区域粮食产量因灾损失评估之北方五省灾情-产量模型再检验

利用1961-2020年粮食作物种植面积、产量和农业灾情统计数据，对比分析了全国和冀鲁豫晋陕粮食产量与灾情的变化特征；采用已构建的河北、山东、河南灾情-产量评估模型，输入2008-2020年灾情数据，估算粮食产量及其因灾损失，检验已建灾情-产量评估模型的敏感性和稳定性；同时，基于该统计建模方法构建了山西和陕西两省粮食作物灾情-产量评估模型，评价构建模型方法的通用性。结果表明：(1)1961-2020年，北方五省粮食作物种植面积和总产量分别占全国的28%和25%，夏收粮食和秋收粮食种植面积分别以3.39hm²·a^-1和106.3hm²·a^-1的速率极显著下降(P<0.01)，总产量分别以137.3×10⁴t·a^-1和119.9×10⁴t·a^-1的速率极显著增加(P<0.01)。2008-2020年北方五省粮食种植面积和产量分别以209.42hm²·a^-1和25...     

基于农业灾情的东北粮食产量估算模型及灾损分析

利用1981-2010年东北三省农业灾情统计数据和粮食产量数据,应用多元回归方法分析粮食气候减产量与灾情的关系,并构建基于灾情数据的粮食产量估算模型;在粮食因灾减产量估算的基础上,应用灰色关联法评价干旱、洪涝、低温和风雹4种灾害在受灾率、成灾率及绝收率水平上对粮食减产量的影响。结果表明,东北三省粮食气候减产量与农业灾情统计数据存在极显著（P〈0.01）相关关系,回归模型决定系数（R2）分别为0.76（黑龙江省）、0.78（吉林省）和0.87（辽宁省）,各模型估算的粮食产量模拟值与实际值间的平均相对误差分别为-0.06%、-0.32%和-0.20%。可见在气象灾害发生时历史农业灾情统计资料对区域粮食灾损量和粮食产量具有较强的指示作用,能为以粮食作物为主的地区提供可靠的粮食产量估算和农业气象灾害评价依据。对粮食因灾减产量与灾情的灰色关联度的分析表明,在受灾水平上,干旱的关联度在三省均为最高;在成灾、绝收水平上,风雹的关联度均位列第1;低温灾害在受灾、成灾和绝收水平上的关联度都不是最高的。由此可见,造成东北三省粮食减产的主要气象灾害是以程度轻、范围广的干旱及程度重、局地性强的风雹为主,而东北地区作为气候变暖趋势最明显的地区之一,低温不再是当地首要的农业气象灾害。     

区域粮食产量因灾损失评估之东北三省灾情-产量模型再检验

为阐明新时期东北三省粮食生产在中国粮食安全战略中的重要性，定量评估气候变化背景下气象灾害对区域粮食产量造成的损失，利用1981−2020年粮食种植面积、产量和农业灾情统计数据，对比分析东北三省和全国粮食产量与灾情的变化特征；采用已构建的灾情−产量评估模型，输入近10a灾情数据，估算东北三省粮食产量因灾损失及最终产量，并对已建灾情−产量评估模型的敏感性和稳定性进行检验。结果表明：（1）1981−2020年，东北三省粮食种植面积、总产量大幅增加，占全国比例稳步提高，2020年种植面积、2012年以来总产量占比均达到全国的1/5。（2）在全国灾情呈先增强后减轻的显著变化趋势下，东北三省灾情并无明显增减趋势，40a内全国和东北三省粮食单产分别以65.96kg·hm−2·a−1和252.5kg·hm−2·a−1增加，近10a东北三省粮食单产极显著增加，增幅为52.6kg·hm−2·a−1。（3）2011−2020年全国平均受灾面积、成灾面积分别为23704.5×103和11204.7×103hm2，东北三省分别为3899.1×103和1900.0×103hm2；10a内全国和东北三省的灾情均显著低于前3个年代，是40a中灾情相对最轻的10a。（4）灾情−产量评估模型的模拟精确度高，黑龙江、吉林、辽宁粮食产量模拟值与实测值的线性回归决定系数（R2）分别为0.98、0.90和0.88；斜率分别为1.05、1.02和0.98（P＜0.01）；40a平均因灾损失率分别为10.4%、17.9%和18.0%，50%的年份因灾损失率高于8.0%、17.0%和16.0%。（5）受灾情总体偏轻的影响，该模型对吉林和辽宁近10a的粮食产量略有高估。基于1981−2010年数据构建的区域粮食因灾损失评估模型，经检验能很好地评估气象灾害对粮食产量造成的损失，具有预测粮食产量的性能，具备业务化应用的可行性。气象灾害对东北三省粮食产量的影响大于对全国灾情影响的平均水平，鉴于东北粮食产量在全国粮食产量的占比较高，新时期防范东北地区农业气象灾害风险对保障国家粮食安全至关重要。     

