华北地区冬小麦生产潜力数值模拟及其自然正交分析

利用自然正交分解(EOF)对由机理性作物生长模型模拟的华北地区冬小麦的光温和气候生产潜力结果进行了分析,揭示生产潜力在时空上的分异规律。首先在中国科学院禹城综合试验站进行了冬小麦田间试验,测定了冬小麦生理生态及干物质积累过程等试验数据。根据试验数据对WOFOST模型进行了改进,获取了相关模型参数并对模型进行了充分验证,验证结果表明模型可以较好地模拟冬小麦生长过程。随后利用验证后的WOFOST模型模拟了华北地区42个站点1961—2006年冬小麦的光温生产潜力和气候生产潜力,并对其进行EOF分析。结果表明华北地区光温生产潜力呈东北高西南低的变化趋势,气候生产潜力大致呈南高北低的趋势,该结果与以往研究结果较为一致。EOF分析则表明,影响光温生产潜力最重要的因子是辐射,其次是温度。影响气候生产潜力最重要的是降水,其次是该区域光温条件的综合效应。     

关山南麓地区牧草生产潜力对气候变化的响应

应用1971~2005年天水市关山南麓清水、张川两县的气象及牲畜存栏数资料,用数理统计方法,分析关山南麓的气候变化规律,计算牧草的气候生产力,并回顾分析该地羊畜饲养量的变化情况。结果显示:近35 a关山南麓地区年平均气温升高了0.7~0.8℃,前30 a年均降水量减少了50 mm;牧草生产的主要气象限制因子是降水量,牧草的热量气候生产力增加了3 080 kg/hm2,降水生产力减少了841 kg/hm2。水热条件匹配不好,实际生产力下降。畜牧业的初级生产力达到或接近载畜量的极限,今后关山地区的畜牧业的发展应定位在畜牧产品的精细加工及深化利用上。     

黑龙江省气候变化及其对玉米生产潜力的影响

基于全球气候变化这一不争的事实,本研究以黑龙江省为例,在收集1980—2009年气象站点农业气象资料的基础上,首先运用线性倾向率方法分析了近30年来黑龙江省的气候变化特征;其次运用AEZ模型测算了30个站点1980—2009年30年来的光温和气候生产潜力,分析了30年来黑龙江省玉米光温和气候生产潜力的变化趋势。最后结合现实生产力数据分析了玉米的增产空间。结果表明:(1)1980—2009年30年间,黑龙江省温度表现为升高趋势,而降水则表现为减少的趋势。(2)伴随着温度的升高,光温生产潜力表现为增加趋势,气候生产潜力则随着降水量的减少而呈减少趋势;(3)相对于光温生产潜力和气候生产潜力上限值而言,玉米的增产潜力空间均表现为减小趋势,但增产空间仍较大,相对于光温生产潜力而言还有66%的增产空间,相对于气候生产潜力也仍有51%的增产空间。     

近45年气候变化对哲盟作物生产潜力的影响

分析哲盟近４５年气候变化对作物生产潜力的影响,结果表明：光合物产潜力有减少的趋势;温度升高使得光温生产潜力变幅减少;受降水变率大的影响,气候生产潜力变幅最大。并从生产潜力的角度,说明了解决农业灌溉问题和充分利用热量的增加是适应气候变化,提高作物现实生产力的关键。     

陕西冬小麦物候期对气候特征响应研究

通过对陕西关中平原和渭北旱塬两个不同生态区7个站点1992-2011年气象数据和冬小麦生长发育数据分析发现,两地冬小麦返青及返青前各物候期均呈推迟趋势,返青后各物候期呈提前趋势,导致冬小麦整个生育期均缩短。影响关中地区冬小麦物候期变化的主要因素为温度。越冬期与11月和12月平均温度呈正相关;返青期在关中平原与11月和12月平均温度呈正相关,1月份平均温度呈负相关,在渭北旱塬仅与2月份平均温度呈负相关;两地抽穗期与3-4月各月平均温度呈负相关,成熟期与3-5月各月平均温度及生育期平均温度呈负相关。日照时数对冬小麦物候期变化影响较小,主要为3-5月份各月平均日照时数与成熟期呈负相关关系,渭北旱塬生育期总日照时数与成熟期之间也达显著负相关。降水对物候期影响最小,相关关系均不显著。     

