1961-2015年华北平原夏玉米生长季光热资源变化及其影响

利用华北平原夏玉米种植区55个气象站点1961-2015年逐日地面观测资料,以≥10℃活动积温和太阳辐射分别为热量资源和光照资源指标,从年代际尺度和年际尺度分析夏玉米生长季光热资源线性趋势和空间分布变化特征,定量研究光热资源变化对夏玉米潜在产量的影响。结果表明：夏玉米生长季热量资源呈显著增加趋势,各积温等值线均发生明显北移现象;所有站点夏玉米生长季辐射资源均呈显著下降趋势。与1961-1980年相比,近15a（2011-2015年）研究区夏玉米生长季≥10℃活动积温增加1.8%,太阳总辐射量减少16.2%。研究时段内夏玉米光温潜在产量呈显著下降趋势,平均变化率为-28.3kg·667m-2·10a-1 (P＜0.05),高值区面积随着时段变化不断减少,表明辐射资源减少对光温潜在产量的负作用大于热量资源增加带来的正作用。目前研究区夏玉米单产仅达到光温潜在产量的27.5%,仍有很大提升空间。未来研究还需综合考虑光、温、水、农艺措施等气候要素和社会要素的影响,为华北地区夏玉米生产布局和调整提供科学依据,以适应气候变化的影响。     

2020年秋收作物生长季农业气象条件评价

基于主要农区2346个气象台站实时和历史同期观测数据、1920个土壤自动监测站土壤墒情观测数据，利用气候适宜度模型和农业气象灾害评估等方法，分析了2020年玉米、一季稻、晚稻、大豆和棉花主要秋收作物生长季的农业气象条件。结果表明，秋收作物生长季内，产区大部降水量接近常年同期或偏多30%～80%，农业用水充足，农业干旱发生范围小、影响轻；产区大部≥10℃积温接近常年同期或偏多100～300℃·d，热量较为充足，且高温对玉米、一季稻等作物不利影响偏轻；主要农区日照时数偏多，单日日照时数≤3h的寡照日数少于常年和2019年同期，总体上光温水匹配良好，干旱、高温、阴雨寡照等农业气象灾害和作物病虫害影响偏轻，利于秋收作物生长发育和产量形成。但长江流域汛期暴雨洪涝、东北地区西南部夏伏旱和夏末秋初台风、江南中南部和华南夏季持续高温、西南地区和长江中下游秋季连阴雨、江南中西部和华南西北部寒露风天气对水稻、玉米、大豆等作物产量和品质造成不利影响。     

内蒙古东部区粮食产量对气候变化的响应

利用内蒙古东部产粮区25个气象站建站至2005年气象资料与粮豆和主要作物产量资料,分析了作物生长季水热演变规律,及区域作物产量对气候变化的响应。结果表明:(1)近50a该区域水热匹配格局发生变化,特别是近20a暖干化趋势明显;(2)降水是影响该地区粮食生产的关键气象因子,春、夏季降水量的匮乏和生长季高温是粮食生产的主要限制因素;(3)各作物的第一敏感因子不同。小麦和谷子为降水,玉米为夏季高温,马铃薯产量对7-8月温差和4-5月降水反应敏感。(4)据模型推算,当生长季平均最高气温或温差增加1℃时,有可能使玉米气象产量减少102～192kg/hm2,大豆减产87kg/hm2,马铃薯增产55.5kg/hm2。因此,气候暖干化倾向有可能造成该区域农业产量呈下降趋势。研究结果可为有关部门制定应对气候变化策略提供参考。     

