1961—2018年黑龙江省干湿气候的时空格局特征

黑龙江省作为中国粮仓和东北亚生态屏障,旱涝对该区域农业生产及生态安全具有重要影响。为明确区域气候干湿状况的时空格局特征,根据黑龙江省62个气象站点1961—2018年逐日降水量资料,采用标准化降水指数(I_(SP)),利用气候趋势、Mexican Hat小波分析、经验正交函数(EOF)等方法,分析了黑龙江省近60年的气候干湿时空格局特征。结果表明:1961—2018年,黑龙江省年尺度标准化降水指数(I_(SP12))值在波动中呈微弱的增加态势,气候状况总体表现为湿润化趋势;季节尺度上,春季、秋季、冬季的气候均呈湿润化趋势,其中春季和冬季湿润化趋势较明显,均通过了0.01水平显著性检验,夏季总体呈不显著的干旱化趋势。年尺度I_(SP12)存在7 a主周期、28 a次周期,春季I_(SP3)(3个月尺度的I_(SP)值)存在24 a主周期,夏季I_(SP3)存在7 a主周期,秋季I_(SP3)存在7 a主周期、3 a次周期,冬季I_(SP3)存在28 a主周期、2 a次周期。且在未来一段时间内,黑龙江省年和季节气候在其主周期内均将处于湿润期。年气候干湿状况的空间变化具有3种典型模态,4个季节则均具备2种典型模态,年和四季的第一典型模态对应的典型场分布均为正值,具有全局一致型的空间变化特征,年季节尺度的气候整体干湿变化基本同步。松嫩和三江两大平原区是区域气候干湿变化的敏感区域。     

黑龙江省热量资源变化及其对作物生产的影响

气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971—2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性倾向率、累计距平、M-K检验和经验正交函数(EOF)方法等统计方法,分析了热量资源变化特征及突变特征,以及对农业生产的可能影响。结果表明:≥10℃积温和≥0℃积温分别以86.7℃?d?(10a)-1和80.5℃?d?(10a)-1的速率显著增加,无霜期呈延长趋势[倾向率为3.8 d·(10a)-1];≥10℃积温和无霜期在1993年发生突变,突变后二者初日提前,终日延后。≥10℃积温和≥0℃积温的增加幅度西部大于东部,无霜期延长幅度中西部大于东北部,农业热量资源变化幅度大的地区亦是热量敏感区域。热量资源增加对农业的影响,表现在农作物适宜生育期延长;适宜水稻和玉米种植的区域向北、向西扩张,大豆种植重心北移;原适宜种植极早熟、早熟品种的区域逐步被中熟、中晚熟品种替换。热量增加使水稻、玉米和大豆三大作物产量的进一步提高成为可能。     

黑龙江省旱作玉米生产降水利用效率潜力演变特征

研究旱作玉米降水利用效率潜力可反映降水对其产量的贡献,对作物布局具有重要意义。利用黑龙江省80个气象站1961—2017年逐日气象资料及玉米生育期和产量资料,运用EOF经验正交函数、小波分析及数理统计方法,分析了旱作玉米降水利用效率潜力时空演变特征。结果显示:1961—2017年玉米降水利用效率潜力总体呈现阶段性微升态势,振幅为33～59 kg/(hm~2·mm),且依次存在28,15,5,8 a周期变化,1961—1979年和1992—1998年为上升阶段、1980—1991年和1999—2017年为下降阶段;玉米降水利用效率潜力空间分布高值中心以黑河—齐齐哈尔东南部—大庆—哈尔滨—双鸭山—佳木斯—伊春为闭合区域,高值为黑河的五大连池,低值中心在大兴安岭地区的呼玛北部地及牡丹江市的宁安一带,高值区域内玉米降水利用效率潜力振幅变化稳定,其他区域以高值区域为中心向外侧逐渐递减;玉米降水利用效率潜力齐齐哈尔东南部—大庆—哈尔滨闭合区域尚有30～50 kg/(hm~2·mm)潜力可以挖掘,在大兴安岭地区的呼中以北地区可挖掘潜力不足10 kg/(hm~2·mm)。不同的玉米种植区域,可采取合理密植、保墒耕作、适时施肥等措施提高玉米降水利用效率潜力。     