青藏高原草地降水利用效率时空动态及对气候变化的响应

本研究利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型模拟了2000—2013年青藏高原草地净植被生产力(Net Primary Production,NPP),结合实测数据、气象数据和土地覆被数据计算了草地降水利用效率（PUE）,探究其时空分布特征,以及不同草地类型PUE及其对气候变化的响应。结果表明：青藏高原草地PUE在研究年限内呈现波动增加趋势,增加速率为每年0.0035 g·m^-2·mm^-1,14 a的平均值为0.38 g·m^-2·mm^-1。PUE的空间分布具有明显的异质性,呈现东部高、中西部低的基本格局。PUE分布在0.2～0.4 g·m^-2·mm^-1之间的比例最大,占青藏高原总面积的55.63%,呈减少趋势的区域主要分布在青藏高原的北部和西部,以及东部的边界地区,呈增加趋势的地区集中在研究区的中部和南部。研究年限内PUE的变异系数分布在0.07～0.85之间,变化稳定的区域所占面积最大,为总面积的43.43%,主要分布在唐古拉山脉和横断山脉附近。不同草地类型间PUE均值存在差异,具体表现为：草甸（1.06 g·m^-2·mm^-1）>坡面草地（0.80 g·m^-2·mm^-1）>平原草地（0.30 g·m^-2·mm^-1）>高山与亚高山草甸（0.29 g·m^-2·mm^-1）>荒漠草地（0.23 g·m^-2·mm^-1）>高山与亚高山草地（0.094 g·m^-2·mm^-1）。总体上,青藏高原草地PUE与降水成负相关关系,而与气温呈正相关,PUE的变化对降水响应更加敏感。     

黄土高原的气候生态环境、气候变化与农业气候生产潜力

分析了黄土高原的气候生态环境特征，计算了近40a黄土高原的光温和气候生产潜力，并根据未来气候变化的可能情景，计算和分析了未来50a该地区光温和气候生产潜力的可能变化。结果表明，在未来50a，除东南部外，其它各区总的来说无论是小麦的光温生产潜力还是气候生产潜力均有所增加，而且光温生产潜力增加的幅度大于气候生产潜力的增加幅度。     

甘肃东部气候变化及冬小麦生长发育响应特征

分析发现1971年以来陇东黄土高原变暖特征明显,其中西峰半湿润塬区1971～2005年增温线性趋势0.0525℃/a,环县半干旱川区增温线性趋势0.0367℃/a,平凉半湿润半干旱过渡地区增温线性趋势0.0411℃/a.除了环县川区夏季增温不明显,其余各区域四季增温均比较显著,西峰塬区四季增温幅度最大,增温趋势最明显,平凉次之.增温表现出夏季、秋季、春季、冬季依次增强的趋势.西峰半湿润塬区年降水量呈减少的趋势,环县半干旱川区年降水量呈增加的趋势,处于半湿润和半干旱过渡带的平凉年降水量则没有明显变化,不同区域秋季降水量均呈现出减少的趋势.气候变暖对陇东不同气候区域冬小麦生态影响既有相同之处,也有不同之处,相同之处主要表现在停止生长期和乳熟期均没有明显变化,起身期提前趋势明显.不同之处体现在西峰播种期明显推迟,返青期明显提前,而环县和平凉播种期和返青期均没有明显变化;西峰、平凉分蘖期明显推迟,抽穗期明显提前,而环县分蘖期和抽穗期没有明显变化;西峰、环县成熟期显著提前,全生育期日数显著缩短,而平凉成熟期和全生育期日数则没有明显变化;另外,西峰、平凉冬前及早春分蘖减少,越冬死亡率大幅度下降,产量显著增高,西峰、环县灌浆期显著延长,成熟期显著缩短,环县越冬死亡率较高时段对应秋春季降水偏少时段,产量增幅不大,增产趋势不明显.综合分析认为,西峰半湿润塬区气候变暖特征最明显,气候变暖对冬小麦的生态影响最显著.     

