不同ET0计算方法在内蒙古东部地区适用性比较

内蒙古东部地区,土地资源丰富,但气象站点偏少,相关气象资料匮乏,应用FAO56 Penman-Monteith法计算ET0在多数地区相对困难。依据内蒙古东部地区典型气象站点(通辽气象站)1974—2013年40年气象资料,以FAO56 Penman-Monteith法作为标准,以FAO~(-1)7 Penman法、Hargreaves-Samani法、Priestley-Taylor法、Irmark-Allen拟合法分别对ET0进行计算,就其与FAO56 Penman-Monteith法的相关性进行分析。结果表明,Hargreaves-Samani法和Priestley-Taylor法的计算结果要明显高于FAO56 Penman-Monteith法计算所得的结果,不适合内蒙古东部地区应用;FAO~(-1)7 Penman法结果与FAO56 Penman-Monteith法相关性最好,但是4—9月份相对误差较大;Irmark-Allen拟合法结果最接近FAO56 Penman-Monteith法(相对误差19%,R20.92),计算简单且所需气象资料最少,更适宜内蒙古东部地区缺测气象条件下ET0的计算。     

T-ET函数法作物需水规律和灌溉制度模型研究

以阿克苏苜蓿灌溉制度制定为例进行了研究,利用Penman-Monteith公式,通过建立作物生长天数与作物需水量的函数T-ET,构建了T-ET函数法作物灌溉制度模型。结果显示:采用32#喷嘴,射程20m,流量4.71 m3/h,有效控制面积315 m2,灌溉强度14.95 mm/h的喷灌设计,通过计算,该地区苜蓿年灌溉次数为25次,设计灌溉总量为750mm。结论表明通过灌溉制度模型可以快速地得到该地区苜蓿的需水规律和相应灌溉制度,该方法对于缺乏灌溉实验资料的区域及作物,简捷地制定出较合理的灌溉制度,具有较强的实用性。     

基于WOFOST模型的冬小麦产量动态预报方法

为了确定基于WOFOST作物模型的冬小麦产量动态预报方法及产量预报业务应用效果,利用全国冬小麦主产区内174个农业气象站冬小麦生育期、叶面积指数和土壤湿度等观测资料以及15个农业气象试验站冬小麦生物量观测资料,完成 WOFOST冬小麦模型参数本地化和区域化。利用全国冬小麦主产区约1 200个气象观测站起报日前的逐日气象资料及起报日后30 a平均气候值组成的冬小麦全生育期气象数据驱动模型,模拟得到冬小麦地上总生物量和穗干重,站点和县级尺度的冬小麦单产直接采用穗干重来进行产量预报,省级和全国区域冬小麦平均单产根据模拟值2 a间的变化幅度进行产量预报。根据不同空间尺度的历史年预报冬小麦单产与实际产量数据的对比,进行基于WOFOST模型的冬小麦产量预报方法效果检验。结果表明：（1）2014—2019年期间295个农业气象站次冬小麦产量估测平均准确率为81.8%,220个次县冬小麦单产估测平均准确率为84.3%,预报结果具有可用性;（2）12个主产省（市、区）冬小麦单产2003—2019年平均预报准确率为88.2%～96.4%,全国冬小麦单产预报准确率为93.9%～95.9%,总体预报准确率较高,说明基于WOFOST模型的冬小麦产量动态预报方法具有可行性;（3）基于WOFOST模型与统计方法的冬小麦平均单产估产结果准确率略偏低,但预报的时效性和动态性具有更好的优势,能满足作物产量预报业务需求。基于WOFOST模型的不同空间尺度冬小麦单产动态产量估测的准确率验证,说明WOFOST在作物产量预报业务应用具有可行性;利用作物模型进行基于站点尺度的产量预报能够提高作物产量预报时空精细化能力,也能扩展到大尺度区域应用以达到对农业决策和宏观调控的目的。     

