CO2倍增对黄淮海气候生产力影响的数值模拟

将CO2倍增后GCMs的输出结果输入到ARID CROP模型，模拟了CO2倍增后黄淮海地区冬小麦及夏玉米的气候生产力变化情况。结果表明：CO2浓度倍增后，黄淮地区冬小麦气候生产力南部升高。北部降低，总体平均下降8．7％左右；夏玉米气候生产力与目前状况相比则普遍表现为降低，平均比目前下降30％－45％。研究结果表明：CO2倍增后，降水减少是引起冬小麦气候生产力降低的主要原因；而黄淮海地区温度升高，引起夏玉米生育期缩短，进而导致干物质减少，则是夏玉米气候生产力降低的主要原因。针对模拟结果，文章提出了相应的对策及措施。     

近40a黄淮海地区夏玉米生长季干旱时空特征分析

干旱是制约黄淮海地区夏玉米产量稳定的主要农业气象灾害,明确粮食主产区农业干旱发生的演变规律,对于采取有效的防灾减灾对策意义重大。基于作物水分亏缺指数和夏玉米干旱等级指标,分析了黄淮海地区近40a夏玉米生长季干旱的时空变化规律。结果表明:夏玉米各生育阶段间比较,播种-出苗期水分亏缺指数和干旱发生概率最大。除播种-出苗期外,随着干旱等级的升高,干旱发生概率逐渐降低,但播种-出苗期则以特旱等级发生概率最大;各阶段水分亏缺指数无明显的时间变化趋势,但年际间波动较大,特别是夏玉米生长中后期,1997年是近40a干旱发生最为严重的年份,不仅干旱持续时间长,且发生范围也最大;水分亏缺指数空间分布范围在年代际间存在"缩小-增大-缩小"的变化规律,从各年代干旱等级及其分布范围看,1991-2000年干旱最严重,2001-2010年有所减轻。夏玉米各阶段水分亏缺指数及各等级干旱发生概率基本呈现为由东南向西北逐渐增大的变化趋势,河北大部、河南西部和北部以及山东的中西部地区是各阶段干旱概率的高值区。由于年际间的波动在增大,黄淮海地区夏玉米生长中后期极端干旱灾害发生的可能性较大,北部及西部地区更是干旱灾害的高发区,生产中仍需加强对干旱灾害的预测预报及防御工作。     

自然灾害学报2001年(第10卷)总目次

第１期１８世纪中叶以来不同时段的中国水灾格局………………………………王静爱 王 瑛 黄晓霞等（１）２０世纪长江的３次巨洪…………………………………………………………………冯利华 陈立人（８）华北及邻近地区的巨灾链………………………………………………………吴瑾冰 郭安红（１２）ＣＯ２倍增对黄淮海气候生产力影响的数值模拟………………………刘建栋 王石立 于 强等（１７）工程系统的内涵、抗震设计与设防原则………………………………………………李 杰（２４）青藏铁路客城区段风沙流特点及沙害防治措施的研究………………     

中国北方冬小麦的水分亏缺与气候生产潜力--近40年来的动态变化研究

基于辨识自然条件下的水分对北方半湿润半干旱地区冬小麦气候生产潜力的影响,采用“逐步订正法”分别计算了光合、光温和气候生产潜力,并进行了评估。从水分平衡角度,采用新颖的数理模式构建了估算气候生产潜力的水分订正函数,其中冬小麦需水量采用FAO最新推荐的Penman-Monteith公式,供水量采用新近研制的降水量和土壤有效底墒模式。计算了本区78个站点近40年(1961～2000年)逐年的气候生产潜力,分别以相对变率、变异系数以及由水分亏缺引起的减产率和水分亏缺率等为指标,分析了近40年中国北方冬小麦水分与气候生产潜力的动态变化。结果表明,由于底墒水约占冬小麦全生育期需水量的20％～30％,对气候生产潜力的贡献较大,相应地,计算得到的冬小麦气候生产潜力比以往一些结果高出约20％～30％,这对评估气候生产潜力有重要意义。在生产潜力动态变化方面,由于降水变率大,使得气候生产潜力的时空变化大于光合和光温生产潜力的时空变化,而且在河北(包括津京地区)和山东两省,水分具有由南向北、由东向西减少的趋势,陕西、山西和河南三省水分有由南向北减少的趋势,使得各项指标的变化均有与此基本相应的变化趋势。     

