气候变化对河南省灌溉小麦的影响及对策初探

灌溉是河南省冬小麦最重要的种植管理模式。在DSSAT-CERES小麦模型参数调试和区域适用性验证的基础上,利用区域气候模式PRECIS输出的未来气候情景资料,量化分析了2021—2050年河南省灌溉条件下冬小麦产量的可能变化,结果表明:若不采取其他措施,未来A2,B2两种温室气体排放情景下,河南省冬小麦产量平均减少5%左右,A2情景减产率略高于B2;随着产量降低,产量波动区间略有缩小,但25%~75%的稳产区间也相应缩小,且B2情景下更容易出现极端低产的年份;冬小麦水分利用效率相应降低。采取适当应对措施,如延迟播种期、减小种植密度等有利于提高产量或缓解减产趋势。     

气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算

研究气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响规律,可为农业适应气候变化提供科学依据。通过构建代表站雨养冬小麦产量和土壤水分变化量的模拟方程,分析水分利用效率的历史变化,并结合两种区域气候模式PRECIS和REGCM4.0输出的4种不同气候变化情景资料,估算未来2021—2050年雨养冬小麦水分利用效率的可能变化。结果表明:1981—2010年甘肃、山西和河南代表站的雨养冬小麦水分利用效率呈二次曲线变化趋势,最大值出现在2003年前后。4种气候变化情景的模拟结果均显示:2021—2050年冬小麦全生育期耗水量明显增加,各代表站不同情景平均增加6.2%;产量有增有减,平均产量变化率为1.4%;水分利用效率平均减小3.8%,且变率减小。区域气候模式PRECIS估算的水分利用效率的减小量A2情景大于B2情景,REGCM4.0模式估算的水分利用效率的减小量RCP8.5情景大于RCP4.5情景。整体来看,RCP气候情景对雨养冬小麦水分利用效率的负面影响更大。     

气候变化对中国南方稻区水稻产量影响的模拟和分析

采用了DSSAT作物模式和区域气候模式相连接,模拟分析了A2和B2气候变化情景对中国主要地区灌溉水稻产量的影响。气候变化情景采用了IPCC发布的SRES(Special Report on Emissions Scenarios)系列的最新温室气体排放情景,气候情景值采用区域气候模式PRECIS(Provide Regional Climates for Impact Studies)的模拟值。通过研究站点水稻对A2和B2增温梯度敏感性的分析表明:温度增加,水稻产量呈下降趋势,随着温度增加,产量下降幅度增大。且在同一增温水平下,在南方热带地区的昆明和海口,产量下降幅度大于其他站点。A2和B2的产量相对于基准年(1961~1990年)的变化分别为:气候变化对不同站点的年代际水稻平均产量表现了正面或负面的影响(A2情景下为2.3%~-10.2%,B2情景下为4.0%~-13.6%),在某一些站点,水稻高产年和低产年的概率明显增加,产量分布趋于两极化。     

气候变化情景下黄淮海区域热量资源及夏玉米温度适宜度

利用黄淮海区域90个站点1971—2000年逐日气象资料以及国家气候中心发布的未来气候变化情景(A1B)下区域气候模式(Reg CM3)模拟的黄淮海区域1951—2070年0.25°×0.25°格点气象资料,结合夏玉米主要生育期对温度的需求,构建了黄淮海区域的温度适宜度和变异系数模型,并对1951—2070年黄淮海区域热量资源、夏玉米主要生育期的温度适宜度及其变异系数的时空变化特征进行分析。结果表明:1)黄淮海区域≥10℃积温和80%保证率下日平均温度≥10℃的初日均呈现由北向南依次增加的趋势,且随时间推移,分别呈增加和提前趋势。2)黄淮海区域夏玉米播种—出苗期的温度适宜度随时间整体呈逐渐上升的变化趋势、其变异系数随时间呈降—升—降的变化趋势;出苗—抽雄期的温度适宜度随时间呈先降后升的变化趋势、其变异系数呈降—升—降—升的变化趋势;抽雄—成熟期的温度适宜度空间上呈现2010年前北低南高、未来情景下中部低四周高的分布趋势,时间上呈2010年前稳定、未来情景下先降后升的变化趋势,其变异系数呈相反变化趋势;3)黄淮海区域夏玉米温度适宜度及其变异系数从播种—出苗期—出苗—抽雄期—抽雄—成熟期均呈反相位的变化关系。     