华北平原夏玉米潜在产量时空演变及其对气候变化的响应

华北平原是我国的粮食主产区,为探讨气候变化可能对该地区粮食产量产生的影响,本文以中国科学院青藏高原研究所的中国区域地面气象要素数据集为基础,对作物生长模型WOFOST(WOrld FOod STudy)进行面域化,模拟华北平原1979—2015年夏玉米的生长情况;利用一元线性回归、经验正交分解(EOF)分析了华北平原夏玉米潜在产量的时空变化,利用逐个栅格相关性分析、奇异值分解(SVD)分析了华北平原不同区域夏玉米潜在产量与全生育期、吐丝前和吐丝后平均温度及日均太阳总辐射的相关性。结果表明,研究区夏玉米潜在产量大致呈现从南向北逐渐升高的特点,大部分地区夏玉米潜在产量为7 000~9 000 kg?hm~(-2);研究区西北部夏玉米潜在产量波动较大,波动较小的地区在北京南部、天津以及河北中部一带,标准差在500 kg?hm~(-2)以下;研究区西北部及河北唐山北部以及山东半岛东部夏玉米潜在产量呈上升趋势,这些地区的夏玉米潜在产量上升幅度大部分在200~600 kg?hm~(-2)?(10a)~(-1);研究区的其余大部分地区夏玉米潜在产量呈下降趋势,其中河北中南部、天津、鲁西北以及皖北的部分区域下降较明显,变化幅度在-250 kg?hm~(-2)?(10a)~(-1)左右。河北西部和东北部、北京西北部以及山东中部和东部等地区的夏玉米潜在产量与气温具有较显著的相关关系,相关系数在0.9以上,这些地区的夏玉米潜在产量在过去37年呈上升趋势,表明这些地区夏玉米潜在产量的增加可能是由气温上升导致的。北京东部和南部、天津、河北中南部及秦皇岛唐山南部、山东、河南东部、皖北和苏北等地区的夏玉米潜在产量与太阳总辐射具有较好的相关关系,相关系数在0.8左右,其中,吐丝后通过显著性检验的区域较吐丝前大,相关系数也较吐丝前大,该区域大部分地区夏玉米潜在产量呈下降趋势,可能是由该区域太阳总辐射下降导致的,且总辐射的下降主要对夏玉米的生殖生长阶段构成影响。总的来说,研究区夏玉米潜在产量上升的区域与温度的上升有关,温度的变化是这些地区夏玉米潜在产量变化的主导因子;研究区夏玉米潜在产量下降的区域与太阳总辐射的下降有关,太阳总辐射的变化是这些地区夏玉米潜在产量变化的主导因子。因此,气候变化背景下针对华北平原不同地区制定不同的合理应对措施显得尤为重要。     

试论河南省黄淮平原中低产地区夏大豆气候生态适应性的某些特征——1983～1985年试验总结

根据三年的田间试验资料,我们分析了跃进五号夏大豆品种的气候生态适应性。结果表明:夏大豆产量有随纬度增高而递减的趋势,生育期长短与播种日期和热量条件关系密切,播期每推迟四天,全生育期平均将缩短一天,不同播期叶面积动态的模拟方程r=K/(1+ea+bt+ct~3)为我们初步拟定平均气温25℃作为供试品种旺盛生长期内适宜温度下限。鼓粒期间有高温少雨和多雨寡照两种天气型常导致百粒重下降,籽粒增重最适宜的平均气温为21.8℃,降水量为102.8毫米。     

气候变化对宁夏自治区中卫市环香山地区气候生产潜力的影响

根据宁夏回族自治区中卫市兴仁气象站1961-2008年逐月气温、降水数据,采用Miami和Thornthwaite Memorial模型模拟了中卫市环香山地区气候生产潜力及其变化。结果表明:(1) 环香山地区气候向"暖干型"方向变化,年平均气温呈明显上升趋势,降水量变化波动大,呈逐年递减的趋势;(2) 温度生产潜力逐年增加,降水生产潜力和气候生产潜力呈波动中减少的趋势;(3) 气候生产潜力与年平均降水量具有着极其显著的线性相关关系,与年平均气温没有明显的相关性,温度生产潜力分别是降水生产潜力和气候生产潜力的2.79和2.35倍,说明降水条件是制约环香山地区气候生产潜力的关键因子;(4) 对未来气候进行情景模拟分析,结果表明环香山地区气候主要以"暖干型"气候为主,这对当地农业生产极为不利,需大力发展节水农业技术以保证农业生产。     

华北区域近50年气候态类型变化分析

应用1961-2009年近50a华北区域均一化观测资料,分析该地区气候变化趋势,并结合柯本气候分类法,研究该地区气候态类型变化特征。结果表明:1961-2009年,华北区域平均增温幅度为0.44℃/10a,降水量呈减少趋势,减少幅度为9.3mm/10a。空间变化趋势表明,华北区域全区均呈增温趋势,其中,内蒙古中部和东部、河北南部的部分地区升温最为明显,超过0.6℃/10a。华北区域年均温0℃和5℃等值线在2000-2009年较20世纪60年代有较明显的北移现象,尤其在内蒙古中部地区更为明显。近50a华北区域250mm降水分界线有较大波动,主要集中在内蒙古东北部锡林郭勒至呼伦贝尔地区,近10a等值线东移最为明显,表明降水明显减少。柯本气候分类法分析表明,1961-2009年,华北区域气候呈现了暖干的变化趋势,部分站点从非干旱-干旱气候类型变化到干旱-半干旱气候类型,主要集中在内蒙古中部和山西北部地区,但华北区域整体的气候带和气候类型没有发生根本性的变化。     

