中国农业气象模式(CAMM1.0)构建与应用

为发展适宜中国区域农业种植特点的农业气象模式,基于国外作物生长模拟方法,通过模式机理过程改进或重构以及应用方式革新,建立了中国农业气象模式（Chinese AgroMeteorological Model version 1.0,CAMM1.0）。CAMM1.0利用平均温度和土壤水分改进了作物发育进程模式,利用土壤水分改进了作物叶片光合作用、干物质分配和叶面积扩展过程模式,通过蒸发比法扩展了作物蒸散过程模式;自主建立了基于发育进程的冬小麦株高、基于遥感信息的作物灌溉、遥感数据同化、作物长势与灾害评价等模式。基于互联网技术构造了实时运转平台,主要功能包括作物生长过程实时常规模拟与用户个性化定制模拟。CAMM1.0的部分子模式采用多种方法构造,便于多模式集成。CAMM1.0对作物发育进程、光合过程、株高的模拟效果较好,但对土壤水分变化过程的拟合略差,模拟产量略偏低。CAMM1.0评价淮河流域夏玉米年际干旱减弱而涝渍增加的趋势与实际基本相符。     

山东一次连续性降雪过程云微物理参数数值模拟研究

利用PSU／NCARMM5V35非静力数值模式对2005年2月14—16日山东连续性降雪过程进行了数值预报，模拟的降雪开始时间、发展演变及持续时间与观测较一致。在成功模拟的基础上，用模式输出预报资料，特别是采用Reisner混合冰相过程计算的云水、雨水、冰晶、雪晶等比含水量数值，对降雪过程的水汽输送、不同发展阶段微物理参数的演变特征进行了分析。结果表明，来自南海的西南急流和低层的东南风水汽输送，850hPa中尺度切变线的维持和低涡的发生、发展，为暴雪的产生提供了宏观条件；模拟的运动场和微物理场的时空演变表明，垂直运动是水汽凝结、冻结和冰粒子碰并和“蒸-凝增长”的运动学条件。     

温带湿润气候条件下温室的能量平衡

一个模拟多种不同气候条件下的温室微气候状况的计算机动态模式业已建立并得到了验证。该模式是一维的,由四个层次组成,对各层的热量和质量通量进行了模拟。模式只需要输入初始边界条件。叶片的水分扩散由影响气孔阻力的环境参数来确定。除以往模式中的考虑外,还考虑了作物热贮量和作物特征的时间演变。分析了模式对各种参数的敏感性。用当地的一个商业温室获得观测实际资料,并将其与模拟值进行对照,两组资料十分一致。还用这个计算机动态模式计算了用于种植草莓的温室所需能量的大小。     

近年来国外海冰模式发展的回顾

海冰是气候系统中的重要成员，而海冰模式是描述海冰物理过程、模拟和预报海冰演变的有力工具。根据国外发表的文献，对海冰模式从动力学、热力学和厚度分布三个方面的研究进行了回顾，对海冰模拟的研究具有一定的借鉴作用。     

氮素营养胁迫与作物生长模拟

近二十年来,作物生长动力模拟研究取得了很大进展。利用模拟模式来评价土壤、作物品种、栽培管理措施以及模拟预测的气候变化对农业的影响是一种非常可行的方法与途径。氮素营养胁迫影响是作物生长模拟中的重要环节,具有重大的实际意义和潜在的应用价值。此文总结回顾了国内外这方面的研究进展和最新动态及成果,对土壤中氮素各种转化过程、植株氮素吸收与传输以及氮胁迫参数化等方面的模拟进行了综合描述;并初步探讨了我国氮素营养胁迫与作物生长模拟研究联接的可能框架思路。     

新疆乌鲁木齐地区冬季层积云研究——数值模拟研究

在分析实测结果的基础上,建立了一个边界层与云物理学的数值模式,模拟了云生成的过程。模式包括了边界层内的湍流混合、大气与地表的长波辐射和太阳短波辐射以及云层的辐射平衡等,同时也包括了水的汽、液、固三相物质在大气中的相互转换即云微物理过程。模拟的云及边界层的主要结构特征和演变趋势与实测情况大致吻合。模拟结果还提供了有关云结构及演变过程的一些详细图象。     

区域气候模式对中国东部季风雨带演变的模拟

本文给出了应用区域气候模式对中国东部夏季雨带演变过程模拟的主要结果。模拟试验分别对正常季风年（1979）和湿季风年（1991）（均由观测场驱动）以及连续3年（全球大气环流模式驱动）的夏季降水场进行,并同观测场进行了比较。结果表明,模式基本上能抓住夏季雨带的主要位置和它的演变特征,与实况相比明显优于全球模式的结果。但模拟的雨带具体位置并不总是与观测值十分吻合,有些旬（或候）差别比较大,模拟的降水量与观测值的相关系数最大仅0.40左右。以上结果表明,为正确模拟东亚季风雨带的演变还需要对决定区域气候的主要物理过程在参数化方面作进一步的改进。     

