生态系统模型中物候的参数化方法研究进展

物候和叶面积指数的季节动态在落叶林中是决定生态系统净生产力的关键因素。尽管物 候对能量和CO2 通量的影响可以简单地通过描述发芽和落叶的时间以及叶面积指数的季节动态 来表示, 但是由于对驱动物候的物理过程缺乏全面正确的理解, 在陆地生态系统模型中物候就成 为最难以参数化的一个过程。目前, 在陆地生态系统模型中描述物候主要有两种不同的方法: 一 种是基于气候变量( 主要是温度或积温) 的经验方法, 即是通过建立物候不同阶段与气候变量的 经验关系来预测关键物候事件发生的时间。另一种方法是基于碳吸收的物候参数化方案, 物候的 任何阶段都和当前的碳平衡相联系。在生态系统模型中, 基于碳吸收的物候参数化方法可以大大 降低物候模拟的经验性, 提高模型的适用性和模拟精度, 比基于气候变量的经验模型更适于模拟 未来气候变化影响。未来随着生理和分子水平上, 对控制物候和LAI 动态过程机理的揭示, 建立 基于过程的物候参数化方案和LAI 动态模拟模型就成为生态系统模型或气候模型的发展方向。     

湖南省地形因素对水稻生产的影响

作为一种人工生态系统,水稻的生产受自然条件和人为管理的共同影响。其中,地形因素不仅决定了水稻生长必须的光热等资源的再分配,而且还影响人类的农业管理活动。以中国水稻主产区中地形较为复杂的湖南省为研究对象,基于多种数据,从生态学的“格局—过程”思想出发,讨论了地形因素对水田分布、水稻生长过程及水稻产量的影响。研究发现,地形因素对水田分布的空间格局影响最为明显,对水稻生长过程影响次之,而对水稻产量影响较弱。在各地形因素中,高程对于水稻生产的影响最为突出。研究结果还反映出地形因素造成了湖南省水田分布和热量分配在北部平原地区的不匹配,政府部门应根据区域特征,因地制宜采取措施,提高该地区水稻生产效益。     

气温变化对西峰黄土高原地温与梨树发育期的影响

用西北地区140站1961-2000年的气温资料和西峰黄土高原1971-2005年5,10,15,20cm地温和1984-2005年梨树发育期资料,分析了西北地区春季、夏季、秋季、冬季和年气温的变化事实,再用相关计算和典型年份对比,分析了地温的时间变化规律及其对梨树发育期的影响。结果表明,西北地区20世纪60年代冬季增温,其余降温,70年代均降温,80年代冬季增温,其余降温,90年代均增温,冬季的最明显。西峰10cm地温各季节呈持续升高的趋势,春季增温最明显为0.058℃/a,变幅也最大,冬季增温幅度次之为0.039℃/a,再是秋季为0.032℃/a,夏季增温幅度最小为0.029℃/a,上升趋势均通过0.05和0.01的信度检验。冬季、春季地温与梨树的各发育期均为负相关,即地温高,发育期早,地温低,发育期迟。冬季地温与梨树发育期相关最显著的是叶变始期和开花始期,相关系数为-0.41～-0.52,信度为0.05,春季地温与之相关最显著的是开花始期,相关系数为-0.68～-0.69,信度达0.001。春季地温对梨树发育期的影响具有明显的持续性和滞后性,冬季地温对梨树发育期影响有阶段性,春季地温对梨树发育期的影响比冬季的明显。     

地理系统模型研究进展

地理系统是多圈层交互的复杂巨系统。地理系统模型是理解和预测不同尺度地理系统格局和过程变化最重要的研究方法。地理系统模型作为可持续发展科学决策必需的工具,是自然地理学重要的研究方向。过去几十年来,在全球变化等全球性重大环境问题和人类科学决策需求的推动下,地理系统模型虽然发展迅速,但还不足以准确地模拟和预测复杂人地耦合系统。本文分别从模型原理、框架和尺度等方面回顾与梳理了地理系统模型从单要素到多要素、从统计到过程、从静态到动态、从单点到区域和全球尺度模拟等发展历程,并总结了地理系统模型对发展人类—自然耦合系统以及模型—数据融合系统的趋势。发展中国的地理系统模型将有助于中国和全球可持续发展的科学决策。     