基于农作物灾情的长江中下游地区粮食产量损失评估

利用长江中下游地区7省（市）1949-2014年农作物灾情统计数据和粮食作物单产数据,采用多元线性回归方法,构建粮食气象减产量与农作物受灾面积、成灾面积及绝收面积的回归模型,运用主成分分析法研究长江中下游7省（市）影响粮食产量的主要农业气象灾害,对因气象灾害导致的粮食产量损失进行评估。结果表明：（1）粮食气象减产量与总灾情显著相关（P＜0.05）,其中除湖南省外,其它各省相关关系达极显著水平（P＜0.01）。粮食气象减产量与成灾面积关系更密切,依据总灾情评估粮食产量,模型的拟合优度（R2）除上海市外均大于0.9。（2）根据粮食气象减产量与干旱、洪涝、风雹、低温、台风5种灾情的相关性,建立主要灾种粮食产量模型,仅从R2数值来看,除湖南省外,其它6省（市）主要灾种模型的R2均略高于总灾情模型,但单因素方差分析表明,两类模型的R2不存在显著差异。（3）两类模型均不能解释粮食作物结构性逐年波动变化,是模型产生模拟误差的一个主要因素。本研究建立的灾损模型和产量评估模型能较好地模拟灾情与粮食产量的关系,2015年数据试报检验表明,可以将其用作长江中下游地区不同省（市）粮食产量短期预测。     

天水市农业气象灾害对主要粮食作物产量的影响

通过对1985—2004年实测气象和粮食产量资料的分析,得出：影响天水市玉米、冬小麦两大粮食作物产量的主要农业气象灾害分别是春旱、初夏旱、伏期连阴雨和上年秋旱、当年春旱及倒春寒天气,在此基础上建立了基于农业气象灾害强度的天水市玉米、冬小麦的气候产量数学模型,可为气象灾情评估和定量分析农业气象灾害对粮食作物产量的影响提供依据。     

东北地区农业气象灾害的趋势变化及其对粮食产量的影响

依据东北地区1971 - 2009年干旱、洪涝、风雹及低温灾害的受灾面积数据,并结合粮食作物单产资料,研究东北地区农业气象灾害的变化趋势及其对粮食产量的影响.趋势分析结果表明,研究期内,东北地区除风雹受灾比呈现明显下降趋势外,其余3种农业气象灾害受灾比变化趋势不明显,但均具有阶段性特征,20世纪70年代干旱受灾比要比洪涝受灾比偏大,80 - 90年代相反,2000年以后又处于较旱时期,低温受灾比在20世纪90年代初期及21世纪初期反弹增大;R/S分析表明,4种农业气象灾害受灾比的Hurst指数均＞0.5,说明未来变化都将与过去一致,其中,风雹受灾比将减弱,干旱受灾比将增加,而洪涝与低温受灾比仍将呈现波动幅度较大的趋势;灰色关联分析结果表明,4种气象灾害对粮食作物平均单产的影响在不同省份表现不同,在辽宁为干旱＞风雹＞洪涝＞低温,而吉林为洪涝＞干旱＞低温＞风雹,黑龙江为干旱＞洪涝＞低温＞风雹,说明干旱和洪涝是影响东北地区粮食生产的主要气象灾害,而低温灾害的影响随着纬度的升高也不断增大.     