黄河上游重要水源补给区参考作物蒸散量变化特征分析

利用甘南牧区4个气象观测站1971-2010年的地面气象观测资料,运用Penman-Monteith公式计算得出牧区四站逐月ET0值.通过统计分析、相关分析、小波及Mann-Kendall法等方法对甘南牧区ET0的变化特征进行了分析,并就高原上气象因子与ET0的相关性做了进一步研究.结果发现甘南牧区各县ET0年际变化呈逐年上升趋势,上升趋势达8.8～ 19.5mm/10a;1985年以前有明显的准10 a周期,2000年到2010年间出现了准5 a周期;在90年代以后的20年中上升更快,并于1996年以后出现了突增.牧区ET0夏季最大,并且逐年上升最快;冬季最小,逐年上升最慢.牧区ET0的空间分布不均匀除了与当地高原特殊地形地貌复杂性有关外,还与影响参考作物蒸散量的主要气象因子的不同有关.     

内蒙古不同气候区域参考作物腾发量估算模型适用性分析

本研究基于内蒙古自治区50个站点1951—2013年的气象资料,对文献中已有的33个参考作物腾发量(ET0)模型进行详细的统计分析,采用10个统计指标对ET0估算模型的性能进行评价,并引入全球绩效指标(GPI)来对模型进行排名.结果表明,在特干旱和干旱地区,基于质量转换(Mass transfer-based,MTB)...     

Hargreaves公式计算宁夏地区参考作物腾发量的研究

Penman-Monteith公式计算ET0需要大量的气象数据,而这些数据在一些地区尤其是不发达地区缺测情况较多。Hargreaves公式是FAO推荐的在只有气温数据情况下,估算ET0的方法,但在应用时需要对其进行修正。文中利用国家气象数据共享服务网提供的宁夏24个气象站长系列逐旬气象资料(1951-1999年),分别用Penman-Monteith公式,Hargreaves公式计算参考作物腾发量,然后通过回归分析确定出宁夏每一个气象站所代表区域应用Hargreaves公式时的经验系数,提出修正后的Hargreaves计算公式;并用2000-2012年的气象数据对修正后的Hargreaves公式进行验证。结果表明:1)未修正的Hargreaves公式,在宁夏地区的适用性较差,与Penman-Monteith公式计算值对比差异显著。2)修正后的Hargreaves公式计算精度显著提高,与Penman-Monteith公式计算结果有很好的拟合,可见,利用修正后的Hargreaves公式替代PM公式计算宁夏地区参考作物腾发量是可行的。     

内蒙古东北部大豆灌溉动态预报模型

为实现内蒙古东北部大豆农田灌溉动态预报,应用多项式拟合方法将大豆适宜土壤湿度下限值插值到全生育期的每一天,形成适宜土壤水分下限动态连续指标曲线,并从土壤-作物-大气连续体角度出发,依据农田土壤水分平衡理论,利用内蒙古突泉农业气象试验站2001—2007年土壤水分数据和气象资料,建立了适合内蒙古东北部旱作农区的大豆灌溉动态预报模型,实现了灌溉日期和灌溉量的时域滚动预报;利用2008—2011年实测数据验证该模型模拟结果,土壤相对湿度预测值与实测值的均方根误差(RMSE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别为2.44%和3.42%,预报灌溉日期的误差在-3~3 d之间,表明模型准确性和实用性较强,可为东北大豆产区节水灌溉提供一定的科学依据。     

基于CROPWAT模型的非充分灌溉研究

为验证FAO的CROPWAT模型在非充分灌溉中的适用性和精确性,将民勤棉花和春小麦非充分灌溉的试验方案及当地气象资料输入模型,分析CROPWAT模型在模拟作物蒸发蒸腾量和非充分灌溉对产量影响的模拟效果。结果显示,棉花各生育期日平均蒸发蒸腾量的模拟值和实测值表现出相同的分布规律,但模拟值整体高于实测值0.15~1 mm;模拟非充分灌溉对棉花和春小麦产量的影响时,模拟值和实测值显示出一致的变化规律,将结果进行统计分析,棉花和春小麦的RMSE、EF、CRM分别为20.62%和10.35%、0.98和0.856、-0.00051和-0.0155,说明CROPWAT模型总体模拟效果较好,但模型的执行值较实测值偏高。模拟结果表明,模型在非充分灌溉的研究中有着较好的适用性,但为了使模拟结果更准确,使用前需根据当地实测资料对Kc、Ky等参数进行校正。     