2021年秋收作物生长季农业气象条件评价

基于主要农区2346个气象台站观测数据和历史同期观测资料,利用作物气候适宜度和农业气象灾害指数等方法,分析了2021年玉米、一季稻、晚稻、大豆和棉花等主要秋收作物生长季的农业气象条件。结果表明,秋收作物生长季内,农区大部分地区≥10℃积温较常年同期偏多100～250℃·d,热量条件好,大部降水正常,土壤墒情适宜。夏季（6-8月）光温水条件匹配较好,利于玉米、水稻、大豆等作物开花授粉、灌浆结实以及棉花开花、结铃。总体上秋收作物主要生育期内干旱影响偏轻,气象条件对作物生长发育和产量形成有利。但局地暴雨洪涝频发,河南受灾严重,部分农田绝收。西北地区东部、华北大部、黄淮北部作物生育后期多雨寡照,不利作物灌浆成熟及收获。东北地区阶段性低温、西北地区东北部干旱、南方和新疆高温危害等对局地玉米、水稻、棉花等作物造成一定不利影响。     

咸阳气候变化及其对农作物气候生产力的影响

利用咸阳1960-2009年气象资料,主要应用Thornthwaite Memoriai气候生产力模型、Kriging插值法等对当地近50a气温、降水和气候生产力的时空变化进行分析。结果显示：（1）咸阳近50a暖干化趋势明显,增温突变发生在1994年,降水量减少突变发生在1984年;气候生产力以-70.4kg.hm-2.10a-1的速率减小且在1984年发生突变减少。（2）近50a来,咸阳的年平均气温北低南高,变差系数北部大南部小,气候倾向率东北增温强于其他地区;年降水量北多南少,变差系数北小南大,气候倾向率是西、北部减少趋势大于东南;气候生产力及其变差系数都是由北向南递增,其气候倾向率除旬邑地区略有增长外其他地区都为明显减少趋势。（3）假定不同气候变化情景下分别计算当地气候生产力可知,＂暖湿型＂的气候环境对咸阳农业生产最有利,增产范围为5.89%～11.44%;＂冷干型＂气候环境对农业生产最不利,减产范围为6.3%～13.11%,中西部地区作物增产潜力最大,在49%～62%,咸阳目前的气候暖干化趋势对农业生产不利。     

宁夏中部干旱带56年来气候生产潜力变化特征研究——以宁夏中宁县为例

为了摸清全球气候变化背景下宁夏中部干旱带年平均气温及年降水量变化情况及其对气候生产潜力产生的影响和未来气候变化情景下气候生产潜力水平。根据中宁县1953—2008年气象站点的年平均气温、年降水量资料,采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型计算气候生产潜力,运用气候诊断分析、相关分析等方法分析中宁年平均气温、年降水量、气候生产潜力的时空变化特征及趋势,并探讨了气候变化对气候生产潜力的影响。结果表明:(1)温度生产潜力显著增加,降水生产潜力明显下降,平均气候生产潜力为4 809.17kg/(hm2.a)。气候生产潜力呈现出波动中减少的趋势;(2)气候生产潜力与年降水量呈极显著线性相关,与年平均气温没有显著相关性。温度生产潜力平均值为14 367.4kg/(hm2.a),降水生产潜力为3 842.8kg/(hm2.a)。降水生产潜力仅为温度生产潜力的26.7%。说明降水是中宁地区气候生产潜力最主要的限制因子。未来气候变化情景趋势表明,气候暖干化趋势对当地农业生产不利。     

华北平原夏玉米干旱灾害的时空变化特征及危险性评估

气候变化背景下,农业气象灾害呈面积逐年扩大、发生频率增加的趋势,且旱灾较其他灾害对农业的影响范围更广、历时更长,为了科学应对夏玉米干旱,保障夏玉米高产稳产,利用1980—2019年华北平原43个站点的气象数据,基于水分亏缺指数作为干旱指标,采用频次和站次比阐明了夏玉米主要生育阶段干旱灾害变化规律;利用信息扩散理论和层次分析法评估了夏玉米干旱危险性。结果表明：(1)华北平原夏玉米干旱以轻旱为主,阶段性差异明显,抽雄—乳熟阶段受旱严重,40年间平均各站点发生28次干旱,干旱站次比平均值为69.5%。(2) 2010—2019年是夏玉米受旱影响加重阶段,呈现干旱连年发生、范围明显扩大的特征。(3)夏玉米干旱的危险性整体呈西高东低趋势,河南大部及河北南部是干旱危险性高值区和次高值区,面积占比分别为12.1%,23.4%。综上,华北平原夏玉米干旱有加重和扩散趋势,抽雄—乳熟阶段受旱可能性较大,河南大部及河北南部干旱危险性较高,需加强对干旱的预报、监测及风险防控工作。     

