全球气候变暖对中国种植制度可能影响Ⅸ.长江中下游地区单双季稻高低温灾害风险及其产量影响

【目的】以1981年为界,将20世纪50年代至2010年划分为两个时段,对比分析1951—1980年和1981—2010年长江中下游地区双季稻安全种植界限及敏感区域面积变化,定量评估长江中下游地区双季稻安全种植敏感区域内单季稻和双季稻生长季内高温灾害和低温灾害发生风险及高低温灾害对水稻产量的影响程度。【方法】利用中国种植制度分区标准和农业气候指标,分析了1981—2010年双季稻安全种植界限变化敏感区域,并基于水稻高温灾害和低温灾害指标,采用Oryza2000对敏感区域内单季稻和双季稻的高低温灾害风险及其对产量的影响进行了定量化评估。【结果】与1951—1980年相比,1981—2010年长江中下游地区双季稻安全种植区增加了11.5万 km2;1981—2010年,双季早稻、晚稻和单季稻发生频率最大的高低温灾害分别为秧田期低温、灌浆—成熟低温以及孕穗—抽穗高温,而对双季早稻、晚稻和单季稻产量影响最大的灾害分别是秧田期低温、孕穗—抽穗低温和灌浆—成熟高温;双季早稻、晚稻和单季稻在不同生育阶段的高温灾害次数大多呈增加趋势,而低温灾害次数大多呈减少趋势。【结论】在全球气候变暖背景下,长江中下游地区双季稻安全种植区域发生了明显变化,敏感区域内单双季稻的高低温灾害风险及其对产量的影响均存在明显差异。     

四川盆地区雾霾灾害风险区划初探

利用四川盆地区1981-2014年逐日地面气象观测资料和社会经济数据,选取不同等级雾、霾频率作为致灾因子危险性评估指标,以人口密度、公路密度和地均三产业值作为孕灾环境脆弱性影响因子,考虑地形因子、河网密度和地均GDP作为承灾体易损性评估指标,从这3个角度出发,基于GIS技术,运用层次分析法建立影响四川盆地区雾霾灾害的风险评估模型,得到四川省盆地地区的雾霾灾害风险区划结果.分析表明:四川盆地区雾霾灾害风险等级呈现出从盆周山区到盆底区域不断升高的基本特征.高、次高风险区主要集中在盆地底部的大部分区域,与高原接壤的高海拔区域和盆周山区处于雾霾灾害低风险区和次低风险区,与盆周山区相邻的盆底边缘地区大部分为中等风险区,研究结果与实际情况基本相符.     

四川盆区冬小麦灌浆结实期阴雨寡照空间分布特征

利用1980—2017年四川盆区113个气象站点资料和盆区24个冬小麦(Triticum aestivum L.)农业气象观测站生育期资料,将四川盆区小麦种植区分为5个片区,在分析冬小麦产量构成要素与灌浆结实期气象因子之间相关性的基础上,确定冬小麦灌浆结实期间的平均气温、最高气温、最低气温、日照时间、连阴雨时间为指标因子,根据主成分分析法,构建低温阴雨寡照致灾综合指数(F)。选取代表站点,划分等级阈值,确定小麦灌浆结实期连阴雨灾情为轻、中、重3个等级,且各个致灾等级的阈值分别为0.45F0.70、0.70≤F0.87、F≥0.87。通过计算各站点不同等级连阴雨发生的频率,统计分析冬小麦灌浆结实期阴雨寡照轻、中、重度灾害发生频率的空间分布特征。结果表明,四川盆区大部分地区发生连阴雨的概率在30%左右,东南地区的概率较高,西北地区的概率相对较低。     

近30年江苏省水稻抽穗灌浆期低温冷害时空变化及对水稻产量的影响

利用江苏省14个气象站点1981~2010年的气象资料,采用Excel和GIS反距离权重插值法,研究了江苏省近30年单季稻抽穗灌浆期低温冷害的时空变化特征,并分析了低温冷害对水稻产量的影响。结果表明:江苏省近30年来单季稻抽穗灌浆期的总冷害次数达155次,其中轻度冷害109次,中度冷害28次,重度冷害18次,以轻度冷害为主;在时间尺度上,以20世纪80年代冷害频次最多,之后20年呈减少趋势;在空间分布上,除轻度冷害在20世纪80年代呈"北少南多"的特征外,中等冷害及重度冷害在30年里多呈"北多南少"的特征;江苏省单季稻抽穗灌浆期累计低温对产量的抑制作用不显著。综合来看,近30年来江苏省水稻抽穗灌浆期低温冷害的危险性较小,其对水稻产量的影响不大。     

