基于改进权重湿润指数的东北地区春玉米涝渍灾害评估方法

【目的】研究东北地区春玉米涝渍灾害评估方法,为气候变化背景下东北地区春玉米合理生产和管理提供科学依据。【方法】以权重湿润指数为基础,采用作物需水量代替参考作物蒸散量,构建改进权重湿润指数;运用1986—2015年东北地区春玉米生育期内涝渍灾害事件与改进权重湿润指数耦合方法、基于K-S检验的正态分布显著性检验方法和t-分布区间估计方法等,确定基于改进权重湿润指数的东北地区春玉米不同生育阶段涝渍强度分级阈值;从农田土壤相对湿度与改进权重湿润指数相关性和拟合关系检验,改进权重湿润指数、权重湿润指数评估结果与历史灾情结果一致性检验,以及典型年份涝渍灾变过程动态评估准确性检验3个方面,对改进权重湿润指数评估春玉米涝渍灾害的精度进行验证;分析东北地区春玉米不同生育阶段涝渍强度空间格局,揭示其规律特征。【结果】（1）改进权重湿润指数与不同深度的土壤相对湿度均达到极显著相关（P<0.001）,除玉米快速发育期外,其他生育期内二者相关系数最大值均出现在20 cm深度土壤相对湿度;将不同生育阶段改进权重湿润指数与20 cm深度土壤相对湿度间进行Slogistic曲线拟合,决定系数（R ²）最大值出现在生育中期（0.46）,其后依次是生育后期（0.34）、快速发育期（0.31）和初始生长期（0.21）,均方根误差（RMSE）最小值出现在生育后期（0.49）,其后依次是生育中期（0.51）、初始生长期（0.52）和快速发育期（0.56）,不同生育阶段拟合曲线中90%的20 cm土壤相对湿度所对应的改进权重湿润指数值最小值出现在初始生长期（0.77）,其后依次是快速发育期（1.12）、生育中期（1.21）和生育后期（1.25）。（2）与随机预留的春玉米涝渍灾害事件测试样本中灾情判定结果相比,权重湿润指数评估结果的完全准确率为26.7%,部分准确率为66.7%;改进权重湿润指数评估结果的完全准确率为66.7%,部分准确率为93.3%。（3）以嫩江、白城和沈阳3个代表站点1998年春玉米生育期内涝渍灾害为例,对比降水、权重湿润指数和改进权重湿润指数随时间变化的过程曲线,发现改进权重湿润指数所反映的当年涝渍发生时间和强度等级与灾情资料更为相符,而其大小还可直观表征涝渍强度动态变化。（4）春玉米不同生育阶段各强度等级的涝渍频率差别较大,黑龙江中部、吉林东南部、辽宁东南部为中度及以上涝渍频率的高发区,生育中期是中度及以上涝渍频率高发期。【结论】基于改进权重湿润指数的东北地区春玉米不同生育阶段涝渍强度分级阈值划分方法结果可靠,可表征农田涝渍实际发生状况;相对于权重湿润指数而言,改进权重湿润指数不仅对春玉米涝渍灾害评估准确率更高,而且更适于对涝渍灾变过程的跟踪和动态评估,对于揭示气候变化背景下东北地区春玉米涝渍灾变机制和时空演变规律具有重要意义。     

1962-2010年潜在干旱对中国冬小麦产量影响的模拟分析

旱灾是冬小麦生产中常见的气象灾害,该研究旨在了解气候变化背景下中国冬小麦小麦受干旱的历史影响及变化情况,这对合理指导冬小麦生产的减灾、防灾,稳定冬小麦产量有重要的指导意义和作用。该研究采用CERES-Wheat模型,模拟了1962-2010年潜在干旱对中国冬小麦产量影响的时空变化趋势,并分析其与大气环流因子间的关系,以期了解中国近50a来冬小麦受旱程度的变化情况。结果表明:1)1962-2010年中国冬小麦因干旱造成的潜在产量损失总体呈上升的趋势,但不同时期表现不同,其中20世纪60年代、20世纪80年代表现为下降趋势。2)在过去近50a里,中国冬小麦潜在旱灾产量损失中心有向西北移动的趋势,这主要是受黄土高原和河西走廊地区受旱程度增强的影响。3)中国冬小麦潜在旱灾产量损失中心的经纬度和影响中国降水的副热带高压、北极涡系统的部分指数具有显著的负相关关系。冬小麦生长季同期(前一年10月-当年5月)的副热带高压系列指数与中心的相关关系表现显著,而生长季同期和生长季前期(前一年6月-前一年9月)的北极涡系列指数与中心都具有显著的相关关系。当冬小麦生长季同期北半球的西太平洋副高、印度副高和南海副高的强度偏强、范围偏大时,潜在旱灾产量损失中心的位置将会偏西;当北极涡在冬小麦生长季前期或同期偏大偏强时,中国冬小麦潜在产量损失中心将偏南,反之亦然。     

