基于吉林省观测土壤水分的WOFOST模型模拟研究

利用吉林省白城站试验数据进行模型参数调整,通过独立的观测资料对生育期、叶面积指数、地上部分各器官生物量进行模拟验证与评价。以白城站和榆树站代表吉林省西部玉米种植区和中部黄金玉米带参数,利用农业气象观测站发育期资料、气象资料和经过质量控制后的逐日土壤水分自动站观测数据进行模拟。为了提高WOFOST模型模拟精度,将由模型通过降水量计算的土壤体积含水量替换为实测土壤水分计算的体积含水量,采用替换后的土壤体积含水量参与模型下一步运算,以此来模拟2001—2016年春玉米穗生物量变化状况,构建玉米土壤体积含水量改善率(PD)指标,来表征降水驱动和土壤水分驱动对作物模型模拟结果的影响。结果表明:(1)模型对白城站春玉米生育期、叶面积、地上部分总生物量和叶生物量较准确,而穗生物量模拟效果一般。(2)从代表站白城来看,穗生物量模拟值与降水量存在明显正相关,降水偏少的年份土壤模拟效果明显优于降水驱动。(3)从区域来看,以盐碱土为主的地区或降水量偏少的年型下土壤水分驱动效果优于降水驱动;在以黑土为主的区域或降水偏多的年型下,两者模拟效果基本接近。(4)总体来说,利用观测土壤水分替换降水量参与模型能够显著提高模型模拟精度。     

气候变化对内蒙古巴雅尔图胡硕草地生产力的影响

利用内蒙古巴雅尔图胡硕地区1960-2005年间的气象观测资料，以及1983—2002年间的牧草产量资料，在对Miami模型和Thornth waite Memorial模型2个气候生产力模型进行比较的基础上，分析了该地区草地生产力气候变化响应特征。结果表明，年平均气温与年平均最低气温的逐渐升高，对巴雅尔图胡硕草地生产力的提高较为有利。但从气温与降水之间的组合效应来看，由于气温与降水存在负相关性，随着气溫的不断升高，降水量会不断减少，草地生产力将随之降低。     

土壤有效水分与气象条件的关系

在自然条件下,土壤水分主要受环境条件制约。为探索作物耕作层(0—30cm土层)内土壤有效水分含量的变化与气象条件的关系,对土壤有效含水量与气温、降水量、日照以及空气湿度等的关系进行初步分析。 1.土壤有效含水量与气温及降水的关系 自然条件下降水是土壤水分的最主要的来源,     

基于自动土壤水分观测数据的吉林省西部干旱预报方法研究

利用吉林省西部10个自动土壤水分观测站数据与人工取土烘干法实测土壤湿度数据,制作吉林省西部土壤墒情监测及干旱预报模型.结果表明:不同气候背景下在作物不同生育期、土壤不同深度、不同初始湿度下的土壤湿度的变化趋势大致相同,但在相同的无降水日数或降水量时,不同台站不同深度的土壤湿度变化率却有一定的差异.各站农田土壤初始湿度越大,无降水时初期墒情下降速率越明显;而土壤湿度初始值越低,则失墒速率越慢.土壤不同深度均是开始时间失墒较快,后期变化逐渐趋于减弱状态.土壤深度越深则水分变化速率越缓,降水量越大,0～50 cm土壤湿度变化曲线整体越接近一致,直到从上而下几层土壤湿度全部达到饱和.通过对2017—2019年吉林省西部玉米农田土壤湿度预报结果和实测值进行对比检验,基于自动土壤水分观测数据的吉林省西部干旱模型预报的准确率超过80％.     

青海省降水与旱地土壤水分关系的研究

本文在全省选取互助、贵德、铁卜加、门源4个代表站和东部浅山农业区10个站，分析干旱地段降水量与土壤水分变化的定量关系。结果表明，大部分地区不同深度、不同范围的土壤相对湿度和干土层与旬降水量的相关关系显著。因此可以直接建立降水与土壤相对湿度增减的预报关系式，用于土壤相对湿度的预报。对于无法建立相关关系的地区，通过分析最小有效降水量，可以确定降水量对土壤水分的贡献。利用降水与土壤相对湿度增减的相关方程和干土层厚度变化与降水量关系进行土壤墒情预报，在1991—1995年期间的资料回代中效果较好。     

