中国近30年农业气候资源时空变化特征

基于1950s—2010年中国756个标准气象台站的地面观测数据,以年降水量为200、400、800 mm为中国干旱-半干旱-半湿润-湿润地区的分界线,选取代表农业气候资源的关键气象因子,采用GIS技术揭示1981—2010年气候态下不同地区农业资源的分布现状;并与1950s—1980年气候态相比较,分析其时空变化特征。结果表明:我国近30年的光照资源总体减小,太阳辐射资源较前30年总体减小458.07 MJ·m-2,日照时数总体减小126h;热量资源总体增加,无霜期除华南地区南部减小其余地区均有不同程度的增长,≥5℃积温较前30年增幅大多在1%~2%之间,干旱、半干旱地区的热量资源增幅明显大于湿润和半湿润地区;除干旱区生长季降水增加外(+10.33%),其余三个地区的生长季降水均呈减少趋势,其中半湿润地区的生长季降水减少最为明显(-3.01%)。农业生产和作物种植布局应参考不同区域的农业气候资源分布进行合理配置,并根据其增减趋势适时开展适应性措施。     

东北地区不同降水保证率下玉米水分亏缺和干旱强度分析

分析了春玉米在播种期、苗期、拔节吐丝期和灌浆期降水保证率分别为75%、50%和25%情况下水分需求盈亏,以及各生长发育期的干旱强度和干旱气候风险。结果显示,在各发育期保证率为75%的情况下,东北大部地区降水不能满足玉米水分需求,4个发育期的亏缺量分别为10～40、10～80、10～130 mm和10～130 mm;在保证率为50%的情况下,东北地区西部玉米4个发育期水分亏缺量分别为0～30、0～50、0～80 mm和0～80 mm,且拔节吐丝期和灌浆期在黑龙江东部也存在0～30 mm的水分亏缺;在保证率为25%的情况下,仅播种期和灌浆期在吉林西部、黑龙江松嫩平原西南部和辽宁西部局地存在0～50 mm的水分亏缺。1981—2016年,东北地区西部和三江平原部分地区在玉米4个发育期最大干旱强度均可达到4级,强度值分别为10.01～17.20、7.83～24.70、5.81～17.50和5.76～18.70;2000年玉米拔节吐丝期辽宁西部和黑龙江西部的部分地区干旱强度达10.01～17.40。2014年玉米播种期黑龙江松嫩平原西北部、吉林白城西部以及辽宁部分地区干旱强度达10.01～15.60。东北地区西部玉米4个发育期干旱风险都相对较高,且黑龙江东部在播种期、拔节吐丝期和灌浆期也会出现较高干旱风险。根据上述分析,可将东北地区玉米干旱防灾减灾工作分为四级区域,按照不同生长阶段水分盈亏特点和干旱风险合理安排玉米生产管理。     

未来气候变化对东北地区玉米单产影响的模拟研究

东北地区是我国具有战略意义的商品粮基地,研究气候变化对东北地区玉米产量的影响具有重要意义。采用区域气候模式与作物生长WOFOST模型相结合的方法,模拟了基准气候(BS,1961-1990年)和B2情景下2011-2050年东北地区的玉米单产,初步预测了未来气候情景下玉米单产的变化状况。结果表明:WOFOST作物模型能较好的模拟东北地区的玉米产量,模型检验结果表明,该模型对玉米产量的模拟在70%～80%年份里的模拟精确度在80%以上。模拟结果显示:未来10-20年内,东北地区北部大部地区玉米具有增产潜力,但就北地区整体而言,总体增产幅度较小。2030s和2040s东北地区大部受气候因素影响表现为减产。未来40年,受气候变化影响东北地区玉米单产总体表现为减产,减产幅度为9.5%。由于目前的研究结果存在未考虑农业生产的适应措施等局限性,可能会高估气候变化的负面影响。     

黑龙江省大豆生长季干旱时空格局

为精细化诊断大豆生长季干旱,提高干旱评估的准确性,采用连续无有效降水日数指标来表征干旱,以累积的干旱持续天数将干旱分为5个等级,即无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱;并以干旱强度、干旱频率和干旱范围三因子分析1971-2016年间大豆生长季的干旱时空特征。研究表明,1971-2016年间,在大豆生长季,松嫩平原西部的平均干旱强度最强,其中松嫩平原西南部干旱日数超过了90 d,但三江平原东北角和黑河中部干旱强度气候倾向率高于2.5 d·10a^-1,有明显的增强趋势,而牡丹江东南部干旱强度气候倾向率低于-2.5 d·10a^-1,有较强的减少趋势;松嫩平原西部中度以上干旱频率超过90%,松嫩平原西南部重度以上干旱频率超过50%。1971-2016年中,1976年、1979年、1982年、1989年、1999年、2001年、2004年和2007年约56%~77%的气象观测站点表现为重度以上干旱,长达3个月的时间大豆处于干旱缺水状态,且2007年干旱范围和强度表现最典型。大豆生长季逐日干旱频率动态变化均以“V”形为主要特征,逐日干旱频率从大豆播种出苗期约60%~90%降低至开花结荚期40%以下,但鼓粒-成熟期又上升至40%~80%;从大豆安全性种植角度来评价地域差异,黑龙江省中部好于东部,东部好于西部,西部的北部好于西部的南部。     