甜菜夜蛾发生程度的气象等级预报模型

甜菜夜蛾是严重影响蔬菜产量和品质的害虫,其发生发展与气象条件关系十分密切。为探索气象条件与甜菜夜蛾发生程度的关系,开展甜菜夜蛾发生程度气象等级预报服务,选取2009—2010年湖北省甜菜夜蛾虫情资料和对应台站的气象资料,对甜菜夜蛾发生程度等级与各项气象因子做相关分析,在此基础上,筛选出模型因子,采用多元线性回归分析方法,构建了湖北省甜菜夜蛾发生程度气象等级预报模型,并对模型验证。结果表明:历史回代检验旬检验结果达基本一致以上的为76%;独立样本预测检验旬值达基本一致以上的为63%,模型总体预报结果较好,可为湖北省开展甜菜夜蛾气象等级预报业务提供技术支撑。     

甘肃省参考作物蒸散量变化特征与影响因子分析

为了探寻甘肃省参考作物蒸散量(ET_0)的变化特征及其影响因子,利用FAO-Penman-Monteith(98)公式计算甘肃省4个分区的ET_0。依靠处理定性概念与定量描述不确定转换的云模型对ET_0变化特征和影响ET_0的气象因子进行了研究;同时,采用通径分析的方法,对不同区域影响ET_0变化的气象因子进行了探讨。结果表明:63年来,ET_0在空间上表现为西北地区大于东南地区。其中,河西地区ET_0在甘肃省内一直处于最高值,但呈逐年减小的趋势;陇中地区和陇东地区前30年先减小,后33年较之前有所增加,但总体趋于稳定;陇南地区则表现为多年最低值且较为稳定,无明显变化。63年来河西地区ET_0分布最为离散,不均匀性也最不稳定性;陇东地区ET_0分布最为均匀,稳定性也相对最好。通径分析表明,各个气象因子对ET_0变化都有影响且对不同区域ET_0的主要影响因子也不尽相同。对河西地区和陇南地区ET_0变化直接作用最大的气象因子为平均温度;对陇中地区和陇东地区ET_0变化直接作用最大的气象因子分别为平均相对湿度和日照时数。平均风速是对河西地区、陇中地区和陇东地区间接作用最为显著的气象因子;而对陇南地区ET_0间接作用最为显著的气象因子则为日照时数。     

ET_0预测的卡尔曼滤波修正ANFIS模型研究

实时、准确地对作物需水量的预测是实现智能节水灌溉的关键技术。预测模型的合理选择及精度提高是作物需水决策系统的核心。本文将陕西西安地区的气象数据环境信息引入自适应神经模糊推理(ANFIS)作物参考蒸腾量(ET_0)预测模型,应用卡尔曼滤波器对气象数据经ANFIS建模得到的ET_0预测值进行滤波去噪,以提高模型的预测精度,并通过仿真和实验验证,从理论和实践两个方面来验证模型的精度。仿真结果得到,反映模型预测值与真实值之间拟合程度的均等系数(EC)值校正前为0.93,校正后达到0.98。实验结果得到,ANFIS预测模型的平均绝对误差是28.94%,平均相对误差是26.37%,卡尔曼修正后的ANFIS预测模型的平均绝对误差是7.24%,平均相对误差是6.59%。仿真和实验结果表明,利用卡尔曼滤波对ANFIS预测模型进行修正,可以提高预测的精度,经卡尔曼修正后的ANFIS模型能更佳地反映ET_0的变化趋势。     

春季松毛虫种群数量及其发生面积预测研究

为了监测春季松毛虫种群动态变化及进行综合防治; 利用1986-2012年阜新县松毛虫上树期死亡率、发生面积及同期的气象数据,采用相关及逐步回归的方法分析了松毛虫发生程度和发生面积与同期气象因素间的关系。结果表明：松毛虫在阜新地区有春季和秋季两个发生期,以春季发生较重,发生时间为3月下旬到6月上旬。上树前2月下旬温度和相对湿度对其复苏有很大影响,上树过程中温度是影响上树死亡的主要因子,其次是风速和相对湿度。在综合考虑多种气象因子、越冬死亡率、上树期死亡率和前一年发生面积等多种因素的情况下,最终确定以5种主要气象因子、越冬死亡率和前一年发生面积为预报因子建立发生面积预报模型,模型拟合结果和试报准确率均较好。     