玉米产量与生态气候因子的关系

采用多元积分回归的方法,对山西省1971-2000年玉米产量与生态气候因子的关系进行分析研究。结果表明：气温和降水对玉米产量的影响大,日照影响小,北部影响大,中南部影响小。春玉米播种期和苗期降水影响大多为正效应,拔节-抽雄期气温和降水影响为显著正效应,日照时数在全生育期普遍偏多,影响多为负效应,光能资源丰富,光能利用潜力大。夏玉米拔节-开花期气温影响为显著负效应,运城地区降水在拔节-成熟期为负效应,尤其成熟期阴雨天气对产量影响较大。研究结果揭示了山西生态气候因子对玉米不同生长阶段的正负效应及影响程度,为山西玉米生产充分利用生态气候资源,趋利避害、优产高产提供一定的理论依据和决策参考。     

近50年来华北平原极端干旱事件的时空变化特征

根据华北平原35个气象站点1962-2011年的气象资料,利用线性倾向估计法、反距离加权插值法、Mann-Kendall突变检验等方法对华北平原年际、年代际极端干旱变化特征及影响其变化的气候因子进行了分析。研究结果表明,华北平原近50a来极端干旱发生频率以0.013 5次/a的速率下降,春、夏季与年极端干旱发生频率的变化趋势相一致,而秋、冬季则与其相反;研究区内,年极端干旱发生频率呈增加趋势的区域零星分布。1962-1969年和20世纪80年代,华北平原极端干旱发生频率为正距平,其他年代均为负距平;空间分布上,1962-1989年极端干旱的高发区逐年代扩大,20世纪90年代以来,极端干旱的高发区明显缩小,低发区显著扩大,2000年以后,低发区几乎覆盖了整个华北平原。近50a来,华北平原的年极端干旱频率在2003年发生突变,春、夏、秋、冬各季分别在1993,1998,1987和2002年发生突变;极端干旱发生频率与日照时数、平均风速、潜在蒸散量、平均气温呈正相关性,与降水量、相对湿度之间存在明显的负相关关系。     

气候变化背景下华北平原夏玉米花期高温热害特征及适宜播期分析

利用华北平原夏玉米种植区55个气象站点1981−2017年逐日地面观测资料,以日最高气温≥35℃持续3、4、5d,且相对湿度≤70%为一次轻、中、重度高温热害,从年代际尺度、年尺度、旬尺度分析37a来华北平原不同播期下夏玉米花期高温热害的时空变化特征;以开花期避开中度高温热害为标准,推算夏玉米花期规避高温的适宜播期。结果表明:6月上旬播种,夏玉米花期遭遇高温热害的频率最大,河南省南部的信阳、固始等地区遭遇高温热害频率超过20%;6月中旬播种,夏玉米花期遭受高温热害频率为9%~12%。2011年以来华北平原夏玉米花期高温热害加重,发生频率高于P1−P3时段(1981−2010年)。华北平原早熟玉米平均适宜播种期在6月15日−7月5日,中熟玉米平均适宜播种期在6月15−27日,晚熟玉米平均适宜播种期在6月15−20日。在各适宜播种期范围内,华北平原南部应适当晚播,北部则应适当早播。     