菏泽市气象灾害风险评估与区划研究

在气候变化背景下,气象灾害频繁发生。本文以菏泽市的历史气象数据和气象灾害灾情数据为基本资料,建立菏泽市气象灾害风险评价指标体系,并对菏泽市的气象灾害进行风险区划,以期达到趋利避害、防灾减灾的目的,为菏泽市气象灾害防御提供了科技支撑和理论支持。根据菏泽市7县2区1971~2016年的地面气象观测资料和菏泽市的气象灾害灾情数据,对菏泽市气象灾害的发生频率、发生强度及发生地点进行了统计分析,并考虑了致灾因子危险性、孕灾环境和承灾体易损性以及防灾减灾能力等因素,结合GIS系统,得出菏泽市暴雨、高温、雷电、冰雹和大风致灾因子危险性分布图以及菏泽市气象灾害综合风险区划图。区划所使用的方法为专家打分法、层次分析法、气象灾害风险指数法和加权综合评分法等。研究结果表明:菏泽市气象灾害综合风险程度较高的县区主要分布在牡丹区、巨野县;风险程度相对较小的县区主要分布在成武县、单县;其它县属于中等风险区。     

近30年江苏省水稻抽穗灌浆期低温冷害时空变化及对水稻产量的影响

利用江苏省14个气象站点1981²010年的气象资料,采用Excel和GIS反距离权重插值法,研究了江苏省近30年单季稻抽穗灌浆期低温冷害的时空变化特征,并分析了低温冷害对水稻产量的影响。结果表明:江苏省近30年来单季稻抽穗灌浆期的总冷害次数达155次,其中轻度冷害109次,中度冷害28次,重度冷害18次,以轻度冷害为主;在时间尺度上,以20世纪80年代冷害频次最多,之后20年呈减少趋势;在空间分布上,除轻度冷害在20世纪80年代呈"北少南多"的特征外,中等冷害及重度冷害在30年里多呈"北多南少"的特征;江苏省单季稻抽穗灌浆期累计低温对产量的抑制作用不显著。综合来看,近30年来江苏省水稻抽穗灌浆期低温冷害的危险性较小,其对水稻产量的影响不大。     

四川省单季稻暴雨洪涝灾害风险区划

【目的】分析四川省单季稻暴雨洪涝灾害的风险水平,为调整当地水稻种植规划和防灾减灾提供参考。【方法】利用1961-2017年四川省单季稻主产区123个气象观测站观测数据,46个农业气象观测站30年(1986-2015年)观测资料,结合四川省气候区划结果将四川省单季稻主产区划分为7个区域,确定四川省单季稻暴雨洪涝灾害敏感期(拔节期-孕穗期、孕穗期-抽穗期和抽穗期-成熟期),最终根据农业气象灾害风险理论,从灾害风险的致灾危险性、承灾体脆弱性、承灾体暴露度和防灾减灾能力4个因子出发,构建四川省单季稻暴雨洪涝灾害风险区划指标体系,对四川省单季稻不同生育期的暴雨洪涝灾害风险进行评估和区划。【结果】四川省水稻暴雨洪涝灾害高风险区主要集中于暴雨日数及暴雨洪涝发生频率较高的3个区域,一是盆中丘陵区西南部,二是盆中丘陵区西北部,三是盆东平行岭谷区;低风险区主要位于四川省的南部和北部,该区域暴雨危险等级中等或偏轻,山地多,地形起伏大,当地水稻种植率低;其余地方为中等风险区。【结论】四川省水稻暴雨洪涝灾害以中、低风险区域为主,高风险区主要集中在四川三大暴雨区。     