不同气候变化情景下中国血吸虫病传播的范围与强度预估

旨在采用区域气候模型PRECIS模拟的A2、B2两种温室气体排放情景下,预估2050年时段(2046—2050年)和2070年时段(2066—2070年)我国血吸虫病的传播范围和强度的变化状况。结果表明,相对2005年时段(1991—2005年),2050年和2070年时段A2、B2情景下血吸虫病分布范围的北界线出现北移,在中国东部尤其是江苏和安徽省境内北移明显。2050年时段,A2、B2情景下的血吸虫病潜在北界线分布相似。长江、洞庭湖及鄱阳湖周围的血吸虫传播指数明显上升,以洞庭湖周围与湖北省内的长江沿线区域上升更加明显。2070年时段,A2情景下血吸虫病潜在北界线的北移趋势明显大于B2情景,进入到山东省境内。血吸虫传播指数进一步增加,A2情景增加的幅度明显大于B2情景。总之,在未考虑将来的适应措施与其他环境因素对血吸虫病传播影响的前提下,A2、B2情景下的血吸虫病的流行区分布和传播指数都将发生明显变化,其中A2情景对我国血吸虫病流行的影响程度大于B2情景。     

黑龙江省未来41年气候变化趋势与突变分析

选用由英国Hadley中心区域气候模式系统PRECIS构建的基准时段（1961—1990年）和未来时段（2010--2050年）A2、B2情景气候数据,应用线性倾向估算法、累积距平及Mann—Kendall法对排放情景特别报告（SRES）中A2和B2情景下黑龙江省2010--2050年的平均气温、平均最高最低气温、降水量的变化趋势和突变进行了分析。结果表明：相对于基准气候（1961--1990年）,未来41a平均气温表现出明显的上升趋势,A2、B2情景下年均气温分别升高1．63℃和1．94℃,突变分别发生在2031年和2033年;相对于基准气候,A2、B2情景下未来41a降水量分别增加5．3％和1．1％,降水量变化趋势不同,A2情景下为4．03mm／10a,B2情景下为5．94mm／10a,但趋势均不显著,且没有突变发生。总体上,黑龙江省未来41a的气候为向暖湿变化的趋势。     

基于ECHAM5模式预估2050年前中国旱涝格局趋势

 利用ECHAM5/MPI-OM气候模式输出的2001-2050年逐月降水量资料,考虑IPCC采用的3种排放情景（A2：温室气体高排放情景;A1B:温室气体中排放情景;B1：温室气体低排放情景）,计算其标准化降水指数,分析了中国2050年前3种排放情景下的旱涝格局。结果表明：3种情景下旱涝趋势空间分布不同,其中A2情景下旱涝格局同1961-2000年观测到的旱涝格局相似,均存在一条由东北向西南的干旱带;而A1B和B1情景下旱涝格局则发生了很大的变化,尤其B1情景下出现了"北涝南旱"的格局。未来50 a干旱面积在A2情景下呈略增加趋势;A1B和B1情景下为减少趋势。3种情景下干旱频率的空间分布也各不相同。     

