基于积温距平的玉米冷害动态评估及其与玉米产量的关系

利用1980-2014年黑龙江省15个玉米农业气象观测站的资料,基于中华人民共和国玉米冷害评估气象行业标准规定的≥10℃积温距平指标,对玉米3个发育关键时期出苗-七叶期、出苗-抽雄期、出苗-乳熟期的冷害进行动态判识,并分析其时空演变特征,同时应用统计方法分析积温距平与玉米实际单产的关系。研究结果表明:11980-2014年间,玉米3个发育时期内的冷害年数在7~17年之间,冷害发生对气候变暖趋势具有明显的响应;21980-2014年间研究区玉米3个发育时期冷害的发生随时间呈减少趋势,1990年代中期以前为高发期,之后冷害发生频率下降。空间分布上,冷害呈现北多南少特征,并具有群发性、区域性和局地性特点;31980-2014年间,研究区玉米3个发育时期的≥10℃积温距平具有16年左右的周期变化,总体表现为1995年以前偏冷,之后偏暖,其中玉米出苗-七叶期积温距平存在最近几年偏冷的趋势;4研究区67%的站点≥10℃积温距平与玉米实际单产存在显著或极显著的相关关系,积温距平为100~200℃·d,利于玉米高产;5≥10℃积温距平指标赋予玉米冷害判识指标生物学和农学意义,充分表征玉米不同发育时期热量需求与供给的关系,有效提升作物冷害判识的客观性。     

黑龙江省玉米干旱与低温冷害复合发生的温水特征及产量分析

利用1981—2018年黑龙江省玉米农业气象观测站资料,基于国家气象行业标准中水分亏缺指数、≥10℃积温距平指标判识玉米出苗—乳熟期干旱、低温冷害,规定同一站同1年内干旱和低温冷害均有发生为两种灾害复合发生,以数理统计、对比分析方法分析其温水特征及玉米相对产量变化率。研究结果表明：1981—2018年间,研究区玉米出苗-乳熟期干旱和低温冷害复合发生累计110站年,各站发生3～11年,时间上呈减少趋势,1980年代为高发期,1990年代中期以后发生减少,空间上呈西多东少态势,松嫩平原西南部为多发区;玉米出苗-乳熟期干旱和低温冷害复合发生期间的温水特征总体表现为日均温非持续偏低,而呈波动-间隔式偏低,64站年发育期内50%以上时间的日均温较常年偏低,平均低温日数为54.0 d,未出现有效降水量的日数平均多达73.2 d,有效降水量大于0 mm的日数平均仅16.0 d,有效降水量少,88站年不足300 mm,大雨以上等级有效降水频次少,平均仅2.1 d;研究区93.3%站点玉米出苗-乳熟期发生干旱和低温冷害复合灾害年份与未发生复合灾害年份相比,玉米相对产量变化率均为负值,一定程度上表明干旱和...     

东北玉米低温冷害监测预测系统——在黑龙江省的应用

利用东北玉米低温冷害监测预测系统预测分析了黑龙江省1971-2006年各年热量年型,计算了哈尔滨市1984-2006年玉米抽雄期的冷害发生概率,同时采用以5-9月平均温度和的距平作为低温冷害指标的方法计算了1971-2006年低温冷害的发生状况.结果显示,上述两种方法计算得到的低温冷害的年份与历史实况基本相符.通过对比分析发现,有81%的年份两种方法计算的结果一致,且在低温年玉米抽雄期的冷害发生概率均较大,说明东北玉米低温冷害监测预测系统在黑龙江省的应用效果较好,可为防灾减灾提供科学参考.     

东北地区落叶松毛虫灾害气象风险区划初步研究

利用黑龙江省牡丹江市海林市松毛虫发生情况与气象因子进行相关性分析,筛选出≥10℃积温正距平、夏季气温正距平和日最高气温≥30℃天数正距平、冬季气温正距平以及3-10月降水量负距平与松毛虫大发生有较好的相关性。其次,基于东北地区76个气象站,利用上述关键气象因子作为利于东北地区松毛虫大发生的气象条件进行分析。结果表明,1971-2010年40年东北地区年≥10℃积温、夏季和冬季气温均呈明显增加趋势,3-10月降水呈微弱的降低趋势,也就是说40年来东北地区气候变化趋向于利于松毛虫灾害发生。另外,对东北地区1971-2010年上述关键气象因子单因子利于松毛虫灾害发生的历史风险以及综合气象因子利于松毛虫灾害发生的历史风险进行分析,得出东北地区松毛虫灾害气象风险区划分布,结果表明吉林省中部、黑龙江大小兴安岭、牡丹江半山区的南部和西部松毛虫灾害气象风险约为10年二、三遇;辽宁大部,吉林省东南部、黑龙江松嫩平原和三江平原松毛虫灾害气象风险约为10年三至四遇。     

