沈阳春玉米不同生育阶段需水量及缺水量变化特征

基于1960—2016年沈阳5个气象观测站玉米发育期资料及气象观测资料,计算春玉米不同生育阶段需水量、有效降水量,进而计算水分盈亏指数并分析其变化特征。结果表明:沈阳市春玉米除播种—出苗、出苗—七叶及拔节—抽雄期有效降水量呈增加趋势,其他发育阶段及全生育期呈显著减少趋势;全生育期及各生育阶段需水量均呈下降趋势;全生育期缺水量总体以下降为主,其中拔节—抽雄期处于强下降趋势,播种—出苗和出苗—七叶期呈弱下降趋势。沈阳北部有效降水量偏少、需水量偏高,是缺水量高值区;拔节—抽雄期缺水量最大。     

石家庄冬小麦需水量变化特征及气象影响因子

利用石家庄地区9个气象站1964—2012年的气象数据,以彭曼-蒙蒂斯(Penman-Monteith)公式以及作物系数修订公式为基础,计算了冬小麦各生育阶段的需水量;运用趋势分析、5年滑动平均、变异系数、Morlet小波分析、Pearson相关系数等方法分析了各生育阶段需水量的变化规律及影响因子。结果表明:石家庄地区冬小麦各生育阶段需水量总体呈下降趋势,1965—1987年,播种至越冬期、抽穗至成熟期以及全生育期下降趋势尤为明显,1988—2012年,返青至拔节期的需水量表现为显著上升趋势,其余生育阶段以及全生育期的需水量趋势变化不明显;近48年来,各生育阶段的需水量均存在4年以上的振荡周期;各生育阶段需水量的空间分布均由东北向西南递增,变化趋势由北向南递减;日照时数与冬小麦各生育阶段需水量呈最大正相关,相对湿度呈最大负相关。     

1971—2018年黑龙江省玉米需水量与有效降水量耦合度演变特征

基于1971—2018年黑龙江省69个气象台站逐日气象资料, 利用联合国粮农组织(FAO)推荐方法计算玉米需水量, 应用美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降水量, 采用Mann-Kendall检验、GIS反距离加权插值等方法分析黑龙江省玉米需水量与有效降水量耦合度及其演变特征。结果表明: 黑龙江省玉米拔节以前生育时段大部地区有效降水增加, 拔节以后各生育阶段大部地区有效降水呈减少趋势, 不同区域变化趋势略有不同。受风速变小和日照时间减少等气象因子影响, 黑龙江省大部地区玉米需水量减少, 东部减速最快, 北部最慢。黑龙江省中部和东北部玉米需水量与有效降水量耦合度较高, 西部较低; 拔节以前耦合度较低, 拔节以后较高。各区域耦合度均呈“两落两起”变化趋势, 2011—2012年为耦合度由低到高明显突变点。     

2021—2050年河南省夏玉米净灌溉需水量对气候变化的响应

基于河南省17个气象站点观测资料和25个CMIP5模式预估数据,采用BCC/RCG-WG 3.0天气发生器构建区域气候变化情景,集合评估了RCP4.5情景下2021—2050年夏玉米净灌溉需水量较1961—2000年的变化及其空间分布。结果表明：全生育期内气温升高1.8℃,降水增加3.6%,引起作物需水量和有效降水量分别增加5.1%和1.5%,净灌溉需水量增加5.6%。受气温升高和降水减少的双重影响,播种－拔节期净灌溉需水量增幅较大,达到21.3%;拔节－乳熟期尽管有效降水量增加3.0%,但这并不足以抵消气温升高引起的作物需水量增加5.1%的影响,净灌溉需水量仍然增加3.4%;乳熟－成熟期,由于有效降水量增加8.2%,超过了作物需水量增加7.4%的影响,净灌溉需水量减少1.4%。豫西三门峡、孟津和豫西南栾川、西峡等4站在各生育期内净灌溉需水量均有不同程度的增加。     