春玉米产量动态预报技术的改进方法探索

为及时、准确地进行玉米产量预报,为吉林省玉米产量预报业务提供参考依据,为政府调控提供科技支撑,利用吉林省19802016年春玉米产量和50个气象站逐日气温、降水量、日照时数等资料,基于相似距离和相关系数构建综合诊断指标筛选气温、降水量、日照时数等各类气象要素历史相似年,根据各类气象要素历史相似年与预报年的玉米产量丰歉气象影响指数之间的关系,建立吉林省春玉米产量动态预报模型。同时,对历史相似年的筛选方法进行改进,利用欧氏距离直接筛选综合气候历史相似年,根据气候历史相似年与预报年的玉米产量丰歉气象影响指数之间的关系,构建春玉米产量预报模型。对比改进前、后的产量预报模型的预报,结果表明:两种方法在吉林省玉米单产预报中,预报准确率均较高,普遍在85%以上。产量预报模型对20022013年的预报检验结果表明,改进方法后20022013年单产预报平均准确率提高了3.9个百分点,均方根误差降低了4个百分点,标准差降低了2。对20142016年的预报检验结果表明,改进方法的玉米产量预报结果优于传统方法的预报结果。改进方法比传统方法准确率更高,稳定性更强,应用价值更高。     

太平洋海温三极子对中国东北地区春玉米气候产量的影响

利用1949—2018年玉米产量数据、NCEP再分析资料、帕尔默干旱指数、标准化降水蒸散指数、土壤含水量和SST等, 分析了太平洋海温三极子对中国东北地区春玉米气候产量的影响。结果表明: 东北地区春玉米气候产量与收获当年1—5月的太平洋海温三极子存在显著相关, 太平洋海温三极子能够通过太平洋上空的遥相关型影响东北地区春玉米播种出苗期和全发育期的区域环流场, 进而影响区域降水、土壤含水量、帕尔默干旱指数和标准化降水蒸散指数等与东北地区春玉米气候产量密切相关的因子。当太平洋海温三极子增强时, 太平洋上空会形成类似Rossby波列结构的遥相关型, 在东北地区高空产生负涡度异常, 有利于上升气流的形成和降水的增加。太平洋海温三极子也有利于在低层形成从西北太平洋向东北地区的东南风异常, 通过水汽传输进一步增强东北区域降水。     

甘肃西峰冬小麦土壤水分动态及其对作物产量影响

本文利用甘肃省西峰市农业气象试验站非灌溉地冬小麦田间土壤水分资料、气候资料,分析了不同年型农田土壤水分的时空变化特征,从土壤水分平衡方程出发,讨论了冬小麦返青至成熟期间降水量、作物耗水量、渗漏量和土壤储水量变化各平衡分量的动态变化及其相互关系。对冬小麦产量与不同作物发育期的作物耗水量之间进行相关普查,结果表明影响小麦产量最显著的时段是拔节～孕穗期。分别运用物理统计和经验统计方法建立了冬小麦产量与作物耗水量的关系模型,认为后者模拟效果较好。     

应用简单水分平衡模式讨论土壤水分状况的时间尺度

本文利用一个简单水分平衡模式得出了土壤水分状况的特征时间尺度,该时间尺度被定义为农业干旱发生的时间尺度。假定无降水,模式要求输入初始土壤含水量以及可能蒸发量估计值。文中讨论了全球尺度的两个应用个例。在第一个个例中,考虑开始时土壤处于饱和,来得出一个气候模式实际地适应土壤水分分布的初始误差所需要的时间。在第二个个例中,用了气候值作为初始条件来得出水分循环对大气强迫的敏感性的度量。     

汉中气候生产潜力的估算及其分布

利用汉中市11个气象站点1959-2008年逐年年平均气温、年降水量资料,应用Miami模型、Thornthwaite模型估算了温度气候生产潜力（Tspt）、降水气候生产潜力（TspR）和蒸散量气候生产潜力（TspV）。结果表明：汉中市热量条件较好,大部分地区水分是限制作物产量的主要因素;Tspt、TspR对应的粮食作物的经济产量较高,TspV对应的粮食作物的经济产量与实际粮食产量相对较接近,未来粮食增产的主要途径是提高温度和水分的利用率。北部山区、南部山区和平川各区特点明显,可为当地的农业生产布局提供参考。     