基于数字相机图像的长白山森林物候模拟

植被物候作为全球植被和陆面过程模型的重要参数,对其状态的准确描述在很大程度上决定着模型的模拟精度。温带森林作为北半球中高纬度地区主要植被类型及全球重要碳源,研究其物候期的变化将提高对区域碳通量的估算精度。本文以长白山阔叶红松林为研究对象,探讨了数字相机图像在物种尺度物候模拟及群落尺度物候模型改进方面的作用,结果如下：（1）物种尺度上,利用数字相机能获取两种植被（红松,蒙古栎）较为准确的物候期（与人工观测数据比较,绝对误差〈3d）;（2）群落尺度上,基于数字相机图像获取的冠层状态数据提高了基于气象数据的物候模型（GSI：growingseasonindex）的模拟精度（R2=0．9）,尤其是秋季物候模拟,为进一步分析群落物候的环境控制因子提供了有力手段。研究表明：数字相机不仅能够提供精确地基于物种尺度的物候数据,还可为遥感物候数据的校正提供参考,同时为生态模型中物候模块的改进及降低区域尺度碳通量模拟不确定性提供了新的思路。     

中国作物物候对气候变化的响应与适应研究进展

以气候变暖为主要特征的气候变化对作物物候产生了重要的影响,通常气温升高会导致作物生长速度加快,生育期缩短,从而造成作物产量下降,不利于农业发展。同时,作物物候变化可以直接或间接反映气候变化情况,对于气候变化具有重要的指示意义。作物物候的研究对于农业气象灾害的预防、农业生产管理水平的进步以及农业产量提高都极为关键。随着全球地表气温的持续升高,作物物候相关研究也越来越引起科学家的关注。论文结合作物物候的主要研究方法,综述了中国近几十年来小麦、玉米、水稻以及棉花、大豆等主要农作物的生育期变化特征以及主要的驱动因子,得到以下主要结论：①在研究方法上,统计分析方法应用最为普遍,其他几种方法都需要与统计分析方法相结合使用。另外,作物机理模型模拟方法易于操作、可行性强,在物候研究中应用也比较多。遥感反演方法对作物生育期的特征规律要求较高,一般主要关注作物返青期。②整体上,小麦全生育期主要呈缩短趋势,而玉米和水稻全生育期以延长趋势为主。③作物物候变化的驱动因子主要是气候变化和农业管理措施改变,其中,气候变化是主导驱动因子,对作物物候变化起决定作用,而调整农业管理措施,在一定程度上抵消气候变化对作物生育期的不利影响。作物物候对气候变化的响应和适应研究可以为农业生产适应气候变化提供重要的理论依据和对策。     

极端降水对水稻产量的影响研究综述

极端降水在全球范围内呈现广泛增强的趋势,对农业生态系统的影响不容忽视。水稻作为重要的粮食作物,其产量的年际波动受到极端降水的影响,然而其响应机理和时空敏感性尚未厘清。论文总结了极端降水在水稻主产区的时空格局及对产量的影响程度,梳理了极端降水对水稻产量的生理、化学和物理过程的影响机制,对比分析了多个主流方法(统计模型和作物过程模型)的输入数据和应用上的优缺点。结果表明,极端降水增加1%导致水稻减产0.02%~0.5%,主要通过增加养分流失和造成淹水胁迫等途径。然而当前研究仍难以明确水稻产量如何响应于极端降水的不同特征值(强度、频次、持续时间等)及其敏感性的时空差异,尚未完善极端降水对水稻各产量组成的影响机理,同时缺乏作物模型与统计模型等相结合的研究方法,造成水稻产量预测的不确定性。建议未来相关研究应加强田间观测、控制性实验与模型改进,定量解析极端降水对产量的影响机理,促进模型—数据融合,提高数据精度以更好地模拟极端降水事件下的水稻产量,为优化当前稻作系统和建立气候智能型农业奠定理论基础。     

地理格网模型研究进展

地理格网系统起源于早期的制图研究,并发展成为表达复杂地理现象、综合分析自然与人文数据、模拟地理系统功能与行为的基本方法。地理格网系统的组成包括格元、格边和格点,格元代表了区域面状特征,格点确定了格元的基本位置和点状特征,格边用于度量格元间的通量关系。在现代地球测量技术驱动下,地理格网系统的功能从传统的地图定位框架与地理现象表达,进一步拓展出多源地理空间数据融合、地理综合分析等新功能。研究椭球空间下的地理格网系统构建模型、误差分布、地学计算等是地理格网系统研究的前沿和基础性科学问题。     

