化分析

根据冬小麦干热风的国家气象行业标准,利用河南省118个观测站1961-2007年历年冬小麦生长后期的逐日气象资料,统计分析了当地冬小麦高温低湿型干热风灾害的成灾范围、发生频率等的变化。结果表明：近47a来,与河南省冬小麦干热风密切相关的14：00风速显著减小,并在1983年前后发生了气候突变,其它气象因子变化不明显;在干热风灾害整体减弱的背景下,20世纪90年代以后各等级干热风发生范围与天数均趋于增加,尤其是轻干热风涉及的台站占总台站的比例每年递增达2.01个百分点,发生天数每年递增达0.07d;按照30a滑动平均统计,各等级干热风灾害的频率总体上是降低的,但最近30a又有反弹趋势。     

气候变化背景下华北平原冬小麦冬前生育期与节气对应及偏移分析

利用华北平原冬小麦种植区55个气象站点1961-2017年逐日地面观测资料,借助寿星公式,以气候倾向率的方法,选取冬小麦越冬期所需积温为指标,分析了冬小麦越冬期、播种期所在的节气时空分布和变化特征,并对冬小麦相关农事活动与节气的对应及偏移进行探讨。结果表明,近57a华北地区冬小麦越冬期推迟约3.7d,推迟趋势显著（P<0.05）。华北平原冬小麦播种期所在的节气由北向南逐渐推迟,与P1时段（1961-1990年）相比,P2时段（1991-2017年）冬小麦播种期界限显著北移。气候变化背景下华北平原冬小麦农事活动与二十四节气出现了一定的偏差,部分地区以前指导农事活动的谚语已不再完全适用,如山东省中部地区冬小麦最适播种期终止日由秋分节气的第3候推迟至寒露节气的第1候;河南省北部部分地区最晚播种期由寒露节气的第3候推迟至霜降节气的第1候。通过研究二十四节气与冬小麦播种期的对应关系来调整农事活动,未来还需考虑冬小麦生育期内对应节气的光、水等自然因素和农艺措施等人为因素的影响,科学指导农业生产以适应气候变化。     

1970-2019年河南省年内降水分配非均匀性的时空演变

[目的] 分析河南省年内降水分配非均匀性的时空演变规律,为区域水资源管理提供依据。[方法] 依托河南省113个气象站1970—2019年逐月降水数据,评估了降水季节性指数（PSI）的时空变化。[结果] ①PSI的空间分布表明河南省北部呈现出较高的降水非均匀性,超过28%的降水集中在7月;②基于主成分分析,河南省可以划分为4个呈现不同PSI演变特征的子区域,分别为西部、中东部、北部、南部;③西部、中东部、及南部地区的PSI在1990年后呈现出一定的上升趋势,而北部地区PSI呈现出更为强烈的短期振荡;④河南省大部分地区PSI的年代际变化主要受厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）影响;⑤与其他粮油作物相比,冬小麦产量的年际波动对PSI更为敏感。[结论] 河南省年内降水分配的时空变异性较强,其与大尺度环流信号的相关性存在显著的区域差异。     

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。     

黄土高原晋南旱塬长时间序列冬小麦产量与水量平衡要素动态变化

为揭示黄土高原旱地冬小麦田长期产量及水文变化,以山西省万荣县连作冬小麦为研究对象,分析了冬小麦产量1951—2020年变化趋势及气候年际波动对产量的影响,同时利用Hydrus-1D模型和标定的模型参数模拟了1965—2020年田间水量平衡要素各分量的变化过程。结果表明：试验地冬小麦产量多年平均增产率是31.9 kg/(hm²·a),年际气候变化对冬小麦产量的影响达到±22.4%,其中影响最为显著的气象要素是生育期平均相对湿度和全年降水量;标定期和验证期Hydrus-1D模型的决定系数分别为0.65～0.68,0.57～0.65;近56 a冬小麦平均蒸腾量为(176±29) mm,土壤蒸发量为(296±28) mm占降水量的60%～80%,渗漏量一般小于40 mm,土壤含水量变化为(-2±45) mm。综上,研究地70 a冬小麦产量呈上升趋势,且受年际气候变化的影响其产量波动较大。Hydrus-1D模型能够较好地模拟晋南旱塬冬小麦田的水文变化情况,多年来研究地冬小麦田土壤含水量呈下降趋势。     