A2和B2排放情景下气候变化对福建省水稻生产的阶段性影响

选择IPCC排放情景特别报告(SRES)中的A2和B2方案,利用区域气候模式PRECIS构建的气候变化情景文件与作物模型(CERES-Rice)耦合,采用雨养与灌溉两种方式,并综合考虑未来CO2浓度增加带来的直接增益效应,模拟了未来2020s及2040s两个时段气候变化对福建省水稻生育期与产量的影响。结果表明:无论是雨养方式还是灌溉方式,未来全省各稻区水稻生育期都将缩短,并且随着温度增高,2040s时段缩短的时间较2020s更长,单季稻生育期缩短时间最长,可达15~20 d。雨养条件下,除了闽东南双季稻区后季稻在2020s时段表现为2.3%(A2)和3.1%(B2)较小幅度的增产外,其他稻区各种稻作制度下的水稻产量较之BASE均出现了不同幅度的减产。闽西北稻区后季稻减产幅度最大,2020s时段A2和B2情景下减产幅度依次为6.9%和10.2%,2040s时段减产幅度进一步加大至14.1%和15.6%。闽东南稻区后季稻模拟结果较为乐观,尤其是在灌溉条件下表现为不同幅度的增产,两种情景下分别增产了1.7%、3.9%。双季稻种植区的后季稻产量稳定性均不如早稻和单季稻的,且随着温度升高,到2040s产量不稳定性有增加的趋势。灌溉在一定程度上可以缓解未来高温天气带来的产量波动。从全省的总产变化趋势来看,A2和B2两种排放情景模拟的结果都不容乐观,即使采用充分灌溉的方式,也依旧表现为减产。2020s时段,两种情景下分别减产0.74%与2.44%;2040s时段,两种情景下减产为3.50%与3.23%。未来早稻和单季稻生长季的土壤水分条件将变得不如目前湿润,与之相关的灌溉需要量均有所增加。     

2050年前南水北调中线工程水源区地表径流的变化趋势

以南水北调中线工程水源区为研究流域,采用线性回归法、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了1961—2000年的水文气象要素变化特征;基于数字高程模型、土地利用和土壤类型等资料,研究了SWAT模型在研究流域的适用性;根据IPCC第四次评估报告多模式结果,分析了IPCC SRES A2和A1B情景下2011—2050年的降水、气温、径流的响应过程。结果表明：1961—2000年南水北调中线工程水源区降水量无显著变化趋势,气温呈缓慢上升趋势,径流量呈缓慢减少趋势。与基准期（1961—1990年）相比,未来40年A2和A1B两种气候情景下水源区降水量、气温和径流量都呈现出增加趋势,A2情景下增加趋势明显,但径流量增幅小于降水量的增幅,这可能与蒸发量的增加有关。未来气候变化对南水北调中线工程水源区径流变化影响不大,总体有利于南水北调中线工程的调水。     

冬小麦产量集成预报模式的探讨

作好冬小麦产量预报是气象为农业服务的重要项目之一。本文根据平凉市统计局提供的冬小麦产量资料,利用平凉市的气象资料及有关环流参数资料,分别建立了平凉市冬小麦气候产量的气象模式、环流模式和周期分析模式,进而对冬小麦产量集成预报模式进行了探讨。     

华北冬小麦-夏玉米两熟区干旱特征分析

研究华北冬小麦一夏玉米主要生长季的干旱时空特征,可为全球气候变暖背景下制定抗旱减灾对策提供理论依据。利用华北5省（市）64个气象台站1961-2010年逐日降水资料,以降水负距平或降水量表征的干旱指标,通过经验正交分解法提取了冬小麦、夏玉米全生育期和关键生长阶段的特征向量和时间系数,分析了干旱频率、站次比及干旱强度的变化特征,并通过构建冬小麦-夏玉米轮作期综合干旱指数,探讨了华北地区农业干旱的总体状况。结果表明：EOF分解的前4个模态提取了60％以上作物干旱的主要时空分布信息,冬小麦主要生长季收敛效果优于夏玉米;冬小麦全生育期、苗期及拔节-抽穗期干旱的高强度中心主要分布在冀中南、豫北及鲁西北地区,而灌浆-成熟期干旱则以豫东为中心;夏玉米全生育期干旱的高强度中心主要位于冀南和鲁北地区,初夏旱以冀北大部为高强度区,而卡脖旱以豫西和鲁南为高强度区。从时间系数和区域干旱强度及站次比的时间变化趋势看,冬小麦全生育期干旱、灌浆-成熟期干旱及夏玉米初夏旱、卡脖旱均表现为递减趋势,但未通过显著性检验,而冬小麦播种期、拔节-抽穗期干旱,以及夏玉米全生育期干旱为不显著的递增趋势。整个冬小麦-夏玉米轮作期干旱威胁较高的地区主要位于京津局部、冀中南、豫北和鲁北等地区。     