广西右江河谷旱作灌溉需水量变化特征

利用百色、田阳、田东和平果气象观测站1971~2013年历年实测的逐日降水量资料以及平果站1990~2013年甘蔗、1994~2013玉米发育期观测资料,采用美国农业部土壤保持局推荐的有效降水量计算法,对右江河谷甘蔗、玉米旱作各生育期需水量、水分盈亏、灌溉需水量情况以及变化规律进行分析。结果表明,右江河谷各县区甘蔗以及除平果外大部分县区玉米的全生育期平均水分条件是亏缺的,甘蔗全生育期水分亏缺主要由茎伸长-成熟期缺水引起,该生育期阶段多年平均灌溉需水量为220mm;玉米全生育期水分亏缺则主要由播种-出苗及乳熟-成熟期缺水引起,其中以播种-出苗期缺水最多,该发育阶段多年平均灌溉需水量为30mm。近40年来,右江河谷甘蔗各生育期有效降水量和水分盈亏指数的变化呈减少和下降的趋势,灌溉需水量的变化则呈增加趋势;大部分县区玉米除乳熟-成熟期外,其余各生育期有效降水量和水分盈亏指数的变化呈微弱减少和下降趋势,灌溉需水量的变化则呈微弱增加趋势。     

鲁中地区近35a不同历时降水变化特征

利用鲁中地区8个气象站1980—2014年逐日降水资料,分析不同持续时间不同强度降水的时空变化规律。结果表明:鲁中地区近35 a无特大暴雨发生,降水发生频率随降水强度和持续时间的增加而减少,降水频率与降水强度的变化规律基本一致。1 d降水除小雨外,其他强度降水发生次数均呈增加趋势,最多发生在7月,大暴雨的降水强度除沂源外,其他地区呈增加趋势,暴雨降水强度在中部平原和南部山区呈增加趋势;除大暴雨外,其他不同强度降水年均发生次数主要空间变化规律一致,但在第二特征向量上存在差异;持续2 d降水除暴雨年均发生次数随时间呈增加趋势外,其他强度降水均呈减少趋势,暴雨的降水强度除中西部平原外,其他地区呈增加趋势,大雨和小雨最多出现在8月,暴雨和中雨出现在7月,暴雨中北部平原最多,大雨东部平原最多,中雨、小雨山区最多;持续3 d中雨和小雨年均发生次数随时间呈增加趋势,降水强度在多数地区呈增加趋势,最多出现在8月,山区最多;持续4、5 d小雨年均发生次数随时间呈减少趋势,降水强度在多数地区呈减少趋势,最多分别出现在8月、9月,空间分布均匀。     

鲁中地区近35年不同历时降水变化特征

利用鲁中地区8个气象站1980-2014年逐日降水资料,分析不同持续时间不同强度降水的时空变化规律。结果表明：鲁中地区近35年无特大暴雨发生,降水发生频率随降水强度和持续时间的增加而减少,降水频率与降水强度的变化规律基本一致。1日降水除小雨外,其他强度降水发生次数均呈增加趋势,最多发生在7月,大暴雨的降水强度除沂源外,其他地区呈增加趋势,暴雨降水强度在中部平原和南部山区呈增加趋势,除大暴雨外,其他不同强度降水年均发生次数主要空间变化规律一致,但在第二特征向量上存在差异;持续2日降水除暴雨年均发生次数随时间呈增加趋势外,其他强度降水均呈减少趋势,暴雨的降水强度除中西部平原外,其他地区呈增加趋势,大雨和小雨最多出现在8月,暴雨和中雨出现在7月,暴雨中北部平原最多,大雨东部平原最多,中雨、小雨山区最多;持续3日中雨和小雨年均发生次数随时间呈增加趋势,降水强度在多数地区呈增加趋势,最多出现在8月,山区最多;持续4日、5日小雨年均发生次数随时间呈减少趋势,降水强度在多数地区呈减少趋势,最多分别出现在8月、9月,空间分布均匀。     

