未来气候变化对东北玉米品种布局的影响

为探求未来气候变化对我国东北玉米品种布局的影响,基于玉米生产潜力和气候资源利用率,结合区域气候模式输出的2011—2099年RCP_4.5,RCP_8.5两种气候背景气象资料和1961—2010年我国东北地区91个气象站的观测数据,分析了未来气候变化情况下,东北玉米品种布局、生产潜力、气候资源利用率的时空变化。结果表明:未来东北地区玉米可种植边界北移东扩,南部为晚熟品种,新扩展区域以早熟品种为主,不能种植区域减少。未来玉米生产潜力为南高北低,增加速率均高于历史情景,水分适宜度最低,而历史情景下温度是胁迫玉米生产的关键因子。未来东北玉米对气候资源利用率整体下降,其中RCP8.5情景利用率最低。     

近30年东北春玉米发育期对气候变化的响应

基于1981—2010年东北地区55个农业气象观测站发育期数据、16个气象站逐日气象资料,采用趋势变率、秩相关分析、主成分分析和结构方程模型等方法,分析了近30年东北春玉米关键发育期的变化特征,探讨了春玉米发育期对不同时间尺度气象因子的响应规律。结果表明:1981—2010年春玉米关键发育期 (播种期、抽雄期、成熟期) 均有延后趋势,大部分地区春玉米生长前期 (播种期—抽雄期) 日数减少,生长后期 (抽雄期—成熟期) 日数增加,全生育期日数增加。在绝大多数年份,春玉米播种期在温度适播期之后,成熟期在初霜日之前。近30年对东北春玉米生育期日数影响最大的气象要素为温度,主成分分析结果显示,年际尺度的升温、温度生长期的延长和作物生长期的高温对生育期日数影响显著;结构方程模型指出,作物生长期的最高温度和最低温度对生育期日数影响有间接效应,主导气象要素能够解释生育期日数变异的44%。全球变暖背景下,东北春玉米发育期变化是作物响应气候变化和农业生产适应气候变化的共同结果。     

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.     

近36年东北地区春玉米气候资源利用率评估

应用1981—2016年中国东北三省170个气象台站的逐日气象资料和50个农业气象观测站的春玉米发育期资料,在前人研究的基础上,采用基于层次分析法和熵权法的组合权重赋权法,对农业气候资源适宜指数模型进行了改进,分析了东北地区春玉米气候资源利用率的时空分布特征。结果表明:东北地区春玉米不同发育阶段的气候资源利用率从大到小排序是,抽雄-成熟期的出苗-拔节期的拔节-抽雄期的播种-出苗期的。从空间分布看,气候资源利用率在播种-出苗期吉林东部的长白山区的最低,热量不足是主要影响因素;出苗-拔节期大兴安岭东部、黑龙江北部和吉林东部长白山区利用率较低,其余大部利用率较高,水分是主要限制因子;拔节-抽雄期吉林和辽宁东部的长白山区的最低;抽雄-成熟期大部分地区利用率较高,且从北到南呈明显递增趋势,黑龙江后期热量不足可能对玉米成熟不利。从时间演变看,播种-出苗期各省利用率在2010年之前增高,之后开始下降,其他发育阶段黑龙江的年代际波动较大,吉林和辽宁的年波动较小。     

东北春玉米非线性积温模型参数改进

结合我国东北地区春玉米生长发育的实际情况,以观测年份较多、观测地点较广为原则选取4个春玉米品种,分别为东农248、龙单13、四单19和丹玉13,利用生长发育观测资料和同期气象观测资料,判断4个玉米品种的相对熟型并对沈国权非线性积温模型（简称NLM）进行参数拟合,讨论参数的生物学意义及其与品种熟型的关系,对NLM进行有效改进及验证。结果表明:4个春玉米品种NLM均不存在无效参数,参数K与参数Q存在显著的相关性,说明K可能仅是一个统计参数,没有明确的生物学意义;积温在品种间存在显著差异,全生育期模型参数Q与多年站次平均有效积温或活动积温有较好的相关性,由于不同的积温意味着不同的玉米品种熟型,说明Q与玉米品种的熟型有关,将模型参数Q和K用反映玉米品种熟型的参数（有效积温、活动积温）表示,建立了适用于不同品种的通用积温模型,取得较好的应用效果。     