基于水分亏缺指数的北疆春小麦不同生育阶段干旱时空特征

基于水分亏缺指数模型，结合新疆历史干旱资料记载，对比分析典型年份干旱指数，确定北疆春小麦干旱等级指标，利用ArcGIS探究1986—2016年北疆春小麦各生育阶段干旱强度、干旱站次比的年际变化规律以及干旱频率的时空分布特征。结果表明：除春小麦营养生长和生殖生长并进阶段干旱站次比呈微弱增大趋势（0.355%·10a^-1），其余生长阶段干旱强度和干旱站次比均呈下降趋势；重旱和特旱在春小麦营养生长和生殖生长并进阶段发生频率最高（主要集中在50.00%~68.00%，0~3.87%），轻旱和中旱在春小麦生殖生长阶段发生频率最高（主要集中在12.00%~25.00%，12.91%~61.27%）；春小麦营养生长阶段，北疆北部地区重旱发生频率较其他地区高（主要集中在39.36%~54.19%），春小麦营养生长和生殖生长并进阶段，北疆东北部地区重旱和特旱发生频率更高（主要集中在67.72%~83.84%，7.74%~9.67%），春小麦生殖生长阶段，北疆西南部地区重旱发生频率较其他地区重旱频率更高（主要集中在46.44%~61.92%）；北疆地区在春小麦生长的3个生育阶段，生殖生长阶段中旱发生频率最高（主要集中在41.93%~51.6%），其余两个时期重旱发生频率均高于其他等级干旱发生频率（主要集中在39.36%~54.19%，51.61%~67.72%），而特旱发生频率均最低（主要集中在0~3%）。     

基于SPI/SPEI指数的东北地区多时间尺度干旱变化特征对比分析

利用东北地区(黑龙江、吉林、辽宁)1960—2014年90个气象台站的逐日地面观测数据(平均气温、降水量、日照时数、平均相对湿度、平均风速及平均水汽压),利用标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI),对比分析近55 a多时间尺度干旱变化特征及两指数的表征差异。(1)依据各气象台站年总降水量,可将东北地区分为5个子区,各分区年总降水量皆未表现出显著的长期趋势,但Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ区和Ⅴ区年总潜在蒸散量分别呈现显著下降、上升趋势。(2)两指数在1个月(1 mo)尺度上围绕0值频繁波动,随时间尺度增加,形成干湿阶段持续期,其中干旱期持续时间较湿润期稍长。不同时间尺度二者评估旱涝结果总体相似,其中短时间尺度,SPI较SPEI易受降水影响,波动大。长时间尺度差距减小,但在判别程度上SPI较SPEI偏轻。在特殊干旱年1982年和1999年,SPI在降水量减少幅度较大地区或月份监测干旱能力下降。(3)SPI描述东北地区无旱及特旱发生频率时较SPEI高,中旱、重旱及湿润发生频率则相反。(4)在评估东北地区旱涝情况时SPEI指数较SPI指数适用性更好。     

21世纪中蒙干旱-半干旱地区干旱化趋势的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3与公用气候系统模式CCSM3单向嵌套技术,进行未来不同情景下（高排放SRES A2、中等排放SRES A1B和低排放SRES B1）高分辨率数值试验,分析21世纪中国和蒙古国干旱-半干旱地区干旱化特征及其可能发展趋势。结果表明：不同排放情景下,未来中蒙干旱-半干旱地区降水量均呈增加趋势,地表温度也持续增加。仅从降水变化来看,未来干旱-半干旱地区干旱化程度变化不大,甚至有所减弱。但综合考虑降水和温度计算的Palmer干旱指数（PDSI）来看,研究区内干旱地区面积均持续扩张。极端、严重及中等干旱面积比例扩张趋势明显,达到95%显著性水平。相对21世纪中期、后期极端干旱面积在3种情景下均将扩张3%以上。相对21世纪中期和当代,21世纪后期A2情景下总的干旱面积分别将增加8%和11.51%,A1B情景下12.48%和18.34%,B1情景下9.73%和10.82%。对比降水与PDSI可见,在进行干旱-半干旱区气候变化预估研究中,必须综合考虑降水和温度的变化,才能更准确地反映干旱-半干旱地区干旱化特征及其干旱化趋势。     

