CLIGEN在华北地区生成降水的效能评估

为了检验天气发生器CLIGEN在华北地区生成降水的有效性,应用该区15个气象站1951-2008年的日气象观测资料和CLIGEN生成的150a日气象数据,对CLIGEN再现该区降水的效能进行了评估。结果表明:CLIGEN很好地再现了年和日降水量的均值和降水日数,但对降水极值的模拟精度不高,年和日最大降水量的平均相对偏差均大于均值的平均相对偏差。非参数检验的结果表明,CLIGEN能很好地生成年降水量的概率分布,且对日降水的概率分布也有较高的生成精度。总体来看,CLIGEN模型在华北地区能很好地再现年、日降水量平均值统计特征,并较好地再现了降水的变率。     

不同利用年限红壤水稻土有机碳和养分含量的粒级分布变化

通过田间采样结合沉降法分级提取,研究了不同利用年限红壤水稻土有机碳和养分含量的粒级分布变化特征。结果表明,红壤水稻土有机碳和养分含量随土壤颗粒粒径的增大而下降,但在各粒级中的分布比例存在显著差异。<0.002mm、0.002～0.02mm、0.02～0.05mm、>0.05mm粒级的有机碳占全土有机碳的比例分别是29.2%、30.7%、11.9%、15.4%,氮的相应数值为36.7%、31.9%、10.2%、14.0%,磷为49.2%、26.5%、11.1%、12.4%,钾为36.9%、33.4%、12.9%、20.0%。总体来说,黏粒和粉粒中有机碳和养分的分布比例较高。红壤水稻土有机碳和养分含量及分布比例还随利用年限而有明显变化。开垦利用不到10a的水田土壤,有机碳和养分含量较低且主要集中在<0.002mm粒级中;而利用超过10a的水稻土,有机碳和养分在粉粒中(0.002～0.05mm)的比例大于50%。各利用年限的红壤水稻土多以0.02～0.05mm粒级的C/N为最高,并随利用年限延长而下降。红壤水稻土各粒级有机碳和养分含量及分布状况随利用年限的变化反映了土壤肥力熟化和养分有效性的提高过程。     

我国低温冷冻害的发生规律分析

本研究简要介绍了低温冷冻害的类型及影响,重点分析了我国冷冻害的时空格局,探讨了全国范围内冷冻害的发生情况.我国受低温冷冻害影响的范围非常广,其中东北和黄淮海地区是影响最大的两个区域,并且近十几年来我国黄淮平原及华中部分地区有加重趋势.云南和广东等华南和西南地区也经常出现不同程度的冷害.个别年份强度非常大.近20年来,我国低温冷冻害经历了减弱-增强-减弱的过程.1992～1999年是冷冻害影响最严重的时段,其中1998年全国总受灾面积867万hm-2,仅江苏、安徽两省就超过了500万hm-2.2000年及以后的几年强度有所降低,但平均每年的受灾面积仍高于370万hm-2.1986～1991年、1992～1999年、2000～2005年3个时段内各省区冷冻害发展变化趋势的分析表明,我国大部分省区冷冻害强度在不断加大,其中有8个省区年平均受灾面积上升辐度超过lO万hm-2.     

APSIM玉米模型中辐射估算的误差传输

以华北地区3个典型站点(山东省莒县站、河南省郑州和南阳站)为研究对象,分析计算玉米生长期间Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、日照百分率和气温日较差综合模型(简称综合模型)和刘可群等太阳总辐射估算模型的相对误差,分别将该5个模型估算结果和太阳辐射实测值(依次命名为模拟方案1-5和模拟方案0)输入APSIM玉米模型,计算各模型驱动APSIM玉米模型模拟产量的相对误差,分析由于太阳辐射估算误差对模型产量模拟结果造成的误差传输。结果表明,5个日太阳辐射模型在生长期内的平均估算误差(εi)在莒县站以A-P模型最小,在郑州和南阳站点以综合模型最小;各辐射估算模型对APSIM模型的产量模拟结果均有明显影响,综合模型模拟结果最好,其驱动APSIM模拟的玉米产量误差最小;5个辐射模型估算误差对APSIM模型模拟玉米产量的误差均有放大效应,Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、综合模型和刘可群等模型辐射误差分别以2.23、2.28、1.63、1.85、1.90倍传输到APSIM玉米模型模拟的产量误差,可见,一定要重视辐射模型的选取和辐射模型经验系数的确定;评价5个辐射模型的误差传输到产量的误差,要综合考虑辐射模型本身的误差和辐射误差传输到产量误差中放大的效应两方面的影响,综合模型传输到产量的误差最小。因此,在华北地区无太阳总辐射实测值的地区使用APSIM模型时,本研究推荐辐射方案4即综合模型为首选模型。     

黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2 m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果] 11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80 cm。研究结果还表明,0—60 cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80 cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20 cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。     

基于APSIM模型评估北方八省春玉米生产对气候变化的响应

基于北方地区农业气象试验站春玉米多年田间试验数据和逐日气象数据,分析农业生产系统模型APSIM在北方八省春玉米产区的适用性,在区域尺度上识别春玉米发育期和产量的关键气象响应因子,模拟过去54a（1961?2014年）该地区春玉米的生长发育和产量形成过程,探讨春玉米发育期和产量对气候变化的响应规律。结果表明：验证后的APSIM玉米模型在北方八省春玉米产区具有较好的适用性。气温和土壤温度是北方各地春玉米发育期的首要关键气象响应因子,其中北方春播区春玉米各关键发育期对最高气温响应最明显,西北内陆区春玉米各关键发育期对最低气温响应最明显。平均气温、日最高气温、日最低气温和土壤温度的升高均会导致春玉米生育期（出苗、开花和成熟）日序提前,发育天数减少,春玉米提前成熟。北方春播区春玉米产量对温度、降水、日照时数响应明显,西北内陆区春玉米产量对温度和潜在蒸散响应明显,大部分地区温度的升高和潜在蒸散的增加会引起玉米产量的显著下降。     