四川盆地水稻高温热害影响评估

利用四川省40个农业气象观测站1990—2012年的农业气象观测资料和7月中旬至8月中旬逐日气象资料,选取早稻高温热害的主要影响因子,建立四川省稻抽穗扬花期和灌浆结实期高温热害影响评估模型,并利用1994—2012年农业气象观测站代表点的水稻千粒质量、四川灾害大典对灾害记录资料进行验证。结果表明,最高气温、气温日较差和高温持续日数是四川省水稻高温热害的主要影响因子。在此基础上,结合主成分分析法构建高温热害评估计算模型,其准确率较高,可以用来定量评价四川省水稻高温热害发生程度。据此确定的高温热害评价指标:高温热害指数Y0.35时,发生重度高温热害,水稻减产率10%;在0.25Y≤0.35时,发生中度高温热害,水稻减产5%～10%;0.1≤Y≤0.25时,发生轻度高温热害,水稻减产5%。     

基于模糊综合评价法的江西烟叶种植气象灾害危险性区划

利用江西中南部40个气象站1959—2018年的常规观测资料,参考烟叶全生育期指标,运用模糊综合评价法和层次分析法,基于ArcGIS空间分析功能,对江西烟叶种植气象灾害危险性特征进行分析和风险区划。结果表明：影响江西中南部烟叶种植的主要气象灾害按权重大小依次为暴雨、冰雹、连阴雨、低温冰冻和高温热害,其中暴雨洪涝灾害致灾因子危险性分布东部高、西部低;冰雹危险性分布西北高、东南低;连阴雨危险性西部高于东部,且内部呈现自北向南递减的趋势。低温冰冻和高温热害危险性北部高于南部,东西分布比较均匀。综合来看,江西烟叶种植区气象灾害危险性表现为北高南低的分布特征,其中高风险区主要分布在抚州和吉安两市北部的部分地区。本研究区划结果可为江西烟叶种植决策提供科学依据和技术支撑,最大限度地避免或减小气象灾害对烟叶种植的影响。     

1980-2010年张掖市气象灾害变化规律分析

利用张掖市6个气象站1980--2010年的气象观测资料及气象灾害观测资料．分析了近31年来张掖市主要气象灾害的变化特征,研究了张掖市各县（区）主要气象灾害的时空变化规律。结果表明：张掖市气象灾害频发,每年均有不同程度的气象灾害发生,且季节性明显;大风、沙尘暴、冰雹年发生次数呈降低趋势,干旱、低温冻害、暴雨洪涝、高温、干热风、雪灾年发生次数呈增加趋势;张掖市主要气象灾害危险性等级分布具有地区性,与海拔高度及地形地貌密切相关。     

东北地区玉米主要气象灾害风险评价与区划

【目的】东北地区是中国重要的粮食生产基地,冷害、干旱、涝害是造成该地区玉米产量不稳定的主要气象灾害,本文旨在准确、定量评估东北玉米不同发育阶段和生育期主要气象灾害风险,为区域农业生产规划、气象灾害的预防和减轻提供科学依据。【方法】基于自然灾害风险理论和农业气象灾害风险形成机理,利用构建的东北玉米发育阶段主要气象灾害风险评价指标体系、发育阶段及生育期主要气象灾害风险评价模型,对播种-七叶、七叶-抽雄、抽雄-乳熟、乳熟-成熟4个发育阶段冷害、干旱、涝害的危险性,承灾体的暴露性和脆弱性,人类防灾减灾能力4要素分别进行评价,对发育阶段及生育期主要气象灾害风险进行评估,利用系统聚类方法对评价结果进行区划。【结果】发育阶段冷害危险性大致由西向东递增,基本呈带状分布,生育早期,冷害危险性中高值区主要分布在长白山地和黑龙江东南部;生育后期,冷害危险性中高值区主要位于长白山地、黑龙江研究区东南及北部地区。4个发育阶段干旱危险性均大致由东向西或由东南向西北递增,呈带状分布。发育阶段涝害危险性具有明显的区域差异,辽宁东南部为涝害易发区,播种-七叶,整个研究区涝害危险性较低,发生涝害的可能性较小;后3个发育阶段,涝害危险性高值区主要分布在辽宁东南部。播种-七叶,主要气象灾害风险呈东北-西南走向的带状分布,中低值区分布在东北地区中部,中高值区主要分布在东北地区西部和东部。七叶-抽雄,主要气象灾害风险基本由东北向西南方向递增,中低值区主要分布在黑龙江、吉林中部和东北部,中高值区主要分布在东北地区西部、吉林东南部、辽宁东部和南部,抽雄-乳熟、乳熟-成熟及生育期,主要气象灾害风险基本由东向西递增,中高值区主要位于黑龙江研究区西部、吉林西部及辽宁大部分地区。播种-七叶,主要气象灾害高风险区分布在青冈、东宁、白城、乾安、长白,大部分地区为中等风险;七叶-抽雄,高风险区分布在辽宁东南部的宽甸、岫岩、庄河;前两个发育阶段,高风险区零星分布或者区域面积较小。抽雄-乳熟、乳熟-成熟及生育期,高风险区域面积增大,呈片状分布在黑龙江研究区西部、吉林西部及辽宁东部的宽甸、岫岩。【结论】东北玉米不同发育阶段和生育期冷害、干旱、涝害主要气象灾害风险呈不同的分布形式。前两个发育阶段高风险区域较小;后两个阶段及生育期,高风险区域面积增大,呈片状分布在黑龙江研究区西部、吉林西部及辽宁东部的宽甸、岫岩。     

