东北地区玉米低温冷害气候和经济损失风险分区

分析了东北地区玉米低温冷害发生的热量条件、发生频率、风险指数和风险概率,用冷害气候风险评价指标将东北地区划分成高、偏高、中等、较低和低风险5个玉米低温冷害气候风险区域。考虑到冷害气候风险和玉米产量和面积比例等农业生产结构因素,建立了玉米低温冷害的气候—灾损综合风险评估模式,并将东北地区划分成高风险、较高风险、中风险、较低风险和低风险5个玉米低温冷害灾损综合风险区域,并指出各区域减缓玉米冷害风险的技术和战略措施。结果表明,东北地区的北部、东部和中部低温冷害灾损风险较大,吉林省西南部和辽宁省大部风险较小。     

寒地水稻障碍型冷害指数构建及应用——以辽宁省为例

东北地区水稻障碍型冷害常规评估多采用温度和低温持续天数2个指标,为实现定量化评估和预报,需构建一种基于多因素的综合性障碍型冷害指数。本文基于水稻温度适宜度模型,以温度和低温持续天数为基础,综合考虑三基点温度对水稻生长发育过程的影响,利用辽宁省近50年的日平均温度和水稻发育期数据,构建水稻障碍型冷害指数(RSCDI),并利用该指数对辽宁省水稻障碍型冷害变化规律进行分析和试预报。结果表明：①1961-2010年的50年间,有20年发生了局部轻度冷害,14年发生了局部中度冷害,10年发生了局部重度冷害,未发生区域性及大范围冷害。②冷害发生频率最高的年代为1971-1980年,1981-2000年发生频率呈下降趋势,发生频率最低的年代为1991-2000年,2001年以后发生频率上升、且范围呈现扩大趋势;冷害发生范围主要分布在辽宁西部和东北部地区。随着气候变暖,冷害发生频率和范围虽有一定程度的下降,但辽宁省水稻障碍型冷害发生的不确定性仍存在。③利用RSCDI对2011-2014年辽宁省水稻障碍型冷害进行试预报,结果仅建平县2012年和2014年在开花期发生中度冷害,其他地区无冷害发生。     

黄淮海平原冬小麦生长期旱情分析

黄淮海平原降水较少且年际、季际变化大,因此水分供应状况成为该区作物,特别是以冬春季为主要生育期的冬小麦的主限制因素。鉴于作物实际蒸散量与潜在蒸散量关系依赖于作物生长状况和土壤水分的事实,提出反映作物缺水状况的干旱指标———作物水分胁迫指数（ＣＷＳＩ）。计算黄淮海平原冬小麦生长期间的ＣＷＳＩ,并分析其在自然降水条件及适量灌溉条件下的时空分异规律     

黄淮海平原冬小麦生长期旱性分析

黄淮海平原降水较少且年际,季际变化大,因此水分供应状况成为该区作物,特别是以冬春季为主要生育期的冬小麦的主要限制因素,鉴于作物实际蒸散量与潜在蒸散量关系依赖于作物状况的干旱指标－作物水分胁迫指数。计算黄淮海平原冬小麦生长期间的ＣＷＳＩ,并分析其在自然降水条件及适是灌溉条件下的时空分异规律。     

黄淮海平原雨养条件下冬小麦水分胁迫分析

雨养条件下的水分胁迫分析能够反映当地气候土壤条件下作物生长的水分环境对农作物生长的影响,可为农业干旱管理及灌溉策略的实施提供依据,减少农业干旱的发生。本文在阐述EPIC(Environmental Policy Integrated Climate Model)作物生长模型水分胁迫计算过程的基础上,模拟黄淮海平原冬小麦在雨养条件下的生长过程,分析水分胁迫现象的时空分异。结果发现,研究区内自然降雨远不能满足冬小麦的正常生长,从水分胁迫现象发生时间上讲,雨养条件下在冬小麦生长期后段(5月中旬以后)水分胁迫现象较为严重,以5月下旬最为严重,重度水分胁迫发生频率高达48.2%;从区域分布上分析,冀鲁豫低洼平原区和山东丘陵农林区水分胁迫现象在整个研究时间段上均较为突出。     