我国北部农牧交错区城郊土地利用时空变化—以包头市为例

以包头市城郊区为例 ,在地理信息系统支持下 ,以乡镇 (苏木 )为研究单元 ,研究本地区土地利用时空动态变化过程 ,并分析其变化驱动因素。从微观角度分析了北方农牧交错区城郊区土地利用变化特征。农牧交错区是人类活动影响强烈之地带 ,土地利用变化与土地持续研究利用 ,对生态安全和地区持续发展具有十分重要的意义。     

晚霜冻胁迫后冬小麦株高降低及其与籽粒产量关系

【目的】探究晚霜冻胁迫对冬小麦株高及其构成因素的影响,阐明株高降低特性及其与节间长、穗长和籽粒产量的内在关系,为晚霜冻害评估指标的建立提供依据。【方法】基于低温室和田间可移动式霜箱2种模拟霜冻手段,分别以冬小麦幼穗发育阶段(小花原基分化、雌雄蕊原基分化、药隔形成、四分体形成和抽穗期)和零下处理温度(-1℃、-3℃、-5℃、-7℃、-9℃和-11℃)为梯度,共开展6期盆栽试验和3期小区试验;在考察植株茎部冻害、测定株高与其构成因素、统计籽粒产量要素的基础上,运用方差分析、回归函数拟合、以及突变检验等方法研究晚霜冻胁迫下株高降低特性,分析各构成因素对株高的贡献、以及株高与籽粒产量的回归关系。【结果】(1)在雌雄蕊原基分化至药隔形成后期,株高随处理温度降低而呈突变性降低特征,处理温度低于-5℃左右时突变开始,且不同植株个体、品种间有一定差异;在同一处理温度下,株高最大降幅出现在药隔形成后期。(2)在雌雄蕊原基分化期、药隔形成前期和药隔形成后期,对株高贡献排前两位的节间分别为倒四节间和倒三节间、倒三节间和倒二节间、倒二节间和倒四节间,其长度均因冻害胁迫而显著缩短,且与株高呈极强显著相关性(P0.001),此时株高亦呈显著降低趋势。(3)株高与穗粒数、千粒重、单株产量之间的回归模型符合幂函数曲线特征,其中,单株产量的降幅随株高降低而呈现先快后慢的变化态势;当单株产量因冻害胁迫降低至1.5 g以下时,其随株高继续降低而不再明显减少,此时穗粒数变化也已不大。【结论】在模拟晚霜冻胁迫条件下,正在伸长或待伸长的冬小麦节间长度与穗长显著缩短;当缩短节间与对株高起主要贡献的节间相一致时,株高显著降低。利用节间缩短特性、以及单株产量和株高降低之间的幂函数关系模型,可为冬小麦生长后期植株倒伏以及产量损失风险评估方法提供新的研究途径。     

黄淮冬麦区晚霜冻易发时段冠层内最低气温分布及估算

利用2016年和2017年3月中旬?4月下旬两次典型低温过程中,冬小麦田间不同高度逐小时气象观测数据,分析晚霜冻易发时段冬小麦冠层内最低气温出现高度及其变化规律,构建基于150cm高度处气象因子和地表0cm温度的冠层内最低气温估算模型。结果表明：（1）与150cm高度相比,两次典型低温过程中0℃以下气温在冠层高度附近出现时间更早,持续时间更长且温度更低;（2）最低气温总是出现在4/5冠层高度附近,并在2：00?6：00时段,尤以5：00左右发生频率最高;（3）冠层内最低气温与150cm高度处相对湿度、风速的相关性通过了0.01水平的显著性检验,与不同高度气温、不同土壤深度地温的相关性也通过了0.001水平的显著性检验,与地温的相关性随着土壤深度的增加而逐渐降低;（4）冠层内最低气温与150cm高度处气温、风速、相对湿度,以及0cm地温的偏相关系数大小排序表现为,气温＞风速＞地温＞相对湿度;利用以上因子构建基于多元线性回归函数的冠层内最低气温估测模型,其估测值与实测值拟合结果的决定系数达到0.967,均方根误差为0.915。说明基于气象台站常规观测数据构建冠层内最低气温估测模型具备一定可行性,可为冬小麦晚霜冻害的监测预报提供数据支持。     