黑龙江省夏季低温指数变化特征分析

为了解近44年来黑龙江省夏季低温指数的分布规律和变化趋势。利用1971-2014年黑龙江省80个气象台站夏季日最低气温和平均气温观测资料,结合低温指数模型,通过趋势变化、小波分析和Mann-Kendall检测等方法,分析黑龙江省夏季低温指数的变化特征。结果表明:黑龙江省夏季平均低温指数呈减少趋势,夏季低温指数在20世纪80、90年代和21世纪初变化不明显,而2010s以来明显减少,夏季平均低温指数较春季小。气温从1980s升温以来,低温指数明显减少,夏季低温指数自1970s中期以来明显减少,低温指数序列突变开始于1983年前后,夏季低温指数变化与气温呈负相关。夏季低温指数存在18～32 a,6～14 a和4～8 a三个尺度的周期变化,其中18～32 a尺度非常稳定且具全域性,在1980s中期以前6～14 a尺度较为稳定,在1980s中期以后4～8 a尺度较为稳定,7～12 a尺度年周期变化最明显但有局域性(1980s中期以前),24～31 a尺度能量虽弱且具有全域性。夏季低温指数有26、8、和5 a的主周期,其中第一主周期为8 a,平均周期为5.5 a;第二主周期为26 a,平均周期为14.5 a。     

黑土区马铃薯气候生产潜力对气候变化的响应及优势产区增产空间研究

揭示黑龙江省马铃薯气候生产潜力的时空演变,明确气候变化的影响效应,了解优势产区的增产潜力,以期为指导黑土区马铃薯优化生产布局、保障黑土区粮食安全提供基础参考。利用黑龙江省80个气象站点1961—2020年的逐日气象资料及马铃薯地段产量资料,采用逐步订正法,精细化评估马铃薯各级生产潜力的时空变化特征,量化辐射、气温、降水主要气候变化因子的影响效应,优化松嫩平原西部马铃薯优势产区的种植空间。结果表明：1961—2020年黑龙江省马铃薯光合、光温、气候生产潜力平均值分别为28885、25802、13843 kg/hm²;光合、光温和气候生产潜力分别表现为不显著的上升、下降和下降趋势;与潜在生育期内辐射、气温、降水的趋势一致。马铃薯光合、光温生产潜力呈现出自北向南逐渐递增的纬度特征,高值区位于松嫩平原南部及牡丹江南部局地;气候生产潜力自中部向周围递减;气候变化对马铃薯气候生产潜力的影响为：辐射的影响为正效应,气温、降水及气候变化综合的影响均以负效应为主。对于松嫩平原南部降水偏少地区,增温、降水量增加有利于提高马铃薯气候生产潜力,而对于东部降水偏多地区影响为弊大于利。松嫩平...     

黑龙江省主要农业气象灾害时序特征及其对大豆产量影响的灰色关联分析

为了探讨黑龙江省农业气象灾害对大豆产量的影响,基于1974—2016年黑龙江省农业气象灾害以及大豆产量的数据,采用数理统计方法,分析黑龙江省农业气象灾害和大豆产量时序变化特征。建立基于灰色关联分析法的数理模型,引入受灾范围和灾害强度构建受灾比率,以1998年为节点,将研究期划分为1982—1998年和1999—2016年2个阶段进行研究。结果表明:黑龙江省农业气象灾害对大豆生产存在负面影响;无论是受灾范围还是受灾强度,干旱都是第1阶段（1982—1998年）黑龙江省大豆生产的关键农业气象灾害;第2阶段（1999—2016年）洪涝灾害对灾害范围影响大,风雹对受灾强度影响大。第1阶段（1982—1998年）是大豆受灾严重的时期,4类灾害对大豆的总产和单产的影响都很大。在第2阶段（1999—2016年）,4类灾害对大豆单产的影响大于对总产的影响。     