基于日尺度SPEI的黄淮海平原冬小麦生育阶段干旱特征分析

黄淮海平原地处燕山以南、淮河以北,包含黄河、淮河和海河冲积平原及部分丘陵山区,属于半干旱、半湿润地区,年降水量500~900 mm,是我国主要的冬小麦种植区。利用黄淮海平原49个农气站点1961—2017年日值气象数据,采用Penman-Monteith模型计算的日尺度SPEI指数,从气象干旱的角度分析了黄淮海平原近56 a冬小麦主要生育阶段干旱持续时间和干旱强度的变化,并采用R/S方法对干旱未来变化趋势进行预测。结果表明:(1)从空间分布上来看,冬小麦的营养生长期和并进期,北部干旱持续时间较短,干旱强度较小,南部干旱持续时间较长,干旱强度较大,而冬小麦生殖生长期与前两个生育期干旱分布相反。(2)从各站点变化趋势来看,在冬小麦整个生育期内干旱持续时间与干旱强度呈相反趋势。(3)从时间变化趋势上来看,1961—2017年干旱有明显减缓趋势,除个别站点外,在冬小麦的营养生长期和并进期,干旱持续时间和干旱强度自2003年起干旱有逐渐减缓趋势,在生殖生长期则从2007年起干旱有逐渐减缓趋势。(4)从未来变化趋势来看,营养生长期干旱持续时间将缩短,干旱强度将减小,并进期的干旱持续时间和干旱强度的变化将和过去56 a基本保持一致,生殖生长期干旱持续时间将有所增长,干旱强度将有所加重。本研究分析了黄淮海平原冬小麦生育阶段干旱特征,旨在认识分析和掌握冬小麦生育期干旱演变特征以及干旱发生规律,对保障粮食安全和防旱减灾提供了科学依据。     

基于贝叶斯层次时空模型的甘肃省土地利用程度演变分析

以甘肃省为例,在基于Google Earth Engine (GEE)平台实现1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年土地变化监测的基础上,利用贝叶斯层次时空模型(BHM)分析土地利用程度的时空变化特征。结果表明：① 研究期间内甘肃省土地利用程度呈增长趋势,其中1995―2000年和2010―2015年增长速度较明显;② 土地利用程度空间格局“东高西低”,热点区域主要分布在陇中、陇东和陇南地区;③ 土地利用程度局部变化呈现明显区域差异,整体表现为“东弱西强”,局部变化热点区域主要分布在河西地区;④ 影响土地利用程度变化的主要因素是经济规模和产业结构,其中经济因素影响程度最高。     

东北地区水稻冷害气候风险度和经济脆弱度及其分区研究

应用历年气象、水稻产量资料和冷害指标,分析东北地区水稻低温冷害发生的温度条件、气候频率和风险概率,建立了水稻冷害气候风险度模式,将东北地区分成高、偏高、中等、较低和低风险5级水稻冷害气候风险度区.在气候风险性分析的基础上,考虑各地水稻冷害减产率、总产量和面积比例等经济损失因素,建立水稻生产对低温冷害反应的经济脆弱度模式...     

