用前期月环流指数预测新疆棉区稳定≥10℃初日

用新疆22个棉区代表站的日平均气温资料,计算5d滑动稳定≥10℃初日作为棉花播种的农业气象学指标。以前一年3月到当年2月的74项月环流指数为因子,考虑了统计模型中因子与预测量之间相关不稳定性,分别建立了新疆棉区22站稳定≥10℃初日的"滑动相关—逐步回归—集合分析"预测模型。预测2009年全疆大部分棉区稳定≥10℃初日偏早,北疆大部分棉区偏早5d以上。入选新疆各棉区预测模型的前期环流因子中,以副热带环流系统因子为主,其次是高纬度地区极涡环流因子;北疆棉区稳定≥10℃初日的年际变化与前期热带海洋表面温度异常分布关系较密切。对预测结果以及模型的预测(拟合)效果进行检验,2009年的预测结果基本准确,尤其是预测出了北疆大部分棉区异常偏早的趋势,为棉花播种期预测分析提供了有力的技术支持。     

增暖趋势对新疆冬季气温预测效果的影响

利用新疆33站1961-2011年冬季气温和前期108项月环流特征量指数,用滑动相关-逐步回归-集合分析方法建立预测模型,在建立模型时考虑各站冬季气温及前期月环流特征量的线性变化趋势影响,设计了原始序列和去线性趋势两种建模方案,对比两种方案下新疆冬季气温预测效果。结果表明：两种建模方案均具有一定的预测能力;相比之下,去线性趋势方案的预测效果好于原始序列方案;用独立试报相关系数为指标,得到集合方案预测结果,集合方案预测效果明显优于原始序列方案,与去线性趋势方案相比略有改进。对比10月、11月起报的集合方案预测结果,得到的滚动综合结果能进一步改进新疆冬季气温预测的大部分指标。分离预测量和前期环流特征量因子线性趋势和集合分析等方法,都能有效地改进新疆冬季气温预测效果。     

气候预测对象与影响因子关系不稳定性及其统计集合预测模型的改进

通过对"滑动相关——逐步回归——集合分析"短期气候预测方法的研究及其业务应用进行了综述。从深入分析气候预测对象与影响因子关系不稳定性问题入手,提出物理统计与集合分析相结合的气候预测建模理念,设计了"滑动相关——逐步回归——集合分析"气候预测模型。在改进该预测方法的过程中,先后提出了"交叉建模"集合预测思路,建立了"持续异常"与"转折影响"不同因子信息拓展方案,构建了"原始序列"与"去线性趋势"不同建模方案,再对最优模型进行集成分析。近8 a该方法参与国家气候中心全国汛期预测、全国秋季初霜冻初日预测,试用效果良好。在新疆地方气候预测服务中广泛应用,包括降水、气温、积温、热量指数、界限温度初终日期、沙尘日数的预测等。该方法在极端气候事件指数、应用气候指数的预测领域具有应用潜力。     

基于大尺度因子的江苏稻区稻瘟病气象等级长期预测

为较早地准确预测水稻稻瘟病发生发展的气象等级,利用大气环流和太平洋海温对气象条件影响的滞后性,采用最优相关和空间拓扑分析技术,结合滑动平均和主成分识别法,筛选出对江苏稻区稻瘟病指数影响最显著且稳定独立的大尺度预报因子,分别建立了基于大气环流因子和基于海温因子的稻瘟病气象等级长期预测模型。经历史拟合和试报检验,模型效果理想,能提前一个月预测出水稻稻瘟病发生的气象等级。该模型的预测结果对江苏稻区稻瘟病防治具有重要意义。     

效率系数和一致性指数及其在干旱预测精度评价中的应用

基于关中平原2003—2014年Aqua-MODIS数据的条件植被温度指数的干旱监测结果,引入效率系数和一致性指数对自回归求和移动平均(ARIMA)模型和季节性ARIMA模型的预测精度进行了评价,并分析了其在干旱预测精度评价中的适用性。两种干旱预测模型的精度评价结果为ARIMA模型与季节性ARIMA模型的效率系数分别为-0.04与-4.27,一致性指数分别为0.40与0.37,表明ARIMA模型对干旱的预测精度高于季节性ARIMA模型,这与均方根误差、皮尔森相关系数及Kappa系数等的评价结果一致,且效率系数对不同干旱预测模型的预测性能的区分效果尤为显著,对干旱预测模型的精度评价比一致性指数更为合理。因此,效率系数更适合用于遥感干旱预测模型的精度评价。     