基于信息扩散理论的福建省农作物霜冻灾害风险评估

利用福建省1978-2008年共31a的农业霜冻灾害的受灾和成灾面积数据资料,分析霜冻灾害及其对农业影响的变化趋势,基于最新正态信息扩散计算方法对农业霜冻灾害进行风险评估,结果表明:福建省农作物因霜冻受灾和成灾的面积相对较小,成灾指数与受灾指数的年际波动较为一致;受灾和成灾的风险概率随风险水平提高而下降,受灾风险概率大于成灾风险概率,在平均受灾和成灾的风险概率情况下,即受灾和成灾面积分别占播种面积2.34%和1.23%时,受灾和成灾风险分别约2.6年一遇和2.3年一遇。对照历年霜冻受灾和成灾的实际状况,风险评估结果与实际情况较为吻合,说明应用此模型,对信息量不足的自然灾害进行风险评估是可行的。     

1951-2010年华北平原农业气象灾害特征分析及粮食减产风险评估

利用华北平原1951-2010年长时间序列的粮食产量和农业受灾、成灾和绝收面积等统计数据,采用线性回归、滑动平均、M-K突变检测和模糊综合评判等方法,研究华北平原近60a来农业生产受干旱、洪涝、低温冷害和风雹等4种气象灾害影响的范围和强度的变化特征,以及不同时段4种灾害对华北平原各省份农业生产的影响和粮食减产风险.结果表明,除干旱外,洪涝、低温冷害和风雹3种农业气象灾害受灾比变化均存在突变年,分别为1970、1988和1974年;干旱受灾比变化趋势不明显,但其灾害强度呈极显著增加趋势(P＜0.01);洪涝受灾比呈极显著下降趋势(P＜0.01),其灾害强度显著下降(P＜0.05);风雹受灾比和灾害强度均呈极显著增加趋势(P＜0.01);模糊综合评判结果表明,总体上过去60a干旱是华北平原各省(市)主要农业气象灾害,低温冷害的影响程度最小,但不同时段内4种气象灾害对各省(市)影响程度存在一定差异;60a间华北平原粮食因灾损失量不断增加,因旱灾减产风险度最高;随时间推移旱灾减产高风险区不断向华北平原北部转移,风雹灾减产风险逐渐加大且北部风险增加速度大于南部,但洪涝和低温冷害减产的风险度一直较低.     

气象灾害对福建粮食产量影响的灰色关联分析

根据1984-2013年福建省农业统计数据,分析全省粮食产量和气象灾害的变化特征;在划分气象灾害和粮食作物类型的基础上,分别从受灾范围和灾害强度角度,利用灰色关联模型分析1984-1993、1994-2003、2004-2013年3个阶段内气象灾害对粮食生产的影响。结果表明：（1）气象灾害对福建省粮食生产影响较大,研究期内受灾范围的影响不断降低,而灾害强度的影响不断增大,粮食作物对灾害强度的影响更敏感,因此防灾重点应从减少受灾范围逐步转移至降低高强度灾害所造成的损失;（2）风雹受灾范围对福建省粮食生产尤其对大豆和薯类产量具有重大影响。近年来,台风受灾范围对粮食生产的危害日益凸显,逐步成为关键影响因子;（3）水灾灾害强度对福建省粮食生产尤其对小麦和薯类产量具有重大影响。     

陕西县域苹果种植风险评估与保险费率厘定

苹果是陕西农业特色经济的支柱产业,但在种植过程中面临着严重的气象灾害风险,农业保险在分散和转移其风险方面未能充分发挥效能。根据陕西省30个苹果基地县1981−2019年苹果种植面积、产量和单产数据,采用数理统计、产量损失分布模型和最优分布模型筛选等方法,评估各基地县苹果种植风险并厘定苹果种植保险费率。结果表明：1981−2019年,陕西省30个苹果基地县苹果种植面积、产量和单产均呈波动上升趋势,洛川、礼泉和淳化种植面积和产量位居前列,多年平均种植面积分别为2.12万hm²、2.01万hm²和1.94万hm²,平均产量分别为33.19万t、51.26万t和34.28万t;礼泉和扶风县单产较高,多年平均单产分别为19.71t•hm⁻²和16.89t•hm⁻²。30个基地县苹果发生灾害的平均概率为29.72%,轻、中、重和巨灾发生的平均概率分别为17.41%、7.21%、2.99%和2.11%;延川和千阳县巨灾发生概率最高,分别为24.18%和20.79%。研究区域重灾和巨灾发生概率与种植面积呈负相关,其相关系数均为−0.50。30个基地县苹果种植的平均费率为5.23%,费率最高的是延川县的18.37%,其次是千阳县的16.61%;礼泉、洛川和淳化县三大苹果种植基地县的费率则相对较低,分别为7.12%、7.35%和8.63%。因此,延川和千阳等高风险种植区“北进西扩”需谨慎,洛川、礼泉和淳化的种植优势可继续保持,凤翔等低风险地区应考虑扩种。在自然灾害风险较低的地区增加苹果种植面积能在空间上有效分散风险,在推进苹果农业保险时,建议因地制宜实行差异化费率,保证费率的科学性,提高农业保险的效能。     