内蒙古牧区牧草生长季干旱特征及预测研究

基于内蒙古锡林郭勒地区14个气象站的1961-2012年牧草生长季的标准化降水指数(SPI),采用滑动平均法、最小二乘法和Mann-Kendall趋势检验法研究各气象站点牧草生长季内降水量和SPI的变化趋势,并利用反距离权重法(IDW)分析该区域牧草生长季干旱的空间演变特征,最后结合加权马尔科夫模型对区域未来干旱状态进行预测。主要结果与结论如下:锡林郭勒地区牧草生长季干旱化程度有所升高,牧草生长季总降水量以1.92mm/10a的速度减少,SPI指数以0.06/10a的速度降低,但二连浩特与东乌珠穆沁旗站点的降水量有缓慢增加的趋势;区域干旱整体趋势具有明显的空间差异性,牧草生长季干旱状况从西北向东南逐渐加重,尤其是区域东南部最为严重;对区域未来牧草生长季干旱变化情况进行预测,区域2013-2016年干旱化程度会进一步加深。     

东北地区玉米干旱时空特征分析

利用1961～2007年东北地区124个气象站日气象数据,采用彭曼-蒙特斯方程计算参考蒸散量、作物需水量及玉米水分亏缺指数,按玉米生长的不同发育期确定不同干旱等级玉米水分亏缺干旱指标并计算了干旱频率,并就其时空分布及其年际变化特征进行分析.结果表明:东北地区玉米生长季内干旱呈现明显的季节性和区域性,干旱发生频率较高的时...     

近12a三江源地区植被物候对水热的响应

基于1999—2010年SPOT VEGETATION旬值NDVI数据,结合谐波分析法与偏相关分析等方法,对三江源地区年植被物候特征值进行了确定,并分析了年际物候对不同时段水热变化的响应。结果表明:1三江源地区响应时段累积降水量和气温的增加都会使植物生长季始期推迟。2三江源地区植物生长季末期与累积降水和气温的最值偏相关系数分别为0.180 6和-0.067 8,说明响应时段累积降水量的增加会使植物生长季末期推迟,而累积气温的升高会使植物生长季末期提前,但累积气温影响相对较小。而响应时段累积降水量的增加,会使植物生长季长度延长;累积气温的升高,会使植物生长季长度缩短。3三江源地区植物生长季长度的年际变化,受生长季末期的影响较大。4三江源地区植物生长季始期主要受前一年累积气候要素影响强烈;生长季末期主要受生长季内累积降水影响强烈。生长季长度受生长季之前的累积气温的作用强烈。     

基于作物生长模型的农业干旱灾害风险动态评估

在阐述干旱灾害风险基本概念的基础上,分析了农业干旱灾害风险动态评估的难点。通过作物生长模型——DNDC模型模拟作物逐日生长,得到最终的粮食产量。采用情景分析方法,对不同气象条件下的作物产量进行估计,进而计算作物粮食因旱损失,实现农业干旱灾害风险动态分析。研究选择辽宁省为研究区,以玉米作物为代表,空间分析单元为县级行政区,利用15年的序列数据进行粮食因旱损失评估,模型模拟辽宁省的总误差控制在15%左右。风险分析结果表明,辽宁省西北部地区干旱灾害风险高于其他地区,这也与辽宁省干旱实际情况相吻合。     

中国西北地区伏期干旱指数及干旱分析

利用西北4省(区)137个气象站1971-2000年伏期(7～8月)总降水、蒸发资料,定义了干旱指数.分析了西北地区降水和蒸发的空间分布特征,以及定义的干旱指数确定的干旱分布状况,选取6个代表站典型湿润年份和特别干旱年份的干旱指数与Palmer指数的干湿等级进行比较.结果表明:伏期总降水量由西北向东南逐渐增加,最多是最少的66倍,蒸发量最大仅是最小的2～3倍,整个西北地区降水的变率比蒸发的变率大,定义的干旱指数反映了新疆南部、青海大部、甘肃河西走廊中部和甘南伏期干旱严重,干旱频率超过了80%,中旱出现最多,30年中各地适宜和湿润的年份不足1/3.6个代表站典型湿润和干旱年份的干旱指数与降水距平对应较好,湿润年份降水明显偏多,干旱年份降水明显偏少,与Palmer指数的干湿等级对干旱的状况描述接近.其中,干旱指数在对以庆阳为代表的西北地区东部的干旱状况反映更好.     