中国北方冬小麦蚜虫气候风险评估

基于1958—2018年中国北方冬小麦主产区8个主产省（市）小麦蚜虫发生面积、防治面积和小麦播种面积、产量损失、561个气象站点逐日气象资料和典型农业气象站小麦发育期资料,采用相关分析、主成分分析和回归分析等方法,构建华北、黄淮及苏皖地区小麦蚜虫分区域的气候致灾指数。以小麦蚜虫年代际气候致灾指数所划分不同致灾等级发生频次作为小麦蚜虫气候危险性指标,采用小麦蚜虫发生面积率作为脆弱性指标,防治面积与发生面积比值作为防灾减灾能力指标,综合评估小麦蚜虫气候风险趋势。结果表明:北方冬小麦主产区小麦蚜虫气候危险性呈增加态势,年代际差异明显;小麦蚜虫发生脆弱性随年代变化也呈逐步加重态势;小麦蚜虫防灾减灾能力总体呈逐步增强趋势,20世纪90年代提升显著;90年代起小麦蚜虫气候风险逐步加重,高风险范围逐渐扩大,华北、黄淮分别于21世纪初、2011—2018年风险等级达最高;小麦蚜虫气候风险高的区域主要分布在北京、天津、河北中南部大部、山东北部部分地区,较高区域分布在山东大部、河南北部等地。     

中国小麦和玉米农田N2O减排措施及潜力

旱作农田是N₂O的主要排放源,削减其N₂O排放有助于整体降低农田温室气体排放。运用整合分析(Meta-analysis)的方法,研究了不同农业管理措施对中国小麦和玉米农田N₂O排放的影响,并估算了各减排措施的减排潜力。结果表明：添加抑制剂可显著减少小麦和玉米农田N₂O排放36%~46%,并增加作物产量;施氮量减少30%以内,可削减N₂O排放10%~18%,且对产量无明显影响;施用缓(控)释肥和秸秆还田能显著减少小麦田N₂O排放,但对玉米田的减排效果并不显著。在不同的减排措施下,中国小麦和玉米农田N₂O减排潜力分别为9.29~13.90 Gg N₂O-N/生长季和10.53~23.19 Gg N₂O-N/生长季。河南、山东、河北和安徽省小麦田减排潜力最大,占全国小麦田N₂O减排潜力的53%;黑龙江、吉林、山东、河北和河南省玉米田减排潜力最大,约占全国玉米田N₂O减排潜力的50%。     

冬小麦气候适宜诊断指标确定方法探讨

在考虑土壤水分和降水对冬小麦各生长发育阶段影响不同的基础上,构建了冬小麦水分适宜度计算方法,结合冬小麦温度适宜度和日照适宜度计算模型,建立了冬小麦气候适宜度计算模型.利用不同时段的气候适宜度与冬小麦气象产量的关系,采用加权平均构建了冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜指数.利用历史气候适宜指数最大值、平均值、最小值和冬小麦观测试验资料,建立了冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜程度诊断阈值;并利用该阈值,建立了冀、鲁、豫地区冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜、基本适宜和不太适宜诊断指标,对提升农业气象定量评价服务具有十分重要的意义.     

