60年来我国主要粮食作物适宜生长区的时空分布

模拟作物适宜生长区的时空分布是分析气候变化对作物生长影响、提高作物生长适应能力的重要内容。选择影响主要粮食作物(小麦、玉米和水稻)生长的气候要素,结合地表土壤和地面高程要素与农业观测站数据,模拟和分析1953—2012年主要粮食作物适宜生长区的变动,评估气候变化下作物的适应能力。研究发现:(1)60年来3种粮食作物适宜生长区对气候变化响应程度从大到小依次是小麦、水稻和玉米。(2)同一时空尺度上,主要粮食作物适宜生长类型区在南方农区较北方农区多样化,在山地较盆地多样化,在高原较平原多样化。(3)小麦生长适应气候变化的能力在多数农区略有上升。玉米生长的适应能力在北方和南方农区分别略微提高和下降。水稻生长的适应能力在长江中下游区、西南区和华南区相对稳定,在黄淮海区和东北区分别下降和提高。(4)60年来,主要粮食作物综合生长适应气候变化的能力在黄淮海区和长江中下游区下降,在其余农区升高。(5)玉米和水稻适宜生长区分别与播种面积和作物产量显著相关,这为模拟未来不同气候情景下二者适宜生长区的分布提供了可行性。小麦适宜生长区与播种面积和产量均不显著相关,未来需要考虑更多因素精准识别小麦适宜生长区,以便更为有效地提高小麦生长对气候变化的适应能力。     

遥感信息与作物生长模型的耦合应用研究进展

卫星遥感技术具有快速、宏观、准确、客观、及时、动态等特点,在大范围作物长势监测和产量预测等方面具有得天独厚的优势。但遥感监测常常受卫星遥感数据空间分辨率、时间分辨率等因素的影响,且遥感信息大多反映的是瞬间物理状况。作物生长模型是对作物生长、发育、产量形成过程中的一系列生理生化过程进行数学描述,是一种面向过程、机理性的动态模型。但是,当作物模拟从单点研究发展到区域应用时,由于随空间尺度的增大导致模型中一些宏观资料的获取和参数的区域化方面存在很多困难。
遥感信息与作物生长模型的耦合应用可以解决作物长势监测和产量预测等一系列农业问题,越来越受到相关研究人员的关注,已经逐渐成为一个重要的研究领域。因此,随着作物模型和遥感技术的迅速发展,如何将两者结合,进行互补性的研究是很有意义的。在查阅了相关资料的基础上,综述了遥感信息与作物生长模型的耦合应用以及发展历程,分别阐述了两种遥感数据与作物生长模型的结合方法——强迫法和同化法,总结了两类方法的应用情况。最后提出了该领域存在的问题,以及进一步解决的研究方向。     

SPARROW模型研究及应用进展

SPARROW(SPAtially Referenced Regressions On Watershed attributes)模型是由美国地质调查局开发的一个基于空间的计算流域营养物质污染负荷的非线性回归模型。它使用机理函数和空间分布模块来计算流域的污染负荷,从而弥补了许多经验回归模型的缺陷。基于模型的特性,其在流域污染负荷核算、水质响应模拟、采样点空间优化、流域最大日最大污染负荷计算与水环境管理等方面有较好的应用前景。对SPARROW模型的机理、结构、输入输出变量、应用现状及在我国的应用发展前景和可能的问题进行了全面阐述和讨论,并对SPARROW模型的改进模型—贝叶斯-SPARROW模型进行简要介绍。以期为该模型在中国水环境管理中的应用提供参考。     

以土壤水分为参变量的根冠系统模拟调控模型

针对以往在建造各类作物生长模拟模型中,对构成作物整体功能的根、冠关系这一系统未予(充分)考虑的现状,在整体、器官水平上,探讨、分析了根、冠之间相互关系,归纳了根、冠系统各种特性,并构建了以土壤水分作为调控因子的根、冠互相藕合机制模型。模型辨识及两年冬小麦试验数据验证结果表明,该模型具有较强普适性和较高模拟预测精度,不仅能模拟预测出不同土壤水分条件下根、冠干物重,研究根、冠间互利互制消长反馈关系,而且还可根据不同生产目标规划灌溉方案。     

