青藏高原高寒区青稞光温生产潜力和产量差时空分布特征及其对气候变化的响应

【目的】探讨有气象数据记录以来1977—2017年青藏高原青稞生长季内气候变化,以及对青稞光温生产潜力和产量差的影响。【方法】基于青藏高原农气资料,校正DSSAT-CERES-barley模型,模拟过去40年间青藏高原青稞生育期长度及光温生产潜力,并结合实际统计产量计算产量差,通过数理方法解析气候变化对其影响情况。【结果】（1）青藏高原多数站点过去40年间青稞生长季内温度、降水呈显著上升趋势,太阳辐射量呈下降趋势,且林芝站达到显著水平,与增湿相比增温趋势更加明显;（2）在播期和品种不变的情况下,过去40年青稞生育期长度显著缩短,引起不同站点下降的主要气候因子不同,高海拔站点主要由平均最高气温升高所致,低海拔站点主要由生育期内平均温度升高导致有效积温增加所致;（3）青藏高原青稞光温生产潜力受海拔影响,3 500 m左右的高海拔站点光温生产潜力高且稳定,如山南站平均光温生产潜力最高可达12 000 kg·hm ^-2。3 000 m左右的低海拔站点光温生产潜力低,平均在6 000 kg·hm ^-2,且易受气候变化影响,高海拔站点光温生产潜力对太阳辐射更敏感;（4）青藏高原在过去30年间由于实际产量增加,导致绝对和相对产量差都呈减小趋势,平均相对产量差由58.2%缩小至34.5%,但缩小幅度放缓,2007—2017年拉萨和日喀则站点平均相对产量差最低,小于25%。【结论】青藏高原不同站点光温生产潜力差异较大,高海拔站点青稞光温生产潜力显著高于低海拔站点,过去40年气候变化导致低海拔站点光温生产潜力波动大,而高海拔站点较为稳定。由于品种改良和栽培管理水平提高,过去30年青藏高原产量差逐渐缩小,但除拉萨和日喀则外,其他站点产量差仍较大,未来有较高的增产潜力。     

耦合土壤墒情的气候适宜度指数在山东省冬小麦产量动态预报中的应用

利用山东省1981-2011年历年冬小麦生育期及产量资料、14个气象站点的逐日气象资料、1992-2011年冬小麦生长季逐旬20cm土壤墒情资料,分别构建考虑和不考虑土壤墒情的冬小麦不同生长阶段的气候适宜度指数计算模型,通过与气象产量进行相关和回归分析,建立了基于两种气候适宜度指数的3-5月逐旬产量动态预报模型,并进行历史回代检验和动态外推预报。结果表明:考虑土壤墒情的气候适宜度指数能够更客观地反映山东省冬小麦生长期间气象条件和土壤水分对其产量形成的影响,构建的气候适宜度指数与冬小麦气象产量的相关系数均通过0.01水平的显著性检验,相关性高于不考虑土壤墒情的气候适宜度指数。产量动态预报模型对1992-2009年历史回代检验的平均准确率均在95.0%以上,标准化均方根误差RMSE均小于6%。对2010-2011年外推预报准确率最高达99.4%,最低为95.4%,说明预报准确率较高,建立的产量动态预报模型可以在业务上推广应用。     

双季早晚稻不同发育阶段日数对温度变化的敏感性比较

基于1981-2010年长江中下游地区38个农业气象观测站双季早、晚稻发育期及同期逐日气象数据,结合水稻特性将发育期划分为出苗-移栽、移栽-返青、返青-孕穗、孕穗-成熟4个主要发育阶段,比较双季早、晚稻不同发育阶段日数对温度变化的相对敏感性,以探究不同作物、不同发育期对气候变化响应的差异。结果表明：水稻各发育阶段日数随温度升高基本呈减少趋势,但相对敏感性差异较大。早稻返青-孕穗期日数对温度变化最敏感,相对敏感性平均为−0.094个点·℃⁻¹（P<0.05）,晚稻孕穗-成熟期日数对温度变化最不敏感,相对敏感性平均为−0.045个点·℃⁻¹（P<0.05）。相同发育阶段内,返青前晚稻对温度变化更敏感,返青后早稻更敏感。除移栽-返青期外,两种作物其它营养生长阶段敏感性均强于生殖生长。相对敏感性与阶段日数变异系数呈负相关关系,日数波动越大,阶段日数随温度升高而减少越明显,尤以早稻返青-孕穗期相关系数达−0.761（P<0.001）。     

基于MODIS和SEBAL模型的黄淮海平原冬小麦水分生产力研究

以2011年1月-2012年12月MODIS多时相遥感影像产品、气象数据和作物生育期为基础,借助SEBAL模型估算了黄淮海平原冬小麦实际蒸散量(ETa);通过MODIS NDVI光谱曲线特征与冬小麦单产数据的耦合,将县域尺度作物单产"降尺度"至基于像元的产量栅格图,实现冬小麦产量栅格化。在完成作物实际蒸散量模拟和产量栅格化的基础上,对黄淮海平原冬小麦水分生产力进行估算。结果表明,冬小麦水分生产力区域平均值为1.21kg·m~(-3),高值区主要位于北京、天津、山东北部和河北南部地区。在环渤海山东半岛滨海外向型二熟农渔区(一区)、海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区(三区)和黄淮平原南阳盆地水浇地旱地二熟区(五区)冬小麦产量与水分生产力呈显著正相关,说明随着冬小麦产量的增加,其水分生产力增加;在燕山太行山山前平原水浇地二熟区(二区)冬小麦水分生产力与实际蒸散量呈极显著负相关(P0.01),与产量呈极显著正相关(P0.01),表明水分生产力将随着实际蒸散量的减少和产量的增加而增大,同时产量增加对水分生产力提高的贡献大于实际蒸散量的减少;在江淮平原丘陵麦稻两熟区(六区)冬小麦水分生产力与实际蒸散量呈显著负相关,与产量相关关系不明显,说明在黄淮海平原南部水分生产力的提高主要依靠实际蒸散量的减少。     

