气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响

基于海河流域30 个气象站点1960-2009年的实测资料,分析该流域1960年以来农业气象指标的变化趋势,并利用VIP模型模拟分析大气CO₂浓度增加、温度、降雨和日照时数变化对作物产量的影响。结果显示：冬季温度的显著上升使冬小麦种植北界在50年间向北移动大约70 km;在品种和灌溉条件不变的前提下,小麦产量平均每10年上升0.2%~3.4%,其中CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为11.0%、0.7%、-0.2%和-6.5%;大气CO₂浓度增加的产量正效应大于日照时数减少的负效应。气候变化使夏玉米产量呈下降趋势（0.6%~3.8%/10年）,其中大气CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为0.7%、-3.6%、-1.0%和-6.8%,温度上升和辐射下降是玉米产量下降的主要原因。研究结果可为气候变化影响的评估和适应性对策制定提供科学依据。     

全球陆表水体空间格局与波动初步分析

陆表水体是人类生存和发展的最重要资源之一,也是全球水循环主要组成部分之一.全面地掌握陆表水体的空间分布、持续地测定其动态变化,是全球生态环境健康诊断的一项重要工作.根据30 m分辨率全球地表覆盖数据产品(Global Land 30)中的两期陆表水体数据产品(Global Land 30-water 2000和Global Land 30-water 2010),利用MODIS时间序列数据对其进行时相订正,通过水域面积、水域率及其空间变异系数的指标,按全球、经纬度、大洲及气候区等不同层次分析了陆表水体及空间分布格局和时间波动.遥感监测结果显示,全球陆表水体总面积达367.67×104 km2,占全球陆表面积的2.73%.陆表水体空间分布极为不均,主要集中于北半球的中高纬度地区和热带地区.对比2000与2010年两期的水域面积差异,总体波动不大,但是区域差异较明显.Global Land 30-water产品及统计数据为分析全球陆表水体空间分布格局、揭示其地域差异、研究时空波动规律以及诊断生态环境健康提供了重要基础数据.     

黄河沿岸陕豫区土壤水分的空间变化特征及其驱动力因子分析

基于黄河沿岸陕西和河南境内的33个农业气象站从1992-2005年的实测土壤水分资料,计算了各站表层10、20和50cm各土层的多年平均植被可利用土壤水分储量,发现土壤水分储量存在明显的空间变异性。多年平均土壤水分储量呈现西北（陕北）低以及南、东南和东部（陕南和河南）高的变化态势。其中,在陕西绥德站出现水分的最低值,与黄土高原属于水分贫瘠区相对应。在河南信阳站出现水分最高值,与河南南部和陕南水分比较充沛相对应。土壤水分储量垂向分异不明显,各土层的土壤水分储量之间存在较好的相关性。通过简单线性相关分析发现,土壤水分储量与田间持水量呈现较强的正相关,与纬度呈较强的负相关。而与土壤容重、地理位置、气象要素等其他因子相关关系不显著。灌溉与土壤水分储量的相关系数比降水与土壤水分储量的相关系数大,说明该区灌溉是土壤水分的重要调节因子。通过主成分分析发现,对大多数站点而言,土壤水分变化受下垫面、气候和灌溉等的综合影响,其影响程度存在明显的空间分异性。     

无定河流域水量平衡变化的模拟

利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布。研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI) 的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著。该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量。模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%。整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动。地表径流的年际变化相对较小。蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低。降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI) 向西北(低NDVI) 递减的梯度差异。地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部。以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著。只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利     

中国粮食生产潜力和化肥增产效率 的区域分异

根据我国各地区1990－1998年化肥施用量和作物产量，以粮食作物为主要研究对象，从不同年份单位播种面积的粮食产量和肥料施用量变化，求出相应的单位播种面积可能达到的粮食生产潜力，并以此为基础计算出该地区单位播种面积的粮食的增产潜力。研究表明：我国粮食单产大多在3500－5250kg/hm^2范围，粮食单产增产潜力一般在300－600kg/hm^2左右，增施化肥的增产效果一般在5－10kg/kg（粮食／化肥）范围，但是各地区的差异较大，对不同地区的比较研究表明：我国粮食单产（5372kg/hm^2)和生产潜力（7462kg/hm^2)均东部地区（高施肥水平）最高，中部地区（中等施肥水平）的粮食单产和生产潜力居中，分别为4940kg/hm^2和7216kg/hm^2，西部地区（低施肥水平）的粮食单产和生产潜力最低，分别为3844kg/hm^2和5470kg/hm^2，按播种面积计算，粮食单产的增产潜力以西部地区最高，平均达948kg/hm^2，东部地区局中，平均为754kg/hm^2，中部地区则相应较低，为714kg/hm^2，化肥增产效率（增施单位化肥的粮食增产量）以西部地区最高，达9．41kg/kg(粮食／化肥），中部地区居中，为7．17kg/kg(粮食／化肥）；而东部地区最低，为－11．1kg/kg(粮食／化肥），从全国来看，东部地区虽然粮食生产潜力大，但是增产潜力很小，由于施肥量较大，增施化肥的增产效果不明显，因此，今后我国的化肥应该重点考虑投向中部和西部地区。     

