近50年东北地区≥10℃农业热量资源对气候变化的响应

气候变暖背景下,系统研究我国东北地区农业热量资源对气候变化的响应仍具有重要的现实意义。根据1961-2010年东北地区64个气象台站的逐日资料,采用公认的农业气象指标,分析了80%保证率下东北地区稳定通过10℃农业热量资源的时空变化特征及演变趋势,探讨了近50a东北地区农业热量资源对气候变化的响应规律。结果表明:从1960-2010年,东北地区农业热量资源存在年代际变化,且80年代到90年代是该地区农业热量资源增加最快的时期。以1980年为界线,≥10℃初日出现的日期先推迟再提前,终日出现的日期推迟,持续日数先减少后增加,积温呈持续增多趋势;近50a东北地区热量资源增加趋势明显。东北地区农业热量资源地域差异明显。热量资源较丰富的是辽宁省西部和南部,较匮乏的是黑龙江省的大兴安岭地区,且由南向北随纬度增大呈初日出现日期延迟、终日出现日期提前、持续日数减少、积温减少的变化规律。     

吉林省热量资源的时空变化特征

根据1960—2017年吉林省21个气象站的逐日气温资料,采用5日滑动平均、气候倾向率、M-K突变检验等方法,分析了各热量要素的时空变化特征,结果表明:(1)近58年全省气温普遍增加,年均温、≥0℃和≥10℃积温气候倾向率分别为0.30℃/10 a、61.58℃·d/10 a和60.02℃·d/10 a;稳定通过≥0℃、≥10℃的持续日数普遍增多(2.54 d/10 a、2.23 d/10 a)、初日普遍提前(-1.47 d/10 a、-0.93 d/10 a)、终日普遍延后(1.12 d/10 a、1.27 d/10 a)。(2)≥0℃和≥10℃积温序列突变年集中于20世纪90年代,突变特征同样反映持续日增加、初日提前和终日延后的变化趋势。(3)≥0℃和≥10℃积温的空间分布均具有两个增幅中心,即以西部平原区和东部山区的低地为高值中心。(4)≥2 500℃积温带的面积占全省80%以上,并在短期内仍有扩大趋势;对比突变前后,积温带有明显的北进东移趋势,其方向是由低海拔的西部平原指向更高海拔的东部山脉。     

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。     

辽宁省降水日数的气候变化特征

利用均匀分布在辽宁省39个测站1961-2005年的逐日降水量资料,分析了近45a来辽宁省年、季、月降水日数,及连续降水日数和连续无降水日数的长期变化趋势以及空间分布状况.结果表明,近45a来辽宁省年降水日数是明显减少的,平均每10a减少1.8d,显著减少的区域在辽东半岛和部分沿海地区,显著减少的季节是夏季;连续降水日数在雨季以负趋势为主,而连续无降水日数则以正趋势为主,在辽河平原的西部以及辽西山区的大部两者趋势都很明显,说明这些地区干旱出现的几率在增大.     

黑龙江省玉米生长期冷害与干旱混合发生对产量的影响

基于1981-2016年黑龙江省玉米农业气象观测站资料,利用国家气象行业标准中≥10℃积温距平、水分亏缺指数(K_(CWDI))指标分别判识玉米出苗-抽雄期冷害、干旱,规定同一站点同一年份内冷害、干旱均有发生为2种灾害混合发生,分析其时空分布特征,以逐步回归方法构建积温距平、K_(CWDI)与玉米单产的关系,并探讨2种灾害混发逆境对玉米产量的影响。结果表明:1981-2016年间,研究区玉米出苗-抽雄期≥10℃积温距平对气候变暖具有明显响应,呈显著增加趋势(P0.01),空间上呈北低南高特征;K_(CWDI)随时间呈波动式下降变化(P0.05),空间上表征为西多东少趋势,较好反映研究区水分资源配置特征;在分析期内,各站玉米出苗-抽雄期冷害、干旱混合发生年数为2～12年,研究区累计发生94年,两种灾害混合发生随时间呈减少趋势,1990年代中期以前密集发生,之后发生频率下降,空间上,两种灾害混合发生表现为由西至东减少趋势,松嫩平原西部为频发区;玉米出苗-抽雄期≥10℃积温距平、K_(CWDI)与玉米单产存在显著或极显著的相关关系(P0.05或P0.01),≥10℃积温距平下降、K_(CWDI)增大,玉米产量呈下降趋势;玉米出苗-抽雄期冷害与干旱混发逆境对玉米产量以负效应影响为主。     

云南近百年来温度雨量的变化特征分析

用气候倾向率、Morlet小波方法,对云南10个站1901-2007年的年降水和平均温度资料分析表明:100年来云南平均增温速率为0.031℃/10a。近50年来全省平均增温速率为0.242℃/10a,略高于全国的增温,增温最大的是滇中的昆明、滇南的普洱,分别为0.442℃/10a和0.409℃/10a,并且西部明显高于东部。100年来云南年降水呈减少趋势,平均速率为7.288mm/10a,近50年来,年降水量减少平均速率为6.66mm/10a。但云南降水的区域分异非常明显,云南的东部、中部降水减少;而滇西北和滇东南地区降水增加。云南气温明显的年代际变化是32年,发生了3次突变。年降水呈明显的年代际及年际振荡,具有16～32年、4～8年周期。     

