基于遥感的黑龙江省西部水稻、玉米种植范围对温度变化的响应

利用多时相遥感数据,生成黑龙江西部地区1988年和1998年两个序列的农作物种植范围图,结合相应时段的该地区≥10℃积温数据进行分析。研究表明,黑龙江省西部地区农作物种植结构对气候变暖有明显的响应变化:随着等温线的大幅度整体北移,水稻的种植北界随着≥10℃积温的2200℃等温线向北移动约1.5个纬度,水稻集中种植区随≥10℃积温的2300~2400℃等温线北移约1个纬度;分布在≥10℃积温2800℃等温线和2400℃等温线附近的两个玉米密集种植区随着上述两条等温线北移1个纬度左右。在上述玉米、水稻种植范围北移过程中,同时出现玉米的种植区被新增的水稻种植区大范围替代的现象。     

气候变暖对中国亚热带北界位置的影响

在全球气候变暖的背景下,中国气候带也有相应的变化。亚热带北界是暖温带与北亚热带的交界,是中国气候带上的一个重要分界线。论文讨论了气候变暖对中国亚热带北界的影响。数据资料来自于中国气象局,采用中国740个站点1951~2005年的日平均温度资料。根据《中华人民共和国气候图集》中气候区划的第一级气候带定义指标,以≥10℃天数为主导指标,≥10℃积温、1月平均温度为辅助指标,定义亚热带北界为≥10℃天数为218天,≥10℃积温为4500~4800℃,1月平均气温为0℃。分别统计1951~2005年暖温带与亚热带指标的年代变化及亚热带北界在1951~1970、1971~1990、1991~2005年的位置演变,结果表明:34°N附近55年来≥10℃天数、≥10℃积温、1月平均温度都呈上升趋势。20世纪50年代至今,亚热带北界西段几乎没有变化;亚热带北界中东段向北推移幅度较大,到本世纪初向北已推移到35°N附近,较1951~1970年向北推移2~3个纬度。亚热带北界位置的向北推移是对全球气候变暖的一种响应,这将对我国农业布局和生态环境有重要影响。     

中国干旱区温度带界线对气候变暖的响应

在全球气候变暖大背景下,热量资源的改变与温度带界线的动态变化将会影响到干旱区天然植被的生长与分布,而农业气候资源的变化将对干旱区农业生产的布局与种植制度的调整产生深刻影响。本文采用1961-2007 年均一化气温数据与MPI_ECHAM5 模式输出的21 世纪上半叶A1B情景下的区域降尺度格点数据,选取保证率为80%的日均温≥ 10 ℃持续日数等值线和日均温≥ 10 ℃等积温线为干旱区温度带北界指标,探讨了过去近50 年及21 世纪上半叶气候变暖背景下中国干旱区温度带界线的动态变化。研究表明,(1) 1961-2007 年,干旱区夏、冬半年气温呈显著增加趋势,且冬半年较夏半年增温幅度要大;各年代日均温≥ 10 ℃积温与≥ 10 ℃持续日数的等值线动态变化一致,均表现为显著向北或向高海拔推移;(2) 通过对温度带北界指标变化的判断,1961-2007 年干旱区暖温带和中温带北界普遍北移,北移幅度最大者为阿拉善地区,超过1 个纬度;21 世纪上半叶,暖温带和中温带北界将继续北移,且暖温带移动趋势更为显著;无论是过去近50 年,还是21 世纪上半叶,干旱区暖温带和中温带北界均有向高海拔区域移动趋势;(3) 与温度带北界的变动相对应,干旱区生长期起始日期和终霜日等气候指标显著提早,天然植被与作物种植北界向北向西推移,并呈现向高海拔区域扩展的态势。因此,综合考虑农业气候资源变化以及人类活动的影响,从而确定气候条件与农业生产种植之间的反馈关系,这将是下一步研究的重点。     

气候变暖对甘肃种植业结构和农作物生长的影响

采用对农作物生长有指标意义的≥10℃积温和<0℃负积温与农作物适宜种植面积、生长发育速度及产量进行对比统计分析研究,得出气候变暖对农作物种植结构发生了较大改变,冬小麦西伸北扩,棉花面积迅速扩大,多熟制向北和高海拔地区推移。农作物生长发育速度发生了明显变化,春播作物提早播种,喜热和喜温作物生育期延长,越冬作物推迟播种,生育期缩短。喜热作物棉花气候产量明显增加。     