河南省夏玉米生长季水分供需时空变化特征

水分条件是制约河南夏玉米高产稳产的重要因素,本文利用河南省夏玉米生长季30个农业气象观测站1961～2011年逐日气象观测资料,计算不同生育阶段夏玉米需水量和水分亏缺量,分析其近50a的水分供需条件时空变化特征。结果表明：夏玉米各生育阶段需水量呈显著的下降趋势;各生育阶段之间水分亏缺量没有显著的年际变化。分析各生育阶段水分供需情况,水分亏缺量为正值表明水分供给不足,为负值表示水分有盈余,出苗一拔节期夏玉米水分亏缺量以负值为主,拔节一抽雄期正负交替各占一半,抽雄一乳熟期和乳熟-成熟期以正值为主。空间分布上,夏玉米各生育阶段需水量与各地海拔高度呈显著负相关,全生育期负相关系数为0．799;各阶段水分亏缺量也有一定的相似性,水分亏缺地区主要分布在豫西和豫西北大部,水分较充足的地区主要分布在漯河、南阳、驻马店等地。     

华北冬小麦—夏玉米两熟区干旱特征分析

研究华北冬小麦—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。     

安徽淮北平原冬小麦气候适宜度分析及作物年景评估

选取安徽省淮北平原37个气象站1960-2016年逐日气象资料,构建气温、降水、日照及气候适宜度模型,分析气候变暖背景下冬小麦气候适宜度时空演变特征,揭示冬小麦生育期气候风险,评判农业气候年景。结果表明：淮北平原冬小麦不同生育期对气候因子适宜程度不同,单要素各生育期适宜度均为灌浆-乳熟期较高,返青-拔节期较低,其中降水适宜度分蘖期最低;全生育期温度适宜度最高、日照适宜度次之、降水适宜度最低,水分是冬小麦生长的限制因子。气候综合适宜度灌浆-乳熟期最高,分蘖期降水适宜度最低,并且其序列变异系数大,常遭遇秋冬连旱,引起产量波动;全生育期气候适宜度呈东高西低分布,淮北中东部较高,而淮北西部及沿淮地区较低,冬小麦生产风险相对较高。1961-2016年全生育期温度适宜度线性增大趋势显著,降水适宜度线性趋势不明显,而日照适宜度呈显著的线性减小趋势;综合来看,全生育期气候适宜度无明显线性增减趋势,空间上淮北东部略有增大,而西部及沿淮地区略有减小,气候风险增加。淮北平原多数年份气候适宜度适中,适宜性偏差年发生概率高于偏好年。基于气候适宜度评判冬小麦气候年景等级,评估结果与实际产量增减情况基本相符,表明农业气候年景模型评估精度能满足业务服务需求,具有推广应用价值。     

内蒙古中部地区春玉米水分亏缺时空特征

水分亏缺指数是判识作物干旱程度的重要指标之一,分析作物水分亏缺指数时空变化规律可为作物合理布局和科学有效灌溉提供理论依据。基于内蒙古中部地区24个气象站1971—2015年降水、气温、风速等逐日气象观测数据和春玉米生育期观测与调查资料,以Penman-Monteith模型为基础计算春玉米需水量,并结合作物有效降水量,定量分析春玉米水分亏缺指数的时空分布特征。结果表明,内蒙古中部地区春玉米生长季内水分亏缺指数呈"高、低、高"的波动变化;近45 a来,春玉米水分亏缺指数在生育前期和后期呈下降趋势,而在生育中期则呈上升趋势,且抽雄-乳熟期的水分亏缺指数上升趋势明显,1990年代以后上升趋势达到显著性水平,说明水分亏缺指数表现出向春玉米需水关键期增加的趋势,并在1991年发生显著突变;空间上,春玉米水分亏缺指数呈带状分布,且呈北高南低的分布格局,这与该区降水量南多北少的分布特征有关。     