近50年河南省夏玉米生产潜力及产量差时空变化特征

利用河南省96个县1961—2010年气象资料和夏玉米实际产量,采用逐步订正模型,计算了近50年河南省夏玉米光温生产潜力和气候生产潜力,分析了光温生产潜力与气候生产潜力、光温生产潜力与实际产量两种产量差的时空变化特征。结果表明:(1)光温生产潜力由北向南、由东向西递减,近50年呈极显著下降趋势,全省平均每10 a减少696.8 kg·hm-2,北、中大部分站点和南部的部分站点下降幅度较大。(2)气候生产潜力南部高于北部、东部高于西部,近50年变化趋势不明显。光温生产潜力与气候生产潜力之间的产量差呈极显著下降趋势,平均每10 a减少958.7 kg·hm-2。(3)夏玉米实际产量极显著增加,光温生产潜力与实际产量之间的产量差极显著下降,平均每10 a减少1 718.0 kg·hm-2,但71.9%的站点产量差大于24 000 kg·hm-2,产量潜力仍有较大提升空间。降水是制约河南省西部夏玉米产量的主要因素,可通过灌溉提高产量;后期热量不足影响北部玉米产量进一步提高,选用中早熟品种和改进栽培技术是提高产量的途径;东部可通过增加灌溉面积、选用优良品种和科学施肥等措施缩小产量差。     

河北省冬小麦生长和产量对气候变化的响应

利用河北省1981-2007年冬小麦产量资料和冬麦区23个农业气象站点冬小麦全生育期观测资料、逐日气象资料,采用最小二乘法、相关分析、通径分析等方法,分析冬小麦生长发育和产量对气候变化的响应。结果表明:冬小麦冬前各生育期、北部麦区起身期、中南部抽穗－开花期平均气温下降,其他发育期平均气温升高;各发育期平均日照时数减少;降水总量冬前增加,冬后减少。冬小麦冬前生育期延后,冬后生育期提前;播种－分蘖期和抽穗－成熟期延长,其他发育期缩短,实际生长天数变化不大。不同生育期内气象要素对冬小麦发育进程和产量影响不同:气温是影响发育进程的主要气象因子,各发育期内均有较大影响;降水对返青后发育进程影响较大;日照主要影响灌浆成熟期。北部麦区气象产量主要受冬前分蘖期、越冬期、起身－拔节期的气温,开花－成熟期的气温和日照,拔节－抽穗期的降水量影响;中南部麦区气象产量主要受全生育期降水量(以返青－抽穗期最为突出)、开花－成熟期的气温和日照影响。     

青藏高原总云量的气候变化及其稳定性

利用青藏高原80个测站1961-2000年1～12月总云量资料,分析40 a来青藏高原总云量的气候变化规律及其稳定性.结果表明:青藏高原的总云量从东南向西北减少,云量的稳定性夏季高于冬季,东部高于西部.因此,江河上源区域、藏东高原、川西高原、甘南高原和祁连山区是青藏高原总云量多而稳定的地区;青藏高原南部和西部总云量月变化振幅大,夏季云量最多,高原东部祁连山区和中部江河上源区3～9月云量多而起伏变化小,6月出现峰值;总云量具有显著持续性的空间范围较大,但持续时间短,持续时间为7～8月和5～6月;总云量的年际变化总体呈显著下降趋势, 江河上源区和祁连山区的总云量变化缓慢,20世纪90年代云量有上升的趋势.在季节上表现为冬、春、夏西北上升东南下降,秋季西北下降东南上升的变化趋势.     