气候变化背景下秦岭气候分界线的变化

 依据秦岭南北地区80个站点1980-2009年气象数据,主要应用空间分析方法对半干旱与湿润区、暖温带与亚热带界限的位置变动特征进行了分析。结果表明：（1）近30 a来,秦岭南北地区的气候干燥度呈明显的纬向分布,由北向南湿度依次增加,其线性趋势除商洛东北部,和西安中部地区呈增加变湿的趋势外,其余部分呈减少趋势;≥10 ℃积温天数呈纬向分布,由北向南依次增加,其线性趋势均为增加趋势,空间分布特征呈同心分布;（2）半干旱与湿润界限在20世纪80年代位置最北,在90年代最南,21世纪前10 a次之;暖温带与亚热带界限在20世纪80年代的位置最南、 90年代略有北移,且在21世纪前10 a位置最北;（3）秦岭南北地区的半干旱与湿润、暖温带与亚热带界限最大波动分别为1.2、0.5 个纬度,且两者30 a平均位置均在34 °N附近;（4）秦岭南北地区近30 a气候暖干化趋势明显,该区的半干旱与湿润区、暖温带与亚热带界限的北移可能会对该地区的种植制度产生较大影响。     

气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响

基于海河流域30 个气象站点1960-2009年的实测资料,分析该流域1960年以来农业气象指标的变化趋势,并利用VIP模型模拟分析大气CO₂浓度增加、温度、降雨和日照时数变化对作物产量的影响。结果显示：冬季温度的显著上升使冬小麦种植北界在50年间向北移动大约70 km;在品种和灌溉条件不变的前提下,小麦产量平均每10年上升0.2%~3.4%,其中CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为11.0%、0.7%、-0.2%和-6.5%;大气CO₂浓度增加的产量正效应大于日照时数减少的负效应。气候变化使夏玉米产量呈下降趋势（0.6%~3.8%/10年）,其中大气CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为0.7%、-3.6%、-1.0%和-6.8%,温度上升和辐射下降是玉米产量下降的主要原因。研究结果可为气候变化影响的评估和适应性对策制定提供科学依据。     

我国夏玉米潜在种植分布区的气候适宜性研究

根据我国188 个夏玉米农业气象观测站资料与1971-2000 年10 km×10 km空间分辨率的气候资料,结合国家层次和年尺度筛选出的影响我国玉米种植分布的潜在气候指标,利用最大熵(MaxEnt) 模型和ArcGIS空间分析技术,构建了我国夏玉米潜在种植分布与气候因子关系模型,研究了影响我国夏玉米潜在种植分布的主导气候因子及其气候适宜性。结果表明,影响我国夏玉米潜在种植分布的主导气候因子有：无霜期、年平均温度、≥ 10 oC积温持续天数、≥ 0 oC积温、≥ 10 oC积温、最冷月平均温度、最热月平均温度、年降水;采用夏玉米存在概率这一综合反映各主导因子作用的指标,将我国夏玉米潜在种植分布区划分为4 个等级：最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区,并阐述了各气候适宜区的气候特征。研究结果可为夏玉米种植的科学布局及制定应对气候变化政策提供参考。     

近30年中国水稻种植区域与产量时空变化分析

通过综合80年代初以来的农作物面积与产量统计、耕地分布、农业灌溉分布以及作物生长适宜性分布等多源数据,利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(Spatial Production Allocation Model,SPAM),获得了我国10km像元尺度的水稻分布信息。在此基础上,重点分析了80年代初以来水稻种植面积与产量的时空变化特征。总体来看,在全国水稻种植区域内发生变化的地区中有超过50%的地区水稻种植面积出现缩减态势,但仍有近70%的地区水稻产量在增加。空间变化来看,种植面积缩减主要发生在东南沿海的广东、福建和浙江等省,而增加主要出现在东北地区的吉林和黑龙江等省,我国水稻种植重心因此向东北方向迁移约230km,产量重心向东北迁移约320km。同时,研究还发现我国水稻种植面积变化对产量增减具有重要影响,其中产量增加表现为面积与非面积因素的共同作用,数据显示种植面积扩展对水稻增产的平均贡献率约54.5%,而在产量减少的区域,面积缩减对减产的贡献率高达80%以上。     