基于Google Earth Engine和作物模型快速评估低温冷害对大豆生产的影响

作为中国商品粮的主要生产基地,东北地区频发的低温冷害给中国粮食安全带来了严重的影响,及时、准确和大范围评估低温冷害灾损是降低损失、快速恢复生产的重要前提。本文以鄂伦春为例,提出了一种快速评估低温冷害对大豆生产影响的新方法。首先诊断出该地区典型冷害事件发生的年份为1989年、1995年、2003年、2009年和2018年;然后基于本地化后CROPGRO-Soybean模型设置512组低温冷害和田间管理组合模拟情景;其次构建了1600组包括3个变量（有效积温距平值（CDD）、模拟的叶面积植被指数（LAI）和产量）的冷害脆弱性模型;最后依托Google Earth Engine（GEE）平台逐像元提取大豆关键生育期早晚窗口内最大的宽动态植被指数（WDRVI）及对应的日期（DOY）,将WDRVI转化为大豆种植格点的实际LAI,结合构建的冷害脆弱性模型逐像元计算出产量和减产率。主要发现如下：① 校准后的CROPGRO-Soybean模型能较为准确地模拟不同冷害情景下的大豆生长发育过程;② 大豆遭受全生育期的降温情景（1~3 ℃）的减产幅度比局部降温情景（4个生育期随机生成连续5日温度为0 ℃）的减产幅度大;③ 历史冷害年1989年、1995年、2003年、2009年平均减产率约为9.6%、29.8%、50.5%和15.7%,与实际6.4%、39.2%、47.7%和13.2%的减产率相比,冷害灾损评估结果具有较好的精度且误差均在一倍方差以内;④ 运用该方法评估2018年冷害田间尺度的产量损失,并利用Sentinel-2A影像进行10 m高精度制图。结果显示,该方法能够快速、准确地评估不同尺度的低温冷害灾损情况,为作物估产以及农作物灾害损失评估的业务化运行提供了新的思路。     

2001—2020年黄河流域植被覆盖变化及其影响因素

基于MODIS NDVI植被指数和气象数据集,以集合经验模态分解、趋势分析和随机森林回归分析等方法,分析了黄河流域2001—2020年植被覆盖时空变化特征,并对其气候驱动因素进行探讨。结果表明：（1）2001—2020年黄河流域植被覆盖整体呈显著增长趋势,增速为0.055/10a （P<0.05）,2010年之前增速（0.067/10a）大于2010年之后的增速（0.051/10a）。（2）空间上,植被覆盖增加区域主要分布在陕北黄土高原、甘肃省东南部、内蒙古自治区河套平原等退耕还林还草生态工程实施区域,而植被覆盖显著下降区域则集中在关中平原城市群、黄淮海平原以及青藏高原等区域。（3）气温、降水和CO₂浓度等对黄河流域植被生长起到正向促进作用,且绝对敏感性依次降低,而大气饱和水汽压差、太阳辐射等对植被生长起到抑制作用。本研究结果可为评估气候变化对黄河流域植被覆盖变化的综合影响提供参考依据。     

Spatio-temporal variation in China’s climatic seasons from 1951 to 2017

In this paper,meteorological industry standard,daily mean temperature,and an improved multiple regression model are used to calculate China's climatic seasons,not only to help understand their spatio-temporal distribution,but also to provide a reference for China's climatic regionalization and crop production.It is found that the improved multiple regression model can accurately show the spatial distribution of climatic seasons.The main results are as follows.There are four climatic seasonal regions in China,namely,the perennial-winter,no-winter,no-summer and discernible regions,and their ranges basically remained stable from 1951 to 2017.The cumulative anomaly curve of the four climatic seasonal regions clarifies that the trend of China's climatic seasonal regions turned in 1994,after which the area of the perennial-winter and no-summer regions narrowed and the no-winter and discernible regions expanded.The number of sites with significantly reduced winter duration is the largest,followed by the number of sites with increased summer duration,and the number of sites with large changes in spring and autumn is the least.Spring advances and autumn is postponed due to the shortened winter and lengthened summer durations.Sites with significant change in seasonal duration are mainly distributed in Northwest China,the Sichuan Basin,the Huanghe-Huaihe-Haihe(Huang-Huai-Hai) Plain,the Northeast China Plain,and the Southeast Coast.     