SWAT模型及其应用研究进展

SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是近几年发展迅速、影响较大的水文模型,主要用于模拟预测各种管理措施及气候变化对水资源供给的影响,评价流域非点源污染等。本文通过对SWAT模型的发展历史及该模型在水文、气候变化、非点源污染和输入参数对模拟结果的影响等几个主要方面的研究,总结了模型的优势,以及在使用该模型时需要注意的主要问题。SWAT 模型在国内的应用主要侧重于水文及非点源污染研究,研究多是以模型作为手段,改进工作不多,建议今后根据研究区域的需要,对模型作相应的改进,以更好地服务于研究项目。     

土壤水蚀预报模型研究进展

对土壤侵蚀进行准确预报,是指导水土保持措施优化配置、水土资源保护与持续利用的有效工具,对于退化生态系统的重建具有重要的意义。在对国外土壤侵蚀模型发展过程进行简单回顾的基础上,重点对我国土壤水蚀预报模型的研究进展做了详尽的分析,并从研究方法和研究内容两个方面,论述了今后我国土壤侵蚀模型研究中亟待解决问题     

Research on Forest Phenology Prediction based on LSTM and GRU Model

Research on forest phenology is an important parameter related to climate and environmental changes. An optical camera was used as a near-earth remote sensing satellite device to obtain forest images, and the data of Green excess index (GEI) in the images were calculated, which was fitted with the seasonal variation curve of GEI data by double Logistic method and normalization method. LSTM and GRU deep learning models were introduced to train and test the GEI data. Moreover, the rationality and performance evaluation of the deep learning model were verified, and finally the model predicted the trend of GEI data in the next 60 days. Results showed: In the aspects of forest phenology training and prediction, GRU and LSTM models were verified by histograms and autocorrelation graphs, indicating that the distribution of predicted data was consistent with the trend of real data, LSTM and GRU model data were feasible and the model was stable. The differences of MSE, RMSE, MAE and MAPE between LSTM model and GRU model were 0.0014, 0.013, 0.008 and 5.26%, respectively. GRU had higher performance than LSTM. The prediction of LSTM and GRU models about GEI data for the next 60 days both showed a trend chart consistent with the change trend of GEI data in the first half of the year. GRU and LSTM were used to predict GEI data by deep learning model, and the response of LSTM and GRU deep learning models in forest phenology prediction was realized, and the performance of GRU was better than that of LSTM model. It could further reveal the growth and climate change of forest phenology in the future, and provide a theoretical basis for the application of forest phenology prediction.     

川渝地区气候与物候的变化特征分析

利用川渝地区44个气象台站的气象资料和2个物候观测站的物候资料分析了该地区的气候与物候变化特征:最近10 a年均温度比前30多a高0.68℃,年均降水量基本无变化。低温主要分布在川西高原,低温天数、低温积温绝对值都在减少。日均最高温度在高原南部、西南山地减少,其它地区都增加;日均最低温度都在增暖。降水在四川盆地下降,在重庆西部、川西高原增加。降水日数在高原西部增加,其它地区都下降。春始期仁寿略微推迟,北碚微弱提前;秋始期都推迟。展叶期的杏树、刺槐、水杉、紫荆、梧桐推迟,紫藤、毛桃提前。落叶期仁寿刺槐提前,北碚的植物全部推迟。     

中国进口大米的空间价格传递研究

2012年以来,国内稻米价格受进口大米价格影响较大。为探索进口大米价格在我国各地区的空间传递特征和过程,采用2013年3月5日至2014年3月5日的日度数据和2013年年度地区数据,运用两地区价格传递模型和空间误差模型进行了微观和宏观分析。结果显示:1从微观上看,越南进口大米价格与国内稻米价格存在明显的空间关联和协整关系;从越南进口的低价大米对我国稻米价格影响较大,这种影响在时间上存在滞后特征,空间上存在由北向南逐渐衰减的趋势。2从宏观上看,越南进口大米价格与我国各地区大米价格存在显著的空间相关性。据此提出了相应的政策启示,包括执行"适度进口"方针要考虑进口大米价格冲击、重点监测南方稻米市场、积极打击边境大米走私活动等。     

Factors Influencing Indigenous Rice Protection in the Yuanyang Terraced Rice Fields of China

Indigenous rice has maintained the survival of local people for more than a thousand years in the Yuanyang terraced rice fields of southern Yunnan, China. It is the foundation for long-term stable development of local agriculture and food security and its unique and irreplaceable characteristics give the terraces value. The status of indigenous rice resources is threatened by serious loss, so a better understanding of rice diversity and the factors that influence rice variety protection is conducive to policy. Here, we investigate the planting and conservation situation of indigenous rice, analyze factors impacting the protection and loss of traditional rice varieties, and construct an indigenous rice protection influence index system. Controllable factors which have special meaning to the maintenance and management of local rice are identified and corresponding strategies for the protection and maintenance of indigenous rice are discussed.     