水稻抽穗扬花期极端高温发生时空特征及热害风险区识别——以南充市为例

以2000—2018年南充市水稻抽穗扬花期（7—8月）气象站点逐日最高气温数据为基础,通过年距平法、累计距平法提取南充市极端高温发生的时间特征;计算包括市域范围内及周边地区17个站点的多年水稻高温热害累积指数,并借助ANUSPLIN软件进行插值以获得南充市极端高温发生的空间特征;最终结合水稻种植范围、人口数量分布数据以及高温热害风险性分析模型识别南充市各等级水稻高温热害风险区。结果表明： 2006年为研究时段极端高温发生最严重的年份,其次是2017年,极端高温发生日数较常年明显偏多。2010年为南充市气温变化的转折点,2010—2018年平均日最高气温明显高于2000—2010年,预计未来极端高温天气出现的频率和强度持续增大。蓬安县、营山县为遭受极端高温天气最频繁的两个县,其次是高坪区、南部县和西充县。水稻高温热害高风险区在高坪区、营山县分布最多,中风险区在各县均有较广泛分布,而低风险区则集中分布在南部县西北部、阆中市北部和营山县东北部的山地、丘陵。水稻高温热害风险区的识别能为人们更好地安排农业生产和政府更科学地进行城市规划与改造等提供参考依据。     

长江中下游水稻生长季极端高温和低温事件的演变趋势

选取长江中下游稻区为研究区域,结合长江中下游6省实际水稻观测数据,从近30年的气候统计资料中提取发生在水稻生长关键期的极端高温和低温事件,并从极端事件发生的频次和强度两方面作了年代间的对比分析,探讨了水稻生长季极端气候事件的演变特征。结果表明,单季稻孕穗至灌浆期间的极端高温事件在长江以南地区发生频次比以北地区每年平均多2～3次;和20世纪90年代相比,2000年至今发生频次每年平均增多1～3次,强度增加0.5～1.3℃。早稻播种育秧期和晚稻抽穗至灌浆期的极端低温天气在长江以北地区的持续时间大于以南地区。与20世纪90年代相比,2000年至今,早稻播种育秧期间极端低温天气的持续时间在长江以南地区和以北地区分别减少1～3和4～7d,低温强度减少0.5～1.5℃;而晚稻抽穗至灌浆期极端低温天气在长江以北地区持续天数有小幅减少,但强度有所增加;而长江以南地区持续天数小幅增加,但强度有明显的减弱。     