基于SPEI_KC的华北平原小麦玉米周年干旱特征分析

华北平原是中国重要的冬小麦和夏玉米（麦玉）生产基地,同时也是水资源紧缺的区域,农业生产极易受到干旱的影响。该研究在标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）的基础上,引进作物系数（Kc）改进SPEI指数,并基于改进后的SPEI_KC指数从作物生长季尺度、关键生育期尺度以及麦玉周年尺度分析1961-2017年华北平原冬小麦-夏玉米周年干旱的时空分布和变化特征。结果表明：1）SPEI_Kc指数在华北平原麦玉周年干旱评估中的适用性优于SPEI_TW指数（采用Thornthwaite公式计算的SPEI指数）和SPEI_PM指数（采用Penma-Monteith公式计算的SPEI指数）：在（实际）有旱（指数）评估为有旱情况下,SPEI_Kc指数在代表气象站点的平均准确率为76.13%,较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数均有提高;在无旱评估为无旱情况下,SPEI_KC指数准确率为85.67%,较SPEI_TW指数、SPEI_PM指数分别均有提高。2）小麦关键生育期和小麦生长季的空间分布均呈轻旱在河北北部较高,重旱在研究区中部较高分布,玉米关键生育期和玉米生长季干旱频率的空间分布均呈中旱在河北北部较高,重旱在山东西部较高分布。总体来说,研究区的东南部干旱频率小于西北部,山东半岛地区和河北中部旱情较轻,河南省干旱严重。3）年代际干旱程度总体呈略微减小的趋势,具体表现为大部分研究尺度的轻旱发生频率增加,所有研究尺度的中旱和重旱发生频率减小;小麦关键生育期、小麦生长季以及玉米生长季的干旱频率减小,玉米关键生育期和麦玉周年尺度干旱频率增加。研究结果能够为正确认识气候变化背景下该地区干旱分布和变化,进而采取合理措施应对气候变化提供理论依据。     

华北高产粮区基于种植制度调整和水氮优化的节水效应

冬小麦/夏玉米一年两熟是华北平原粮食作物主要的种植方式。冬小麦生育期降水少,春季灌溉是保证其高产的必要措施。基于上述问题,在华北平原高产粮区设置田间试验,研究了调整种植制度和水氮优化等措施下的节水效应。结果表明,将一年两熟的冬小麦套种夏玉米调整为冬小麦直播夏玉米,并结合水氮优化等措施,能降低作物耗水15%,提高灌溉水利用效率52%～54%,而产量并没有下降;而将一年两熟调整为两年三熟和一年一熟,尽管能降低作物耗水24%～31%,且能提高灌溉水利用效率58%～172%,但产量却下降16%～27%。综上所述,该区将现行的一年两熟制中的套种调整为直播,并加以水氮优化等措施,是目前较为适宜的种植方式。考虑到该区水资源严重短缺的现实,两年三熟制可能是未来的种植趋势,但需要挖掘其产量潜力。     

基于潜力衰减模型的东北-华北平原旱作区耕地生产力评价

在中国耕地资源日益紧缺、粮食安全问题愈发严峻的背景下,耕地生产力研究具有重要的现实意义。该研究以东北-华北平原旱作区为研究区域,以主要粮食作物玉米的光温生产潜力空间分布数据及相关县域统计数据为基础,结合土地利用、降水、土壤、社会经济等数据,运用潜力衰减模型,研究评价了东北-华北平原旱作区1995-2015年耕地生产力时空格局及其影响因素。结果表明:研究区光温-水生产力、光温-水-土生产力、光温-水-土-社会经济生产力均整体呈现东北平原旱作区高于华北平原旱作区的空间格局,且在东北平原旱作区和华北平原旱作区内部也均表现出南高北低的宏观趋势;通过分析各环境因子的订正系数发现,人为社会经济投入对当前耕地生产力的保障极为重要,特别是在耕地自然条件逐渐变差的华北平原旱作区表现的尤为显著;水分因子产量差在空间上整体呈现南低北高、东低西高的分布格局,土壤因子产量差明显呈现南高北低的空间格局,社会经济因子产量差呈现明显的北高南低空间格局,这与中国水热条件的地带性分布、东北平原地区优质的土壤条件及较高的自然禀赋等因素有关;研究区社会经济因子产量差>土壤因子产量差>水分因子产量差,且社会经济因子产量差在华北平原旱作区整体较小、土壤因子产量差在东北平原旱作区整体较小,进一步说明了社会经济投入是维系华北平原旱作区耕地生产力的最重要因素,而耕地本身的立地条件是保障东北平原旱作区耕地生产力的最主要原因。潜力衰减模型的应用对大尺度区域耕地生产力研究的方法创新方面有所裨益,评价结果可为不同农业区保持高产、稳产及耕地保育等方面提供科学参考。     

干旱与冬小麦和玉米产量关系的分析

对庆阳地区前一年伏期和秋季、当年春季和春末夏初大气干旱指数与冬小麦和玉米气候产量进行了对比分析和相关分析。结果表明，冬小麦产量与上年秋旱关系最为密切，其次为春旱、春末夏初旱和上年伏旱；玉米产量与当年伏旱关系最为密切，其次为秋旱、春和春末夏初旱。