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。     

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。     

云南近46年降水与气温变化趋势的特征分析

利用云南1961-2007年降水与气温资料进行线性趋势分析和突变检验。结果表明,近46年来云南年均降水量是趋于减少的,其中夏季降水量减少较为明显,减少率为4.5 mm/10a,且夏季降水在1971年前后发生了由多到少的突变。从降水的季节变化特征及异常值统计结果来看,云南雨季平均降水量是趋于减少的,而干季平均降水量趋于增加;从降水的地域分布来看,滇南地区降水呈缓慢减少趋势;滇中降水呈缓慢减少后略升状态;滇西北降水呈略升趋势;滇东北降水为明显下降趋势。近46年云南年平均气温是升高的,从全省气温变化的季节特征及异常值统计结果来看,春夏秋冬四季增温都明显,但冬季气温增加最为显著,增加率为0.27℃/10a,冬季平均气温在1995年出现了一次由冷到暖的突变。滇中及以东地区的气温变化增暖趋势明显,滇西地区气温也为增暖的变化趋势。     

中国黄土高原气候系统主要特征

分析了气候系统变化,结果表明:黄土高原气候系统中岩石圈和大气圈相互影响;大气系统中降水量具有很明显的地域和季节性,降水年际变率大,时间变化上降水呈减少趋势,平均每年减少2.5mm左右,下降速度高原东部明显快于西部,年降水存在2～4年左右的年际振荡;年、季气温的年际变化全区以一致变暖为主,高原中部变化幅度大于周边,气温上升速度年平均气温为0.26℃/10a,冬季升温最快,夏季升温最慢;干旱频繁、暴雨较多.     

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。     

云南省冰冻灾害气象条件及风险评估——基于模糊信息分配方法的研究

利用1959—2008年云南省125个气象站的逐日资料,采用模糊信息分配方法和三分段法进行了雨、雾淞(冰冻)天气发生的气象条件研究;基于模糊信息分配和超越极限概率法进行了云南冰冻灾害气候风险评估和风险区划研究。结果表明:模糊信息分配方法用于概率密度估计,可减少分析、评估误差,且不需要假定数列总体概率分布函数,就能得出较为接近实际概率密度分布的分析和评估结果;雨、雾淞(冰冻)出现当日最低气温≤1℃的气候概率达99.8%,最低气温≤1℃是出现雨、雾淞(冰冻)天气的阈值;当温度条件达到时,微量以上降水、日照时数≤1 h、日平均相对湿度大于80%是出现雨、雾淞(冰冻)的阈值。云南省大部分地区(96个站,占全省总站数的77%)没有出现冰冻灾害的风险,无风险的区域分布在云南省的中、西部和南部地区;冰冻灾害风险较大的是滇东北和滇东地区,其中有12个站累积概率值在50%～100%之间,有年年出现或2年1遇的气候风险,风险较大,特别是镇雄、鲁甸2个县的概率值为100%,有年年出现冰冻灾害的气候风险,风险很大。     

近50年宁夏极端气温事件的变化研究

随着全球变暖,极端气候事件频繁发生,由此造成气象灾害的数量日益增加。深入研究极端气候的变化特征,能够为预测和预防极端事件灾害提供参考依据。采用线性倾向估计法、反距离加权法和R/S分析法,选取10个极端气温指标研究了宁夏近50年来极端气温事件的时空变化特征,并在此基础上尝试预测了未来该地区极端气温变化的情形。结果发现:全天极端高温天数、白天极端高温天数、夜间极端高温天数、生物生长季和夏季天数分别以0.76、0.48、0.67、0.35和0.29 d/a的趋势明显增加,而全天极端低温天数、白天极端低温天数、夜间极端低温天数和最大连续霜冻天数分别以-0.40、-0.25、-0.66和-0.30 d/a趋势显著减少,极端气温年较差也呈下降趋势(-0.02℃/a),且空间差异明显;除极端气温年较差外,其它各极端气温指标与年平均气温均有很好的相关性;年极端冷指标和极端气温年较差在未来将继续下降,极端暖指标在未来将继续上升;宁夏气象灾害所造成的影响和损失将进一步增大。     

1971-2010年河南省夏季高温日数的变化趋势分析

基于河南省109个气象站1971-2010年夏季(6-8月)逐日最高气温和平均气温资料,采用气候统计学分析方法,分析了近40年河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高温日数的时空特征及可能的变化趋势.结果表明:1971-2010年河南省夏季3个等级高温日数在空间上呈现出豫西北高海拔和豫东南低海拔地区较多,其它地区较少的分布特征,高值中心位于豫西地区的偃师附近,在时间上无显著的线性变化趋势,但是在年代间呈现出“多-少-多”的变化特征,最近10年夏季高温日数最多；从各台站趋势变化的空间分布看,豫西北海拔较高地区台站呈增加趋势的较多,豫东和豫西南台站呈减少趋势的较多.夏季平均气温和≥35 ℃(r =0.58,n=4360)、≥38℃(r=0.39,n=4360)以及≥40℃(r=0.27,n=4360)高温日数均呈显著正相关.在全球气候变暖背景下,未来河南省高温日数将可能进一步增加,特别是≥35℃的高温日数.     