冬小麦水分生产函数Jensen模型敏感指数的研究

根据冬小麦返青后田间水量平衡估算出田间作物实际腾发量和最大腾发量,由此,对水分生产函数Jensen分阶段连乘模型中的敏感指数进行了拟合分析。研究表明,Jensen模型中的敏感指数与作物生长阶段以及该阶段长短占总生长期的比例有关,但冬小麦返青后各阶段的敏感指数的累计值可以表示为时间t的一元函数,且与阶段划分无关,由该函数可得到任一阶段的敏感指数值。分析结果还表明,Jensen模型可以较好地反映作物田间耗水量与产量的关系。     

作物水分氮素生产函数模型的研究

在水分生产函数动态产量模型的基础上,考虑土壤氮素对作物生长的影响,建立了作物水分 氮素生产函数动态产量模型,根据作物生长过程中水分和氮素状态,可以对干物质生长过程进行跟踪和预测预报,利用北京永乐店试验资料进行模型参数的拟合,并应用该模型对不同生育阶段干物质产量进行预测,效果良好。     

陆地水循环过程的综合集成与模拟

在气候变化与人类活动的影响下,陆地水循环过程发生了明显改变,并导致了一系列资源环境问题。深入认识陆地水循环过程的变化机理,发展陆地水循环过程综合集成模拟技术,预估未来陆地水循环的变化趋势,是当前水循环研究面临的重要任务。主要关注人类活动影响下的大尺度(大河流域或大陆尺度)陆地表层系统水循环模拟,梳理了近年来陆地水循环过程综合集成与模拟相关的研究进展,指出当前大尺度陆地表层系统水循环模拟模型的主要问题是对自然过程与人类活动过程间相互作用描述不足,以及人类活动参数化方案的不完善。因此,完善人类活动参数化方案,构建陆地水循环过程的综合集成模型,是模拟研究的重要发展方向之一。同时,考虑多要素过程的综合集成模型有助于解释气候变化与人类用水活动影响水循环变化的关键机制,为探索变化环境下陆地水循环变化成因及其效应提供理论与实践基础,其结果将为区域水资源配置及应对全球变化的战略决策提供科学依据。     

改进ARX模型在襄阳站年径流序列预测中的应用

在气候变化和人类活动的影响下,我国部分流域的年径流过程表现出了复杂性波动,常规的统计分析预测模型都有其一定的局限性。多因子自回归模型(ARX模型)可以较高精度地对具有复杂性波动的系统进行模拟。以受人类活动影响和气候变化影响较为显著的汉江流域的襄阳站为研究对象,采用改进后的ARX模型对襄阳站1960~2002的年径流过程进行了模拟,并与多种常用的统计分析方法进行了比较,验证了ARX模型在模拟具有突变性的年径流过程的良好性能。根据所率定模型对襄阳站2003~2012年的年径流进行了预测,预报合格率达到90%,说明了ARX模型在中长期径流预报中较好的适用性。     

喷灌条件下春小麦水肥耦合与产量关系试验研究

通过回归正交试验分析,建立作物产量、土壤水分与施肥量之间关系的经验公式。其研究成果对新疆塔额盆地喷灌工程的设计与管理具有一定的指导意义。     

基于Agent模型的北京市土地利用变化动态模拟研究

城市空间的扩展是一个非常复杂的现象，传统的研究方法是在相同的层次上建立起因变量和自变量的某种函教关系，但很难表现出宏观与微观之间的相互反馈的作用关系。本文提出了一种外部模型(描述宏观现象)与内部模型(微观决策)相结合的Agent模型，试图从人相互作用的关系来理解城市的扩展现象的机理。主要讨论了构造外部模型和内部模型及其相结合的方法、Agent观察和探测外部信息的方式以及构建模拟系统等问题。在此基础上基于Java争swam平台开发了模拟系统UrbanSwarm。实例对北京市土地利用变化动态模拟，结果表明，利用Agent模型动态模拟土地利用变化是一种可行的方案。     