基于东北玉米区域动力模型的低温冷害预报应用研究

在田间试验资料基础上，采用改进的发育模型和分区作物参数，结合前人有关研究成果建立了东北玉米区域动力模型，并利用模型模拟了12站40年 (1961~2000年) 玉米生长发育过程。确定抽雄期延迟天数为低温冷害指标，分析了历史低温冷害年及减产情况。模拟了典型冷害年和40年气候平均的0.25°×0.25°网格点玉米生长发育过程, 探讨了与区域气候模式结合进行低温冷害预报的方法。主要结论有:①玉米发育模型能够较好地模拟玉米发育期和发育期对低温冷害的响应，以抽雄期延迟天数为冷害指标评估的历史冷害发生状况基本符合历史实况。②模型有一定的模拟玉米生长量对低温冷害响应的能力，但还需要更多的试验数据校正品种参数，完善模型。③利用GIS技术，结合区域化的作物参数运行区域作物模型，是作物模型区域化应用的一种解决方案。④东北玉米区域动力模型解释性好，根据确定的害指标，以区域气候模式输出结果驱动玉米模型可以模拟和预测低温冷害，是农业气象灾害预测预报的一个有益的尝试。     

淮北地区一次弱天气尺度强迫背景下MCS过程分析与模拟

利用多源观测资料和WRF中尺度数值模式对2016年8月7日淮北地区一次中尺度对流系统（Mesoscale Convective Systerm，MCS）过程进行诊断分析和模拟。结果表明，本次MCS过程发生在弱天气尺度强迫背景场下，系统性上升运动较弱，对流层低层存在较弱的源自西北太平洋的偏东风转东南风的水汽输送作用；MCS移动和形态变化与地面辐合线演变特征较为一致，地面流场的演变与降水强度之间有着密切的联系；WRF模式较好地模拟出本次降水的分布特征以及MCS演变过程中对流活动和地面辐合线相互作用的特征。模拟结果表明，本次过程中MCS在逐渐南移过程中完成了对流单体的更替，地面辐合线在此过程中发挥重要作用，并且处于不同发展阶段的对流单体环境场的对流不稳定度的垂直分布存在明显差异。     

土壤-作物-大气连续体水分循环与作物生产关系的模拟模式研究

从土壤-作物-大气连续体（SPAC）的水分循环出发，以冬小麦为例，通过对土壤水分动态和有关作物生长过程的模拟，建立作物水分消耗与干物质积累和产量形成关系的动力-统计模式。经3年试验资料的验证，总干重、籽粒产量和根层土壤水分含量的平均模拟误差分别为6.39%，5.60%和5.45%。发育期、叶面积动态和干物质积累动态的模拟与实测情况吻合得也较好。     

春小麦生长简化模拟模式研究

本文通过数值模拟试验，构建了描述作物光合作用、呼吸作用、叶面积动态变化以及干物质累积与分配等生长过程与气象条件关系的数学方程。在此基础上初步研制了水分、营养满足条件下的春小麦生长简化模拟模型。检验表明，此简化生长模型的模拟效果良好。     

UV-B辐射增加对小麦的影响

通过观测，分析了UV—B辐射增加对小麦生长发育的影响，计算了UV—B增加条件下对作物群体生产力生态特征值发生变化的情况。分析结果表明，UV—B辐射增加影响小麦生长发育表现在：生育期推迟，叶面积、分蘖和开花数减少，植株矮化，绿叶数、单株干物重、叶重、穗重等减小；影响小麦群体生产力表现在：群体生长率、相对生长率、叶面积指数、叶日积、净同化率都在生育期的中后期有很大幅度的减小，从而使小麦每亩株数、每株穗数、每穗粒数、千粒重也明显下降，最终影响到小麦群体生物学产量及经济学产量。     

ENSO and Sea Surface Temperature Anomalies in Association with Canadian Wheat Yield Variability

