东北春玉米积温模型的改进与比较

积温是农业气象科研和业务工作中最常使用的指标之一,但由于受其他环境条件的影响,农作物生育期间的积温在年际间和地区间均表现出不稳定性。因此,如何对已有积温模型进行修正,使农作物生育期间积温计算值趋于稳定并反映实际情况,对农业生产和气象服务均有重要意义。该文以东北春玉米四单19为例,应用沈国权提出的非线性积温模型（简称NLM）进行拟合,分析了参数选择对积温稳定性的影响,提出使用平均温度的二次函数对线性积温模型（简称LM）进行修正（修正后模型称TRM）并进行效果分析,与NLM进行比较。结果表明:NLM拟合时参数P越小,模拟有效积温越稳定;NLM积温在年际间、地区间均存在差异,造成积温不稳定的主要因子是温度强度,与其他因子相关性较差;有效积温与生育期平均温度呈二次曲线关系,对LM的温度二次方修正结果与NLM结果比较发现,二次方修正方法具有可行性。     

玉米潜在产量与积温关系模型及其应用

依据于物质积累的基本规律,用包括早、中、晚熟和紧凑、平展两类株型的10个玉米杂交种在北京、延庆、泰安、公主岭、石河子5个不同气候类型地区的试验观察数据,模拟出玉米的标准生长函数W=[1+e~(3.56-13.52μ)]~(-1)。据此建立潜在生物量与品种所需积温的关系:B_(max)/kg·亩~(-1) =100+1.1∑T_m。用此模式估算了不同熟性品种的潜在产量,讨论了模拟结果在气候变化影响评价中的应用。     

春玉米积温稳定性及在发育期预报中的应用

修正已有积温模型,提高积温稳定性,对积温指标更好地应用于农业生产实践有重要意义。基于东北地区春玉米的生长发育情况,综合分析影响积温稳定性的气象因素,订正常用的活动积温模型。在进行积温稳定性评价基础上,将订正模型应用于春玉米的发育期预报中。结果表明:温度条件是影响积温稳定性的最主要因素,基于温度因子得到的订正模型,在出苗-抽雄阶段和抽雄-成熟阶段较原模型年际间变异系数分别平均减小了0.42%和1.42%,订正模型计算的积温稳定性更好。分别利用1981-2010年及2011-2017年资料进行回代及预报检验,发现订正模型对抽雄期的预报结果改进不明显,对成熟期的预报结果误差较原活动积温模型在回代及预报检验中分别降低了3.78 d和1.1 d。     

WOFOST模型在东北春玉米产区的验证与适应性评价

校准与验证春玉米WOFOST模型,为模型本地化、区域化应用提供研究依据。采用东北春玉米田间观测数据,使用全局敏感性分析EFAST方法对WOFOST模型参数进行敏感性分析,结合土壤数据和同期气象数据等资料对模型进行参数校正与优化,确定春玉米的作物参数;利用独立的观测数据,对春玉米生育期、叶面积指数、各生物量等指标进行详细的验证与适应性评价。结果表明:1)针对不同区域进行作物模型敏感性分析筛选出的作物参数有一定差异,但对产量影响最敏感的前5位总敏感参数相同。2)模型对春玉米生育期的模拟较好,开花期和乳熟期的相对模拟平均误差在1 d左右,在成熟期的平均误差在3 d左右。3)模型对各生物量模拟的回归系数α与确定系数R2较好,均通过显著性检验,从模型整体模拟效果来看,地上部分总生物量和叶面积指数为89%和86%,整体模拟性能较好;残差聚集指数(CRM)为14%和4%,表明模型对地上生物量和叶面积指数的模拟值略偏低。4)通过校准模型作物参数值,WOFOST模型能够较好地模拟东北春玉米生长发育及其生物量的动态积累过程,能够应用于东北地区春玉米生产。     

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。     

基于作物模型的通辽市春玉米低温冷害监测

利用通辽市主要玉米种植区4个站点1981—2017年气象和农业气象观测资料,首先对WOFOST玉米生长模型进行适宜性分析和检验,然后通过数值模拟的方法,以减产率的大小确定灾害严重程度,开展了玉米冷害监测方法研究并进行个例分析。结果表明;各站点出苗至抽雄期模拟误差在3d以内,抽雄至成熟期模拟误差在5d以内,产量实测值和模型值的归一化均方根误差(NRMSE)为2%~12%,模拟低温冷害年判断准确率为83%~91%;动态监测个例分析表明,该方法能够定量反映低温冷害发生后贮存器官生物量和最终产量的变化情况,有较明确的生物学和农学意义,可以进行业务应用。     

