东北地区干旱特征与春玉米生长季干旱主导气象因子

在全球气候变化背景下,东北地区干旱及其主导气象因子呈现出新的态势,并可能对当地农业生产带来不可预见的灾害风险。因此,开展干旱时空规律研究,揭示春玉米生长季干旱发生的气象驱动因子,对于指导当地开展农业防旱减灾工作尤为重要。该研究利用东北地区及其周边105个气象站点数据以及30 m分辨率的DEM,在考虑海拔影响的前提下将逐月气象因子数据空间插值并计算了1989－2018年1、3、6、12、24个月尺度的潜在蒸散量和标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析了干旱的多尺度特征和春玉米生长季各气象因子的变化规律,明确了干旱的高发月份、区域及主导气象因子。结果表明：1）1989－2018年干旱呈现出10a周期的偏轻-偏重-偏轻规律,其中2000－2010年干旱较为严重。2）干旱高发月份为5月,且在吉林西部、内蒙古东部和黑龙江西南部等地区干旱发生概率较高。3）气象因子变化主要以气温增加为主,且伴随气压下降和风力减弱,平均气温、最高气温、最低气温、气压、风速分别以0.41 ℃/(10 a)、0.42 ℃/(10 a)、0.39 ℃/(10 a),?0.05 kPa/(10 a)、?0.08 mps/(10 a)的速度变化。4）各月干旱主导气象因子不尽相同,5月为降水、相对湿度、最高温度和日照时数,6月为降水、相对湿度、日照时数和最低气温,7月为降水、相对湿度和日照时数,8月为降水、最高气温和平均气温,9月为降水、相对湿度和最高气温,生长季平均条件下为降水、最高气温、日照时数和相对湿度,降水对干旱的直接作用远大于其他气象因子。该研究可为全面了解东北地区春玉米生长季干旱特点、以及制定合理的干旱应对措施提供一定的参考和依据。     

黄淮海地区玉米生育期制图研究

玉米气象灾害预警与监测需要详细的生育期数据支持。目前，黄淮海地区玉米生育期记录少，大部分数据记录不全，仅包括播种期与成熟期在内的4个生育期，导致依据现有生育期数据的空间插值结果的准确性较差，无法准确反映黄淮海地区玉米空间分布特征及时间发育进程，当发生气象灾害时无法根据生育期的不同进行准确的灾情监测与评估。基于已有的2套不同来源的玉米生育期资料以及收集自2010年后发表的论文中所记载的玉米生育期数据，结合黄淮海地区玉米生长发育规律，采用多元逐步回归法+残差校正分析了各生育期与前一生育期、经度、纬度、海拔高度等影响因子的关系，补齐缺失生育期，并极大地改善了玉米生育期的空间分布规律，获得了一套包含播种期、出苗期、三叶期、拔节期、抽雄期、开花期、吐丝期及成熟期8个生育期在内的共145条记录的黄淮海地区玉米生育期数据集及生育期图谱。各生育期日序范围分别为142～178、148～185、156～192、173～218、197～235、199～237、200～238、236～285 d。将本研究所获得的各生育期进程与上一代际相比，时间尺度的变化趋势与已有研究结果基本一致。经插值验证，所构建的生育期数...     

开顶式气室原位模拟温度和CO_2浓度升高在早稻上的应用效果

该研究针对气候变化模拟中自由大气CO2浓度增加和红外增温技术投入及运行成本高、波动大,而全封闭的环境模拟室对作物生长环境改变大的不利因素,对传统的开顶式气室(open-top chamber,OTC)系统加以改进,采用将OTC外部空气抽入内部交换过程中自动控制增补CO2浓度及加热增温的方式来模拟未来大气中CO2浓度及气温升高的情况,在早稻生育期内对其温度、CO2浓度和空气相对湿度进行了监测,结果表明:可控温及CO2的OTC内部的日平均温度控制偏差能达到±0.2℃以内,最大偏差为-0.58℃;对CO2浓度的控制偏差范围在-39.4~4.8μL/L,达到了很好的控制效果,完全可以用于气候变化研究中模拟大气CO2浓度及温度升高的情景。同时,该研究还对OTC内部的空气湿度进行了监测,其结果显示在不增温的情况下对空气相对湿度无影响,若增温,则OTC内部的空气相对湿度会增加2%左右。总体来说,可控温及CO2的OTC技术可以用于稻田气候变化模拟试验研究。     