气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响简

基于海河流域30 个气象站点1960-2009年的实测资料,分析该流域1960年以来农业气象指标的变化趋势,并利用VIP模型模拟分析大气CO₂浓度增加、温度、降雨和日照时数变化对作物产量的影响。结果显示：冬季温度的显著上升使冬小麦种植北界在50年间向北移动大约70 km;在品种和灌溉条件不变的前提下,小麦产量平均每10年上升0.2%~3.4%,其中CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为11.0%、0.7%、-0.2%和-6.5%;大气CO₂浓度增加的产量正效应大于日照时数减少的负效应。气候变化使夏玉米产量呈下降趋势（0.6%~3.8%/10年）,其中大气CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为0.7%、-3.6%、-1.0%和-6.8%,温度上升和辐射下降是玉米产量下降的主要原因。研究结果可为气候变化影响的评估和适应性对策制定提供科学依据。     

东北地区未来气候变化对农业气候资源的影响

为探求未来气候变化对东北地区农业气候资源的影响,本文基于区域气候模式系统输出的东北地区IPCC AR5提出的低辐射和高辐射强迫RCP_4.5（低排放）、RCP_8.5（高排放）情景下2005-2099年气象资料,通过与东北地区1961-2010年91个气象站点观测资料同化,分析了历史资料（Baseline）、RCP_4.5、RCP_8.5情景下东北地区农业热量资源和降水资源空间分布及其变化趋势。结果表明：① 年均温度空间分布自南向北降低,未来各地区温度均有升高,RCP_8.5情景下升温更明显,Baseline情景年均温度为7.70 ℃,RCP_4.5和RCP_8.5年均温度分别为9.67 ℃、10.66 ℃;其他农业热量资源随温度变化一致,具体≥ 10 ℃初日提前3 d、4 d,初霜日推迟2 d、6 d,生长季日数延长4 d、10 d,积温增加400 ℃·d、700 ℃·d;水资源稍有增加,但不明显。② 历史增温速率为0.35 ℃/10a,未来增温速率最快为RCP_8.5情景0.48 ℃/10a,高于RCP_4.5的0.19 ℃/10a。21世纪后期,RCP_8.5增温趋势明显快于RCP_4.5,北部地区增温更加速。其他农业热量资源随温度变化趋势相一致,但具体空间分布有所不同。生长季降水总体呈增加趋势,但不显著,年际间变化较大;东部地区降水增加,西部减少。未来东北地区总体向暖湿方向发展,热量资源整体增加,但与降水的不匹配可能将会对农业生产造成不利的影响。     

1957~2016年中国农业界限温度时空变化研究

利用中国830个气象站点1957~2016年地面气象观测资料,采用五日滑动平均法和GIS方法确定了近60 a农业界限温度（0℃、5℃、10℃）的初终日期和持续日数,并比较分析1957~1986年和1987~2016年2个时段的≥0℃、≥5℃和≥10℃农业界限温度的初终日期和持续日数的变化情况。结果表明：与1957~1986年相比,1987~2016年中国农业界限温度（0℃、5℃、10℃）的总体变化规律基本一致,即初日提前、终日推迟、持续日数增加,各地区变化幅度不同,东北、华北和青藏高原地区变化幅度最大。中国各界限温度的终日变化幅度均较小,初日和持续日数变化较大。≥0℃初日在东北北部和青藏高原地区分别提前3~9 d和3~15 d,持续日数在东北和华北部分地区分别增加3~15 d和2~18 d,青藏高原部分地区增加4~16 d;≥5℃初日在东北和华中地区分别提前4~9 d和6~13 d,持续日数在东北、华北部分地区分别增加4~13 d和2~14 d,青藏高原地区增加2~23 d;≥10℃初日在东北和青藏高原地区分别提前2~9 d和2~13 d,持续日数在东北和青藏高原地区变化最为显著,分别增加3~15 d和5~25 d。农业界限温度的初终日期和持续日数变化,使作物生育期延长和种植界线北移。     