Interannual variations of spring wheat yields in Canadian agricultural regions are analyzed, together with the associated sea surface temperature (SST) anomalies in the northern hemisphere tropics and extratropics, from 1961 to 2015. The cubic trend is calculated and used to represent the trend related to advances in agricultural technology over this time period. The correlations between Canadian wheat yields at regional scales and the tropical El Niño–Southern Oscillation (ENSO) variability are not robust at any stage of the evolution of ENSO. Based on the power spectrum and cross-spectrum analysis, the most prominent yield variance is found in the Canadian Prairies, with a significant power peak of 4.5 years but does not co-vary significantly with interannual ENSO variability. ENSO weakly affects temperature and precipitation anomalies in the Canadian Prairie Region in summer—two important agroclimatic conditions for crop growth—and hence insignificantly impacts wheat yields. This indicates that there would be little benefit to including tropical ENSO indices in the operational wheat yield forecasting system. For Canadian wheat yield forecasting, attention should be paid to the preceding winter and spring SST anomalies in the northern extratropics. The SST anomalies associated with yields in the Canadian Prairie region and Central Region are generally stronger than those associated with yields in the Canadian Pacific Coast Region and eastern Maritime Region. In association with the Prairie Region and Central Region yields, SST shows pronounced anomalies in the mid-high latitudes of the North Pacific from winter to summer. The non-linearity of the SST anomalies associated with the Canadian yields is also clearly evident. Stronger (weaker) SST anomalies in the extratropical North Pacific correspond to low wheat yields in the Prairie (Central) Region, while weaker (stronger) SST anomalies correspond to high yields in the Prairie (Central) Region.     

基于作物模型灾损识别的黄淮区域冬小麦晚霜冻风险评估

利用近50年黄淮地区54个农业气象观测站的作物观测资料和气象资料,结合人工移动式霜箱试验结果,研究了WOFOST作物模型中增加晚霜冻影响的处理技术,揭示了晚霜冻对冬小麦各生长量的影响结果。利用修改后的作物模型提取晚霜冻灾损评估技术,建立以晚霜冻的危险性、暴露性和脆弱性为风险因子的风险评估模型,开展黄淮区域晚霜冻风险评估。结果表明,黄淮区域冬小麦晚霜冻风险分布呈西高东低分布,高风险地区主要分布在黄淮区域的河南西部、西南部、西北部及东部永城、沈丘一带。其中,黄淮西部的高风险主要是由晚霜冻高灾损引起的,河南西南部的高风险是由晚霜冻的高频率引起的,其西北部和东部的高风险则是由晚霜冻的高频率和高灾损共同引起的。     

基于春季阴雨过程的冬小麦涝渍指数模型构建与应用

春季涝渍灾害对南方小麦生长发育和产量形成严重影响,本文在对阴湿系数做降尺度修订的基础上,利用Logistic曲线方程构建了冬小麦涝渍指数模型,根据涝渍指数临界值、持续天数以及冬小麦的可能减产率将春季涝渍灾害划分为三个等级,并使用江苏省59个气象站1961-2010年逐日气象资料对模型进行历史反演。结果发现,春季涝渍指数与冬小麦相对气象产量呈显著负相关,随着涝渍指数增加,小麦气象产量线性下降;灾年发生的涝渍过程以1~3次为最多,超过80%,5次以上最少,占1.9%。最后,将涝渍指数模型应用于2014年冬小麦春季涝渍灾害的判别及评估,效果很好。     

不同品性冬小麦籽粒灌浆特性研究

为揭示冬小麦干物质积累过程的动态变化,利用不同品种冬小麦分期播种的灌浆速率资料,建立了Logistic模型,定量分析了不同播期条件下不同品性冬小麦的灌浆特性,并探讨了冬小麦灌浆特性对气象因子的响应情况。结果表明,籽粒灌浆质量与开花后天数的关系符合Logistic生长曲线方程。基于Logistic模型求算的各次级参数能够较好地表征冬小麦籽粒灌浆特性,半冬性品种较春性品种灌浆高峰期出现时间早;春性品种的粒重渐增期和粒重快增期持续时间一般长于半冬性品种的;半冬性品种的平均活跃灌浆期较春性品种的短;早播和正常播种条件下,春性品种最大和平均灌浆速率均高于半冬性品种的,而迟播条件下春性品种最大和平均灌浆速率均低于半冬性品种的,适期晚播更利于春性品种灌浆和千粒重增加。灌浆特性的变异系数分布总体呈春性品种大于半冬性品种的,表明播期对春性品种的影响更大。不同籽粒灌浆特性对气象因子的响应不同,其中孕穗—成熟期内的平均气温、孕穗—乳熟期内的降水量、播种—乳熟期内的日照时数与冬小麦灌浆特性相关密切,基于灌浆特性与气象因子建立的逐步回归方程决定系数为0.507～0.875,均通过了0.01的显著性检验。     