1986-2015年华北平原农业气象灾害的变化特征

根据华北平原1986-2015年的受灾、成灾和绝收面积等统计数据,分析了河北省、河南省和山东省农业气象灾害损失率以及灾害波动性、灾害等级的变化特征。总体上看,近30年河北省、河南省和山东省的农业气象灾害呈下降趋势,平均总损失率分别为7.5%~16.4%、5.6%~12.3%、6.2%~13.9%。各省灾害损失率由大到小分别为：河北省干旱>风雹>洪涝>低温,河南省和山东省干旱>洪涝>风雹>低温。干旱仍是华北平原最严重的灾害,但各省的干旱灾害呈下降趋势,河北干旱最严重,占总损失率的64.2%。河南和山东的洪涝呈先增后减的趋势,河北呈下降趋势。河北和山东的风雹呈下降趋势,河南呈先增后减的趋势。河南和山东的低温呈先增后减的趋势,河北呈增加趋势;河南最严重,占5.2%。各省洪涝、低温偶发性强,其中河南的洪涝波动性最大,山东的低温波动性最大;各省干旱、风雹为常态灾害,其中河北的干旱、风雹波动性最小。四类灾害等级划分结果表明干旱和风雹为常态性灾害,年际波动小,对农业生产的影响较大;而洪涝和低温的影响相比较小,但偶发性强,致灾强度大。     

那曲地区草地植被时空格局与变化及其人文因素影响研究

那曲草地作为西藏自治区畜牧业发展的重要基地,草地植被年际变化是自然因素和人类活动交互影响的结果。为了解决当地复杂的资源环境问题,需要深刻认清各种人文因素对草地影响的程度和机制。本研究利用2000-2009年的MODIS NDVI时间序列影像及相关统计资料,对那曲草地植被的空间和年际变化进行动态监测,并采用定性与定量相结合方式系统分析各个人文因素与草地植被格局和变化的关系。结果表明,1) 那曲地区不同区域植被在2000-2009年表现出不同的年际变化趋势,在高大山脉高海拔的稀疏植被或冰雪覆盖周边区域,由于全球变暖且受人类活动影响较小而出现植被变好的状况,在人类活动强度较大的纯牧业县(那曲县、聂荣县和安多县)草地植被退化情况较为严重; 2) 分析那曲地区植被空间格局、年际变化分布图与道路网、居民点分布密度图在空间上具有较好的相关性,这也表明该研究区人类活动将直接影响目前良好的地表覆盖区域植被正常生长和繁育; 3) 以中心城镇那曲镇和109国道为代表,利用缓冲区分析方法研究发现距离人类活动越近的地区植被退化越严重,而统计资料显示那曲地区的人口、放牧强度、道路工程建设份额等指标都呈直线上升,将对草地植被生长构成严重的威胁,从而进一步影响那曲地区草地的理论承载力和经济可持续发展; 4) 此外,调查发现旅游和放牧的车辆碾压、矿产开采、采挖草药、安居工程建设、鼠患等因素对那曲草地都有一定程度的破坏。     

温度和CO2浓度升高对水稻幼苗的综合影响

通过人工气候箱模拟中国南方稻区湖北荆州地区大气CO2浓度和温度同时升高的3种气候情景,即在背景温度为24～29℃的人工气候箱中设置以CO2浓度为400molmol?1、升温0℃为对照（CK）,以550molmol?1、升温2℃为中强度处理（M）,以700molmol?1、升温4℃为高强度处理（H）,将催芽后的稻种于各气候箱中处理10d,观测水稻种子萌发和幼苗生理特性的变化。结果表明,（1）水稻幼苗苗高、根长、根数（根长大于1cm）、根苗干重及活力指数均随着CO2浓度和温度的同时升高而上升,其中H处理下幼苗苗高比CK长5.78cm,根长比CK高12.91%,根苗干重为CK的2.6倍,活力指数为CK的3.1倍,种子发芽率、发芽势和发芽指数表现为M处理最高;（2）随着CO2浓度和温度同时升高,稻苗丙二醛（MDA）含量和可溶性糖（SS）逐渐降低,脯氨酸（Pro）含量先增加后减小,可溶性蛋白（SP）含量和过氧化氢酶（CAT）逐渐升高。说明在目前温度和CO2浓度条件下未来升温2～4℃同时CO2浓度增至550molmol?1和700molmol?1对湖北荆州稻区水稻种子萌发和幼苗生长不会产生明显不利影响,但此生长期稻苗营养元素累积受到制约。     

