基于自适应差分进化算法的水稻物候期预测模型参数自动校正

进化算法在作物模型参数校准领域已有广泛应用。由于作物模型的结构包括多组常微分方程,具有非线性、不连续、多峰值特点,因此针对作物模型特点选择合适的进化算法尤为重要。同时,进化算法自身参数对算法性能有较大影响,这些参数选择往往靠经验得出,增加了优化算法在模型参数校准过程中的不确定性。该文针对进化算法应用到作物物候期模型参数校准过程中存在着算法选择和算法参数不确定性问题,以水稻RiceGrow物候期模型为应用对象,分析比较了3类进化算法应用的精度、收敛速度以及稳定鲁棒性。比较的进化算法包括差分进化系列算法（标准差分进化算法和自适应控制参数改进差分进化算法）,协同进化遗传算法系列（个体优势遗传算法、M-精英协同进化算法）以及粒子群算法系列（标准粒子群算法、基于自主学习和精英群的多子群粒子群算法）。研究利用武育粳、雪花粘等5个品种在江苏宜兴、兴化和广东高要等不同生态点的多年田间试验资料展开量化分析。结果表明：1）利用自适应控制参数改进差分进化算法校准水稻物候期模型的品种参数准确性较高,算法自身参数易于确定。物候期模型校准以后在拔节期、抽穗期、成熟期的RMSE为1.7～4.6 d、NRMSE为1.8%～5.8%、MAD 为 1.4～3.3 d、R2为 0.977～0.997,比GA系列平均分别小0.634 d、0.608%、0.453 d、0.09%,比PSO系列平均小1.399 d、1.35%、1.039 d、0.23%。 2）自适应控制参数改进差分进化算法在水稻物候期模型参数校准问题上表现出良好的收敛速度及稳定鲁棒性。重复校准试验100次的目标函数标准偏差趋近于0,每次校准得到的品种参数值标准偏差较其他算法最小。在达到同样精准度的情况下,比标准差分算法收敛速度平均快117代,适用于实际应用实践。     

夏玉米茎流速率和茎直径变化规律及其影响因素

为了揭示夏玉米茎流速率和茎直径的变化规律及其影响因素,该研究对夏玉米生育中期的茎流变化和茎直径微变化过程进行监测,分析了二者的日变化过程及相关关系、茎流速率与环境因子之间关系、茎直径随土壤含水率的变化规律。结果表明：茎流速率日变化过程呈单峰曲线型,其变化受太阳辐射、饱和水气压差、风速等气象因子的影响显著,通过对实测数据的分析得到了茎流速率与上述气象因子的线性回归方程,为今后利用气象因子预测夏玉米的叶面蒸腾量提供了基础;茎直径微变化的日变化过程也呈现明显的昼夜变化规律,白天收缩,夜晚复原,每日茎直径最大值随土壤含水率的降低而减小,二者之间呈线性相关关系,依据这一关系可利用茎直径微变化诊断作物缺水状况。     

丽水低温霜冻的气候变化特征及其对春茶始采日的影响

利用1954—2015年丽水冬季、春季逐日气温观测资料以及2001—2015年丽水市农业局茶叶站资料,根据茶叶低温冻害的气象灾害指标,统计丽水茶叶低温冻害的发生发展情况,并采用多尺度趋势等方法分别从年、月尺度分析低温冻害的气候变化特征,利用相关分析等统计方法研究丽水低温冻害对春茶始采日的影响。结果表明:近62 a来,1月发生冬季冻害的频次最高;2月发生早春霜冻的概率最高,2月茶叶发生轻度、中度和重度早春霜冻的年平均日数分别达到4.8 d、3.9 d和3.9 d。早春霜冻日数呈显著递减趋势,气候倾向率为每10 a减少1.3 d;极端最低气温呈增加趋势,约每10 a升高0.3℃。3种早春霜冻等级,以轻度霜冻为主,占霜冻总日数的53.8%,中度霜冻和重度霜冻日数分别只占霜冻总日数的27.4%和18.8%。低温霜冻对春茶采摘的影响,主要以早春霜冻为主,且以轻度霜冻对始采日的影响最显著,霜冻日数与春茶始采日呈正相关,极端最低气温与始采日呈负相关,即霜冻日数越多,气温越低,春茶达到萌芽的时间越长,始采日也相应推迟。     

1961-2015年黄淮海平原夏玉米干旱识别及时空特征分析

利用黄淮海平原内气象数据、农业气象数据、夏玉米实际灾情资料,参考标准化降水指数SPI的计算公式,结合实际干旱灾情数据构建夏玉米干旱指数SPI10和SPI30,并分析黄淮海平原夏玉米生长季干旱的时空分布特征。结果表明：播种-抽雄期、抽雄-成熟期的旬尺度SPI10干旱阈值分别为-0.10和-0.35、月尺度SPI30干旱阈值分别为-0.60和-0.65,灾情验证结果显示时间尺度更小的SPI10在反映黄淮海平原夏玉米干旱特征方面效果更好。基于SPI10分析了黄淮海平原夏玉米干旱的时空分布特征,发现播种-抽雄期的平均干旱频率和干旱强度均明显高于抽雄-成熟期,并且干旱强度的时空分布特征均与干旱频率较为一致,一般表现为干旱频率越高的地区,累计干旱强度也越强;同时,75%的年份中播种-抽雄期的干旱范围大于抽雄-成熟期。综合以上结果,黄淮海平原夏玉米在营养生长阶段更容易受到水分缺失的影响,更易发生干旱胁迫。     