北方春小麦种植区小麦种植结构变化的气候依据与冻害风险

气候变暖引起我国冬小麦种植北界北扩西移,导致许多传统上种植春小麦的区域改为种植冬小麦。利用研究区1980-2012年28个气象站观测数据和全国格点数据,分析了北方春小麦种植区小麦种植结构变化的气候依据和种植冬小麦可能的冻害风险。结果表明,33a来,观测站点年平均气温和地面温度分别升高了1.3℃和1.98℃,年平均最低气温和地面温度分别升高了1.58℃和2.83℃;冬小麦生育期0℃的有效积温增加了340℃·d;日最低气温和地面温度0℃的日数和负积温分别减少了4.6,5.6 d/10a和57,233.8℃·d/10a;日最低地面温度-18℃的日数和负积温分别减少了6.7 d/10a和143.5℃d/10a;1月平均最低地面温度显著升高了2.54℃。这些变化使冬小麦种植区域向西北扩展。气候资源的显著变化为北方春小麦种植区小麦种植结构变化提供了气候依据。然而,影响冬小麦安全越冬的1月平均气温、1月最低气温和1月平均地面温度并没有显著升高,最低地面温度-18℃的冻害日数和积温从1997年前后的平均13d和1200℃·d又增加到2012年的20d和3500℃·d左右。适合种植冬小麦的区域范围有较大的不确定性。     

1961-2000年干旱对我国冬小麦产量的影响

假定在目前条件下的冬小麦作物品种、耕种措施和土壤特性不变,利用WOFOST作物模型,模拟了1961-2000年干旱对我国冬小麦产量的影响。模拟结果显示:1961-1980年干旱对我国冬小麦产量影响较为严重,干旱使整个麦区冬小麦平均减产4．6%,使北方麦区冬小麦平均减产12%。1981 -2000年,干旱对冬小麦产量的影响明显减轻。总体上,1961-2000年虽然冬小麦生育期内降水量持续减少,但干旱对冬小麦产量的影响没有加重的趋势。通过分析发现,我国北方地区冬小麦生育期内的降水和干旱与产量并没有显著相关关系,但春季降水和干旱则与产量显著相关,揭示了我国北方春季降水量对冬小麦产量影响的重要性。     

全球和中国变暖特征及未来趋势

自小冰期在上世纪末结束以来，全球气温波动上升，至本世纪８０年代全球平均上升了０．４５±０．１５℃。２０～３０年代的强烈升温（＞０．３℃）归因于自然回暖，６０年代至７０年代初出现北半球为主的一度降温，８０年代又强烈升温至今未息，这次升温以冬季和夜间变暖为主，高纬度地区又大于中低纬度地区，可认为是人为的ＣＯ２等温室气体增加起了重要作用。中国２０～３０年代升温，６０年代降温和８０年代北部地区升温均大于全球平均值。全球降水变化远比温度变化复杂，总趋势略有上升，中国基本处在中纬度降水减少带中，呈现暖干化趋势。在２０年代和６０年代有两次变旱的气候跃变，相伴着旱灾的加重，但降水变率很大，洪涝灾害更为严重。未来气候主要取决于ＣＯ２及其它微量气体增加所加犟的温度效应，全球继续并持久变暖。根据政府间气候变化委员会（ＩＰＣＣ）预测的下世纪温室气体排放，Ｈｕｌｍｅ等（１９９２）综合新近若干模式研究结果，预期全球平均升温最佳估计值到２０５０年为１．２℃（低限与高限范围为０．８℃和１．８℃），而到２１００年为２．５℃（变化范围１．６～３．８℃），中国到２０５０年升温值在东部和东南部为１．０～１．５℃，在东北、华北和西部为１．５～２     

气候变暖对黑龙江省作物生产的影响及其对策

黑龙江省在未来30年和50年内气温分别增高1.9℃和2.4℃的情景下,积温带将向北推移近5个纬距,至2050年,原第一积温带将北移至大兴安岭北部,其余4个积温带将基本消失.模拟结果显示,未来水稻将减产9%,主栽区将北移至黑龙江流域;小麦应压缩耕作面积,未来产量变化不大,应逐步扩大冬小麦试种区域,最后达到规模生产;气候变暖使玉米生育期缩短11.3天,产量减少2.7%,应发展早熟玉米、饲料玉米、经济玉米,提高经济效益;气候变暖对大豆生产极为有利,高产区北移,产量可提高70%～80%,在黑龙江流域松嫩和三江平原北部,特别垦区发展大豆生产优势很大;喜凉经济作物受到一定影响,应向北发展.提出了未来适应性农业的6项对策,特别要安排好主要作物的结构调整及区域分布.     