高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究

利用自行研制的岩石高温装置和RMT-150C岩石力学试验机,对石灰岩试件在200~700°C高温双向约束条件下的膨胀特性和力学特性进行了试验研究。结果表明:升温过程中,随着温度的升高,石灰岩试件两个约束方向的膨胀应力在600°C前逐渐增加,600°C或650°C以后出现减小现象;石灰岩垂直层理方向的热膨胀应力大于平行层理方向的热膨胀应力。恒温过程中,600°C以前的试件两方向膨胀应力曲线都随时间延长呈平稳上升,但曲线斜率远远小于升温过程;恒温一定时间后,膨胀应力趋于该温度的一个稳定值。700°C恒温结束后,石灰岩两方向的膨胀应力小于恒温前的值,说明到一定温度后石灰岩已膨胀到极限。在试验温度范围内,石灰岩峰值应力随温度升高而降低,700°C时,峰值强度值比常温下降低了58.92%,说明高温对岩石的强度会产生明显的弱化作用。石灰岩峰值应变随温度升高先增加后减少,500°C前峰值应变增加,之后逐渐减小。由于受约束条件限制,在过高温度后,石灰岩内部裂隙部分闭合,空隙数量减少,致使一定温度后其热膨胀应力和峰值应变可能减小,但具体原因有待进一步研究。     

东北地区冬季降雪的气候特征及其区划

根据东北地区197个气象观测站1961-2006年冬季(12-2月)的逐日降雪量资料,采用线性趋势、小波分析、突变分析、t-检验、EOF(经验正交函数)、REOF(旋转经验正交函数)和CAST(聚类统计检验)等气候统计方法,对东北地区近45a来冬季降雪的气候特征进行了研究.结果表明:东北地区近45a冬季降雪呈下降趋势,每10a下降0.2mm.降雪具有明显的阶段性,1960年代中期到1970年代中期为偏少时段,1970年代中期以后到1980年代中期为偏多时段,1980年代中期至1990年代降雪基本持平,在2000年之后降雪量有所增加.东北地区冬季降雪在45a间始终存在着10a左右的长周期,1980年代以后存在着6a左右的周期,而在1970-1980年代和1990年代之后存在着4a的短周期.EOF分析结果表明:全区一致由北向南的正变化趋势为主要模态,大值区主要位于吉林东部和辽宁西北部,西北-东南反向变化,黑龙江北部同其它区域表现出反向变化特征,也是重要的异常模态.REOWCAST方法的区划表明:东北地区降雪主要分为4个区域,分别为辽宁-吉林东部、吉林北部-黑龙江南部、辽宁西南部和黑龙江北部地区,不同区域降雪量的变化趋势存在差异.     

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。     

东北地区生长季潜在蒸散量的变化特征分析

采用1998年联合国粮农组织修订的Penman-Monteith模型计算了东北三省1960-2008年期间各地的潜在蒸散量。东北地区潜在蒸散量的基本分布特征为南多北少,随着纬度的增加,潜在蒸散量随纬度递减的特征越来越明显。近50年来东北地区生长季潜在蒸散量呈显著的增加趋势,东北北部增加趋势比南部更为显著,其中9月增加趋势最为显著。     

温室效应,太阳活动,南方涛动对我国气候变化的影响

本文用统计方法对我国近百年来的气象观测资料的分析表明,在温室效应导致全球增暖的背景上,我国将出现同步的增暖趋势,东南沿海降水量增加,而西北地区的干旱则将更趋严重,太阳活动和南方涛动对我国气候变化也有显著影响,它们分别可能是温度的22年准周期振动和降水量的准4年周期振动的原因.     

气候变化对东北地区粮食生产的影响及对策响应

东北地区粮食生产是国家粮食安全战略的重要保障,近年来受气候变化等因素的影响,东北地区粮食生产的不稳定性与风险性加大,积极响应气候变化对粮食生产的影响已成为稳定东北地区粮食生产的内在要求。本研究从东北地区气候变化特征出发,对主要粮食作物的生长发育、产量、种植制度与布局、粮食生产潜力等方面综合分析气候变化对东北地区粮食生产的影响。结果表明：(1)东北地区日照时数明显减少,降水量呈下降态势,气温显著升高。(2)东北地区旱涝灾害发生频率增加,病虫灾害累计发生面积增大,低温冷害事件明显减少。(3)气候变化改变东北地区主要粮食作物的生长发育,促进种植界限北移东扩,粮食生产潜力有明显提升但存在区域差异性,总体而言,气候变化有利于东北地区粮食生产。针对气候变化对东北地区粮食生产的综合影响,基于粮食产前、产中、产后视角,提出适应气候变化稳定东北地区粮食生产的响应策略,对于保障东北地区粮食安全具有重要意义。