基于过程判别的雨雾凇导线覆冰气象模式

利用2011年1月—2013年3月在贵州开展导线覆冰自动观测试验获取的观测资料,分析了覆冰过程演变及其气象条件变化特征,提出一次完整的导线覆冰过程包括覆冰开始、增长、维持、减弱、消融5个阶段,并得到覆冰过程的气象条件判别指标;基于导线覆冰理论模型的改进并结合气象条件判别,建立了基于过程判别的雨雾凇导线覆冰气象模式,应用该模式对观测获取的多个导线覆冰过程进行数值模拟检验。结果表明:模式能够模拟自然环境下覆冰的增长,并能够正确模拟出覆冰的减弱、消融,模拟过程覆冰质量变化的最大相对误差小于20%。该模式具有较完整的理论基础和计算方案,主要以常规气象观测要素为输入,能够计算输出覆冰全过程逐小时覆冰质量、覆冰厚度及覆冰密度变化,具有较大的应用前景。     

Combined Impact of Climate Change,Cultivar Shift,and Sowing Date on Spring Wheat Phenology in Northern China

Distinct climate changes since the end of the 1980 s have led to clear responses in crop phenology in many parts of the world. This study investigated the trends in the dates of spring wheat phenology in relation to mean temperature for different growth stages. It also analyzed the impacts of climate change, cultivar shift, and sowing date adjustments on phenological events/phases of spring wheat in northern China(NC).The results showed that significant changes have occurred in spring wheat phenology in NC due to climate warming in the past 30 years. Specifically, the dates of anthesis and maturity of spring wheat advanced on average by 1.8 and 1.7 day(10 yr)~(-1). Moreover, while the vegetative growth period(VGP) shortened at most stations, the reproductive growth period(RGP) prolonged slightly at half of the investigated stations. As a result, the whole growth period(WGP) of spring wheat shortened at most stations. The findings from the Agricultural Production Systems Simulator(APSIM)-Wheat model simulated results for six representative stations further suggested that temperature rise generally shortened the spring wheat growth period in NC.Although the warming trend shortened the lengths of VGP, RGP, and WGP, the shift of new cultivars with high accumulated temperature requirements, to some extent, mitigated and adapted to the ongoing climate change. Furthermore, shifts in sowing date exerted significant impacts on the phenology of spring wheat.Generally, an advanced sowing date was able to lower the rise in mean temperature during the different growth stages(i.e., VGP, RGP, and WGP) of spring wheat. As a result, the lengths of the growth stages should be prolonged. Both measures(cultivar shift and sowing date adjustments) could be vital adaptation strategies of spring wheat to a warming climate, with potentially beneficial effects in terms of productivity.     

Combined impact of climate change,cultivar shift,and sowing date on spring wheat phenology in Northern China

Distinct climate changes since the end of the 1980s have led to clear responses in crop phenology in many parts of the world. This study investigated the trends in the dates of spring wheat phenology in relation to mean temperature for different growth stages. It also analyzed the impacts of climate change, cultivar shift, and sowing date adjustments on phenological events/phases of spring wheat in northern China (NC). The results showed that significant changes have occurred in spring wheat phenology in NC due to climate warming in the past 30 years. Specifically, the dates of anthesis and maturity of spring wheat advanced on average by 1.8 and 1.7 day (10 yr)^?1. Moreover, while the vegetative growth period (VGP) shortened at most stations, the reproductive growth period (RGP) prolonged slightly at half of the investigated stations. As a result, the whole growth period (WGP) of spring wheat shortened at most stations. The findings from the Agricultural Production Systems Simulator (APSIM)-Wheat model simulated results for six representative stations further suggested that temperature rise generally shortened the spring wheat growth period in NC. Although the warming trend shortened the lengths of VGP, RGP, and WGP, the shift of new cultivars with high accumulated temperature requirements, to some extent, mitigated and adapted to the ongoing climate change. Furthermore, shifts in sowing date exerted significant impacts on the phenology of spring wheat. Generally, an advanced sowing date was able to lower the rise in mean temperature during the different growth stages (i.e., VGP, RGP, and WGP) of spring wheat. As a result, the lengths of the growth stages should be prolonged. Both measures (cultivar shift and sowing date adjustments) could be vital adaptation strategies of spring wheat to a warming climate, with potentially beneficial effects in terms of productivity.     

河南省小麦白粉病时空变化特征分析

利用河南省10个气象观测站2000-2011年小麦白粉病调查资料,采用经验正交函数分解（EOF）等方法,分析了河南省小麦不同生育阶段白粉病发生的时空变化特征,根据各地区病叶率和发病面积的大小,构建了综合发病指数,对全省冬小麦白粉病发生强度进行风险分析。结果表明：各要素场第一、二模态的累积方差贡献率大都在70%以上,可用来解释各要素场大部分的时空分布特征;小麦白粉病发病风险北高南低,综合发病指数与小麦生长季的降水和气温均呈显著负相关。