伊犁地区酿酒葡萄农业气候特征分析

利用新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州酿酒葡萄可种植区10个气象站点逐日气象和酿酒葡萄生育期数据,通过M-K检验、趋势检验等统计方法,结合ArcGIS空间表达,分析了1961-2020年研究区酿酒葡萄气候资源和农业气象灾害的时空变化特征,为高效合理利用当地积雪资源,缓解干旱及冻害,优化酿酒葡萄越冬方式,选择成本较低的积雪覆盖方式提供科学依据。结果表明：(1)1961-2020年伊犁地区除昭苏及尼勒克部分区域外光热资源丰富,年均降水量空间分布不均且低于455mm,全区年均降水量以5.1mm·10a^-1趋势增加,总体满足酿酒葡萄生长发育需求;全区酿酒葡萄越冬期(11月-翌年3月)降雪每10a增加7.4mm,且被0-10cm积雪覆盖的概率大于90%;(2)1961-2020年全区越冬期冻害频次、强度均有所下降,潜在生长季(4-10月)中7月和9月旱情较严重。     

气候变暖背景下西藏中南部苹果物候期变化及其气候影响因子分析

利用2001-2020年西藏泽当农业气象站苹果物候期和逐日平均气温(T_m)、最高气温(T_max)、最低气温(T_min)、气温日较差(DTR)、相对湿度(RH)、降水量(Pr)、日照时数(S)和≥0℃积温(∑T₀)等资料,采用线性回归、Pearson相关系数和逐步回归等方法,分析近20a西藏中南部苹果物候期及生长期长度的变化趋势,以及影响的主导气候因子,以期揭示西藏高原苹果物候期变化特征及其对气候变暖的响应。结果表明：2001-2020年西藏中南部苹果除可采成熟期以1.28d·a^-1的速率呈提前趋势外,其它物候期平均每年推迟2.83～7.64d;果实生长发育期长度、花期长度平均每年分别缩短8.92d和5.98d,而果树全生育期长度略有延长,速率为0.65d·a^-1。各物候期T_max趋于升高,T_min呈降低趋势,DTR显著增大;多数物候期RH、S呈显著减少趋势;Pr在可采成熟期前以增加为主,之后趋于减少。春季物候期主...     

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...     

不同冠层阻力模型对冬小麦返青-成熟期蒸散量估算的影响

蒸散量是农田水循环的重要组成部分,其准确估算对精准灌溉及农业节水具有重要意义。PenmanMonteith(P-M)模型是常用的估算方法之一,但冠层阻力/表面阻力的准确表达一直是应用中的难点。选取常用的7种冠层阻力模型,根据北京市顺义区2a(2020年和2021年)的波文比实测结果,对不同模型模拟的小麦冠层阻力及P-M估算的小麦蒸散量进行比较,并进一步分析影响小麦冠层阻力的主要因子。结果表明,7种模型均低估了小麦冠层阻力,同时高估了蒸散量。总体而言,Todorovic模型（TD）模拟效果最好,其模拟的冠层阻力和蒸散量的R2均大于0.605,平均偏差（MBE）分别为-82.8s·m-1和10.4W·m-2,相应的均方根误差（RMSE）分别为254.4s·m-1和33.5W·m-2;其余6种模型表现均较差,所模拟的冠层阻力R2仅0.113～0.241,MBE和RMSE在-236.4～-61.3s·m-1、277.2～373.8s·m-1;基于6种模型模拟阻力得到的小麦蒸散量与实测值的R2在0.046～0.184,MBE和RMSE分别在44.5～97.4W·m-2、81.4～147.9W·m...     