基于SPEI的河南省冬小麦生育期干旱时空特征分析

利用河南省24个地面气象站1961-2009年逐日降水和气温资料计算SPEI(标准化降水蒸散指数),并按照SPEI的标准界值将干旱强度划分为轻度干旱、中度干旱和极端干旱.根据河南省冬小麦的生长特点将小麦生育期划分为生育前期、分蘖期和返青-抽穗-成熟期.采用Meteoinfo软件、Morlet小波分析方法、线性回归研究不同生育期干旱变化趋势、覆盖范围、发生频率、周期及空间分布,结果表明,冬小麦各个生育阶段均出现过不同程度的干旱,只是不同地区、不同年份发生的频率和强度不同,但各阶段均存在着轻度干旱发生的概率最大,而极端干旱发生的概率最小的特点.驻马店地区在各阶段发生干旱的概率都较大.对河南省冬小麦全生育期的SPEI分析表明,全生育期干旱出现概率的极值中心有显著的10 a左右的周期变化特征,近年来干旱指数呈逐渐增大的趋势.     

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。     

安徽省冬小麦水分盈亏特征及其对产量的影响

利用安徽省1971—2010年的气象资料和冬小麦产量资料,采用水分盈亏指数分析了安徽省冬小麦全生育期和关键期（孕穗至乳熟期）水分盈亏的时空变化特征,以及旱涝对产量的影响。结果表明：冬小麦全生育期和关键期水分盈亏指数基本呈纬向分布,合肥以北水分亏缺明显,江淮南部及其以南地区水分供应基本充足,越往南水分盈余程度越大,总体来看缺水程度关键期大于全生育期;近40年冬小麦水分盈亏指数的时间变化趋势不明显,但年际波动大,旱涝灾害风险增加。干旱主要发生在沿淮淮北地区,涝渍在江淮及其以南地区发生频率较高,典型旱涝年平均减产率分别为4.2%和12.4%;造成冬小麦减产10%的中度旱灾风险北部大于南部,中度涝灾风险南部大于北部。南部涝渍风险和造成的产量损失明显大于北部的干旱,水分偏多的南部地区要尽量减少冬小麦的种植。     

华北中部近45a极端降水事件变化特征

利用华北中部41个气象台站1961—2005年逐日降水资料,采用通用的极端气候指数,分析了近45a来华北中部极端降水事件频率变化的时空特征。结果表明：华北中部平均年最大日降水量呈下降趋势,南部平原地区一般减少,北部山地区域多有增加,降水日数有较明显减少,强降水日数和暴雨日数变化趋势不明显,降水日数的减少主要是中、小雨（雪）日数减少造成的。暴雨日数和强度在20世纪90年代中后期显著增加。华北中部强降水日数和暴雨日数在降水日数中的比重有增大趋势,强降水量和暴雨降水量在总降水量中的比重可能也增加了。这种相对增加趋势主要发生在20世纪90年代中期以后。     

基于WOFOST模型的河北省保定市冬小麦最佳灌溉方案研究

利用WOFOST模型对保定地区冬小麦不同年型灌溉方案进行模拟分析,确定最佳灌溉量及灌溉时间,力争灌溉效益最大化,对缓解农业生产和水资源匮乏的尖锐矛盾尤显重要。文章以河北省保定市为例,应用WO)FOST模型对不同降水年型的2003/2004、2005/2006和2008/2009年3个代表生长季,分别进行一次灌溉、两次灌溉、三次灌溉的不同灌溉方案进行模拟,试图揭示冬小麦产量随灌溉时间及灌溉量的变化规律,选择最佳灌溉方案,为干旱缺水的河北省保定市小麦节水、高产提供理论依据。模拟研究结果表明:在冬小麦全生育期中最佳灌溉时期为拔节—孕穗期和抽穗—灌浆期,这两个时期的灌溉对产量的贡献率最高。与此同时,总结出了既可以满足冬小麦生长又可以获得较大经济效益的两次灌溉及三次灌溉的最佳灌溉方案。     