用斜率和曲率湿周法推求河道最小生态需水量的比较

从湿周-流量曲线临界点的两种不同确定准则入手,分析湿周法推求河道内最小生态需水量 (minimum ecological instream flow requirements, 简称MEIFR) 的不确定性。假设河道呈三角形断面和均匀流,得到湿周法的解析解表达式。表达式显示斜率法 (曲线上斜率为1) 和曲率法 (曲线上曲率最大) 二者所得的MEIFR结果迥异。当斜率法取斜率为0.39时,其相应的流量与曲率法结果一致。MEIFR对斜率临界值非常敏感,斜率法中的斜率临界值难以确定,相比而言,曲率法更可靠。这用近似具有三角形断面的南水北调西线一期工程调水区流域的实际数据得到证实。根据我们在该区实地观测和收集的6条河35个河道断面的水深和水宽资料,用解析解估算出各断面的MEIFR。曲率法所估算的MEIFR结果为多年平均流量的2.5%~23.7%,大部分数据落在Tennant法的10%~30%的范围。斜率法为11%~105.7%,普遍偏大,超过这个范围。虽然采用较小的斜率临界点可使斜率法的估算结果变小,然而到底斜率临界点应取何值存在较大的不确定性。这进一步说明,在无法获得一个确定的斜率临界值的情况下,湿周法估算MEIFR宜采用曲率法确定临界点。本文的结果基于理想情况,更普遍的结论有待于对更多种河道断面的探讨。     

中国陆地区域气象要素的空间插值

在区域农田生态系统生产力模拟模型研究中，空间插值可以提供每个计算栅格的气象要素资料。然而，在众多的气象要素空间插值方法中，并没有一种适合每一个气象要素的普适的最佳插值方法。本文以全国７２５站１９５１～１９９０年整编资料中的旬平均温度和计算得来的６７５站的月乎均光合有效辐射日总量（ＰＡＲ）为数据源，选用了距离平方反比法（ＩＤＳ）、梯度距离平方反比法（ＧＩＤＳ）和普通克立格法（ＯＫ）等３种插值方法，进行了方法选取的探讨。交叉验证结果表明：３种方法中，温度插值的平均绝对误差（ＭＡＥ）的排序为ＩＤＳ＞ＯＫ＞ＧＩＤＳ，其值分别为２．１５℃、１.９０℃和 ｌ．３２℃；在作物生长季节（４－１０月），ＭＡＥ分别 ２０℃、１．９℃和 １.２℃ ，表明ＧＩＤＳ在温度插值方面更具实用价值；对于ＰＡＲ，ＭＡＥ的排序为ＯＫ＞ＧＩＤＳ＞ＩＤＳ，其值分别为 ０．８３ＭＪ／ｍ２、０７１ＭＪ／ ｍ２和 ０．４６ＭＪ／ｍ２，说明复杂的方法并不必然具有更好的效果。对这２个气象要素的空间分布特征分析表明：温度和ＰＡＲ的经、纬向梯度和高度梯度均具有明显的季节性变化特征；温度的纬向梯度有近似正弦曲线的较强的季节变化，表现为夏季高，而冬、春季低；温度的高度梯度年     

气象要素空间插值方法优化

在区域水土平衡模型的研究中 ,空间插值可提供每个计算栅格的气象要素资料。本文运用反距离加权法 (IDW )和梯度距离反比法 (GIDW ) ,对 196 1～ 2 0 0 0年甘肃省及其周围85个气象站点的多年平均温度与降雨量进行了内插。交叉验证结果表明 :对于IDW和GIDW ,二者温度插值的平均绝对误差 (MAE)分别为 2 2 8℃和 0 73℃ ,平均相对误差(MRE)分别为 2 9 0 2 %和 9 4 1% ,降雨插值的MAE值依次为 5 5 2mm和 4 90mm ,MRE值分别为 19 4 3%和 17 80 % ,GIDW明显优于IDW。需要指出的是 :对于降雨 ,当其经纬度和海拔高程的复相关系数大于 0 80时 ,GIDW插值结果优于IDW ;否则相反     

基于过程模型的河北平原冬小麦产量和蒸散量模拟

本文结合作物参数的遥感信息反演和气象要素的空间尺度扩展方法 ,建立以GIS背景数据库为支撑的冬小麦生长模型 ,研究河北平原农田生态系统生物量和蒸散量的区域分布特征。结果显示 ,河北平原 1990年高产区主要集中在保定中南部、石家庄中部、邢台中部和邯郸东部的南北条带上 ,单产在 6 0 0 0～ 84 0 0kghm- 2 之间 ,廊坊东部、沧州大部分、衡水中部、邢台东部和西部太行山区等是低产区 ,单产低于 30 0 0kghm- 2 。总体而言 ,该地区实际产量与光温生产潜力对比仍有较大差距。在冬小麦生长期 ,蒸散量主要在 30 0～ 5 0 0mm之间 ,水分利用效率低于2 0kghm- 2 mm- 1,其中小于 8kghm- 2 mm- 1的概率分布占 4 2 %左右。农业水资源不足 ,水分利用效率低 ,是该地区冬小麦生产面临的严重问题。     

一种改进的生成区域日降水场的方法及精度分析

利用全国687个气象站点11年的日降水数据,对基于地理特征和统计回归的函数拟合类模型DAYMET生成中国区域日降水场的能力进行了验证。交叉验证表明,DAYMET模型估计日降水累计得到的年降水量的绝对偏差11年平均为29.8%,年降水总量估计偏差低于20％的站点占48.3％。鉴于中国陆地区域降水深受季风的影响,不同方位气象站点对插值点的影响也有所不同,引入了站点不同方位对插值的影响权重,对DAYMET模型进行了改进,改进后年降水量的绝对偏差降为27%。与梯度距离平方反比法相比,该方法具有较高的区域降水插值精度。还以无定河流域降水插值为例,说明降水插值精度的高低与区域内雨量站点的多寡紧密相联。