基于WOFOST模型的辽宁省春玉米干旱灾损风险评估

利用锦州农业气象试验站的作物生长发育和土壤实测数据对WOFOST模型水分胁迫模块进行了调参,适用性验证表明,WOFOST模型适用于辽宁省春玉米生长发育和产量的模拟,辽宁省春玉米受干旱的影响可以利用WOFOST模型较敏感地反映出来。利用调参后的WOFOST模型模拟了全生育期及出苗~拔节、拔节~抽雄、抽雄~乳熟和乳熟~成熟各阶段发生轻、中、重旱情景对辽宁省春玉米产量的影响,并根据模拟结果确定了不同干旱风险等级下辽宁省东、中、西部玉米生产的灾损范围。结果表明：不同生育期发生干旱对产量的影响不同,总体上,抽雄~乳熟期发生干旱的影响最大,其次是拔节~抽雄期,而出苗~拔节期和乳熟~成熟期发生干旱对产量的影响较小,全省春玉米在抽雄~乳熟期发生重旱的减产风险达30%~70%;在相同干旱水平下,不同区域受影响程度也不同,在全生育期及各生育阶段发生轻、中、重旱情景下,干旱导致的减产率总体上表现为由东部向西部地区逐渐加重的趋势,在全生育期重旱情景下,辽宁省东部的春玉米减产率为40%~75%,中部为60%~90%,西部达65%~95%。     

东北杨树烂皮病发生流行的时空分析*

利用数理统计和空间分析方法,对2002-2009年黑龙江省、吉林省、辽宁省和内蒙古自治区杨树烂皮病发生的时间和空间特点进行分析。结果表明：近8年,东北4省（区）均有不同程度杨树烂皮病发生,其中辽宁省发生杨树烂皮病的面积最大,尤其在2006年以后,平均发生2.69万hm2/年;吉林省,黑龙江省和内蒙古自治区发生的面积较小。近2年东北4省（区）杨树烂皮病的发生均有上升趋势;东北4省区的杨树烂皮病发生地主要集中在中东部,其中吉林省的松原市近8年来,每年都有杨树烂皮病发生,平均0.360 7万hm2/年。此项研究将为林业部门和气象部门建立杨树烂皮病发生发展气象预报与灾损评估服务平台,开展该病害的预测预报和影响评价提供必要的研究基础。     

葡萄主产区干旱时空分布特征

以我国607个气象站1958—2019年逐日气象数据、葡萄生育期数据为基础,以作物水分亏缺指数(CWDI)作为干旱指标,明确研究区域内葡萄干旱空间分布特征及其时间变化趋势。结果表明：60年来,我国葡萄主产区不同生育阶段各干旱等级发生范围在新梢生长～开花坐果期和开花坐果～浆果成熟期,重旱和特旱呈下降趋势,轻旱和中旱呈上升趋势,但在浆果成熟～落叶期阶段,重旱呈上升趋势,特旱发生范围最大,发生频率达到65%～94%;葡萄主产区在不同生育阶段各干旱等级发生频率、平均强度以及干旱等级的空间分布基本符合北高南低的特征,高值区基本集中在西北产区和东北中北部产区,低值区主要集中在南方产区,而在浆果成熟～落叶期阶段发生频率则呈北低南高的空间分布特征,各等级干旱风险整体偏高,其中特旱地区发生频率介于61%～100%,轻旱、中旱以及重旱发生频率低的区域主要分布在西北产区及东北中北部产区,其发生频率小于30%。     

西北地区秋季干旱指数的变化特征

利用甘肃、宁夏、青海、新疆4省(区)的137个气象站30年的降水、蒸发资料,确定适合西北地区的干旱指数计算方法,分析中国西北地区秋季降水、蒸发、干旱指数的空间分布、时间演变等特征.结果表明:西北地区秋季平均自然降水从东南到西北依次减少,在甘肃西部、青海西北部、新疆南部有一条东西向的少雨带,是干旱最严重的地方.新疆南部、甘肃西部、青海西部重旱频率最高,平均2年一遇;新疆北部、甘肃南部、青海南部、中旱频率为30%左右,平均3年一遇,轻旱频率30%左右,平均3年一遇.表明西北地区的干旱有明显的地域特征,即新疆中南部、甘肃西部、青海西部为干旱区,新疆北部、甘肃中东部、青海东部和南部为半干旱区.     