黑龙江省大豆生长季干旱时空格局

为精细化诊断大豆生长季干旱，提高干旱评估的准确性，采用连续无有效降水日数指标来表征干旱，以累积的干旱持续天数将干旱分为5个等级，即无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱；并以干旱强度、干旱频率和干旱范围三因子分析1971-2016年间大豆生长季的干旱时空特征。研究表明，1971-2016年间，在大豆生长季，松嫩平原西部的平均干旱强度最强，其中松嫩平原西南部干旱日数超过了90 d，但三江平原东北角和黑河中部干旱强度气候倾向率高于2.5 d·10a^-1，有明显的增强趋势，而牡丹江东南部干旱强度气候倾向率低于-2.5 d·10a^-1，有较强的减少趋势；松嫩平原西部中度以上干旱频率超过90%，松嫩平原西南部重度以上干旱频率超过50%。1971-2016年中，1976年、1979年、1982年、1989年、1999年、2001年、2004年和2007年约56%~77%的气象观测站点表现为重度以上干旱，长达3个月的时间大豆处于干旱缺水状态，且2007年干旱范围和强度表现最典型。大豆生长季逐日干旱频率动态变化均以“V”形为主要特征，逐日干旱频率从大豆播种出苗期约60%~90%降低至开花结荚期40%以下，但鼓粒-成熟期又上升至40%~80%；从大豆安全性种植角度来评价地域差异，黑龙江省中部好于东部，东部好于西部，西部的北部好于西部的南部。     

基于SWAT模型的西辽河流域自然湿地演变过程及驱动力分析

基于SWAT模型模拟、景观转换分析、地理探测器计算等方法，使用气象观测、数字高程模型、土地利用遥感监测、植被指数等数据，以西辽河流域为研究对象，划定流域边界，分析1980-2015年西辽河流域的面积变化和景观动态变化特征，研究自然和人为因素对湿地变化的驱动效应。结果表明：1980-2015年西辽河流域湖泊和沼泽面积均呈下降趋势，多数土地利用类型侵占过沼泽和湖泊，其中耕地侵占的面积最大；1980年以来西辽河流域经历了干-湿-干的变化过程，大部分时间为干生生境；2000-2015年西辽河流域沼泽湿地生长季NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）平均为0.30，年GPP（Gross Primary Productivity）平均为257.73 g/(m2·a)，均呈极显著上升趋势；湖泊面积、沼泽湿地面积和径流深度的变化与降水量和蒸散量的相关关系极显著，NDVI和GPP与生长季积温的相关关系极显著；自然因素对湿地变化的影响要大于人为因素，降水量是西辽河流域湿地变化的主要控制因子，降水量和蒸散量的协同作用对湖泊、沼泽和径流深度变化的驱动能力q＞0.70。该研究可为湿地农业综合开发和可持续发展提供科学参考。     

大兴安岭蓝莓生长气候条件分析

为了解1971—2014年大兴安岭地区蓝莓生长季平均气温的分布规律和变化趋势及对气候变化响应,利用大兴安岭地区6个气象站气温资料,采用EOF、小波分析和文献综述等方法,研究蓝莓生长季平均气温时空变化,主要气象灾害及其对气候变化响应。结果表明:大兴安岭地区蓝莓生长季平均气温呈增加趋势,周期变化存在28年和8年尺度;空间分布展现为第1特征向量正变化,第2和第3特征向量正、负相间变化;特征向量东南与西北变化相反,东与西也相反;气候变化将对蓝莓产生一定的影响,利弊均有。热量条件影响下蓝莓的气象灾害主要有寒害、霜冻和春季低温阴雨寡照天气并阐述发生情况及影响。研究结果可为确保蓝莓优质高产、避免灾害损失和科学规划提供理论参考。     

基于高光谱数据的主要农作物类型信息提取

黑龙江省是我国最大的商品粮生产基地,其农作物种植信息对于粮食估产,防灾减灾,乃至保障国家粮食安全均具有重要意义。为提高黑龙江省主要农作物种植类型信息的提取精度提供有参考意义的方法,以黑龙江省齐齐哈尔市为研究区,针对多光谱数据在区分玉米和大豆种植信息方面的局限性,基于环境减灾星高光谱数据(HSI),利用决策树法提取主要农作物类型信息。结果表明,齐齐哈尔市的土地覆盖类型以农耕地(包括大豆、玉米、水稻和其它作物)为主,占该市土地面积的70%以上,其中玉米种植区是该市最主要的土地利用类型,各作物分类精度均超过80%,总体精度达到88.71%。