东北地区春播期土壤水分预测方法研究

根据东北五个土壤湿度分区春播期土壤相对湿度与气象因子、环流因子相关关系,甄选土壤相对湿度主要影响因子,构建多元线性回归模型以预测4、5月土壤相对湿度。结果表明:(1)五个分区土壤相对湿度与封冻雨、降水量呈正相关,与透雨日期、气温及日照时数呈负相关,且4月份土壤相对湿度与封冻雨及透雨日期的相关性较5月更显著;(2)各分区春播期土壤相对湿度与多项环流因子关系较密切,相关系数绝对值大于0.4且通过信度为0.05的显著性检验,并且这些影响因子主要集中在前一年11、12月;(3)基于关键气象因子和环流指数构建的4、5月土壤相对湿度多元线性回归模型均通过F显著性检验,复相关系数达0.5以上,且模型预测准确率基本在80%以上,精度较高。     

适用于我国的稻纵卷叶螟长期预测模型

为给我国稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis防治提供前期预警,使用R语言软件对我国15个省市区稻纵卷叶螟发生等级与全球海温场资料进行遥相关分析,绘制相关系数的时空间分布图,筛选出显著相关海温区作为预测因子,根据各省市区虫情数据组建回归模型+判别模型、BP神经网络模型和支持向量机(SVM)模型,比较3种模型的历史回检率和预测完全准确率。结果显示,3种模型对稻纵卷叶螟发生等级均有一定的预测能力,其中判别模型+回归模型效果最好,预检完全准确率可达到75.0%,BP神经网络模型次之,预检完全准确率为68.2%,SVM模型预测效果最差,预检完全准确率为54.5%。进一步分析建模所使用的50个预测因子的空间位置,在南印度洋和北大西洋确定3个预测指标,预检准确率为94.4%。通过海温场数据建立的我国15个省市区稻纵卷叶螟发生等级预测模型,适用于长期预测预报。判别模型+回归模型更适合在样本量少、预测因子相关性强的地区建模,而根据预测因子空间分布选择的预测指标进行定性预测准确率更高。     

VMD-LSTM模型对不同预见期月径流的预测研究

为减小径流时间序列的非线性及非平稳性带来的预测误差，提高多种预见期下的月径流预测精度，将变模态分解（VMD）和长短期记忆神经网络（LSTM）模型相结合，建立了VMD-LSTM组合预测模型，并将大气环流因子作为模型输入的增加项，预测未来1~3个月的月径流。将模型应用于黄河流域上游唐乃亥、民和、享堂、红旗及折桥站的月径流预测以验证模型的适用性，并与VMD-BP（BP神经网络）、VMD-SVR（支持向量回归）及单一LSTM模型相比较。结果表明：VMD-LSTM组合模型的预测误差最小、精度最高，相比单一LSTM模型，其纳什效率系数（NSE）约从0.6~0.7提高到0.9以上；融合大气环流因子后VMD-LSTM模型预测精度进一步提高，NSE保持在0.91~0.96之间；随着预见期的增长，VMD-LSTM模型预测精度衰减较VMD-BP和VMD-SVR模型明显变缓，在3个月预见期时NSE仍能保持在0.84~0.95之间。VMD-LSTM模型是月径流预测的一种有效方法，结果可为研究区月径流预测提供参考。     

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。     

大气环流指数和地面气象要素对海南省橡胶树白粉病的影响

为探讨大气环流指数和地面气象要素对海南省橡胶树白粉病病情指数的影响,利用1962—2009年逐月大气环流指数和逐日地面气象要素资料,根据橡胶树白粉病病情指数等级,结合因子膨化、相关分析和多元回归等方法,筛选影响橡胶树白粉病病情指数的大气环流指数和地面气象要素,构建等级指标,建立预测模型,并对模型进行检验。结果显示:影响橡胶树白粉病病情指数的大气环流指数依次为北半球副高面积指数、北半球副高强度指数、西太平洋副高西伸脊点、北美区极涡面积指数、亚洲区极涡强度指数和印缅槽,显著影响时段为上年7月至当年4月;地面气象要素有平均最高气温、相对湿度、平均气温≥20℃的日数、小雨日数和平均风速,显著影响时段为上年10月至当年1月;基于大气环流指数、地面气象要素、大气环流与地面气象综合因子的橡胶树白粉病病情指数预测模型准确率分别为74.3%～78.8%、74.7%、94.6%～98.3%,表明基于大气环流和地面气象综合因子的模型准确率较高,可作为海南省橡胶树白粉病的中长期预测模型。     