近30年中国东北地区玉米种植体系的时空动态分析(英文)

Understanding crop patterns and their changes on regional scale is a critical requirement for projecting agro-ecosystem dynamics. However, tools and methods for mapping the distribution of crop area and yield are still lacking. Based on the cross-entropy theory, a spatial production allocation model(SPAM) has been developed for presenting spatio-temporal dynamics of maize cropping system in Northeast China during 1980–2010. The simulated results indicated that(1) maize sown area expanded northwards to 48°N before 2000, after that the increased sown area mainly occurred in the central and southern parts of Northeast China. Meanwhile, maize also expanded eastwards to 127°E and lower elevation(less than 100 m) as well as higher elevation(mainly distributed between 200 m and 350 m);(2) maize yield has been greatly promoted for most planted area of Northeast China, especially in the planted zone between 42°N and 48°N, while the yield increase was relatively homogeneous without obvious longitudinal variations for whole region;(3) maize planting density increased gradually to a moderately high level over the investigated period, which reflected the trend of aggregation of maize cultivation driven by market demand.     

近50年气候驱动下东北地区玉米生产潜力时空演变分析

利用GAEZ模型,综合考虑气象、土壤、地形等因素,估算1961-2010年东北玉米生产潜力,分析50年来气候变化导致的东北玉米生产潜力时空格局演变特征。研究发现：① 1961-2010年,东北玉米平均生产潜力波动较大,整体上以每10年80 kg/hm²的线性倾向率增加;② 由于气候变化,20世纪末、21世纪初玉米生产潜力变化较为频繁;③ 玉米生产潜力总值黑龙江省始终处于最高,近50年间增长幅度黑龙江省>吉林省>辽宁省;④ 近50年来,黑龙江省玉米生产潜力的波动较为剧烈,吉林省和辽宁省相对稳定;⑤ 近50年东北玉米适宜种植区有所增加,主要集中在黑龙江省西北地区,高生产潜力区域增加明显,呈现北移趋势。研究可为东北地区高效利用气候和土地资源,优化玉米生产布局提供依据。     

1951年以来中国无霜期的变化趋势

准确界定无霜期及初、终霜日的时空变化是减少气候变化对农业生产的危害、有效提升农业适应性的重要内容。根据1951年以来国内824个气象站点日最低气温资料,分析初、终霜日和无霜期在全国的分布特征,采用累积距平和线性倾向估计模拟三者的变化趋势,并对无霜期进行突变检验。结果显示：① 中国无霜期随纬度增加或海拔升高而减少,无霜期的年际波动幅度随纬度增加或随海拔降低而减少。② 中国80%以上区域呈现初霜日推后、终霜日提前和无霜期延长的趋势,且三者的变化幅度均是北方大于南方、东部大于西部。③ 中国多数农区无霜期延长是初霜日推后和终霜日提前共同影响,而西南区和长江中下游区部分地区无霜期延长是初霜日的推后幅度大于终霜日的推后幅度或终霜日的提前幅度大于初霜日的提前幅度。④ 中国过半区域无霜期在1980s和1990s发生突变。突变集中分布在东北区中西部、内蒙及长城沿线区、黄淮海区、青藏区和甘新区;突变时间上,东部农区和西部农区无霜期分别在1980s和1990s突变。     

东北西部粮食生产时空格局变化及优化布局研究

利用2003~2013年东北西部各县市粮食生产统计数据,运用聚类分析、粮食贡献度和PSR模型方法,分析东北西部粮食生产格局变化及其影响因素,根据国家“镰刀弯”地区规划提出的玉米种植面积调减目标,对各县市具体调减值进行核算,得出以下主要结论。从2003年以来,粮食播种面积和产量明显向玉米、水稻两种作物集中,而相对低产的大豆所占比例明显下降;粮食生产格局发生明显变化,多数地区被以玉米为主的类型区取代。2003~2013年东北西部粮食增产主要归因于种植面积扩大,其次是粮食单产提高,受粮食作物结构影响较小。东北西部耕地生态安全评价值均小于0.6,处于不安全级至临界安全级阈值范围内,其中不安全级和较不安全级所占比重为97.01%,集中呈片状分布,亟待调整区域种植结构以提高耕地生态安全。东北西部玉米播种面积调减总目标为145.20万hm²,其中农牧交错带调减113.23万hm²,冷凉区调减31.97万hm²,调减地区主要集中在赤峰市、通辽市、兴安盟、吉林西部和辽宁西部地区的部分县市等玉米为主的类型区。东北西部各县市在调减玉米种植面积的过程中,应充分考虑耕地生态安全、农民的生计替代和利益补偿等问题,做到科学、合理、有序地调减玉米种植面积。     