东北玉米低温冷害时空分布与多时间尺度变化规律分析

利用东北地区48个农业气象观测站1961-2010年逐日温度资料和近20多年玉米生育期资料,基于热量指数构建生育阶段冷害指数,采用EOF分析、Mann-Kendall法、子波变换等方法系统分析了近50年东北玉米4个生育阶段低温冷害时空分布及周期特征。结果表明:整个生育期全区平均冷害强度呈极显著的减弱趋势,地区间冷害变化趋势呈现差异化特征,冷害强度减弱趋势由西南向东北方向呈阶梯状递增;4个生育阶段冷害指数EOF第一模态均呈冷害空间变化趋势一致的特征;冷害强度呈较明显的减弱趋势,第1到第4生育阶段减弱趋势逐渐增大,突变均发生在1990年代中期;冷害强度具有较强的周期性,出苗—七叶、出苗—抽雄存在明显的23、25年周期,出苗—乳熟、出苗—成熟均具有较明显的3年周期振荡。     

黄淮海夏玉米不同发育阶段对旱涝灾害的敏感性

夏玉米发育不同阶段对旱涝灾害的敏感性不同,明确最敏感时段和了解不同时段间敏感性的定量差异将能为玉米生产中的趋利避害提供依据。以黄淮海流域夏玉米为研究对象,利用WOFOST作物生长模型,分析了夏玉米生长对初始土壤含水量、不同发育时段降水量和根层土壤含水量等水分条件的敏感性。结果表明,夏玉米对干旱的敏感时段依次为抽雄-乳熟期、出苗-七叶期以及拔节-抽雄期,对涝渍的敏感时段主要为出苗-七叶期、拔节-抽雄期以及七叶-拔节期。初始土壤含水量比降水量对玉米最终生物量的影响更大,前者降低50%可能导致夏玉米减产14.5%。     

近50年东北地区春玉米干旱的时空演变特征

利用东北地区70个气象站点1960-2007年间的逐日气象资料,计算了作物水分亏缺指数(CWDI)并划分了干旱等级;利用ArcGIS软件,绘制了东北地区春玉米种植区的干旱等级时空分布图,对各个年代和生育期的玉米干旱灾害时空分布特征和演变趋势进行了分析。结果表明:在春玉米生长季内,玉米的需水量与降水量均呈现先增加后减少的变化趋势7,月下旬达到峰值,在4-6月和9月份水分亏缺指数(CWDI)值较高,易引起玉米发生干旱。     

玉米延迟型低温冷害的动态监测

利用东北3省51个气象站1961—2000年的资科分析了玉米延迟型低温冷害出现的频率，以及各发育期的进程与低温冷害的关系。结果表明：在低温冷害年，苗期、七叶期、抽雄期和成熟期拖后大于等于5天发生低温冷害的可能性分别为75％，89％，92％和100％。通过分析多年的分期播种资科，分别给出了播种到出苗、出苗到抽雄、抽雄到成熟的指标。根据这些热量指标和推算出的玉米的发育进程对其进行了动态监测，利用作物生长动态统计模型和生长动力模型进行了玉米生长量的计算，通过与高温年和正常年进行比较，即可对玉米生长量进行监测。     

黑龙江省主要农业气象灾害演变特征及对水稻产量的影响

基于1982-2016年黑龙江省洪涝、干旱、低温冷害、冰雹等农业气象灾害数据及水稻产量数据,将研究期划分为1982-1990、1991-2000、2001-2010和2011-2016年4个阶段,引入受灾比和灾害强度指数,采用数理统计、灰色关联分析方法,研究黑龙江省农业气象灾害演变特征,构建灾害与水稻产量的数理模型。研究结果表明:①洪涝和干旱是影响黑龙江省主要的农业气象灾害,而低温冷害和冰雹相对较弱;②洪涝的受灾范围和灾害强度均呈下降趋势,而干旱则呈先升后降趋势,冰雹受灾范围变化不大,灾害强度呈上升趋势,低温冷害均变化不大;③黑龙江省农业气象灾害对水稻产量为负效应影响,从受灾范围看,干旱为最关键灾害,其次为洪涝,低温冷害和冰雹影响相对较小;从受灾强度看,4种农业气象灾害影响黑龙江省水稻产量强弱依次为冰雹、洪涝、低温冷害、干旱。     