东北地区玉米主要气象灾害风险评价模型研究

【目的】农业生产过程中经常面临着一种以上气象灾害的威胁。目前,农业气象灾害风险评估普遍是以单一灾种对承灾体的影响为研究对象,无法反映真实气象条件下农业生产面临的综合风险;作物在不同发育时期或发育阶段遭受气象灾害对最终产量的影响有所不同。本文以东北地区玉米为例,研究基于作物不同发育阶段多种气象灾害风险评价方法与技术体系。【方法】将东北玉米生育期划分为播种-七叶、七叶-抽雄、抽雄-乳熟、乳熟-成熟4个发育阶段,把冷害、干旱、涝害作为3种主要气象灾害,利用玉米发育期、气象、土壤、作物面积和产量等多元资料,根据自然灾害风险理论和农业气象灾害风险形成机制,以一定区域自然灾害风险由自然灾害危险性、承灾体的暴露性和脆弱性及人类防灾减灾能力4个因素综合作用的“自然灾害风险四要素说”为理论依据,在全面分析东北玉米发育阶段冷害、干旱、涝害的孕灾环境和致灾因子的危险性、承灾体的暴露性和脆弱性、人类防灾减灾能力四要素的基础上,从风险四要素的内涵出发选取风险评价指标。采用孕灾环境多指标法,从气象、作物、自然地理等方面选取指标全面反映发育阶段主要气象灾害的危险性;从承灾体暴露性、脆弱性的内涵出发选取评估指标;鉴于防灾减灾能力比较滞后的研究现状,选用产量变异系数综合反映防灾减灾能力,形成了比较完备的发育阶段主要气象灾害风险评价指标体系。由于农业气象灾害成因的多要素性、复杂性,影响要素之间的模糊性和不确定性,利用层次分析法确定发育阶段主要气象灾害风险四要素及危险性指标的权重。利用自然灾害风险指数法构建发育阶段主要气象灾害风险评估模型。利用加权综合评分法构建发育阶段主要气象灾害危险性评价模型,发育阶段3种主要气象灾害频率之比作为权重系数反映不同发育阶段主要气象灾害的相对严重程度。【结果】在发育阶段主要气象灾害风险评价的基础上,利用加权综合评分法构建作物生育期主要气象灾害风险评估模型,根据作物减产率与4个发育阶段主要气象灾害风险指数的相关性调试确定各发育阶段风险指数的权重系数,建立比较完备的基于发育阶段的主要气象灾害风险评价指标体系,构建发育阶段主要气象灾害风险评价模型、发育阶段主要气象灾害危险性评价模型及生育期主要气象灾害风险评价模型,进而初步建立了东北玉米基于发育阶段的多种农业气象灾害风险评价技术体系。【结论】对东北典型全域灾害年份及代表站点主要气象灾害典型年份关键发育阶段主要危险性指标与减产率的分析表明,发育阶段主要气象灾害危险性指标的选取是合理的。     

杭嘉湖平原水稻高温热害 时空变化特征研究

全球气候变暖背景下，极端高温天气频发，高温热害对水稻的影响愈加突出。杭嘉湖是我国水稻的重要产区之一，研究该地区水稻高温热害时空变化特征对提高粮食产量具有重要意义。本文根据杭嘉湖多个气象站的历史观测资料，基于数值统计、线性回归分析方法，分析气候变化背景下，杭嘉湖水稻高温热害的空间分布、时间变化趋势（包括年际变化和年代际变化特征），以期为相关部门制定高温热害适应性对策提供科学依据。结果表明：（1）杭嘉湖平原的杭州、湖州地区发生水稻高温热害频次和强度均大于嘉兴地区；（2）整个杭嘉湖平原高温热害发生的频次和强度随时间变化波动幅度较大，三个地区基本是同步波动的；（3）总体上高温频次和强度表现出增长趋势，其中在2000-2009年代高温热害频次最多、强度最大。     

长沙市主要农业气象灾害风险区划

该文采用长沙地区四个国家气象站1981～2010年逐日气象资料与长沙地区地形高程资料(DEM),对影响长沙的六种气象灾害进行风险等级区划分析,以期为长沙市农业生产的气象灾害防御提供依据。结果表明：(1)长沙市大部分地区为高温热害高风险区,干旱灾害、倒春寒灾害中等风险区,洪涝灾害、五月低温灾害、寒露风灾害低风险区。(2)大围山、连云山、伪山为洪涝灾害、倒春寒灾害、五月低温灾害、寒露风灾害次高或高风险区,干旱灾害、高温热害低风险区。(3)连云山与大围山之间的峡谷地带为洪涝灾害高风险区,长沙市区南部湘江河谷地带为倒春寒灾害高风险区。(4)通过K-means聚类分析,长沙市农业气象灾害气候风险可划分为高温热害、干旱,较高的倒春寒的气候风险区等六个区。     