华北平原青贮-籽粒玉米双季弹性种植模式的水热资源利用效率分析

2020-2021年在中国科学院禹城综合试验站进行青贮-籽粒玉米双季弹性种植模式夏玉米弹性播期试验,并对其周年籽粒当量产量、水热利用效率进行分析,以期论证水热资源和粮食需求结构变化的背景下,夏玉米弹性播期为特色的青贮-籽粒双季玉米种植模式在华北平原的可行性和应用前景。结果表明：(1)双季玉米周年热量利用效率较高的夏玉米弹性播期在6月1-29日,周年热量利用效率平均为3.1kg·hm^-2·(℃·d)^-1;(2)双季玉米周年水分利用效率较高的夏玉米弹性播期为6月1-15日,周年水分利用效率平均为2.1kg·m^-3;(3)基于水热高效利用的夏玉米弹性播期为6月1-15日,其周年籽粒当量产量平均为12886.4kg·hm^-2,比本站冬小麦-夏玉米多年平均周年产量略低14.0%,但周年作物耗水量降低34.4%,周年水分利用效率提高30.9%。青贮-籽粒双季玉米弹性种植模式可以在产量相当的情况下有效减少周年作物耗水量,提高周年水分利用效率。     

消光系数估算方法对玉米冠层光能利用模拟的影响

以玉米品种大叶矮小型的矮单268（AD268）和小叶高大型的先玉335（XY335）为供试材料，设置低（3株·m⁻²）、中（6株·m⁻²）、高（9株·m⁻²）3个种植密度，综合利用冠层光合有效辐射（PAR）垂直分布数据、冠层三维模型与冠层光合模型，分析了对数法和回归法估算出的消光系数（k_log和k_nls）对品种和种植密度的响应及其差异，评估消光系数估算方法对冠层光能利用模拟的影响。结果表明：k_log与k_nls存在差异，这种差异在大叶矮小型品种AD268下表现更加明显，且差异随着种植密度的增加而加剧，基于k_nls对冠层光分布的拟合效果（R²=0.86）优于k_log（R²=0.77）；基于k_log和k_nls的玉米冠层光能利用特征对种植密度的响应规律在不同品种间存在明显差异，以k_log和k_nls模拟的AD268的日CO₂同化量、地上部干物质日积累量和光能利用效率在低密度下无明显差异，但在中高密度下差异较大，二者差异开始变大的临界密度为0.7～2.5株·m⁻²。     

基于APSIM的华北平原不同种植模式下主要温室气体排放效应评估

使用APSIM作物模型,模拟1981−2014年华北平原夏玉米、冬小麦−夏玉米、冬小麦−夏玉米−早播玉米1（提前10d）、冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）四种种植模式下土壤有机碳（SOC）变化、土壤氧化亚氮（N₂O）排放、土壤温室气体排放和产量的变化。结果表明：四种种植模式中,1981−2014年华北平原夏玉米种植模式下土壤N₂O排放量最小（514.81kg·hm⁻²）、土壤主要温室气体平均排放量最少（0.30MgCO_2-eq·hm⁻²）;冬小麦−夏玉米−早播玉米1（提前10d）种植模式下土壤有机碳平均变化量最少,为120.78kg·hm⁻²;冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）种植模式的土壤主要温室气体平均排放量次之,为0.76MgCO_2-eq·hm⁻²;四种种植模式中,冬小麦−夏玉米种植模式的平均产量最高,为23405.47kg·hm⁻²;夏玉米种植模式下土壤主要温室气体排放效应最好（GHG=0.02 MgCO_2-eq·hm⁻²）,冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）种植模式次之（GHG=0.04 MgCO_2-eq·hm⁻²）;在保证产量的前提下,考虑粮食安全、资源节约和环境友好各方面,冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）两年三熟种植模式是华北平原较为理想的种植制度。     

河北省苹果大风灾害风险评估

基于长时间序列的河北省142个国家级气象台站大风观测数据、历史苹果大风灾情统计资料、苹果生育期等数据,选择最优机器学习模型延长极大风速时间序列,利用对应站点的极大风速和灾情统计数据确定苹果两个主要生育期内不同等级大风灾害气象指标阈值,分析了苹果大风灾害时空分布特征,对苹果大风灾害的危险性、脆弱性、暴露度和防灾减灾能力等指标进行综合风险评估。结果表明：随机森林模型模拟精度较高,可以较好地延长极大风速时间序列;苹果花期−幼果期的大风灾害阈值为极大风速≥9.1m·s⁻¹,果实膨大-成熟期为极大风速≥7.9m·s⁻¹,并进一步划分了不同等级大风灾害等级,验证结果与历史记录有较高的一致性;苹果大风灾害每年发生次数呈先降后升的趋势,河北省西北部和沧州市东部大风灾害发生频次较高;苹果大风灾害较高和高风险区域较为分散,约占全省面积的20%,主要分布在张家口市东部、承德市东南部、衡水市中部和石家庄市东部等地。