博州气候暖湿化中若干其他气候特征的变化

 博州（博尔塔拉蒙古自治州的简称）作为北疆暖湿敏感区之一,许多与农事活动有关的气候现象以及风能、太阳能等气候资源发生了变化:≥0℃、≥10℃积温显著增加,主要营养生长期气温升高,延迟性低温冷害强度降低,阶段性低温减少;终霜与10℃活动积温初日提前,初霜与10℃活动积温终日推后;冬暖使得采暖成本降低,蔬菜大棚生产规模扩大,冬作物与牲畜安全越冬得以提高,冬季水电发电量得以保障;博乐市第一场透雨推后,透雨次数减少,干旱化趋势增加,同时山区日降水量达12 mm以上的降水次数增加,洪灾增加;冬季河谷日降水量达3.0 mm以上的中量降雪频次增加,山区稳定积雪期缩短;各地风灾频次减少,年平均风速、年日照时数显著减小、减少。作物营养生产期（5—8月）内,博乐气温日较差显著减小,温泉日照时间显著减少。对农业生产而言,这些气象要素的变化似乎总体利多于弊,对风能、太阳能开发利用而言,则反之。     

Impacts of Climate Change on Growth Period and Planting Boundaries of Spring Wheat in China under RCP4.5 Scenario

This article contributes to research on how climate change will impact crops in China by moving from ex-post empirical analysis to forecasting. We construct a multiple regression model, using agricultural observations and meteorological simulations by GCMs, to simulate the possible planting boundaries and suitable planting regions of spring wheat under RCP4.5 scenario for the base period 2040s and 2070s. We find that the south boundary of possible planting region for spring wheat spreads along the belt: south Shandong-north Jiangsu-north Anhui-central Henan-north Hubei-southeast Sichuan-north Yunnan provinces, and will likely move northward under RCP4.5 scenario in 2040s and 2070s, resulting in the decrease of possible planting area in China. Moreover, the sowing and harvest date of spring wheat in the base period shows a gradually delayed phenomenon from the belt: south Xinjiang - Gansu, to the Tibet Plateau. As a result, the growth period of spring wheat in China will shorten because of the impacts of climate change. These results imply that a variety of adaptations measures should be set up in response to changing climatic conditions, including developing the planting base for spring wheat, restricting the planting area of spring wheat in sub-suitable areas at risk while expanding the planting area of optimal crops.     

近50年中国温带季风区植物花期春季霜冻风险变化

中国温带季风区是我国重要的农业区,春季霜冻常对该地区的植物造成严重的损害。本文利用“中国物候观测网”12 个站点的物候观测数据和对应站点气象资料,应用物候模型方法,对1963-2009 年各站点的霜冻频次和多种木本植物的始花期进行了分析,并对植物在花期的霜冻风险进行了评估。结果表明,1963-2009 年,研究区内东北地区和华北地区的始花期分别以-1.52 天/10a (P < 0.01) 和-2.22 天/10a (P < 0.01) 的速度提前。在同一时段,研究区春季霜冻日数显著减少,终霜冻日显著提前。综合考虑花期和霜冻频次的变化,霜冻风险指数,即木本植物花期受到霜冻的物种数占调查总数的百分比,在东北地区以-0.37%/10a 的速度降低(不显著);而在华北地区,霜冻风险指数则以-1.80%/10a 的速度显著下降(P < 0.01)。这表明过去半个世纪研究区植物花期霜冻风险在降低,且存在显著的区域差异。该结论可为农业和森林管理者制订应对春季霜冻害的决策提供参考。