环流特征量指数在新疆汛期降水趋势预测中的应用

利用中国气象局气候中心下发的74类环流特征量值,通过相关分析,建立了新疆10个区域的汛期降水预测模型。结果表明:预测模型对新疆汛期降水趋势有一定的预报能力,尤其是在新疆洪涝灾害多发的伊犁及博尔塔拉蒙古自治州、北疆沿天山一带、天山山区,建立的3个区域预测模型可以作为汛期降水预测的主要工具。     

新疆棉花精准种植技术系统集成设计

作为一种新的农业微观经营管理方式,精准农业已成为农业发展的趋势之一。从新疆兵团棉花种植的实际情况出发,结合在试验区开展的精准棉花种植研究工作中采用的技术思想、方法、手段及取得的初步成果,从精准农业种植系统的农田信息采集系统、信息处理系统和实施系统3个技术环节入手,分析和评述精准农业技术体系的关键技术。然后,结合新疆农业生产自主开发及引进的系列数字农业技术软件产品,在以往精准农业关键技术研究成果的基础上,开发出基于GIS的农田资源和生产管理、土壤养分管理与变量施肥决策、农田变量灌溉决策、病虫害防治及测报等功能为一体的,适合新疆本地的精准农业技术平台,进行棉花精准种植信息系统集成软件设计与开发,可为新疆及其他地区棉花精准种植提供参考模式。     

棉花生长期的气候变化对棉花生产的影响——以新疆昌吉回族自治州为例

利用新疆昌吉回族自治州主要棉区4个代表站1961-2005年4-10月的气象资料及昌吉市近10年棉花发育期观测资料,分析气候变化对当地棉花生产的影响.主要表现在:气候变化导致45年来终霜期提早、初霜期推迟;而近10年平均初、终霜出现日期均较稳定,对棉苗生长影响不大,对部分年份的棉花品质可能造成一些影响.其次,10℃界限温度初日自20世纪90年代以后逐渐提早;10℃终日自20世纪70年代以来变化不大.45年来,10℃界限温度持续天数呈逐年延长的趋势,约2d(L/10 a,尤其近10年最长.≥10℃积温也呈增高趋势,为57.4℃·d/10 a,且近10年为热量条件最好的时期,不仅对当地棉花的生长发育有利,而且使昌吉州棉花种植界限发生了明显变化,棉花种植区域向东扩展了100 km,适宜种植海拔高度也提高了200 m左右.但是近10年降水分布极不均匀以及日照时数减少的事实对棉花生产有不利影响.     

新疆北部膜下滴灌棉田的蒸散特征

利用乌兰乌苏农业气象试验站2009年6月至2010年6月的涡度相关资料,分析新疆北部膜下滴灌棉田不同生育期的蒸散变化特征及蒸散量。结果表明：各生育期蒸散量与净辐射的日变化表现出很高的一致性,午间蒸散强度最大;播种-出苗期、苗期和吐絮期蒸散量主要受净辐射控制,蕾期与花铃期蒸散量主要受叶面积指数控制;在现行膜下滴灌灌溉制度下（年灌溉定额340~390 mm）,除吐絮期外,其他生育期土壤含水量均可以满足棉田蒸散耗水;播种-出苗期、苗期、蕾期、花铃期和吐絮期平均日蒸散量分别为1.8 mm/d,1.7 mm/d,3.7 mm/d,3.8 mm/d和1.2 mm/d,全生育期蒸散量为514.3 mm。     

沙漠增温效应下绿洲棉花热量生产潜力分析

在新疆干旱区,由于暖季沙漠增温效应的影响,与沙漠相邻绿洲区的热量资源相对优越,为植棉提供了有利条件。但随着时空变化,绿洲棉花热量生产潜力也呈现出相应的分异规律。本文以新疆北疆玛河流域石河子平原绿洲区为例,将绿洲与沙漠联系起来考虑,分析了距沙漠不同距离梯度的绿洲区棉花热量生产潜力。结果表明:石河子平原绿洲区内,距离沙漠最近区与最远区之间棉花热量生产潜力相差389Kg/hm2,绿洲与沙漠的距离平均每增加10Km,热量生产潜力下降43Kg/hm2。暖季沙漠增温效应对绿洲棉花的热量生产潜力影响明显,沙漠对相邻绿洲区的农业生产有着正面影响,起到了除太阳外第二个热量源的作用。     