基于气候适宜度的江苏水稻气候年景预测方法

在改进气候适宜度模型参数的基础上,利用1961-2016年70个站的气象观测资料和农业资料,应用统计方法,确定了温度、日照、降水适宜度对水稻气象产量的影响权重,由此构建了年景综合指数及其预测模型。结果表明:日照适宜度和降水适宜度与相对气象产量之间存在显著的相关关系,影响权重分别为0.460和0.428,由于热量资源充足,温度适宜度对气象产量的影响权重偏小(0.112);基于气候适宜度构建的年景综合指数与相对气象产量的相关系数达0.411,说明该指数能较好地表征气候条件对产量形成的综合影响;基于大气环流特征量和太平洋海温等大尺度预报因子,采用最优相关和逐步回归等方法,建立了水稻年景综合指数的预测模型,经过历史拟合和试报检验后效果理想,可投入业务应用,该方法的预测结果将为水稻产量分析预测提供科学依据。     

东北地区农业应对气候变化的策略与措施分析

气候变化的影响与适应已经成为农业生产面临的现实而紧迫的问题。1956-2005年东北地区增温1.5℃,幅度明显高于全国平均水平,给作物生产带来复杂的影响。东北是重要的国家商品粮生产基地,对国家粮食安全起着重要作用。探讨区域层面上适应气候变化的能力建设更具有针对性和现实性。文章分析了近50 a来东北地区气候变化的主要表现及其对农业生产的影响;针对气候变化过程中人类活动对土地利用和温室气体的影响,提出了东北地区适应和减缓气候变化的策略和措施,强调在农业生态、水资源利用、环境保护等多方面综合开展工作,积极采取行动,最终达到维护气候环境、充分利用气候资源的目的,为东北粮食生产安全、农业可持续发展做出贡献。     

气象干旱指数在东北春玉米干旱监测中的改进

利用土壤相对湿度数据和县级春玉米单产数据,在气象干旱指数SWAP（standardized weighted average of precipitation）的基础上,研究我国东北地区春玉米受干旱影响的界限指标,结果表明:SWAP在春玉米播种-出苗期低于-0.9,出苗-拔节期低于-1.0,拔节-抽穗期低于-1.2,抽穗-乳熟期低于-0.7时,土壤相对湿度偏低,即气象干旱一般为中旱时,不利于春玉米生长。以此构建春玉米干旱指数,对比我国东北地区春玉米干旱指数与省级农作物干旱受灾面积的关系,发现两者相关关系显著,尤其在典型干旱年份,两者对应关系更好,说明构建的东北地区春玉米干旱指数能够较好地反映干旱对春玉米的实际影响。利用东北地区县级春玉米单产数据对春玉米干旱指数进行等级划分,划分结果可为东北地区春玉米防旱减灾和安全生产提供参考。     

气候变化对中国农业生产影响研究展望

综述了气候变化背景下中国农业气候资源、农业气象灾害(干旱、洪涝、高温热浪、低温灾害)和农业病虫害的变化趋势与规律,从农业生产潜力变化、作物种植制度变化和作物品质变化等方面阐明了气候变化对中国农业生产的影响事实,分析了气候变化对中国农业生产的可能影响和中国农业生产适应气候变化的对策措施。在此基础上,针对气候变化背景下中国气候资源的时空分布特点及农业生产出现的新情况、新问题,指出了当前中国关于气候变化对农业影响研究存在的不足,提出了未来气候变化对中国农业生产影响研究需要重视的方面,为确保气候变化背景下中国的农业生产安全及粮食安全提供决策支持。     

东北地区近百年气候变化及突变检测

利用沈阳、大连、营口、长春、哈尔滨、黑河6个代表站1905~2001年的月平均气温和月降水观测数据,建立了东北地区近百年来季、年的气温和降水序列。对所建温度和降水序列分别与同一区域内26个代表站的温度序列和51个代表站的降水序列近40年同期资料做了相关分析,检验了序列的代表性。在所建序列的基础上,分析了东北地区百年气温的年代、年和季节等不同时间尺度的变化特点和地域分布特征,以及百年降水量的变化规律,采用谱分析方法探讨了序列的周期性变化特征,并采用Mann-Kendall和Yamamoto方法对经过滑动平均的气温和降水序列进行了突变分析。     