基于AEZ模型的产量动态预报研究

利用洛阳地区1981-2014年夏玉米产量资料、9个气象站点的逐日观测资料、农田0-50 cm土壤墒情资料,结合夏玉米生物学特性,采用农业生态区域法(AEZ模型),计算了夏玉米不同生长阶段的气候生产潜力,通过气候生产潜力与夏玉米产量的相关关系,建立以旬为尺度的夏玉米产量动态预报模型,并进行历史回代和试报检验。结果表明:气候生产潜力与夏玉米单产增减率呈显著正相关,气候生产潜力可以客观地反映夏玉米单产水平及其动态变化。构建的产量动态预报模型对1981-2010年单产历史回代检验的准确率为88.3%~90.7%,单产丰歉趋势回代检验准确率为65.5%~75.9%;对2011-2014年模型准确性试报检验,单产预报准确率为82.7%~87.5%,趋势预报准确率为50.0%~100.0%。     

Attribution of Maize Yield Increase in China to Climate Change and Technological Advancement Between 1980 and 2010

Crop yields are affected by climate change and technological advancement. Objectively and quantitatively evaluating the attribution of crop yield change to climate change and technological advancement will ensure sustainable development of agriculture under climate change. In this study, daily climate variables obtained from 553 meteorological stations in China for the period 1961-2010, detailed observations of maize from 653 agricultural meteorological stations for the period 1981-2010, and results using an Agro-Ecological Zones (AEZ) model, are used to explore the attribution of maize (Zea mays L.) yield change to climate change and technological advancement. In the AEZ model, the climatic potential productivity is examined through three step-by-step levels: photosynthetic potential productivity, photosynthetic thermal potential productivity, and climatic potential productivity. The relative impacts of different climate variables on climatic potential productivity of maize from 1961 to 2010 in China are then evaluated. Combined with the observations of maize, the contributions of climate change and technological advancement to maize yield from 1981 to 2010 in China are separated. The results show that, from 1961 to 2010, climate change had a significant adverse impact on the climatic potential productivity of maize in China. Decreased radiation and increased temperature were the main factors leading to the decrease of climatic potential productivity. However, changes in precipitation had only a small effect. The maize yields of the 14 main planting provinces in China increased obviously over the past 30 years, which was opposite to the decreasing trends of climatic potential productivity. This suggests that technological advancement has offset the negative effects of climate change on maize yield. Technological advancement contributed to maize yield increases by 99.6%-141.6%, while climate change contribution was from-41.4% to 0.4%. In particular, the actual maize yields in Shandong, Henan, Jilin, and Inner Mongolia increased by 98.4, 90.4, 98.7, and 121.5 kg hm^-2 yr^-1 over the past 30 years, respectively. Correspondingly, the maize yields affected by technological advancement increased by 113.7, 97.9, 111.5, and 124.8 kg hm^-2 yr^-1, respectively. On the contrary, maize yields reduced markedly under climate change, with an average reduction of-9.0 kg hm^-2 yr^-1. Our findings highlight that agronomic technological advancement has contributed dominantly to maize yield increases in China in the past three decades.     

Scenario Analysis on the Adaptation of Different Maize Varieties to Future Climate Change in Northeast China

Based on gridded meteorological data for the period 1981–2100 from the RegCM3 regional model, the changing trends of climatic resources in Northeast China are analyzed, and the distributions of maize varieties are accordingly adjusted. In order to explore the effects of different adaptation countermeasures on climatic productivity and meteorological suitability in the future, maize cultivars with resistance to high temperatures and/or drought are selected. The results show that, in the future, there is likely to be a significant increase in thermal resources, and potential atmospheric evaporation will increase correspondingly.Meanwhile, radiation is predicted to increase significantly during 2041–2070 in the growing season. However, changes in precipitation are unlikely to be sufficient enough to offset the intensification in atmospheric evaporation caused by the temperature increase. Water resources and high temperatures are found to be the two major factors constraining grain yield. The results also show that the warming climate will be favorable for maize production where thermal resources are already limited, such as in central and northern Heilongjiang Province and eastern Jilin Province; while in areas that are already relatively warm, such as Liaoning Province, climatic productivity will be reduced. The climatic productivity and the meteorological suitability of maize are found to improve when the planting of resistant varieties is modeled. The utilization of agricultural climatic resources through the adaptation countermeasures of maize varieties is to increase obviously with time. Specifically, maize with drought-resistant properties will have a marked influence on meteorological suitability during 2011–2070, with suitable areas expanding. During 2071–2100, those maize varieties with their upper limit of optimum temperature and maximum temperature increased by 2℃, or water requirement reduced to 94%, or upper limit of optimum temperature and maximum temperature increased by 1℃ and water requirement reduced to 98%, all exhibit significant differences in climatic potential productivity, compared to the present-day varieties. The meteorological suitability of maize is predicted to increase in some parts of Heilongjiang Provine, with the eastern boundary of the "unavailable" area shifting westward.     