河北省土壤干湿状况遥感监测指数比较

选用河北省2010年5月Terra/MODIS地表反射率产品MOD09A1计算得到了增强植被指数（EVI）,结合同期MOD11 A2地表温度LST数据,计算得到河北省TVDI（温度植被干旱指数）和VSWI（植被供水指数）,比较分析TVDI和VSWI监测河北省土壤干湿状况的适宜性.两种指数与同期8d平均降水量数据的定性分析表明TVDI与降水量数据间具有明显的相反趋势,VSWI与降水量数据间趋势关系不明显;定量的相关分析表明,TVDI与降水量数据间表现出较显著的负相关性（P＜0.05）,而VSWI与降水量数据间的相关不显著.可见,在所选取研究时段内,TVDI指数较VSWI指数监测河北省土壤湿度更为适宜.     

模拟大气温度和CO_2浓度升高对双季稻氮素利用的影响

未来气候主要表现为大气温度和CO2浓度升高的变化趋势,升温2℃和CO2浓度达到450μL L–1(同比增加60μL L–1)情景是哥本哈根共识下的安全阈值。本研究采用自主研制的开顶式气室(open-top chamber,OTC)进行双季稻大田原位模拟试验,以早稻两优287和晚稻湘丰优9号为试验材料,设置了大田(UC)、对照(CK)、增温2℃(CT)、增CO2 60μL L–1(CC)和同时增温2℃增CO2 60μL L–1(CTC)5个处理,研究温度和CO2浓度升高对双季稻产量和氮素利用的影响。结果表明,早稻CT的籽粒产量和氮素积累量均低于CK,CC和CTC比CK提高籽粒产量19.7%和2.0%,提高氮素积累量15.7%和5.1%;晚稻CT、CC和CTC籽粒产量和氮素积累量比CK分别提高9.2%、14.4%和18.8%,及7.3%、10.2%和15%。茎叶氮素转运率和贡献率早稻CC和CTC略低于CK,晚稻CC、CTC均高于CK。氮素吸收利用率早稻以CC最高(45.7%),晚稻以CTC最高(48.5%),分别比CK提高了35.5%和33.1%。氮素农学利用率与之一致,早稻和晚稻的CC和CTC均最高(23.1 kg kg–1和26.9 kg kg–1),比CK提高了56.3%和46.2%。氮素生理利用率早稻和晚稻均以CC最高,相比CK提高了12.7%和10.5%,但差异不显著。CK与UC之间各项指标差异不大,这表明OTC覆盖对水稻生长造成的影响在可接受误差之内。综上所述,本研究认为温度升高2℃对早稻产量和氮素利用倾向于不利影响,对晚稻则相反;CO2浓度增加60μL L–1对早稻和晚稻产量和氮素利用倾向于有利影响;同时增温和增CO2对早稻表现抵消作用,对晚稻表现协同作用。     

基于GIS的中国陆地表面粗糙度长度的空间分布

粗糙度长度是边界层气象学中常用的一个重要参数,是反映下垫面形态的一个重要指标。本文利用美国地质调查局(USGS)提供的数字高程模型数据和土地利用数据,结合GIS技术分析了中国地形粗糙度长度和地表粗糙度长度的空间分布特征。计算结果表明:中国的地形粗糙长度与中国的地形形态吻合良好;而地表粗糙度长度也很好地反映了土地利用现状,计算结果具有可靠性。     

基于模拟试验的CO2浓度和气温升高对水稻产量的影响

采用人工气候箱(TPG-1260-TH)模拟我国南方水稻种植区主要环境要素培养水稻,研究450μmol/mol CO2不增温(对照)、550μmol/mol CO2增温2℃、750μmol/mol CO2增温4℃对水稻产量的影响。结果表明:450μmol/mol CO2不增温条件下水稻空秕率最高,为8.72%,而千粒重偏低,为21.67 g,粗蛋白质含量最低,为11.82%;750μmol/mol CO2增温4℃条件下千粒重指标最高,为22.33 g;水稻在550μmol/mol CO2增温2℃处理下的粗蛋白质含量最高,为11.85%。可见,550μmol/mol CO2增温2℃的环境有助于我国水稻产量的增加,但温度和CO2浓度持续升高将导致水稻品质下降。