2010年春季气候对农业生产的影响

2010年春季(3-5月)气候呈现气温低、降水多的特点。全国平均气温为9.5℃,较常年同期略偏低,农作物发育期普遍推迟;大部地区降水偏多,西北、华北和黄淮地区农田土壤墒情良好,冬小麦后期生长发育和春播作物出苗顺利。东北地区低温、雨雪导致春耕春种进度明显推迟。3、4月份的低温霜冻天气导致设施农业、经济林果受损较重。长江中下游及以南大部地区强降水过程集中,低温阴雨寡照突出,油菜的成熟收晒和棉花等春播作物播种出苗受到影响。西南地区罕见的秋冬春连旱,导致冬小麦、油菜等小春作物和经济作物大幅减产、春播困难;4、5月西南地区降水增加,广西、贵州、云南南部以及四川攀西农区旱情陆续缓解。     

格点天气预报数据与机理模型耦合的冬小麦干旱预警方法

为了开展大范围的冬小麦干旱预警,以中国北方冬小麦区为实例,构建了土壤水分动态预报模型,结合未来10 d高精度天气要素预报、土壤自动水分观测和冬小麦发育期观测数据,建立了北方冬小麦区干旱预警系统。利用该系统对2018年4—5月进行逐日的冬小麦干旱预警,对干旱预警产品的分析表明:系统对未来10 d土壤相对湿度预报的决定系数在0. 63～0. 91之间,均方根误差在5. 6%～18. 2%之间,预报时效越近,准确率越高。从不同的干旱等级预测准确率看,对于干旱等级较高的重旱和特旱预报准确率较高,轻旱和中旱的预报准确率略低。该系统基本满足冬小麦干旱预警需求,对国家级农业气象部门大范围农业干旱监测和预警业务是有益的补充。     

近20年藏北草地地表参数动态变化研究

草地的覆盖度、地表反照率和地表温度是评价、监测牧草生长状况和草地退化的重要参数.利用1982～2000年NOAA/AVHRR 1、2、4、5通道的10天合成资料以及常用的遥感反演和统计方法,分析了近20年藏北那曲地区3个参数的时空变化规律.主要结果:植被区内牧草覆盖度0.1～0.95,年变率-0.012～0.012 a-1,24%的草地在退化,变异系数0.05～0.6,植被覆盖度与变异系数成反比;6～9月平均地表反照率0.152～0.300,年变率-0.009～0.007 a-1,51%的草地在退化,变异系数0.02～0.23;7～8月平均地表温度20～44℃.结论:植被生长越好,植被覆盖度越高,地表反照率越小,地表温度越低.每个参数均可单独评价和监测草地退化,但综合考虑各个参数将更客观、更合理.     

牧草产量的遥感估算与载畜能力研究

为了切实保护草地生态环境,实现草畜平衡,以畜牧业大省青海省为例,利用经过GPS定位的青海省牧草地面观测资料,分析牧草产量与NOAA/AVHRR植被指数NDVI之间的关系,分类建立青海省牧草产量估算线形模型与指数模型.模型的拟合结果良好,相关系数平方(R2)超过0.67.大部分时次的地面实测值与遥感估算值所处的产量等级基本一致,模型精度可以应用于大范围的牧草产量预测.根据牧草遥感估测结果,计算分析青海天然草场的载畜能力.结果表明,青海省县级天然草地年最高载畜量基本呈南高北低的态势.南部大部分县以及北部的祁连县在100～200万只绵羊单位之间,海西州和海东大部分县在50万只绵羊单位以下.     

2014年秋季气候对农业生产的影响

2014年秋季（9—11月）全国平均气温为12．8℃,比常年同期偏高0．8℃;平均降水量为166．5mm,比常年同期偏多8．3％;平均日照时数为521．5h,比常年同期偏少25．9h。全国秋季光温水匹配较好,利于农业生产。北方秋收作物正常成熟之前未遭受初霜影响,晚稻产区寒露风影响偏轻,气象条件总体利于秋收作物灌浆成熟和收晒。北方冬麦区和油菜产区大部墒情条件为近3a最好,秋种工作较为顺利,仅江南中部部分油菜产区遭受十旱影响,导致播种延迟。秋播后大部农区水热条件匹配较好,冬小麦和油菜长势好于2013年同期。秋季部分地出现现阴雨寡照、十早、暴雨洪涝、冻害等农业气象灾害,但总体影响偏轻。     

基于极值概率分布函数的中国早稻高温热害时空分布统计特征

揭示水稻高温热害风险特征对农业适应气候变化具有重要意义。本研究以中国早稻种植区为研究区域,基于早稻种植区214个气象站1971—2015年的数据,利用Mann-Kendall非参数趋势检验方法和极值概率分布理论,探究中国早稻高温热害的时空变化趋势和极值概率分布规律。研究发现:1)反映早稻高温热害的两个指标即高温热害累计天数(ADHS,accumulateddaysofheatstress)和热害有害积温(HDD,heatstressdegree days)的均值在湖南中南部、江西中部、浙江和福建中部较大,表明这些区域的早稻遭受高温热害的风险较大;从Mann-Kenall趋势检验看,两个指标在超过1/3的站点都呈显著增加的趋势,说明高温热害风险在这些站点显著增加,尤其20世纪90年代以后超过1/2的站点两个指标都呈显著增加的趋势。2)超过1/2以上的站点的高温热害累计天数和高温有害积温都满足极值概率函数分布。对于高温热害累计天数,56个站点满足耿贝尔分布(Gumbel),82个站点满足广义极值分布(GEV);对于热害有害积温,61个站点满足耿贝尔分布,58个站点满足广义极值分布。3)两个高温热害指标的10年、50年、100年重现期的空间分布规律和2个指标的均值空间分布类似,即均值较大的区域,其10年、50年、100年重现期对应的重现期水平(return level)也较大;重现期水平与经度、纬度和海拔无明显相关关系。研究结果有助提升对早稻高温热害时空趋势和概率分布规律的认识,可为农业适应气候变化和农业天气指数保险设计等方面提供理论参考。     