河北平原冬小麦播种面积收缩及由此节省的水资源量估算

以河北平原1998-2010 年11 地市的农业统计数据和22 个气象站点的逐日气温、降水量、水汽压、风速、日照时数和相对湿度等资料为基础,对该地区冬小麦播种面积的收缩情况及由此引发的耕作制度变化进行了分析;同时,结合作物系数法和逐旬有效降水量法,计算了不同耕作制度下的水分亏缺量,进而估算了该地区因耕作制度变化节省的水资源量。结果表明:① 该时段河北平原11 地市冬小麦的播种面积均呈收缩趋势,总面积下降了16.07%,约49.62×10⁴ hm²。京津唐城市群表现最为明显,下降了47.23%;② 冬小麦的降水满足率仅为20%~30%,而春玉米和夏玉米均为50%以上;冬小麦-夏玉米一年两熟制所需的灌溉水资源量为400~530 mm,而春玉米一年一熟制仅为160~210 mm;③ 该时段河北平原因冬小麦播种面积收缩而节省的灌溉水资源量约为15.96×10⁸ m³/a,相当于南水北调中线一期工程为京津冀三省市供水量的27.85%。     

Impact of the shrinking winter wheat sown area on agricultural water consumption in the Hebei Plain简

This study firstly analyzed the shrinkage of winter wheat and the changes of crop- ping systems in the Hebei Plain from 1998 to 2010 based on the agricultural statistic data of 11 cities and meteorological data, including daily temperature, precipitation, water vapor, wind speed and minimum relative humidity data from 22 meteorological stations, and then calcu- lated the water deficit and irrigation water resources required by different cropping systems, as well as the irrigation water resources conserved as a result of cropping system changes, using crop coefficient method and every ten-day effective precipitation estimation method. The results are as follows. 1） The sown areas of winter wheat in the 11 cities in the Hebei Plain all shrunk during the study period. The shrinkage rate was 16.07% and the total shrinkage area amounted to 49.62×10^4 ha. The shrinkage was most serious in the Bei- jing-Tianjin-Tangshan metropolitan agglomerate, with a shrinkage rate of 47.23%. 2） The precipitation fill rate of winter wheat was only 20%-30%, while those of spring maize and summer maize both exceeded 50%. The irrigation water resources demanded by the winter wheat-summer maize double cropping system ranged from 400 mm to 530 mm, while those demanded by the spring maize single cropping system ranged only from 160 mm to 210 ram. 3） The water resources conserved as a result of the winter wheat sown area shrinkage during the study period were about 15.96×10^8 m^3/a, accounting for 27.85% of those provided for Beijing, Tianjin and Hebei by the first phase of the Mid-Route of the South-to-North Water Diversion Project.     

全球气候变化影响下中国农业产量的可持续性

气候变化的区域影响愈益成为具有挑战性的问题,尤其是气候变化对农业产量可持续性的影响已引起广泛的关注。基于全示气候变化对中国的影响和区域气候变率分析,提出了粮食气候产量形成模型,半将其应用于黄淮海地区冬小麦小分条件和产量研究,同时对全球气候变化情形下冬小麦产量的变化做出评价。     

基于太平洋海温的冬小麦春季湿渍害预测模型

为了进一步开展冬小麦春季湿渍害的预测预报业务工作,利用江苏省1969-2008 年60 个气象站常规观测资料和冬小麦产量资料,根据场相关分析原理,将江苏省春季湿渍害3 个风险区的湿渍害指数与太平洋海温资料进行相关普查,结果表明:3 个风险区的小麦春季湿渍害指数和西太平洋海温均存在高相关区,主要位于Nino 区和西太平洋北部海区,其相关程度随时间具有一定的变化趋势;挑选出与湿渍害指数相关的强信号海区作为预报因子,通过最优化相关处理提高预报因子相关性;经稳定性和独立性检验,创建了对应3 个风险区的冬小麦湿渍害指数预测模型,所有模型均通过0.01 显著性水平检验,拟合及试报结果理想,表明预测模型具有一定应用价值。     