考虑水分胁迫后效应的作物水模型

水分胁迫具有后效应,前期水分胁迫可以影响作物后期叶面积和需水量的增减。以Jensen作物 水模型为基础,引入了水分胁迫后效应影响系数,对原模型进行了修正。修正后的模型可以将阶段水分胁迫与前期胁迫后效应对产量的影响加以区分,避免了原模型中可能产生的虚缺水现象,并可对作物(以玉米为例)前期水分胁迫处理后,后期需水量增加以及苗期胁迫处理可维持较高产量的原因进行合理解释。通过田间试验结果分析,改进后模型的模拟结果符合实际,并具有较好的精度。对模型存在的问题和不足也进行了探讨。     

庄浪县梯田作物产量与降水量关系分析研究

本文通过GM(1,1)灰色模型将庄浪县作物产量分解为趋势产量、气象产量,并对庄浪县土豆、小麦作物的气象产量与降水量进行了相关性分析.研究结果表明,在1998年以前土豆和小麦的气象产量与降水量的相关性明显,相关系数分别为0.435和0.618,说明了小麦需水量高于土豆,该区更适合种植土豆作物,而从1998年该县完全梯田化后这种相关性就逐渐弱化了.     

GM(1,1)分解模型与ARIMA模型在岩溶地下水模拟中的对比研究——以柳林泉流量模拟为例

本文运用GM(1,1)分解模型和ARIMA模型分别模拟柳林泉流量。根据影响特征将泉水流量变化分为两个时段研究:1957—1973年泉水流量处于自然状态;1974—2009年泉水流量受气候变化和人类活动双重影响。运用第1时段的数据建模获得自然状态下泉水流量的模型,将模型外推,获得第2阶段自然状态下泉水流量,然后根据水量平衡原理,减去同期实测流量,获得人类活动对泉水流量衰减的贡献。GM(1,1)分解模型的结果显示,从20世纪70年代到21世纪初柳林泉衰减量为2.26m3/s;ARIMA模型的结果为2.32m3/s;与同期实际衰减量2.27m3/s比,相对误差分别为0.44%和2.20%,表明两种模型都适用于泉水流量的模拟。对比人类活动和气候变化对柳林泉流量衰减的贡献,两个模型得到同样结果,即人类活动的贡献是气候变化的8～9倍。实证研究显示,GM(1,1)模型适用于指数序列的模拟,对具有周期波动的泉水流量,可通过周期修正提高精度;而ARIMA模型能够较好地反映泉水流量相对于降水量的时间滞后效应,能比较准确地模拟泉水流量与降水量的量化关系。      

焉耆盆地冬小麦对降水与气温变化的响应研究

研究作物产量对气候变化的响应,对于指导区域农业生产,保障粮食安全具有重要作用。该文结合大田试验与APSIM模型,在验证研究区冬小麦产量可靠性的基础上,分析降水和气温变化梯度组合情景下作物产量变化。结果表明:APSIM模型对冬小麦产量和生物量的模拟精度较高,决定系数R2为0.913,模型有效系数为0.874。冬小麦在气温升高、降水减少的情景下减产,减产幅度为31.3%;冬小麦在气温降低、降水量增加时增产,增产幅度为25.6%。研究结果对焉耆盆地冬小麦生产走势,制订农业布局、管理措施等具有一定意义。     

气候变化对江河流量变化趋势影响研究进展

气候变化对基于自然稳定气候假定的流量变化趋势的检测和水资源评价方法提出了挑战。在流量变化趋势的检测中分离出气候变化的影响,不仅对水资源管理和水利工程设计有重要的应用价值,而且有助于了解气候变化以何种方式、在何时、何地、已经或尚未对水文循环产生影响,对改进气候模型的模拟与预测有重要的科学价值。 统计方法是检验流量变化趋势显著性的有效工具。直接用气候模型模拟和预测未来径流变化的可靠性取决于模型对当代降水模拟的可信度。多个气候模型集合分析有可能在一定程度上减少模型对降水、径流模拟的不确定性。近年发展起来的多个气候模型集合分析与统计显著性检验技术结合的方法,有可能模拟并预测出气候强迫导致大尺度径流空间分布的变化。随着气候模型尤其是陆—气耦合的区域气候模型对降水模拟的改进,可以预见径流变化的检测、归因和预测的趋同化模拟已为期不远。将温室气体外强迫导致的水文气候变化作为一个因子引入到水资源评价中,对于水资源管理经济与生态评估,以及未来的发展规划将是一件十分重要的变革。      