黄淮海地区玉米生育期农业气候资源分析

为指导气候变化背景下黄淮海地区夏玉米种植科学布局,提高气候资源利用率,本研究基于黄淮海地区179个气象站1971—2013年逐日地面气象观测资料,采用气候倾向率及空间分析等方法,从光、温、水等角度研究了夏玉米生育期农业气候资源的时空分布及变化特征。结果显示:黄淮海地区日照时数及太阳辐射空间分布为南低北高,呈逐渐减少的趋势,递减率分别为3.9157 h·a~(-1)和2.6754 MJ·m-2·a~(-1),且中部地区递减率高于边缘地区的;≥10℃积温为1630—2699℃·d,南高北低,呈逐年增加趋势,递增率为2.0764℃·d·a~(-1),沿海地区递增速率大于内陆的;可生长日数空间分布为南多北少,逐年增加,增加量更多来自于≥15℃终日的后推,递增率为0.1302d·a~(-1),东南部递增率大于西北部的;累积降水量为320—950 mm,空间分布为东南多西北少,南部及北部呈减少趋势,中部呈增多趋势,全区域变化趋势不明显,但年际波动幅度较大。     

东北农田扩张对气候影响的数值模拟

基于1990、2005年两期不同土地利用/覆盖资料,利用区域环境集成模拟系统(RIEMS2.0)分别进行2次连续15年数值模拟,探讨东北土地利用/覆盖变化对气候的影响,分析集中于气温和降水等要素变化上,并对结果进行统计显著性检验。结果表明:(1)东北农田扩张后,东北夏季和冬季平均气温降低,降水减少,并且农田面积扩张的范围越大,气温变化幅度也越大。在夏季,黑河西部、呼伦贝尔南部部分地区降温超过0.5°C,并通过显著性检验(P0.05),大兴安岭南部、黑河西部等地区夏季降水减少20%左右,其中产生减少的大部分区域通过显著性检验(P0.05)。(2)东北农田扩张通过影响潜热通量的变化和净吸收辐射通量的变化来影响气温的变化,其中东北南部土地利用/覆盖类型变化主要表现为短草类型转变为农田类型,这使得夏季蒸散发增加,潜热通量增加,气温降低。(3)东北农田扩张也影响大气环流场的变化,并与降水的变化有密切的关系。辽宁西部和东北北部部分地区夏季蒸散发增加,大气中水汽增加,但是由于大气环流场变化,降水在这两个地区并未增加。     

近45 a东北地区春季降水异常的气候特征

利用1959-2003年我国东北地区93站春季降水资料，将降水场分成5个区域，并在此基础之上分析了春季降水的时空变化特征，发现：降水量年际变化及长期趋势有明显的区域差异，呈东多西少的分布特征；西部是旱涝易发生区，近45a来降水量略有增多；降水量的周期振荡存在明显的区域差异。     

气候变化对小油菜生长发育及产量的影响

以青海省门源县为例,分析小油菜生育期气候变化规律.观测资料表明,小油菜生育期气温升高,气候变暖,4～8月降水量以每10年1.64～20.70 mm的幅度下降,9月降水以每lO年20.16 mm的幅度增加;气候变暖使小油菜播种期提前,成熟期推迟,生育期延长,为提高气候资源利用率和单位面积产量提供了保证;增温对各发育阶段的影响差异明显,除出苗至现蕾间发育进程加快外,其余各发育期生长发育出现迟缓变化;气候产量主要受4、6月和年平均气温及6月降水的影响.     

东北地区玉米气候生产潜力时空分布特征

利用旋转经验正交函数和功率谱等方法分析了1961～2007年东北地区玉米光温生产潜力和气候生产潜力的时间变化趋势及区域特征。结果表明,东北地区玉米光温生产潜力呈显著的上升趋势;气候生产潜力呈下降趋势,但变化趋势不显著。玉米光温生产潜力和气候生产潜力均存在7～9年的显著周期变化。玉米气候生产潜力还存在5年和3年左右的显著周期;东北玉米光温生产潜力呈西南区域与东北区域相反的空间趋势分布,生产潜力的高值区位于辽宁大部、吉林西部和黑龙江西南部,低值区位于东北的东部地区;东北玉米气候生产潜力的高值区位于东北的东南部,低值区位于东北的西部。     

我国西北地区近50年降水和温度的变化

用近50年的每月温度和降水资料研究了我国西北地区的气候变化.结果表明:(1)该地区在1986年附近发生了一次明显的气候跃变,要比全国气候跃变晚6～8年;(2)跃变后比跃变前全区年平均气温上升了0.51℃,冬季上升了1.27℃;(3)跃变后比跃变前全区年降水总量上升了5.2%,夏季上升了6.8%.进而讨论了温度和降水的增加对该地区生态环境的影响.     