水平衡下黄淮海平原区耕地可持续生产能力测算

为缓解黄淮海平原区地下水水位的持续下降,国家提出耕地资源休养生息的战略,而实施耕地资源休养生息的关键,是确保水平衡下的耕地资源可持续生产能力。本文从可持续理论和水平衡的条件出发,将黄淮海划分成12个自然条件、社会经济条件相对均一的农业生态区,采用不同农业生态区代表实验站限水高产的产量和管理经验,以水定产并逐步修正,得到了黄淮海平原区耕地可持续生产能力,并与现实产量对比得到产量差。结果表明：① 水平衡条件下黄淮海平原区耕地的可持续粮食生产能力为1.16亿t/年;② 可持续总产产量差为-67.85万t/年,由于限水灌溉造成的粮食产能损失为小麦331.84万t/年,玉米不存在产能损失;③ 小麦主要压产地区为黑龙港地区、鲁西平原、豫东平原以及京津唐平原,而徐淮低平原、豫东平原以及胶西黄泛平原具有一定的提产潜力。通过测算,进一步认识了黄淮海平原区耕地可持续产能状况,为区域粮食生产的合理布局以及农业限水限产提供可靠依据。     

华北不同地表覆盖类型区干旱演变特征

利用华北地区气象站点1960～2008年共49年的降水旬数据集逐旬计算1个月、3个月、12个月尺度的标准化降水指数(SPI)序列。采用SPI历史序列的多年滑动平均和滑动标准差方法,解析研究区及3种主要地表覆盖类型区(草原区、农田区、阔叶林带)干旱在整个时间序列上的演变周期和幅度。采用线性回归分析干旱的演变趋势和变化频度,并对趋势线进行预测。对比了3个子区域全年12个月份干旱演变特征的差异。结果表明:研究区干旱发生的频率和强度呈逐渐加重的趋势,且各月份干旱发展趋势有较大差异,夏季的6月、7月降水较历史时期增多,春旱(4月)、秋旱(9月和10月)加重趋势显著。草原区在整个历史时期的干旱变化趋势不如南部农作物区和中部阔叶林带明显。农作物区9月、10月两月份干旱加重的趋势最显著,说明黄淮海平原区的夏玉米将越来越受到秋旱的威胁,防旱抗旱形势重于冬小麦面临的春旱,冬小麦的秋种受干旱的影响将加重。     

相似离度在甘肃省冬春季强沙尘暴天气入型判别和预报中的应用研究

利用探空、地面资料分析了1955—2002年甘肃省发生强沙尘暴天气的环流特征，揭示出甘肃沙尘暴天气的5种环流类型：冷锋后偏西型、强锋区下动量下传型、冷高压南部型、热低压前部型和河西小槽型的平均环流场特征。在此基础上，分析指出造成甘肃省冬、春季强沙尘暴天气的影响关键区和关键天气系统，并利用场相似预报方法建立了甘肃省冬、春季强沙尘暴预报业务系统，在实际业务中发挥了较好的效益。     

近60 a新疆大气水分亏缺的时空变化特征

在全球陆地大气水分亏缺(VPD)已经增加、并将持续增强的背景下,新疆大气环境是否趋于干旱化值得探讨。利用1961—2020年地面气象观测资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法,研究了新疆VPD的分布及时空演变特征。结果表明：(1)近60 a来新疆VPD整体呈现显著增加趋势,增幅为0.015 kPa·(10a)^-1。VPD在2005年发生突变,突变前为弱波动变化,突变后呈增加趋势。(2)各季节VPD均以增势为主,其中春、夏季增幅较大,冬季增幅最小。春、秋季VPD突变特征与年变化较为一致,夏季略晚(2006年出现突变)。(3)空间分布上,VPD呈现“山区低、盆地高”的鲜明格局。时空演变分析表明,全疆大范围地区(近83.65%的气象站点)VPD呈增势变化,而VPD呈下降趋势的站点多分布在天山山脉东段的北麓以及南疆盆地的北、西北缘。季节尺度上,春季VPD呈增势变化的站点数占比最高(96.15%),是新疆大气水分胁迫范围最广的时段,而冬季大气水汽含量相较稳定。