基于CERES-Maize模型的吉林西部玉米干旱脆弱性曲线研究

自然灾害风险(Risk)是灾害损失的可能性,主要取决于致灾因子、脆弱性、暴露性以及防灾减灾能力四个因素。脆弱性(Vulnerability)衡量承灾体遭受损害的程度,是灾损估算和风险评估的重要环节,是致灾因子与灾情联系的桥梁。在全面收集研究区气象、土壤、土地类型、田间管理数据等资料的基础上,以吉林西部玉米干旱灾害作为研究对象,选取了吉林西部2001年、2002年、2004年以及2006-2009年7个案例干旱年的干旱致灾强度作为输入,运用CERES-Maize模型,模拟和计算出不同干旱致灾强度下不同生育期对最终产量起主要影响的关键指标的损失率,并且拟合出脆弱性曲线。结果表明,脆弱性对最终产量影响由高到低的生育期为抽雄-乳熟期、拔节-抽雄期、乳熟-成熟期、出苗-拔节期。研究结果可以为旱灾损失的快速评估、区域农业干旱灾害风险评估以及预警提供依据,为区域防灾避灾与管理工作提供科学依据。     

淮河蚌埠闸以上地区冬小麦干旱对气象干旱的响应

本研究基于淮河蚌埠闸以上地区60个气象站点1961-2015年的日尺度数据,借助作物水分亏缺指数(Crop Water Deficit Index, CWDI)和相对湿润度指数(Relative Moisture Index, M)分别表征冬小麦干旱和气象干旱,分析2种干旱的时空演变特征,计算冬小麦干旱对气象干旱的时滞,最后探讨了冬小麦干旱时滞与下垫面地理因子之间的关系,得出结论:1)时间尺度上,对CWDI而言,除灌浆成熟期外,其余生育期的CWDI呈微弱下降趋势;对M而言,各生育期的年际趋势均无明显变化;空间尺度上,CWDI和M各站点中旱以上级别占比均呈现由北部向南部递减特征。2)冬小麦干旱对气象干旱的时滞在返青抽穗期最短,为3.21d,越冬期的时滞最长,为84.35d。3)各生育期的下垫面地理因子与冬小麦干旱时滞的关联度都较好,均在0.5以上。各下垫面地理因子与冬小麦干旱时滞关联度高值点多分布在土壤持水力较差、海拔较高、坡度较陡的山区,东及东北坡向的地区,降水较少、气温较低的北部地区。     

基于作物水分亏缺指数的吉林省玉米不同生育时段干旱特征分析

利用吉林省1961-2015年46个气象站的逐日气象数据,结合Penman-Monteith方程,计算玉米生育期逐旬需水量(Et_c)、降水量以及作物水分亏缺指数(CWDI),根据干旱等级指标计算逐旬不同等级干旱频率、平均干旱强度以及干旱风险指数,并分析其空间分布和时间变化特征。结果表明:从玉米生长季水分供需状况看,西部地区整个玉米生长季水分亏缺最严重,玉米易遭受干旱威胁,中部发生干旱的威胁次于西部地区,东部发生干旱的威胁最小。西部地区干旱发生频率最高,其次是中部,东部地区干旱发生频率最低,平均干旱强度和干旱风险指数与此有相同的分布特征。各等级干旱基本上是在玉米生长的前期和后期发生频率较高,而在玉米生长的关键期,发生频率相对较小。除个别情况,各时段基本是轻旱发生频率最高,其次是中旱,而重旱发生频率较低,特旱发生频率最低。代表站各时段水分亏缺指数年际变化基本是中前期呈减少趋势,中后期呈增加趋势。不同时段各等级风险区空间分布也存在差异。     