新疆气候变化特征及气候分区方法研究

为了探讨考虑气候变化影响的气候区划方法,选用新疆88站年平均气温和降水量的45年(1961-2005)平均值及其均方差为气候分区的4个基本因子,以各站之间的相似系数构建模糊矩阵,进行模糊聚类分析.按不同聚类水平,区划出北疆、南疆、天山山区等气候类型,还细致刻画出干寒山区、典型风区等特殊气候类别.区划结果与天气气候特征和地理景观吻合好,在此基础上确定了新疆气候业务的3个区域及其代表站.区划结果也为其它专业区划奠定了基础.     

我国东北地区玉米冷害风险评估

根据年平均寒积温水平,将东北地区的玉米冷害分成4个区域。在分析各冷害区域年寒积温距平与年减产率关系的基础上,确定东北地区各地无冷害影响年、一般冷害年、严重冷害年的年寒积温距平指标。将危险度、脆弱度和暴露度作为冷害风险的评估因子,建立了冷害风险评估指标体系,并应用层次分析法对各指标赋予权重。建立了冷害危险度与年平均寒积温的回归方程,利用地理因子构建了年平均寒积温空间格点化模型,应用地理信息系统推算东北地区玉米冷害危险度,由危险度、脆弱度和暴露度得到我国东北地区玉米冷害风险指数,并开展风险评估。结果表明:东北地区的玉米冷害风险空间分布呈北侧和南部低、东部中等、西部高,松嫩平原东北部和西北部以及吉林省中北部主要为较高或高风险区,三江平原主要为中等风险区,黑龙江省北部、吉林省东南部和辽宁省主要为较低或低风险区。     

气候变化对中国农业生产的影响研究进展

气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的环境问题之一,气候变化可能对生态系统和社会经济产生灾难性影响,农业是受气候变化影响最直接的脆弱行业。因此,气候变化对农业生产的影响研究一直是气候变化研究领域中的热点问题之一。该文系统介绍了有关全球气候变化对中国农业生产影响研究的现状与进展,包括气候变化对农业影响的研究方法、大气中温室气体浓度增加对农作物的影响试验、气候变化对农业气候资源的影响、气候变化对农作物生长发育和产量的影响、气候变化对农业种植制度和品种布局的影响、气候变化对农作物气候生产潜力和气候资源利用率的影响等,指出当前在研究气候变化对农业影响评估中存在的问题,提出了今后应加强对气候变化情景和预测模式不确定性的研究、气候变化对农业影响的方法研究。此外,气候变化背景下极端天气气候事件对农业生产的影响以及气候变化对农业病虫害的影响研究等仍较薄弱,有待进一步加强和深入。     

基于气候适宜度的南方柑橘种植精细化气候区划

为探究气候变化对南方柑橘种植气候适宜性的影响,基于气候适宜度函数建立柑橘发育期温度、降水、日照以及综合适宜度模型,对南方柑橘种植区近60年（1960—2019年）361个气象站观测数据进行精细化插值（Anusplin插值）并计算气候适宜度,采用自然断点法分4个等级对柑橘种植区进行气候区划,并分前、后30年对比分析研究区气候资源及适宜度的空间变化特征。结果表明：与前30年相比,后30年的温度适宜度并未出现较大变化,降水适宜度低值区有所扩大,日照适宜度低值区有所减小;柑橘最适宜种植区主要集中于四川东部、云南南部、重庆西北部、广西、湖北大部分区域;最适宜种植区面积减小约29%,不适宜种植区面积扩大约34%。经高温热害及低温冻害概率空间分布验证,区划结果的准确性较高,可以用于指导和优化柑橘种植及生产实践。