2008年低温雨雪冰冻灾害对种植业的影响

通过面上调查、数据收集和实地调查相结合的方法,对2008年1月10日-2月中旬低温、雨雪、冰冻灾害进行调查,采用分作物按不同受灾等级面积评估灾情,估算不同作物、不同省份的作物产量损失。结果表明,这场低温雨雪冰冻灾害范围广、强度大、持续时间长;此次灾害中种植业遭受到了严重损失,农作物受灾14317．7千hm^2,其中成灾面积达到7375．3千hm^2,绝收面积1971．1千hm^2;全国受灾的20个省（区、市）中湖南省损失最为严重;受灾农作物中以油菜、冬种蔬菜、温室大棚、柑桔、茶叶损失最重。     

黄淮冬麦区气象因子与小麦晚霜冻害关系研究——以商丘市为例

基于1956-2015年商丘市气象数据和霜冻害资料,研究黄淮冬麦区商丘市气象因子与霜冻害的关系,以及气温、地温、相对湿度、风速与草面温度的偏相关和多元线性回归关系。结果表明:随着全球气温变暖,商丘市冬春季积温以4.35℃·d·a~(-1)的速率逐年增加;晚霜冻害除受冷空气活动影响外,与前期积温和降水量密切相关,冬春季积温偏高或降水量偏少的情况下易发生晚霜冻害;随着小麦幼穗的发育,其对低温的敏感度增加,且可引起霜冻害的最低温度有逐渐升高的趋势;气温、地表温度、平均相对湿度、平均风速与草面温度呈极显著相关(P0.01),偏相关系数的大小表现为地表温度气温平均相对湿度平均风速,可见,除气温、地表温度外,平均相对湿度、平均风速也对霜冻害的发生及轻重程度起关键作用;各因子与草面温度可用模型表述为Y=0.558ST+0.482AT+0.087RH+1.304WS-12.704,经检验,线性回归方程成立,可通过该模型对草面温度进行监测,并为未安装草面温度传感器的地区提供可靠的冻害评估结果。     

北方农牧交错带土地利用及其生态背景分析

在遥感和地理信息系统技术支持下,提取年降水量、≥10℃积温、年平均风速、海拔高度、坡度等数据作为生态背景基本要素,基于NOAA/AVHRR影像分类而成的北方农牧交错带全样带1989年和2000年两期土地利用数据进行空间分析,分别研究单一和复合生态背景下土地利用的时空变化特征及其与生态背景的关系。结果表明:年降水量和年平均风速对土地利用变化的影响较为明显,特别是在坡度<15°的区域,降水对耕地和草地、年平均风速对林地和草地的影响均比较明显。≥10℃积温的变化与土地利用关系则不明显。耕地、林地、草地和城镇用地主要分布在海拔1 000~3 500 m和500 m以下、坡度为15°以下的地区,水域主要分布在海拔200 m以下、坡度为5°以下的地区。     

近20年密云县土地利用变化的时空特征研究

在RS和GIS技术的支持下,基于1988、1992、1996、2000、2004年Landsat遥感图像和2008年中巴地球资源卫星（CBERS）影像,对北京市密云县1988-2008年的土地利用信息进行提取,并计算了土地利用类型面积和转移矩阵,在此基础上定量分析了1988-2008年密云县土地利用变化的时空特征。结果表明,1988-2008年密云县城市化现象较为明显,土地利用类型中林地及耕地所占比重较大,未利用地变化最为显著,其次林地及耕地面积均有明显增加,水域面积有明显减少趋势,草地面积所占比例相对较少,面积变化不大。     

密云县土地利用动态变化预测及影响研究

以密云县为研究区,根据密云县1988—2008年的土地利用数据,利用灰色模型对密云县土地利用动态变化趋势进行了定量预测,并分析了由于土地利用的动态变化给密云县所带来的影响。结果表明:从2008年到2024年,林地、居民地及工矿用地、耕地面积将继续呈上升趋势,水域、未利用地及草地面积将逐步减少;其中林地和耕地面积增加相对较为显著;未利用地被开发速度较快;居民地及工矿用地面积在2024年将达到1988年的2.6倍;水域面积将持续下降。因此,如何做好总体规划实现可持续发展将是密云县发展过程中的主要问题。