山东省棉田杂草种类及其群落结构

为明确山东省棉田杂草发生、危害情况,采用倒置“W”取样法对山东省主要棉区杂草种类及其群落结构进行了调查,并进行物种多样性分析。结果表明：山东省棉田杂草68种,隶属于24科、49属,其中优势杂草4种,区域优势杂草10种,常见杂草17种,一般杂草37种。牛筋草Eleusine indica、马齿苋Portulaca oleracea、马唐Digitaria sanguinalis、铁苋菜Acalypha australis是构成不同棉区杂草群落的优势杂草。鲁西南棉区物种丰富度、多样性均高于其它棉区,但辛普森指数和均匀度指数低于鲁西北棉区。从相似性指数和聚类分析结果可以看出,山东省4个主要棉区可归为两大类,其中鲁北和鲁东北棉区的杂草群落结构最为相似,相似性指数高达0.833;鲁西南和鲁西北棉区归为另一类,相似性指数仅为0.637。     

气候变暖对新疆乌昌地区棉花产量的影响——以玛纳斯、呼图壁县为例

以新疆乌昌地区棉花主产区的玛纳斯、呼图壁县为例,利用1981-2009年两县的棉花产量数据和同期气温资料,在对近29年年平均气温、棉花生长季平均气温、≥10℃积温和无霜期等热量条件变化趋势和变化特征研究分析的基础上,就不同生长发育时段热量条件对棉花产量形成的满足程度进行了分析,结果显示,29年来大部分时段的温度变化对棉花生长发育和产量形成并无促进作用,从气候变暖对棉花产量形成机理方面,提出了趋利避害的对策建议。     

新疆棉秆循环经济利用的适宜模式探讨

新疆是我国最大的三片棉花种植区之一,具有丰富的棉花秸秆资源。开展棉秆的高效综合利用不仅对发展新疆农业循环经济、改善和提高新疆棉区农业资源利用效率、开辟新的资源、提高农业综合生产能力、建设节约型社会具有重要意义,而且可增加棉区农民收入、促进区域经济的协调可持续发展。通过综合分析国内外棉秆利用现状,总结出工业、农畜牧业和能源利用为三种主要发展方向,并据此提出了棉秆循环利用的理论模式。鉴于新疆棉秆现行利用方式主要局限在直接焚烧和还田两方面,并且二者均存在一些技术与经济上的制约和不良环境后果。因此,将棉秆循环利用的理论模式和本地区实际相结合,探讨适合于新疆棉秆循环利用的适宜模式无疑具有十分重要的现实意义。     

新疆北部汛期降水的变化特征

基于新疆北部1961-2007年43站逐日降水资料,分析汛期降水的变化特征。结果表明：小雨、中雨和大雨的降水日数和降水强度均呈增加和增强的趋势,大雨日数和强度变化显著,尤其在2000年以后。进一步的研究发现,湿时期（1987-2007年）相对干时期（1961-1986年）,新疆北部汛期的总降水量均是增多的,北疆西北部降水量的增多主要是由于小雨和中雨的增加所致,而天山山区及其北麓,伊犁河谷地区降水量的增多是由大雨增加主导。极端干旱事件呈减少趋势,尤其在近10 a处在低发期,极端湿润事件呈增多趋势。     

河北省三大棉区气候周期及突变特征分析

利用河北省棉区1961-2010年15个站点逐日气象资料,分析了河北省不同棉区气候周期振荡及突变点,结果表明：不同棉区棉花全生育期气温、降水、日照均存在多个时间尺度的周期变化特征,交替现象明显;全生育期平均气温年代际以及年际主要周期：冀南、冀中棉区为20～22 a、9～10 a、5～7 a,冀东棉区为22～24 a、11～14 a,全生育期平均气温升高明显,在1996年发生了突变,转入气温相对较高期。全生育期降水主要周期：冀南棉区为14～15 a,冀中、冀东棉区为22～24 a、8～10 a。全生育期日照存在9～10 a振荡周期,且1986年前后发生突变,转入相对偏少期。