WOFOST模型对山东省夏玉米发育期与产量模拟的适用性评价

夏玉米作为山东省最主要的粮食作物,其生长发育与产量变化,对保障地区乃至全国的粮食安全具有举足轻重的作用。不同生育期内气象要素的不同组合对夏玉米发育进程与产量形成等将产生重要影响。WOFOST作物模型机理性较强、定量水平高,且更为高效,能够为客观、定量、动态地评估气象要素对夏玉米生产的影响提供技术支撑。为提高作物模型模拟的准确性,将山东省分为鲁西北、鲁中、鲁西南、鲁东南与半岛5个调参区域,并结合山东省10个夏玉米观测站2012-2014年玉米主栽品种的生长发育数据,开展模型的调参验证与适用性评价。研究结果表明,WOFOST模型对山东省各观测站点所有年份出苗期的模拟误差均不超过4d,决定系数（R ²）在0.43~0.99,归一化均方根误差（nRMSE）为0.3%~1.9%;针对开花期和成熟期,各观测站点绝大多数年份模拟误差均不超过5d,大多数观测站点R ²分别在0.77~0.99与0.51~0.99,各观测站点nRMSE分别在0.4%~2.3%与0.7%~3.2%;绝大多数观测站点产量模拟R ²在0.68~0.99,相对误差为0.8%~16.7%,绝大多数观测站点相对误差小于10%;nRMSE在1.2%~19.5%,均小于30%,大部分观测站点nRMSE小于10%。各评价指标均在可接受的范围内,WOFOST模型能够对山东省夏玉米发育期与产量进行较准确的模拟。     

利用EOS-MODIS数据提取作物冠层温度研究

利用EOS-MODIS遥感数据，基于线性混合模型，提出了一种新的作物冠层温度反演方法。首先，利用EOS-MODIS数据提取了陆地表面温度LST和植被指数NDVI。然后，假定地表只有植被和裸地两种组分，通过植被指数温度VI-Ts方法来估算裸土的组分温度，作物冠层温度通过线性混合模型来求解。为了验证反演的地表温度和冠层温度的精度，把反演的地表温度与NASA MODIS地表温度产品进行差值运算，在差值图像中90%以上的像元灰度值分布在-1和1之间，像元灰度的平均值小于0.5；同时在河北固城农业气象试验站对冬小麦冠层温度进行同步观测，通过与反演的冠层温度进行比较，其误差在±1.5℃左右。结果表明，文中所提出的作物冠层温度反演方法精度较高，其结果能够满足有关作物生长模型以及土壤水分模型对输入参数的精度要求。     

基于WOFOST模型的中国主产区冬小麦生长过程动态模拟

大区域尺度WOFOST(world food studies)模型的动态模拟是作物模型区域应用的重要基础。该文以中国冬小麦主产区为研究对象,利用中国冬小麦主产区内174个农业气象站多年观测数据以及气象站点观测数据,重点优化WOFOST模型中与品种相关的积温参数,即出苗至开花有效积温与开花至成熟有效积温。在冬小麦主产区分区的基础上,以2012—2015年气象数据驱动WOFOST模型,在站点尺度进行冬小麦的物候期、叶面积指数(leaf area index,LAI)和单产动态模拟和精度分析。结果表明:WOFOST模型模拟出苗至开花天数的决定系数R2为0.89~0.94,均方根误差RMSE为7.87~11.52 d,模型模拟开花至成熟天数的R2为0.63~0.77,RMSE为2.99~4.65 d;模型模拟LAI的R2为0.70~0.83,RMSE为0.89~1.46 m2/m2;灌溉区WOFOST模拟的单产精度R2为0.45~0.59,RMSE为734~1 421 kg/hm2;雨养区WOFOST模拟的单产精度R2为0.48~0.61,RMSE为1 046~1 329 kg/hm2。结果表明,WOFOST模型在全国尺度取得了较高模拟精度,为区域尺度作物模型的农业应用提供了坚实的过程模型基础。     

农业气象大数据共享平台设计与实现

为了适应现代农业气象业务发展,增强海量数据快速处理、多源数据融合智能分析、数据挖掘等数据分析能力,实现农业气象数据和产品在全国范围内的共享,国家气象中心采用开源框架,分布式（Hadoop）大数据技术和Web架构,融合现代农业气象业务技术,构建B/S（Browser/Server即浏览器/服务器）模式的农业气象大数据共享平台,实现多源农业气象数据分布式存储与管理,同时提供网络端数据和业务产品可视化展示。共享平台于2021年业务运行,部署在国家级服务器上,为国家级和31个省级用户提供13大类200余种数据要素和产品的在线快速浏览和查询,实现国家−省级用户通过网络快速浏览、查询业务数据和产品,实现农业气象业务数据资源的共享和交汇,形成统一应用的农业气象大数据共享环境。