华北冬小麦开花及成熟期变化特征分析

利用华北平原59个农业气象观测站1981—2010年冬小麦生育期资料,分析了该区域冬小麦在气候变暖背景下开花期和成熟期的变化趋势特征。研究结果表明：近30年来,华北平原冬小麦开花期和成熟期均发生了明显变化。相对1980s而言,1990s开花期普遍提前2～5 d,成熟期提前1～6 d左右,2000s开花期则一般提前3～9 d,成熟期提前1～7 d左右。因此,随着年代推进,华北平原冬小麦开花期和成熟期提前趋势在进一步加剧。相对1980s而言,1990s生育期等值线普遍北移,而2000s等值线进一步北移的趋势更加明显。研究发现,3—5月月平均气温升高是开花期和成熟期提前的一个重要影响因素。     

TM图像在城镇用地扩张监测中的应用

在城镇建设与耕地占用矛盾日益突出的我国,加强城镇用地扩展动态监测,对引导城镇发展过程中科学用地有着重要的意义。ＴＭ图像以其“综合性、多波性、多时相、信息更新快成本低”等特点已成为资源与环境监测中的主要技术手段。本以ＴＭ图像为监测信息源,以江西省南昌市为例,尝试了ＴＭ图像在城镇用地动态扩张监测中的应用。结果表明,通过以目视解译为主的多种解译方法的综合,并借助土地信息系统的强大空间分的功能,把ＴＭ图像作为城镇用地扩张监测的信息源是可行的。     

基于全局敏感性分析和贝叶斯方法的WOFOST作物模型参数优化

作物模型参数的敏感性分析、标定和验证可以提高模型的效率和精准度,进而为模型应用做好准备工作。该研究结合参数全局敏感性分析方法以及贝叶斯后验估计理论的马尔科夫蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)方法,以华北栾城站三年的冬小麦观测数据(叶面积和地上生物量)为参照,对WOFOST模型的55个品种参数进行了敏感性分析、筛选和优化。发现:1)对叶面积影响较大的参数为:生育期为0、0.5、0.6和0.75时的比叶面积、生育期为1.5时的最大光合速率、叶面积指数最大增长率;对地上干物质影响较大的参数为:生育期为1.5时的最大光合速率、生育期为0时的比叶面积、35℃时叶面积的生命周期、生育期为0时的散射消光系数、生育期为1.8时的最大光合速率、储存器官的同化物转换效率。2)潜在和雨养产量水平下,最大叶面积和地上生物量对参数的敏感性差异不大。3)马尔科夫蒙特卡洛方法(MCMC)可以对WOFOST模型品种参数较好地优化;设计的3种校正-验证方案中,第1种方案(用1998-1999年作为校正年份,1999-2000年,2000-2001年作为验证年份)模拟效果最好。4)优化后的参数,模型对潜在产量水平模拟较好,一致性指数均大于0.9,相对均方根误差小于20%;而对有水分胁迫的雨养情况下比潜在产量水平的模拟结果差,表明模型对水分胁迫的模拟不足。该研究为WOFOST模型区域应用和模型调整优化提供科学理论依据。     

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。     

北方苹果干旱触发判识方法

基于小样本历史灾害数据和长序列气象、林果生长数据的林果灾害判识,对目前历史灾害数据匮乏的林果等经济作物气象灾害研究具有重要意义。该研究以中国陕西省富士系苹果干旱灾害为例,利用气象资料、苹果干旱灾情史料和富士系苹果发育期资料,充分考虑苹果不同发育阶段的水分需求和降水供给情况,以及前期水分盈亏状况对当前发育阶段苹果生长的影响,在水分盈亏指数计算的基础上,构建苹果干旱指数。通过概率分析、K-Means聚类、欧式距离等方法,厘定陕西省富士系苹果的干旱触发阈值。采用致灾因子序列对比分析、预留样本验证相结合的方法,验证苹果干旱触发阈值有效性。结果表明：1）苹果干旱触发阈值分别为：苹果果树萌动-萌芽期0.87,萌芽-盛花期0.84,盛花-成熟期0.73;2）基于阈值提取的苹果干旱年份的干旱指数序列与历史灾害样本干旱指数序列具有同一性;预留独立样本指标判识准确率为85.58%;典型站点长时间序列检验判识结果准确率为80.95%。研究结果可为林果灾害指标研究提供技术支撑。     

河南省夏花生生育期旱涝灾害危险性评价

基于河南省109个气象站点1981-2019年的气象资料、农气站夏花生生育期资料以及76个县市的产量统计资料,根据夏花生需水特性将全生育期划分为前期(播种期-分支期)、中期(开花期-结荚期)、后期(饱果期-成熟期)3个时期,以作物水分亏缺指数(Crop Water Deficit Index,CWDI)为农业干旱指标,...