华北平原农田生态系统碳过程与环境效应研究

本文总结了25年来针对华北平原小麦-玉米两熟系统,农田的碳循环对气候变化(温度升高)和管理措施(氮肥施入、秸秆还田和耕作方式等)响应机制的研究成果。自2001年起我们在中国科学院栾城农业生态系统试验站建立了3个长期定位碳循环试验:耕作试验、有机循环试验和增温试验,并完善了4种农田碳过程监测方法体系:隔离罐-碱液吸收CO_2法、静态箱-气相色谱法、涡度相关技术和浓度梯度法。量化了华北平原小麦-玉米两熟系统碳输入-输出的平衡,并对华北平原施氮农田土壤碳截留进行了再评价,指出秸秆还田下高水高肥的精细管理农田正在以77 g(C)·m~(-2)·a~(-1)的速度丢失碳;此外长期氮施入虽然显著增加0~100 cm土体的土壤有机碳含量,但同时会造成0~60 cm土体土壤无机碳含量显著降低。我们在对碳过程环境效应的研究中进一步指出:增温和施氮均会降低CH4汇强度,但对土壤呼吸无显著影响,这可能主要是由于试验增温诱发的土壤干旱抵消了土壤温度的部分影响和土壤呼吸对土壤温度升高的适应性造成的。我们对剖面土壤气体的研究表明施氮对剖面CH4和CO_2均无显著影响。进一步将静态箱法和浓度梯度法相结合的研究结果表明0~40cm土层是北方旱地无氮农田土壤CO_2产生和CH4吸收的主要发生层。     

华北平原典型冬小麦农田生态系统能量平衡与闭合研究

准确量化分析地气之间的物质和能量交换对于水资源管理和农业可持续发展是十分重要的。能量平衡闭合是评估观测数据准确性和分析地表能量平衡的一个重要的评价指数。本研究利用开路涡度相关系统和全要素自动气象站对华北平原典型冬小麦农田生态系统2013—2014年度的能量通量及常规气象要素进行了连续观测,分析了冬小麦农田各能量通量的日变化和年变化特征,计算冬小麦在4个生育时期(出苗期、越冬期、拔节期和灌浆期)的能量闭合和波文比。结果表明:在日尺度上,选取的4个生育时期净辐射和各能量分量的日变化趋势均为单峰二次曲线,净辐射、显热通量和潜热通量的峰值出现在12:00—13:00,土壤热通量的峰值出现在14:00—15:00。在年尺度上,净辐射和潜热通量的变化趋势较为一致,均在越冬期达到最低值114.51 W·m~(-2)和13.47 W·m~(-2),而在灌浆期达到最大值327.02 W·m~(-2)和116.56 W·m~(-2)。选取的4个生育时期的代表性观测日期能量闭合良好,能量闭合率分别为0.49、0.77、0.81和0.76。4个生育时期内波文比值日变化趋势均呈倒"U"型,出苗期波文比在14:00达到最大值2.12;越冬期、拔节期和灌浆期在10:00左右达到最大值,分别为1.48、0.31和0.58。本文的定量化结果可为华北平原农田生态系统水热通量等研究提供依据。     

清末民国时期临汾地区旱灾变化研究

为研究临汾地区清末民国时期洪涝灾害变化规律及与气候变化关系等问题,恢复历史时期气候特征,通过对临汾地区历史资料的统计整理,利用数理方法对其旱灾频次、等级序列特点、时间变化以及成因进行了系统研究。结果表明:1840—1949年临汾地区的旱灾共计54次,平均每2年就发生一次。其中Ⅱ级以上旱灾比重高达66.7%,表明这110年间受灾程度严重。清末旱灾频率比民国时高出约19%,尤以Ⅲ级旱灾最为明显。这两个时期都属旱灾多发期,且Ⅳ级旱灾较多。全年或跨年大旱与特大旱灾指示当时年降水量多低于332.7mm。气候冷干、暖干化以及厄尔尼诺等极端气候事件是影响旱灾频发的气候大背景;当年降水大幅减少是引发(特)大旱灾的主要原因。人地矛盾突出、毁林围湖开荒等对大自然无节制的开发也加剧了旱灾频发、灾情严重程度。     

西北地区食物结构及其安全现状评估

食物是国民经济基础之基础,食物安全问题是世界各国共同面临的重大问题。及时把握和正确判断一个国家或者地区的食物安全状况,对其经济和社会可持续发展具有非常重要的现实意义。在对2000—2014年西北地区7个省(区)的食物结构及生产量、人均食物占有量和主要食物的平均人日热量拥有量进行分析的基础上,对西北地区的食物安全现状进行了评估和判断。结果表明:2000—2014年西北地区7个省(区)粮食、蔬菜、水果、肉蛋奶、棉花、油料等食物产量整体上在波动中呈增长趋势,食物种类趋向多样化和丰富化;近5年西北地区粮食和水果人均占有量均超过全国人均水平,2000—2014年人均奶类、棉花和油料占有量大于全国人均占有量,但人均蔬菜、禽蛋和肉类占有量低于全国人均水平;除青海地区外,其他6个省(区)2014年人均每日热量拥有量都达到营养学要求;2000年以来,西北地区食物安全程度不断提高,但2014年,西北地区食物安全仍处于一个较低安全水平;当前西北地区仍面临着水资源缺乏、耕地面积和质量有限、农业技术设备落后等挑战,使该地区食物安全受到威胁,针对这些问题,文章提出了调整农业结构,保护生态环境,确保食物安全可持续发展等对策。