两种干旱指标在干旱致灾因子危险性中的对比分析——以宁夏为例

致灾因子是灾害风险分析理论体系中的重要组成部分,干旱致灾因子危险性指数由干旱强度和发生概率共同决定。基于致灾因子危险性指数计算模式,对比分析了宁夏中南部山区降水距平百分率和标准化降水指数两种常用干旱指标在致灾因子危险性中的应用。分析结果表明,基于两种干旱指标的宁夏中南部山区干旱致灾因子危险性分布趋势一致,且均与实际相符,考虑到计算的简单易行,可以选择降水距平百分率作为宁夏干旱致灾因子危险性指数分析的依据。从全区干旱灾害风险区划的分析表明,宁夏干旱致灾因子危险性大致呈由南到北逐步增加的趋势。     

近58年来中国负积温时空演变特征

基于1961-2018年中国545个气象站点数据,采用多种数理统计方法,从气候态特征、年代距平、变化趋势和波动特征角度,诊断中国负积温的时空演变特征,并对1990年前后负积温的变化进行了对比分析。结果表明:①1961-2018年中国年均负积温具有纬向和垂直地带性规律,其随纬度和海拔的增加而增大。中国多数地区的负积温在1991-2018年相比1961-1990年偏少。②在年代距平上,1960和1970年代的中国负积温以负距平为主,1980和1990年代是负积温的快速变化期,2000和2010年代的负积温则以正距平为主。中国负积温的年代距平演变特征表明负积温在减少,这与中国气候变暖相一致。③1961-2018年中国负积温绝对数量随着纬度和海拔的增加而增加。其中华南南部和云南南部地区的负积温绝对数量增加趋势较大,而青藏高原、内蒙古中部和东北地区负积温绝对数量减少趋势较大。1990年前后青藏高原负积温绝对数量趋势减小,东北、内蒙古、新疆等地则趋势增大。④1961-2018年中国负积温在华南南部沿海地区和云南西南等地波动最小,在华南南部以北至黄河中下游以南之间地区波动最大。1990年前后波动差异变化较大的地区主要集中在青海、新疆和西藏相邻地区、四川中部和东部、华南南部沿海地区以北至长江以南地区。     

1961-2017年甘肃省霜冻演变特征及其对农业的影响

霜冻对农业安全影响巨大。为了提供防范霜冻危害的科学依据,利用甘肃省1961-2017年57个气象站温度资料和霜冻灾害资料,采用趋势系数、累计距平、Mann-Kendall(M-K)方法分析了不同等级霜冻日数的变化特征及其对农业的影响。结果表明:(1)甘肃省不同等级霜冻日数呈明显下降趋势,轻、中、重霜冻及早、晚霜冻日数分别以-2.3d·(10a)~(-1)、-1.8d·(10a)~(-1)、-1.2d·(10a)~(-1)、-1.2d·(10a)~(-1)、-1.1d·(10a)~(-1)的速率减少;2010-2017年减少最明显。(2)甘肃省各区域不同等级霜冻日数均呈现下降趋势,其中河西中部和甘南北部为快速减少区,陇南地区及陇东地区减少幅度较小。(3)近57a甘肃省呈晚霜冻结束时间提前,早霜冻出现时间推迟的趋势,且存在霜期最长的甘南地区晚霜冻结束时间提前最多,霜期最短的陇南地区早霜冻出现时间推迟最多的特点。(4)90年代末以后因≥10℃积温的快速增加及特色作物的播种面积大幅提高增加了作物受冻风险,霜冻造成的农作物受灾面积处于上升趋势。     

气候变暖对桂林地区柑桔灾害的影响

根据桂林1981-2015年气温、降水资料,对桂林市近35年气候条件的长期变化趋势和年际变化特征进行了详细的分析,并初步分析了气候条件的变化对柑桔灾害的影响。结果表明:近35年来,桂林市的年平均气温自1980年代中期以来呈上升的趋势,以0.076℃/10年速度上升,进入1990年代后期,这种趋势明显加快,尤以春季升温最为明显,冬季次之;气温在1997年出现了突变,直接导致暖冬、35℃以上高温日数、≥10℃活动积温在1997年以后增多趋势显著。年降水量呈弱增多趋势,夏季增多最明显,春季呈增多趋势。气候变暖使柑桔虫害越冬基数增加,低温阴雨、洪涝、高温、干旱等气象灾害的频率增加,使柑桔生产的不稳定性增加,对柑桔的产量、品质造成危害。     