龙眼产量与关键发育期气象条件关系试验初探

对2003～2007年玉林市主栽的石硖龙眼分两个区进行主要发育期观测,同时进行气象要素平行观测,结合近五年龙眼产量的丰歉与关键发育期气象条件的关系进行分析,得出影响其产量的主要气象因素是开花、结果期间遇阴雨寡照,其次为花芽分化期、花穗生长期的天气。     

基于气象资料的中国冬小麦收获指数模型

【目的】建立基于气象资料的中国冬小麦收获指数统计模型,为构建作物产量模型提供支持。【方法】获取河南、河北、山东合计30个农业气象观测站近20年冬小麦农业气象观测数据,利用时间序列分析方法提取趋势收获指数,收获指数观测值与趋势收获指数差值即为由气象要素决定的气象收获指数。采用逐步回归分析方法建立基于气象要素的冬小麦收获指数统计模型,模型模拟并反映气象要素变化对冬小麦气象收获指数的影响。【结果】冬小麦关键生育期气象要素与气象收获指数相关关系显著,但单站尺度和区域尺度的显著性水平存在差异。利用209组独立数据,分别在单站和区域尺度对建立的冬小麦收获指数模型进行了验证,单站尺度上模型模拟值与实测值的线性相关系数和斜率分别是0.65和0.4(2n=209,P0.001),均方根误差12.2%,平均偏差-2.4%,拟合指数75.8%,模拟效率42.3%;区域尺度上模型模拟值与实测值的线性相关系数和斜率分别是0.56和0.33(n=209,P0.001),均方根误差13.3%,平均偏差-1.3%,拟合指数为69.0%,模拟效率为31.7%。【结论】基于气象资料构建的冬小麦收获指数模型可以较好地模拟不同气象条件下冬小麦收获指数的动态,该模型可与作物NPP模拟模型相耦合,用于区域尺度上冬小麦产量的模拟研究。     

2008年华南前汛期连续性暴雨过程成因探析

利用NCEP/NCAR 1970～2008年5～6月逐日平均高度、温度、湿度、风场、海平面气压等再分析资料,分析2008年华南前汛期连续性暴雨过程的大气环流特征,并探讨了连续性暴雨过程的成因。结果表明,连续性暴雨过程期间大气环流出现异常变化,中高纬度西亚脊稳定、东亚槽偏深、东亚上空西风带经向度偏大、副热带高压偏西、南支槽活跃,有利于华南前汛期暴雨形势的出现;极涡的异常变化使得影响我国的冷空气活跃,有利于极地冷空气不断分裂南下;华南沿海附近存在异常的对流增强活动,使得华南沿海暖湿气流活跃,有利于强对流天气的发生;孟加拉湾的对流增加与南海夏季风的活动密切相关,连续性暴雨期间强降水过程与夏季风的增强相对应;在连续性暴雨期间,我国东部特别是华南沿海地区水汽输送通量明显偏多,低层为水汽异常辐合,为连续性暴雨过程提供了充足的水汽;南亚高压的异常变化为2008年前汛期华南暴雨过程的发生提供了动力条件,是前汛期暴雨过程频繁的动力机制。     

植物根系模拟进展

为了构建高精度的植物根系模拟模型,进而提高陆面过程模型的模拟精度和提高农业气象防灾减灾的能力,归纳了根系的统计模型、形态可视化模型和机理模型发展,分析了根长、根密度、根生物量和根表面积等根系指标的模拟模型,展望了根系模型发展趋势。认为由于根系研究的不易性,目前根系模型发展还主要停留在根系指标与非环境因素（如时间、土层深度）的统计拟合关系,随着现代化地下根系观测系统的发展,根系生长与多环境因子的定量关系模型成为将来根系模拟的重要方向,环境因子对根系生理生态的影响机制是根系模型发展的关键。     

气候变化对莒县农业气象灾害的影响及对策

气候变暖已成为气候变化的主要特征。通过对莒县1951—2005年55年间的观测资料统计分析,结果表明,莒县70年代前和80年代后发生了很大的变化,暖冬现象日趋明显,年降水量呈下降趋势,干旱、洪涝、冻害、冰雹、连阴雨、大风、龙卷风、病虫害等农业气象灾害发生了相应的变化,主要表现在干旱、大风、冰雹、病虫害等灾害增加、洪涝、霜冻、干热风、连阴雨、冻害等灾害减少。针对气候变化对农业气象灾害产生的种种影响,需要人们在防灾减灾中制定相应措施,通过实施植树造林,荒山育草、大搞农田水利建设、积极开展人影作业、加大治污力度、抓紧农气自动站建设、做好天气预报气象服务等工作,来达到趋利避害、保障生态环境的安全和农业的可持续发展