WOFOST模型蒸散过程改进对玉米干旱模拟影响

分别利用优化蒸散计算（PM方案）、作物系数（CC方案）和二者同时优化（PMCC方案）改进WOFOST模型,基于降水适宜年（2012年）和干旱年（2015年和2018年）在辽宁省锦州开展的玉米分期（4月20日、4月30日和5月10日）播种试验资料评价模型改进效果。结果表明：2012年,PM方案可增大潜在蒸散,CC方案在作物系数小（大）于1时使潜在蒸散减小（增大）;3个方案对叶面积指数、地上生物量和土壤湿度模拟几乎不产生影响。2015年,PM方案的拔节后叶面积指数、地上生物量、产量和土壤湿度较原模型明显减小,蒸腾速率在喇叭口期之前增大,之后减小;CC方案在喇叭口期之前蒸腾速率小于原模型,之后大于原模型,其他4个变量略大于原模型。PMCC方案的各变量模拟值介于PM方案和CC方案之间,3个播期模拟精度叶面积指数分别提高6%,21%和3%,地上生物量分别提高8%,8%和14%,产量分别提高66%,63%和66%。2018年,PMCC方案前两播期地上生物量模拟精度分别提高5%和1%,产量模拟精度分别提高32%和5%。PMCC方案可改善模型在干旱条件下的模型性能。     

东北春大豆精细化气候区划

以东北春大豆为研究对象,分早熟、中熟和晚熟3类熟型构建东北春大豆气候区划指标.利用基于模糊数学的区划指标隶属度函数和作物反应函数两种气候适宜度评价方法,结合精细化插值(Anusplin插值)后的东北地区1990-2019年气象数据,从时间、空间(1 km×1 km农田)和熟型开展东北春大豆精细化气候区划.结果 表明:8...     

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。     

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。     

1957-2000年东北地区春季极端气温变化及其与北极涛动的关系

利用东北地区32个测站1957-2000年逐日气温资料,分析了东北春季极端气温指数的变化特征及其与同期和前期北极涛动指数的关系。结果表明：春季日气温距平值基本上是由高纬向低纬、由东向西增加;44 a来日气温距平强度变化呈现正趋势,春季的冷日和冷夜呈减少趋势,暖日和暖夜呈增加趋势。东北春季气温与春季北极涛动（Arctic Oscillation, AO）在年际时间尺度上具有很强的正相关性,AO和极端气温指数也存在着相同的变化周期和突变时间。     

Evaluation of Agricultural Climatic Resource Utilization During Spring Maize Cultivation in Northeast China Under Climate Change

Agricultural climatic resources （such as light,temperature,and water） are environmental factors that affect crop productivity.Predicting the effects of climate change on agricultural climatic resource utilization can provide a theoretical basis for adapting agricultural practices and distributions of agricultural production.This study investigates these effects under the IPCC （Intergovernmental Panel on Climate Change） scenario A1B using daily data from the high-resolution RegCM3 （0.25° ×0.25°） during 1951-2100.Model outputs are adjusted using corrections derived from daily observational data taken at 101 meteorological stations in Northeast China between 1971 and 2000.Agricultural climatic suitability theory is used to assess demand for agricultural climatic resources in Northeast China during the cultivation of spring maize.Three indices,i.e.,an average resource suitability index （Isr）,an average efficacy suitability index （Ise）,and an average resource utilization index （K）,are defined to quantitatively evaluate the effects of climate change on climatic resource utilization between 1951 and 2100.These indices change significantly in both temporal and spatial dimensions in Northeast China under global warming.All three indices are projected to decrease in Liaoning Province from 1951 to 2100,with particularly sharp declines in Isr,Ise,and K after 2030,2021,and 2011,respectively.In Jilin and Heilongjiang provinces,Isr is projected to increase slightly after 2011,while Ise increases slightly and K decreases slightly after 2030.The spatial maxima of all three indices are projected to shift northeastward.Overall,warming of the climate in Northeast China is expected to negatively impact spring maize production,especially in Liaoning Province.Spring maize cultivation will likely need to shift northward and expand eastward to make efficient use of future agricultural climatic resources.     

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。     

地球自转与东北地区夏季温度变化

该文研究了东北地区夏季温度与地球自转速度变化的关系.得到:地球自转减慢时东北温度偏低, 当自转年变量ΔU≤-22时出现典型的低温冷害年; 自转加快时东北温度偏高.东北地区夏季温度与极移振幅的位相也有较好的关系:在极移振幅的峰值年附近容易发生冷夏年, 在极移振幅的谷值年附近容易发生热夏年.     

东北春玉米生长发育气象条件的适应性分析

统计分析１９８１－１９９０年东北地区３０个试站的气象资料，物候资料和春玉米产量资料。建立光，热，水等资源条件与产量变化之间的统计关系，从而确定出各地种植春玉米的适应性指数及等级。