近55 a吉林中西部玉米生长季旱涝时空特征分析

玉米是吉林中西部地区的主要粮食作物,明确该地区玉米旱涝灾害的时空变化特征,有利于该区域制定防灾减灾应对措施。本文采用M-K突变检验法、线性趋势分析法和IDW反距离加权法,基于水分盈亏指数(CSWDI)和旱涝等级,揭示吉林中西部地区近55 a玉米生长季旱涝时空分布特征。结果表明:玉米需水量和有效降水量在抽雄-乳熟期最大;出苗-拔节期水分盈亏指数区域性差异最大,旱涝交替现象最为频繁;中旱及以上频率分布空间上趋于一致,均为由吉林西部向中部递减;出苗-拔节期,中涝及以上频率分布具有明显的区域性,其频率值范围在0~15%之间,由吉林西部向中部递增,其余三个生育期,中涝及以上频率值较低。纵观整个生长季,吉林中西部地区玉米更易受旱灾的影响。     

基于APSIM模型的春玉米生育期旱灾损失敏感性定量分析

作物不同生育期旱灾损失敏感性研究对于提高农业干旱监测准确率、采取合理的农业抗旱减灾措施等有重要意义。干旱发生时,农业用水被压缩,充分利用当前可用灌溉水量以取得较好的作物产量效益是农业抗旱减灾中的重点。目前已有研究大多从水分胁迫试验出发,分析不同干旱胁迫对作物产量的影响,定性分析作物各生育期旱灾损失敏感性。由于农田试验样本有限,无法从统计手段定量研究作物旱灾损失敏感性。该文利用作物模型模拟的方法,基于历史数据设置干旱情景,模拟春玉米生长,研究不同生育期干旱胁迫与产量关系。选取典型年,通过历史气象数据替换典型年不同作物生育期同期气象数据的方法,构造典型年不同生育期干旱情景,驱动作物模型,模拟春玉米生长过程及产量。选用标准化降水指数(SPI)识别干旱程度,建立不同生育期SPI与产量之间定量统计关系,利用SPI变化所引起的产量变化率构建旱灾损失敏感性指标,定量评估春玉米不同生育期旱灾损失敏感性。结果表明:(1)不同生育期阶段发生不同程度干旱对产量的影响差异较大。其中拔节-抽雄、开花-吐丝旱灾损失敏感性较大,播种-七叶以及乳熟-成熟阶段敏感性较小。在典型正常年景下,春玉米播种-七叶、拔节-抽雄、开花-吐丝以及乳熟-成熟阶段的旱灾损失敏感性指数分别为90.5、804.7、772.5和401.9。(2)不同典型年水平下,春玉米旱灾损失敏感性差异明显,其中典型干旱年各生育期阶段旱灾损失敏感性最大,典型丰水年各生育期阶段旱灾损失敏感性最小;典型干旱年、正常年和丰水年春玉米生育期平均旱灾损失敏感性指数分别为862.7、518.9和35.2。(3)典型丰水年景下,即使是抽雄、开花-吐丝期春玉米产量形成关键阶段发生严重干旱,春玉米产量影响较小,表明春玉米单个生育期受旱,相邻生育期水分充足时,产量受到明显的水分补偿作用。     

1980-2009年期间黑龙江省玉米低温冷害年判定

将黑龙江省玉米种植区分为东、西、南、北、中5个区域,并在5个区域中选取24个气象站作为研究对象,利用逐日气象资料和玉米发育期资料,考虑玉米各发育阶段对温度的不同需求,建立具有气象、农学和生物学意义的玉米低温冷害综合指标。结果表明:1980-2009年间,黑龙江省共发生了14次玉米低温冷害,其中1987年冷害严重;以每10年进行比较,冷害的发生频次和程度都呈下降趋势。近30年来,冷害程度具有明显的区域差异,北部重于中部,中部重于南部;冷害频次上呈现北部最多,中部次之,南部最少的特点。     

东北区夏季低温冷害的长期预报

利用东北区三大站(沈阳、长春、哈尔滨)50年(1951-2000年)夏季平均气温、前冬和夏季500hPa高度场、距平场及副高面积指数和海温场资料,对东北夏季低温冷害的环流特征进行了分析,建立了东北区夏季低温冷害预报模式;用春季高度距平平均场建立了夏季低温冷害天气预报模型。结果表明,东北区低温冷害与冬季副高面积指数及500 hPa乌拉尔山附近的高度值呈正相关,与冬季西风漂流区附近(40°~45°N,160°~150°N)海温场呈反相关;所建方程及模式预报拟合率和预报准确率都比较高,且可提前3个月左右进行预报。