未来气候变化对关中地区冬小麦耗水和产量的影响模拟

采用IPCC第四次评估报告给出的SRA1B、SRA2和SRB1 3种气体排放情景,选用Had CM3、IPCM4、MPEH5、NCCCSM 4种大气环流模式,利用随机天气发生器LARS-WG生成逐日气象资料,结合DSSAT模型,模拟历史(1961—2010年)和未来(2011—2030、2046—2065、2080—2090年)气候变化下灌溉与不灌溉条件下冬小麦生育期、耗水量及产量的变化情况。模拟结果显示:未来气候变化情景下,冬小麦生育期内平均气温上升,降雨量下降,2011—2030、2046—2065、2080—2090年3个时间段内平均气温分别上升0.93℃、1.76℃、2.87℃,降雨量分别下降27.40、39.37、42.50 mm。灌溉和不灌溉条件下冬小麦生育期内耗水量和产量较现状均下降,其中灌溉条件下分别减少5.16%和8.63%,不灌溉条件下减少9.58%和13.76%。无论何种气候变化情景,灌溉和不灌溉方式下冬小麦生育期均缩短且与生育期内的平均气温呈现较好的负相关性,生育期内降水量与耗水量、降水量与产量、耗水量与产量均具有较好的正相关性。     

天水市冬小麦生长对气候变暖的响应

通过分析冬小麦生育期、产量与温度的关系及变化趋势,建立回归模拟方程,揭示冬小麦对气候变暖的响应,为种植结构调整和粮食安全提供理论依据。结果表明:1980年以来,天水冬小麦对气候变暖的响应主要表现为出苗期、拔节期、抽穗期、成熟期缩短,返青期推迟;增温使出苗～返青期、拔节～抽穗期延长,返青～拔节、抽穗～成熟期缩短;随着冬小麦全生育期平均气温和地温的升高,全生育期以6.7 d/10a的速度缩短;小麦全生育期与5、10、15、20 cm平均地温均呈负相关。小麦产量有先降后升的变化趋势。天水市小麦适宜播期应在10月1日左右。     

锡林郭勒盟草地对气候变化的响应及其空间差异分析

基于内蒙古锡林郭勒盟1958-2008年逐月气温、降水资料,利用Miami模型和Thornthwaite模型,结合ArcGIS中的Kriging插值方法,分析该地区51年来草地生产潜力对气候变化的响应,并分别建立气温、降水量与气候生产潜力之间的线性回归模型,预测研究区草地未来的变化趋势。结果表明：51年来,研究区年平均...     

青海高原气候变化的环境响应

通过分析环境演变过程与气候变化的关系,从4个方面揭示全球气候变化的青海高原响应:①近45年来,青海高原表现出土地荒漠化、草地退化、冰川冻土萎缩、湖泊水位下降和河流流量减少等环境退化事实;②在全新世气候适宜期的温暖湿润背景下,高原植被、湖泊、土壤、冰川及冻土的良性响应,表明高原环境的优劣与气候环境变化密切相关;③全新世大暖期以来,青海高原从1 000年尺度看,20世纪正处于干冷期,从100年尺度看,正处于干暖化阶段,100年尺度上的升温则将带来湿润,而10年尺度上的升温多导致干旱;在增暖初期,由于降水变化滞后于温度变化,所以青海高原在经历20世纪80年代末以来大幅增温以后,预计未来降水量增加的可能性很大;④近20余年,高原迅速增温将导致蒸发量增加,可抵消甚至超过降水增加的作用,造成气候干暖化,在达到稳定的暖湿阶段前气温和降水出现大幅度频繁的波动,将带来严重的旱、涝等灾害,20世纪可能就处于稳定暖湿阶段前的剧烈波动与多灾阶段。     