日以下尺度降雨随机模拟研究进展

目前我国作物生长、土壤侵蚀等应用模式发展很快,利用这些模式进行气候变化影响评价的研究逐渐成为热点,但日以下尺度降雨观测资料却严重不足,迫切需要针对我国复杂的气候条件建立日以下尺度降雨模拟模型,为应用模式提供更为精细的降雨资料输入。重点从次降雨事件的划分方法、次降雨事件模型的模拟过程、Bartlett-Lewis和Neyman-Scott点过程模型的模拟过程、参数估计、参数敏感性分析以及模型改进等方面综合概述了日以下尺度降雨随机模拟的进展,同时给出这几种模型的对比研究结果,从而为人们根据不同目的和条件选择不同模型提供借鉴。最后指出,结合点过程和次降雨事件等方法优点的混合模型——基于天气分型的随机模拟模型以及将统计与动力方法相结合的模拟模型,可能是未来降雨模拟的重要发展方向。     

耕作措施对陕西耕作土壤碳储量的影响模拟*

鉴于农业生态系统土壤有机碳(SOC)平衡对中国农业可持续发展的重要性,文章以陕西农业生态系统为对象,整合农业生物地球化学模型(DNDC)与陕西农业地理信息系统数据库,利用陕西地区气象和作物资料,对陕西省2000年作物生长发育和土壤碳循环进行了模型模拟,实例探讨了耕作管理对土壤碳储量的影响,并由此评价生物地球化学模型在气候变化、土壤性质及农业耕作管理措施对土壤碳含量影响方面的预测能力。敏感性分析表明土壤性状,尤其是初始有机碳含量是影响模型区域尺度模拟的最主要敏感因素。区域模拟使用灵敏系数分析法,分别采用敏感因子的最大、最小值驱动模型在每一模拟单元内的运算,以产生一个土壤有机碳变化的范围值,土壤有机碳变化的真实值应以较大机率包含在这一范围内。分析模拟结果可以得出3点结论: 1)2000年陕西耕作土壤总有机碳储量约为103TgC,是一个大气CO₂源,向大气释放碳0.5TgC; 2)提高作物秸秆还田率是提高陕西农田碳库储量的有效可行措施,将作物秸秆还田率从当前的15 ％ 提高到50 ％ 或90 ％ 会使陕西农田土壤从大气CO₂源转变为汇,每年分别增加土壤有机碳库储量0.7TgC或2.1TgC; 3)施用有机农肥(500kg/hm²)也会增加土壤碳输入,从而提高土壤碳储量,使陕西农田系统转变为较弱的碳(C)源,每年可多固定0.2TgC。     

土与结构间接触面的非线性弹性-理想塑性模型及其应用

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面提出了一种非线性弹性-理想塑性模型,用于模拟土与结构相互作用体系的变形与破坏机理。推导建立了这种接触面单元的应力-应变关系和弹塑性系数矩阵,并且讨论了这种模型在基坑开挖与支护分析应用中所面临的数值计算问题。最后针对某一基坑工程实例,应用这种接触面模型进行了数值计算与分析,结果表明,该模型能够较合理地模拟接触面上的变形机理与受力状态。     

GIS支持下的农业地质区划

文章重点论述了应用地理信息系统（GIS）定量地分析研究作物生长与环境因素的相关关系，并对应用GIS定性与定量相结合来进行农业地质区划作了探讨。     

全过程沉降量预测的Logistic生长模型及适用性研究

地基的全过程沉降量与时间的关系呈S形曲线，可用Logistic生长模型来描述。目前应用的Logistic生长模型，较少考虑模型的适用范围和预测精度等问题。结合工程实例，比较了模型参数估计的三种方法，研究结果表明，采用非线性回归法估计模型参数，可取得较好的预测效果；根据混沌理论，研究了模型的适用范围和预测性能。Logistic生长模型的动态行为由参数α(瞬时沉降速率)决定，当参数α的取值范围在[0，2]之内，该模型预测的最终沉降量是稳定的。