四川凉山州水稻盛夏低温危害及对策

利用凉山州水稻社会产量和多年地理分期播种试验资料,较为详细地分析了盛夏低温对水稻产量影响的关键时期和定量指标。在此基础上,研究了凉山州盛夏低温的时空规律和年代际变化特征,提出了抗御盛夏低温危害的对策措施。     

北方农业气象灾害的时空分布特征研究

[目的]研究北方农业气象灾害发生的时空分布特征。[方法]基于北方各省区多年的统计数据,采用地学统计以及GIS相结合的方法,对北方各地区多年的干旱、洪涝、冰冻、风雹等主要农业气象灾害数据进行了时空格局的分析,阐述了近年来我国北方地区各种农业气象灾害发生的频率和动态变化的空间分布特征。[结果]北方不同的农业气象灾害具有明显的时空分布特征,20世纪80年代受干旱和风雹影响较大,90年代以洪涝灾害为主,2000—2010年则以洪涝和低温冷冻为主;从整体受灾率和成灾率上讲,北方各地区从大到小依次为华北区、东北区、西北区。[结论]该研究为北方各地区农业气象灾害预警机制的建立和完善提供依据。     

中国玉米生育期变化及其影响因子研究

【目的】在全球气候变化背景下,分析中国玉米播种期和成熟期的变动情况以及气候资源变化特征。【方法】在收集整理全国2 414个县的玉米生育期数据的基础上,绘制了1970s和2000s中国玉米的播种期与收获期分布图;在整理全国618个气象站点1971-2010年气象资料的基础上,绘制了1970s时段和2000s时段中国年均温度、降雨和太阳辐射量空间分布图。以农业种植一级区为基本单位,建立不同区域农业气候资源变化与玉米生育期变化的回归方程,并将PRECIS模型中B2情景数据代入方程组预测2030s中国玉米的生育期。【结果】与1970s时段相比,2000s时段东北大豆春麦甜菜区的玉米播种期基本保持不变;其它各农业种植一级区的玉米播种期均提前约1-15 d;除东北大豆春麦甜菜区和北部高原小杂粮甜菜区春玉米的成熟期平均推迟了11 d和3 d,2000s时段其它玉米种植区域的成熟期平均提前3-12 d。2000s时段云贵高原稻玉米烟草区的玉米生育期缩短约5 d,黄淮海棉麦油烟果区、华南双季稻热带作物甘蔗区和西北绿洲麦棉甜菜葡萄区的玉米生育期基本保持不变;其它各区域玉米生育期均有所延长。与2000s时段相比,B2情景下,2030s东北大豆春麦甜菜区的春玉米播种期将推迟2-5 d,其它各农业种植一级区的玉米播种期将提前2-19 d;东北大豆春麦甜菜区、北部高原小杂粮甜菜区和华南双季稻热带作物甘蔗区的玉米成熟期将推迟4-15 d,黄淮海棉麦油烟果区、长江中下游稻棉油桑茶区、川陕盆地稻玉米薯类柑橘桑区和云贵高原稻玉米烟草区的玉米成熟期将提前2-12 d,南方丘陵双季稻茶柑橘区和西北绿洲麦棉甜菜葡萄区的玉米成熟期则基本保持不变。2030s时段黄淮海棉麦油烟果区和云贵高原稻玉米烟草区的玉米生育期则将缩短3-6 d,其它区域的玉米生育期将延长2-15 d。【结论】中国气候正朝着增温、变干和低辐射的方向发展。受温度、降雨和太阳辐射量变化的影响,中国不同农业种植区域内玉米生育期变动明显,其中除东北大豆春麦甜菜区外玉米播种期以提前为主,玉米成熟期的变动则较为复杂,玉米的生育期则以延长为主。