基于MODIS和SEBAL模型的黄淮海平原冬小麦水分生产力研究

以2011年1月-2012年12月MODIS多时相遥感影像产品、气象数据和作物生育期为基础,借助SEBAL模型估算了黄淮海平原冬小麦实际蒸散量(ETa);通过MODIS NDVI光谱曲线特征与冬小麦单产数据的耦合,将县域尺度作物单产"降尺度"至基于像元的产量栅格图,实现冬小麦产量栅格化。在完成作物实际蒸散量模拟和产量栅格化的基础上,对黄淮海平原冬小麦水分生产力进行估算。结果表明,冬小麦水分生产力区域平均值为1.21kg·m~(-3),高值区主要位于北京、天津、山东北部和河北南部地区。在环渤海山东半岛滨海外向型二熟农渔区(一区)、海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区(三区)和黄淮平原南阳盆地水浇地旱地二熟区(五区)冬小麦产量与水分生产力呈显著正相关,说明随着冬小麦产量的增加,其水分生产力增加;在燕山太行山山前平原水浇地二熟区(二区)冬小麦水分生产力与实际蒸散量呈极显著负相关(P0.01),与产量呈极显著正相关(P0.01),表明水分生产力将随着实际蒸散量的减少和产量的增加而增大,同时产量增加对水分生产力提高的贡献大于实际蒸散量的减少;在江淮平原丘陵麦稻两熟区(六区)冬小麦水分生产力与实际蒸散量呈显著负相关,与产量相关关系不明显,说明在黄淮海平原南部水分生产力的提高主要依靠实际蒸散量的减少。     

山东省气候变化及其对冬小麦-夏玉米产量的影响

利用1983—2015年山东省34个气象站点的气象数据,通过线性回归分析山东省1983—2015年气候变化特征;基于Matlab,Surfer绘制年平均气温、降水量及日照时数的小波系数实部等值线图进行气候周期变化的分析;利用HP滤波法提取农作物产量中的气候产量,并采用Lobell非线性回归模型和敏感性分析法探究了气候变化对山东省冬小麦、夏玉米单产的影响。结果表明:1983—2015年山东省年平均气温和降水整体呈现波动上升的趋势,日照时数呈现波动下降的趋势;气候变化的多时间尺度趋势分析显示,山东省气温在一定时间内仍将持续升高,降水量在经历短暂的增加之后将转入减少的阶段,日照时数会延续目前的下降趋势;1983—2015年山东省冬小麦、夏玉米单产及冬小麦—夏玉米周年单产呈明显的上升趋势,但气候产量波动较大;平均气温、降水量、日照时数增加对冬小麦单产有促进作用,降水量增加对冬小麦增产影响最显著,降水量每增加100 mm,冬小麦增产5.76%。夏玉米对平均气温、最低气温、日照时数的增加表现为负效应,最高气温和降水量的增加有利于夏玉米增产。冬小麦—夏玉米周年单产对最高气温、最低气温的响应表现为负效应,降水量的增加能够小幅提升周年单产。     

气候变化背景下安徽省冬小麦气候生产潜力和胁迫风险研究

从气候的资源和灾害双重属性出发,构建了冬小麦气候生产潜力和胁迫风险评价指标,以安徽省为例分析了二者对气候变化的响应特征,综合气候对高产和稳产的影响进行研究区冬小麦种植气候适宜性区划。结果表明:采用逐级订正法结合作物生长动态参数估算安徽省冬小麦气候生产潜力多年平均为12 391kg?hm-2,以沿淮和江淮之间最高;1961—2015年淮北和沿淮东部地区为显著上升趋势,而淮河以南地区则以下降为主。通过考虑在冬小麦生长发育过程中气候条件偏离最适区间而导致的胁迫影响,建立了高温、低温、雨涝、干旱4种气候胁迫的评估指标,并基于气候胁迫的超越概率形成了冬小麦气候风险评价方法。气候变暖使研究区冬小麦高温胁迫显著上升,低温胁迫显著下降,水分胁迫无显著的变化趋势。安徽省冬小麦的气候风险呈现中间低,两头高的分布特征,以沿淮和江淮之间风险最低,淮北北部和江南南部风险较高;淮北地区主要以干旱和低温贡献为主,而淮河以南地区则以雨涝风险为主。融合气候生产潜力和气候胁迫风险形成冬小麦的气候适宜性区划,其空间格局呈南北低、中间高的特征,种植分布格局与气候适宜性的空间匹配程度较高,但有一定的优化调整空间。