Mathematical description of the Colorado beetle life cycle in the crop/pest/environment agroecosystem1

A model is presented of the Colorado beetle life cycle, with transfer functions from each development stage to the next (egg, larva, pupa, adult). Calculated results have been matched with field observations. In its developed form, the model can be used to forecast the amounts of chemical treatment for different districts of USSR, using 10-day average temperatures and precipitation. A preliminary forecast is made in October for the following year, and refined in June on the basis of observed meteorological data.     

Evapotranspiration of an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River,Northwest China

As a main component in water balance, evapotranspiration is of great importance for water saving and irrigation-measure making, especially in arid or semiarid regions. Although studies of evapotranspiration have been conducted for a long time, studies concentrated on oasis-desert transition zone are very limited. On the basis of the meteorological data and other parameters(e.g. leaf area index(LAI)) of an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River from 2005 to 2011, this paper calculated both reference(ET0) and actual evapotranspiration(ETc) using FAO56 Penman-Monteith and Penman-Monteith models, respectively. In combination with pan evaporation(Ep) measured by E601 pan evaporator, four aspects were analyzed:(1) ET0 was firstly verified by Ep;(2) Characteristics of ET0 and ETc were compared, while the influencing factors were also analyzed;(3) Since meteorological data are often unavailable for estimating ET0 through FAO56 Penman-Monteith model in this region, pan evaporation coefficient(Kp) is very important when using observed Ep to predict ET0. Under this circumstance, an empirical formula of Kp was put forward for this region;(4) Crop coefficient(Kc), an important index to reflect evapotranspiration, was also analyzed. Results show that mean annual values of ET0 and ETc were 840 and 221 mm, respectively. On the daily bases, ET0 and ETc were 2.3 and 0.6 mm/d, respectively. The annual tendency of ET0 and ETc was very similar, but their amplitude was obviously different. The differences among ET0 and ETc were mainly attributed to the different meteorological variables and leaf area index. The calculated Kc was about 0.25 and showed little variation during the growing season, indicating that available water(e.g. precipitation and irrigation) of about 221 mm/a was required to keep the water balance in this region. The results provide an comprehensive analysis of evapotranspiration for an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River, which was seldom reported before.     

基于气象参数的内陆干旱区作物生育期ET0预测

为实现大田作物灌溉的精细化管理,研究了基于气象因素的生育期ET₀预测模型。采用灰色理论对ET₀与日均、日最高、最低温度,日均风速,相对湿度以及日照时数进行灰色关联度分析,结果表明ET₀与温度（包括日均、最高、最低温度）及相对湿度的灰色关联度较高。在分析ET₀与上述气象因素间的相关系数基础上,采用日均温度、日均风速以及日照时数作为模型的输入,ET₀作为输出,建立了BP神经网络（BPNN）预测模型;采用日均温度、日均风速、日照时数及灰色关联度作为输入,建立了模糊最小二乘支持向量机（FLSSVM）预测模型。研究结果表明,BPNN模型的训练值决定系数为0.8643,平均相对误差6.29%,预测值决定系数为0.8099,平均相对误差7.83%;FLSSVM模型的训练值决定系数为0.9684,平均相对误差2.89%;预测值决定系数为0.9663,平均相对误差3.43%。BP神经网络与FLSSVM模型的精度均较高,可以用来预测ET₀日值,这为大田作物的精细化灌溉管理提供理论与技术支持。     