气候变化对东北地区作物生产潜力影响的研究

利用作物生长动态统计方法,计算和分析了5～9月气温和降水变化对东北地区水稻、玉米、大豆3种主要作物生产潜力的影响,建立了各站气温、降水与作物生产潜力的关系式,并用来评估气温和降水变化对当年作物产量的影响,还讨论了未来气候变化对东北地区作物生产潜力的可能影响。     

A Seasonal Prediction Model for the Summer Rainfall in Northeast China Using the Year-To-Year Increment Approach

Using the year-to-year increment approach, this study investigated the relationship of selected climatic elements with the increment time series of the summer rainfall between successive years in Northeast China, including the soil moisture content, sea surface temperature, 500 hPa geopotential height, and sea level pressure in the preceding spring for the period 1981–2008. Two spring predictors were used to construct the seasonal prediction model: the area mean soil moisture content in Northwest Eurasia and the 500 hPa geopotential height over Northeast China. Both the cross-validation and comparison with previous studies showed that the above two predictors have good predicting ability for the summer rainfall in Northeast China.     

西北地区春、夏季降水的水汽输送特征

运用1960—1997年内NCEP/NCAR的格点为2.5°×2.5°多个再分析气象要素资料以及西北地区95个加密测站降水资料,通过相关分析、合成分析等诊断方法对影响西北地区春、夏季降水的整层大气的水汽水平输送特征、各层水汽垂直输送特征以及西北地区春、夏季各个边界区域水汽输送特征进行了系列研究,揭示了西北地区季节性降水的水汽源以及水汽源三维输送路径特征;同时阐述了西北地区季节性降水与同期空中水汽含量显著性相关的原因。并用西北地区干、湿年份相关气象要素场对本文的一些分析结果进行了验证。     

关于夏季南亚高压的进一步研究Ⅰ.与我国西北地区降水关系的统计分析

为了进一步统一分析夏季１００ｈＰａ南亚高压脊线和中心位置与西北地区降水的关系，利用１９７０～１９８５年７～８月逐日历史天气图及降雨量等资料，统计了南亚高压脊线和中心活动的基本特征；划分了逐日东、西部型及带状型南亚高压及持续的东、西部型南亚高压过程，还区分了西北区东、西部的多雨、少雨日。结果表明：南亚高压脊线和中心位置（特别是持续的东、西部型南亚高压过程）与西北区东、西部多雨和少雨过程有密切联系     

CMIP6模式对中国东部地区水循环的模拟能力评估

本文基于观测和再分析资料,采用Brubaker二元模型评估了第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中19个模式对中国东部季风区气候态水循环过程的模拟能力,并分析了模拟误差来源。结果表明,CMIP6模式集合平均（MME）能够合理再现观测降水和蒸发的年平均气候态空间分布及年循环特征,与观测值的空间相关系数分别为0.92和0.87。较之观测,MME高估了华北地区降水（0.55 mm d?1）,低估了华南沿海地区降水（?0.3 mm d?1）。所有CMIP6模式均高估蒸发强度（偏差0.03～0.98 mm d?1）,使得模拟的降水与蒸发之差偏少。模式整体能够模拟出我国东部季风区降水再循环率及不同边界水汽来源的贡献率,但低估了由南边界进入季风区的水汽贡献,导致东亚季风区偏干。通过分析模式对影响水汽通量的两个气象要素（风速和大气比湿）的模拟能力,发现研究区南边界的风速大小决定了模式间水汽输送差异。南边界风速越大的模式,由南边界进入的水汽通量越大,模式模拟的降水越多。西北太平洋辐合带的东西位置是影响南边界南风速的重要系统之一,辐合带位置偏东的模式模拟的南风强度较弱,使得水汽输送偏弱、降水偏少;反之,南边界水汽输送偏强、降水偏多。本文通过评估最新一代CMIP6模式在东亚水循环方面的模拟性能,指出了当前气候模式在模拟西太平洋辐合带位置方面存在的偏差及其对东亚水循环的影响。