基于SPI的1960~2012年西南地区水稻生长季干旱时空特征分析

基于1960~2012年逐月降水资料,选取标准化降水指数（SPI）为干旱衡量指标,将SPI1与水稻各生长阶段（Growth Period of Rice,GPR）相结合,研究西南地区近53 a来整体和水稻（Oryza sativa）4个生长阶段的干旱时空演变特征。结果表明：整体上,西南地区历年干旱站次比均高于50%,全域性干旱特征显著。水稻不同生长阶段干旱时空分布特征差异显著。① GPR1和GPR2阶段以全域性干旱为主,GPR3和GPR4阶段则呈现局域性干旱>区域性干旱>全域性干旱的特征;② 生长阶段内干旱连续性特征明显,尤其是GPR2 阶段,易发生周期为2~6 a的全域性干旱和区域性干旱。③ 轻旱高值区呈现由东北向西南转移的趋势;中旱高发区呈现出明显的从北部向南部移动的趋势;重旱高发区各阶段空间分布差异较大。④ 水稻在GPR1和GPR2阶段主要受轻旱和中旱影响;GPR3和GPR4阶段重旱发生频率上升,影响范围增大。     

新疆沙冬青(Ammopiptanthus nanus）的开花物候与环境的关系

 对自然生境与迁地保护条件下开花物候的比较观察结果表明：新疆沙冬青每年开一次花,具有相同的开花频率;自然种群的始花期及进入开花高峰期的时间比迁地保护种群晚,开花持续时间长,二者在始花日期(F=764.23, P<0.001 )及持续时间(F=46.50, P<0.01)上存在极显著和显著差异;自然种群每花序的开花数比迁地保护种群多,开放持续时间长,二者均存在极显著差异（F=80.10, P<0.001和F=84.06, P<0.001);花序开放持续时间的频率分布明显不同,迁地保护种群较自然种群更为集中;花序上花的开放顺序基本相似,均从花序近基部向两端开放;单花寿命较稳定;花序开花振幅明显不同,自然种群呈双峰不规则间断开花式样,迁地保护种群呈单峰集中开花式样;花序的开花时间、开花数、座果数间均存在一定程度的相关性,但在不同生境下其相关性的表现有所不同。在上述开花参数中,种群的开花频率以及花序的开花顺序和单花开放持续时间在不同的环境条件下表现一致,而个体与种群的开花时间和开花持续时间、花序的开花数与持续时间及开花振幅则表现不同,说明其与生长的环境条件存在密切的联系。     

伏牛山地森林植被物候及其对气候变化的响应

研究植被物候是理解植被与气候关系的重要途径。在植被对气候变化响应的敏感地区,开展植被物候研究有助于揭示气候变化对植被的影响机制。基于2000-2015年MODIS EVI时间序列影像数据,利用Savitzky-Golay （S-G）滤波方法和动态阈值法提取伏牛山地2000-2015年森林植被物候参数,结合气温、降水数据,运用Man-Kendall趋势检验、Sen斜率、ANUSPLIN插值和相关性分析等方法,研究伏牛山地森林植被物候对气候要素（气温、降水）变化的响应。结果表明：① 伏牛山地森林植被生长季始期主要集中在第105~120 d,生长季末期主要集中在第285~315 d,生长季长度主要集中在165~195 d。从海拔梯度看,随海拔升高,生长季始期、末期和长度整体上分别呈显著推迟、提前及缩短趋势。② 生长季始期和生长季末期整体上呈推迟趋势,推迟的像元分别占森林植被的76.57%和83.81%。生长季长度整体呈延长趋势,延长的像元占比为61.21%。生长季始期变化特征主要是由该地区的春季气温降低所导致的。③ 研究区森林植被生长季始期与3月平均气温呈显著偏相关,且呈负相关的区域最多,即3月平均气温降低,导致生长季始期推迟;生长季末期与9月降水呈显著偏相关区域最多,且两者主要呈正相关,即9月降水增加,使生长季末期推迟。植被生长季长度由整个生长期的气温和降水来共同作用,对大多数的区域而言,8月的平均气温和降水与生长季长度的关系最为密切。     

The effect of terrain factors on rice production: A case study in Hunan Province

Journal of Geographical Sciences - Rice (Oryza sativa L.) is the most important staple crop of China, and its production is related to both natural condition and human activities. It is fundamental...