京津冀鲁豫地区小麦优化灌溉的农业气候依据

根据巩县和泰安4年小麦水分试验资料,分析确定了冬小麦最佳耗水量。从充分利用自然降水和土壤贮水角度出发,分析了影响麦田水分状况的各种因子,得出全生育期水分供需差。进而根据小麦阶段耗水的差异和麦田水分动态分析,确定了小麦适宜灌溉期。在上述基础上得出该区小麦优化灌溉方案,通过大面积推广应用,证明该方案可行,具有重大经济效益。     

一次中国东部大范围强浓雾的传播与扩展机制分析

本文利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料对2016年12月31日至2017年1月4日中国东部持续近5天的大范围强浓雾过程进行了分析,重点对强浓雾的传播与扩展机制进行了诊断研究。结果表明:这次浓雾过程以1日晚间冷高压南下为分界点,在高压南下之前强浓雾范围局限于河北中南部,高压南下之后,强浓雾增强并大范围传播,影响江苏、安徽、河南、河北、山东等多个省。冷高压南下导致低层逆温层加强,逆温区范围扩大,是强浓雾得以大范围传播的重要条件。由海上经江苏、安徽、河南至河北的水汽平流输送则为浓雾的大范围传播提供了充足的水汽条件。     

北方地区小麦蚜虫气象适宜度预报模型构建

根据1958—2015年我国北方地区8个主产省（市）小麦蚜虫分省发生面积和发生程度资料、1958—2015年601个气象站点相应逐日气象资料和农业气象站小麦发育期资料,采用相关分析、主成分分析和逐步回归等方法,并利用相关系数法进行因子普查,结合小麦蚜虫适宜生理气象指标和华北、黄淮小麦生育期规律,筛选影响小麦蚜虫年发生程度的关键气象因子,构建分区域的小麦蚜虫气象适宜度预报模型,并将气象适宜度指数划分为非常适宜、适宜、较适宜、不适宜4个等级,以反映气象条件对小麦蚜虫发生发展的适宜程度。结果表明:筛选出影响华北小麦蚜虫年发生程度的8个关键气象因子,影响黄淮小麦蚜虫年发生程度的6个关键气象因子。建立的华北、黄淮模型回代检验等级准确率分别为91.2%,93.1%,2016—2018年3年外推预报平均准确率均在75%以上;利用黄淮模型反演苏皖两省2016—2018年小麦蚜虫发生等级、异地检验3年预报效果均较理想。模型适用于从气象角度对华北、黄淮及江淮地区小麦蚜虫发生等级进行监测和预报。     

河北省南部干旱特征及其对冬小麦产量的影响分析

以河北省南部冬小麦产区为例,基于标准化降水指数(SPI),采用数理统计方法,分析了近40 a(1971—2010年)冬小麦生育期干旱的时空变化特征,干旱对冬小麦产量的影响及干旱风险特征。结果表明:河北省南部干旱在空间上具有一致性,在时间上春季干旱20世纪90年代少于20世纪70年代和80年代,冬小麦全生育期干旱无明显变化。河北省石家庄地区冬小麦产量受干旱影响较小,沧州地区影响大,其他地区一般主要受春季干旱的影响。干旱的影响与各地灌溉条件及管理水平有关。冬小麦全生育期,邯郸西南部为干旱较高风险区;邢台、邯郸局部地区为干旱低风险区;其他大部分地区为干旱中风险区。     

北方冬小麦冬季冻害及播期延迟应对

全球变暖背景下, 我国北方冬麦区冬季冻害是否仍是主要气象灾害,冬小麦播期延迟是否能作为应对气候变化的措施,成为当前亟待解决的科学问题。研究表明:1981—2000年北方冬麦区偏北地区冬季冻害指数与冬小麦减产率相关系数为0.62(达到0.001显著性水平),即2000年前冬季冻害是冬小麦减产的主要气象灾害之一;2000年后冻害与冬小麦减产率相关不显著,即冬季冻害已不再是冬小麦减产的主要影响因子。2018—2021年的冬小麦分期播种试验分析表明:山东泰安和陕西咸阳主栽的冬小麦品种播期推迟,冬前积温和生长季积温明显减少,导致冬小麦植株高度、地上总干重和叶面积指数减小;播期推迟对产量结构造成不利影响,有效穗数、穗粒数和千粒重均分别减少,导致减产,播期推迟10 d平均减产22%,推迟20 d平均减产40%。因此,冬小麦推迟播期并未产生积极效应, 可能原因是当前冬小麦播期和主栽的冬小麦品种已适应当地气候变化。