天水冬小麦气候条件与生产潜力开发程度变化动态

对天水的渭北、河谷和关山区农业自然条件光温水进行了分析,并通过冬小麦实际和试验产量资料,对天水三个气候区冬小麦生产潜力开发程度、适宜开发程度和可开发程度进行了计算,分析了它们的年际变化规律.结果表明,天水地区和各气候分区年平均气温在20世纪的90年代初开始出现剧烈的增暖,增暖后时段(1991～2006年)的平均值比增暖前(1969～1990年)均高0.8℃～0.9℃;降水量的减少主要发生在20世纪90年代,其中,渭北区减少幅度较大;冬小麦在渭北区、河谷区和关山区生产潜力适宜开发程度和可开发程度都较高,排序为渭北区>河谷区>关山区,长远看还有很大的潜力可以挖掘,以渭北、河谷区域表现突出;天水及各气候区潜力开发程度、潜力适宜开发程度和潜力可开发程度的年际变化具有明显的区域差异,其大多数距平年际变化幅度,分别在-10%～10%、-15%～15%、-3%～3%之间波动;气候条件的变化对冬小麦生产潜力开发程度、适宜开发程度和可开发程度的年际变化影响十分明显,降水量的不足仍是限制冬小麦潜力适度开发的主要因子;提出了区域生产潜力适度开发对策措施.     

气候变化对陇东塬区冬小麦生长发育及产量的影响

分析西峰农业气象试验站冬小麦生育期的观测资料表明,气候变暖使陇东塬区冬小麦全生育期天数缩短,主要是越冬期天数缩短,而冬小麦实际生长的天数并未缩短;气候变暖使冬小麦播种期推迟,成熟期提前,从而使麦田的休闲期延长,延长了复种作物的生长期,为提高气候资源的利用率和单位面积的产量提供了保证。气候变化对冬小麦气候产量的影响具有明显的周期性。     

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。     

川中丘陵区气候变化及其对春玉米生产潜力的影响——以遂宁为例

根据川中丘陵区6个站点1971—2013年逐日气象数据资料,分析川中丘陵区气象因子变化,并以遂宁地区为例研究了气候变化对春玉米生产潜力的影响。结果表明：(1) 研究区年日照时数、降水量变异系数分别为14.79%和18.71%,年际间差异明显,且日照时数呈逐年降低趋势,日照时数气候倾向率为-72.69 h·10a^-1,而年平均温度和相对湿度年际间差异不大。(2) 玉米生育期日照时数、降水量、平均温度和相对湿度的变化与年气候变化一致,玉米生育期日照时数和降水量的年际间差异更明显。(3) 研究区春玉米光温生产潜力和气候生产潜力均呈逐年波动下降的趋势,光温生产潜力与玉米生育期日照时数和温度极显著相关,而气候生产潜力与玉米生育期日照时数和相对湿度极显著相关,与降雨量呈显著相关关系。可见,日照时数是该区春玉米光温和气候生产潜力发挥的首要限制因子,而降雨量和相对湿度则是制约春玉米气候生产潜力的关键因子。     

西藏气候变化及其对作物产量潜力的影响

以西藏1971—2010年6个代表性气象站气象资料为依据,运用线性倾向率方法分析了近40年来西藏气候变化的特征,同时分析了6个农业主产区40年来青稞、小麦的光温与气候生产潜力的变化趋势,并结合现实生产力数据分析了青稞和小麦的增产空间。结果表明：（1）1971—2010年 40年间,西藏温度和降水量均表现为升高趋势,6个农业主产区平均气温升高了2．26℃,远大于全国1．1℃?100a －1的平均气温升高速度;（2）伴随着温度的升高,青稞和小麦的光温生产潜力分别以每年53 kg?hm －2和107 kg?hm －2的速度增加,气候生产潜力也随着降水量的小幅升高而有所增加,平均每年增加94 kg?hm －2和110 kg?hm －2 ;（3）青稞与小麦的光温和气候生产增产空间均表现为减小的趋势,但至目前,青稞的光温和气候增产空间仍有10385 kg?hm －2和5969 kg?hm －2 ,小麦的光温和气候增产空间仍有9040 kg?hm －2和5197 kg?hm －2 。