利用HYDRUS-2D模拟膜下滴灌玉米农田深层土壤水分动态与根系吸水

河套灌区农田地下水埋深普遍较浅且年内波动较大,明确不同膜下滴灌条件下深层土壤水分对根区的补给作用及作物根系吸水的响应差异有利于膜下滴灌技术的完善和推广。本研究开展了连续2 a(2017—2018年)的春玉米田间试验,设置3个膜下滴灌灌溉水平,分别控制土壤基质势下限为-10 kPa(S1)、-30 kPa(S3)和-50 kPa(S5)。利用HYDRUS-2D模型模拟0～120 cm深度土壤含水量、根层下边界(100 cm深度处)水分通量和作物根系吸水速率。结果表明,经过率定后的HYDRUS-2D模型对0～120 cm深度土壤含水量模拟结果的根均方差(RMSE)和决定系数(R~2)分别为0.039～0.042 cm~3·cm~(-3)和0.78～0.73,模拟结果可靠。膜下滴灌农田100 cm和120 cm深度处土壤含水量较高且处理间差异不大,说明不同滴灌条件对于100 cm以下深层土壤含水量影响较小;但不同处理显著影响根区下边界的水分通量和根系吸水速率。基质势下限控制水平越低,深层土壤水分对于根区的补给量(毛管上升)越大,S1、S3、S5生育期内累积补给量在31.9～49.6 mm之间。S5处理根系吸水速率较低,根系吸水受到显著抑制,从而造成作物生长指标和产量显著低于S1和S3处理(P0.05);而S1和S3之间籽粒产量差异不显著。综上,在本研究所设置的3个滴灌处理中,S3生育期内灌溉定额为240～300 mm,既较S1显著减少灌水量、提高水分利用效率,又具有较好的根系活力,有效利用深层土壤水分,因此建议该地区春玉米膜下滴灌的灌水下限为-30 kPa。     

我国草地贪夜蛾年发生世代区划分

为明确草地贪夜蛾在我国不同地区的年发生世代数,为提高其预测预报和综合防治水平提供科学依据,本研究采用不同恒温(20、24、28、32、36℃)条件,以玉米苗为幼虫食物测定了草地贪夜蛾不同发育阶段及全世代的发育历期,计算出草地贪夜蛾不同发育阶段、全世代发育起点温度和有效积温。在此基础上,结合1985年-2014年30年全国605个气象站点的气象数据预测了草地贪夜蛾在我国不同地区的年发生世代数,并利用地理信息系统对其年发生世代区进行了划分。结果表明:草地贪夜蛾卵、1~6龄幼虫、蛹、雌成虫和雄成虫的发育起点温度分别为11.20、9.63、13.03、12.88、11.09、13.04、10.73、13.90、13.98℃和16.68℃,有效积温分别为41.32、41.32、18.71、28.23、45.87、60.33、55.90、90.97、166.86日·度和121.90日·度;全世代发育起点温度为12.6℃,有效积温为584.0日·度。根据全国不同地区气象数据推测草地贪夜蛾在我国的理论年平均发生世代数在0~7.41代之间,总体上发生世代数随纬度和海拔的升高而减少。我国1月份12.6℃等温线以南地区全年最低温度高于草地贪夜蛾发育起点温度,为周年繁殖区域,主要位于云南南部(全年发生世代数最高可超过5代)、广西南部、广东中部以南、福建东南部(全年世代数最高可超过6代)、台湾大部(全年世代数最高可超过7代)以及海南省全境(全年可发生7代以上)。江南和江淮迁飞过渡区主要为4~5代区和3~4代区。黄淮海及北方重点防范区主要为2~3代区和1~2代区,部分为3~4代区。     

青海湖及毗邻地区气候变化灰色模型预测

选取1961～2007年青海湖流域附近刚察、茶卡、共和三个站的降水,气温,湿度和蒸发四项气象要素进行分析,以年平均值作为时间序列,建立灰色预测模型,考察其精度,讨论灰色模型在气候变化中的可行性。最后利用模型对流域内各气象要素作了预测。结果表明:在灰色模型的预测中,选用4-5个已知值作为预测序列预测比较理想;由于选用的时间序列短,模型对未来1-2个值预测较理想;由于温度没有相对误差,温度值并不适用该种模型来准确预测;综合考察共和站和刚察站,2008年流域年平均温度继续降低,流域年平均降水量仍持续降低。