基于MaxEnt模型预测苹红缢管蚜在中国的适生区

为评估苹红缢管蚜Rhopalosiphum oxyacanthae入侵我国的潜在地理分布范围,基于其在全球的118个分布点和筛选的9个环境变量数据,利用MaxEnt模型和ArcGIS软件对苹红缢管蚜于当前和未来气候条件下在我国的潜在适生区进行预测。结果表明,基于苹红缢管蚜的全球分布数据,MaxEnt模型预测的平均AUC值为0.919,预测结果准确性较高。当前气候条件下,苹红缢管蚜在我国的总适生区面积占全国陆地面积的48.73%,其中高、中、低适生区的面积分别占全国陆地面积的5.92%、13.30%和29.51%,高适生区主要位于河南、江苏、安徽、湖北、湖南、贵州、江西、浙江、福建、广西、台湾等省区。未来RCP2.6和RCP8.5气候情景下,苹红缢管蚜在我国的总适生区面积增加并呈逐渐向东北方向迁移扩散的趋势,其中低适生区面积逐渐增加,高、中适生区面积逐渐减少,原先中南部的高适生区逐渐转变为低适生区或非适生区,但新疆维吾尔自治区北部、吉林省与辽宁省边界处的高适生区面积呈逐渐增加趋势。表明苹红缢管蚜在我国的适生范围极为广泛,具有较高的入侵风险,应加强进境口岸对该虫的检疫监管力度。     

东北三省春玉米旱灾动态风险评估

干旱演变趋势的不确定性决定了旱灾风险的动态变化特征,如何采用有效的方法探究风险随时间的变化是评估旱灾动态风险的关键。由于干旱发生发展缓慢,长时间尺度数值预报产品精度较低,用于干旱预报有一定的局限性。本研究选用天气发生器随机生成未来逐日气象数据的大量样本预测干旱演变趋势,驱动作物模型评估不同趋势下作物产量因旱损失及动态风险。选取东北三省为研究区,在2012—2017年田间试验数据的基础上,率定及验证APSIM作物模型,利用BCC/RCG-WG天气发生器随机生成未来气象数据,驱动APSIM作物模型模拟春玉米产量因旱损失,计算期望产量因旱损失率,以典型干旱年2000年为例,实时动态评估东北三省春玉米生育期内（5月1日—9月18日）旱灾动态风险。结果表明：（1）APSIM作物模型模拟春玉米播种到开花日数、生育期日数以及产量与试验观测结果决定系数R²均大于0.5,标准均方根误差NRMSE均在10%以下,表明APSIM模型在东北三省模拟春玉米生长效果较好;BCC/RCG-WG天气发生器生成100个气象要素样本与1961—2020年各气象数据年均值R²均在...     

大东北地区稳定通过10 ℃热量条件的时空变化特征

选取东北三省、河北、山西、内蒙古东部、北京、天津120个标准气象站点日平均气温资料,运用克里格插值法、距平分析法、小波分析等方法,对这些站点稳定通过10 ℃的初日、终日、持续时间以及积温进行整理、分析,用以研究这一地区气温的变化趋势和幅度。结果表明：① 大东北地区气候变化与全球气候变暖趋势一致,升温幅度很大,温度变化明显;② 运用空间插值法,得出温度变化的敏感区位于河北省东北部和黑龙江东部;③ 初日等日线、终日等日线及持续时间等日线均发生不同程度的北移,在河北北部、黑龙江、吉林地区有较大变化,积温明显增加;④ 在时间序列方面,年积温的距平值明显增加,气温上升是主要趋势;⑤ 52 a内积温距平极端差达592 ℃,气候变化幅度较大;⑥ 作物生长季逐渐延长,对农业影响很大。     

1971—2016年河南省夏玉米生长季极端干旱时空特征

选用地表湿润指数,利用1971—2016年气象数据对河南省夏季极端干旱发生的时空特征进行了分析。结果表明：近46 a来,河南省夏季极端干旱发生频数在年均0.08～2.15月之间,总体上呈现微弱的下降趋势。6月和9月极端干旱发生次数高于7月和8月。1970s发生频数最多,2000s最少,2010s呈现回升的趋势。6月和9月极端干旱发生站次百分比明显高于7月和8月,且6、7月和9月的发生站次百分比在2010s也呈现回升趋势。各年代平均发生频数均以豫南地区最高,近46 a来极端干旱总次数呈现由南向北逐渐递减的分布特征,但6月份发生总次数高值区则主要分布在豫中和豫西地区。全省范围内极端干旱发生存在明显的4~8 a周期变化,2010s极端干旱发生频数和站次百分比均呈回升趋势,应引起夏玉米生产上的关注和重视。