基于不同干旱指数鲁中地区干旱变化规律研究

利用1980—2014年鲁中地区8个代表气象站逐日的气象观测资料,采用累积频率法对5种干旱指数的阈值进行修正,分析了鲁中地区干旱的时空变化特征,并研究不同干旱指数在鲁中地区的适用性。结果表明:1980—2014年鲁中地区5种干旱指数计算的年平均干旱日数为92—106 d,干旱中心位于鲁中中部地区,干旱日数随时间变化均呈减少趋势,减少幅度为2—6 d/10 a,其中综合气象干旱指数对干旱持续时间长和干旱程度较重年份的监测效果较好;鲁中地区四季干旱日数监测效果较好的干旱指数不同,春季、夏季和冬季干旱日数随时间呈减少的趋势,四季干旱日数的空间变化规律不一致;鲁中地区干旱日数最多和最少的月份分别为5月、8月,干旱日数年变化呈近余弦的变化规律,鲁中地区不同月份干旱日数监测适用的干旱指数不同。     

石家庄市不同等级降水日数的时空分布特征

利用1972—2007年石家庄市17个测站逐日降水资料,采用线性趋势法和Mann-Kendall突变检验法,分析了近36 a石家庄市不同等级降水日数时空分布特征和变化规律。结果表明：石家庄市年总雨日数和不同等级降水日数均呈减少趋势,暴雨日数减少趋势最不明显;年总雨日数发生了突变,突变年份为1992年;20世纪90年代后,降水有向极端化发展的趋势。在空间分布上,石家庄市年总雨日数和不同等级降水日数自西北、东南向中部地区逐渐减少,西北部山区和东南部平原存在两个多雨日中心和多暴雨中心;各站年总雨日数和小雨日均呈显著减少趋势,北部、西北部和东南部地区减少趋势相对更显著,其他等级降水事件日数大多数观测站也呈减少趋势,但减少速率相对较小。     

石家庄不同等级降水日数的时空分布特征

利用1972—2007年石家庄市17个观测站的逐日降水资料,采用线性趋势法和Mann-Kendall突变检验法,分析了近36 a石家庄市不同等级降水日数时空分布特征和变化规律。结果表明：石家庄市年总雨日数和不同等级降水日数均呈减少趋势,暴雨日数减少趋势最不明显;年总雨日数发生了突变,突变年份为1992年;20世纪90年代后,降水有向极端化发展的趋势。在空间分布上,石家庄市年总雨日数及不同等级降水日数自西北、东南向中部地区逐渐减少,西北部山区和东南部平原存在两个多雨日中心和多暴雨中心;各站年总雨日数和小雨日均呈显著减少趋势,北部、西北部和东南部地区减少趋势相对更显著,其它等级降水事件日数大多数观测站也呈减少趋势,但减少速率相对较小。     

郑州地区冬小麦水分利用效率变化及其气温变化响应

水分利用效率(WUE)反映了作物耗水量与干物质生产及籽粒产量的关系,提高作物WUE是保障水资源紧缺条件下农业持续稳定发展的关键。根据近30 a郑州地区冬小麦全生育期平均气温、土壤湿度和产量资料,利用数理统计方法,分析了近30 a冬小麦全生育期平均气温与冬小麦WUE的关系,在此基础上模拟了在不同增温、降水减少的气候变化情景下对冬小麦WUE的影响。结果表明:郑州地区近30 a冬小麦全生育期平均气温递增率约为0.82℃/10a;0—100 cm土壤平均湿度呈下降趋势,土壤有效含水量约以44.9 mm/10a的速率递减;实际耗水量年际间平均以18.2 mm/10a的速率递增;气温升高与小麦WUE变化表现为不显著的负相关。未来各情景下冬小麦WUE均比当前的WUE有所增加,其中增温2.4℃、降水减少10%时WUE比基础情景增加了15.5%,但WUE的数值并不随气温增加和降水减少而无限递增,当气温增加2.4℃、降水减少量超过20%时,WUE开始下降。