干旱对江西省森林生产力的影响特征

利用MODIS遥感数据等驱动生态过程模型,模拟分析了2000-2011年江西省森林总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)的时空变化特征及其对气象干旱的响应。结果表明,2000-2011年江西省受旱程度较之前的30 a有所加剧,2003,2004,2007,2009和2011等年份的干旱较为严重,其中,2003,2007和2011年遭受中度干旱以上地区分别占全省总面积的56.5%,73.3%和87.2%。2000-2011年间全省森林的平均年GPP的年际波动明显,略有下降;平均年NPP和NEP呈明显下降趋势(p=0.02,p=0.06)。森林生产力变化受干旱严重程度、干旱发生和持续时间等共同影响,轻度干旱不会导致森林生产力下降(2004年)、春旱(2011年)和夏旱(2003年)以及多季节干旱(2007年春旱和秋旱)则导致森林生产力降低。干旱对江西省森林生产力影响的时间效应较短,大部分地区的干旱会影响当月的NPP和NEP,仅在江西省东部和南部地区,干旱对森林NPP的滞后影响会达到3个月。     

东北地区玉米冷害预测评估模型改进研究

考虑到东北气候变暖和玉米种植范围扩大的事实，利用大量的长期观测资料，详细分析了东北玉米模型作物发育参数的时空变异特点，进行了玉米模型发育参数的区域划分，得到了反映发育特性的晚熟、偏晚熟、中熟、中早熟和早熟5个品种的熟性类型区。改进了模型发育参数，采用以年代平均发育期间累积CHU为指标的变化的发育参数，克服了气候变暖对发育参数的影响，取得了较好的模拟效果。根据作物生育过程的前后连续性和气象条件影响的复杂多样性，建立了考虑抽雄期延迟、抽雄以后热量条件和储存器官干重变化的动态、综合冷害指标，取得了有益的进展。改进后的模型和冷害指标对东北地区玉米延迟性冷害的历史拟合准确率达到95．6％，技巧评分89．5％，较原有单一指标对冷害的历史拟合率和预报检验效果有明显的改善，可应用于东北区域玉米冷害的预测和评估。     

河南省春季降水与温度变化的时空分布——基于地理信息系统的分析

春季的气候条件异常一直是制约河南省小麦生产的瓶颈之一,春旱作为河南省主要的气象灾害,严重影响了小麦的生长。近几十年来,极端天气事件随着全球气候变暖的加快而越发频繁。春季干旱发生的主要因子降水和温度的变异性显著变大。基于GIS及和河南省30年的气候整编资料,对河南省春季降水、温度及降水温度比的变化趋势及时空变化分布进行了研究。结果表明:豫南春季降水减少最为严重(南阳盆地除外),豫中次之,豫北春季降水稍有增加;从温度的变化分布来看,河南全省春季温度都呈上升趋势,其中,豫南的信阳、驻马店,豫西北的济源、焦作、洛阳、郑州及平顶山地区温度上升趋势较大,南阳盆地、豫东平原及豫北平原地带温度变化相对较小;反应春季气候异常的降水温度比豫南为负向变化最大,豫北为正向变化最大,空间分布与春季降水基本吻合。综合分析说明未来河南地区的气候变化将会更加不稳定。     

华北地区冬小麦干旱时空分布特征

根据作物气候指标距平,利用经验正交函数和小波分析方法,研究了华北地区冬小麦干旱的空间分布和时间演变特征。研究结果表明,主要有3种空间分布类型:以中西部为中心的全区一致型;西北、东南相反分布型,其正值中心分布在北京、霸州等区域,负值中心分布在济南、淄川、临沂等区域;东、西相反分布型,其正值中心分布在河北省东北部的唐山、秦皇岛和山东省的烟台、福山、海阳为等区域,负值中心分布在河北省的邢台、石家庄以及河南省的安阳和新乡等区域;3种空间分布型时间系数变化趋势都表明,20世纪90年代以后华北地区冬小麦干旱呈加重的趋势。     

黄淮海地区干热风灾害致灾因子时空特征分析

黄淮海地区是我国冬小麦主产区,也是干热风灾害危害最重、影响最广的地区,本研究利用黄淮海冬麦主产区81个站点1961-2017年的逐日气象数据和冬小麦生育期资料,分析了该地区小麦成熟期和干热风致灾因子的时空变化特征。在81个测站中,有23个成熟期提前趋势显著或极显著,但大部地区成熟期变化趋势不显著,有63%的站点未通过显著性检验。对干热风致灾因子达标日数和相似系数的分析表明,达到干热风灾害阈值的概率依次为14:00风速>14:00相对湿度>日最高气温,最高气温是形成干热风的主要限制因素,轻干热风的发生最高气温和相对湿度起主要作用,重干热风则是高温胁迫起决定作用,低湿条件使胁迫加重,风速只起辅助作用。揭示了该地区干热风危害总体减轻的气象条件基础,即干热风3要素表现为最高气温略降、14:00相对湿度略增、14:00风速明显减小的特征,3要素均向有利于减轻干热风发生的方向变化,对于冬小麦籽粒灌浆和产量形成是有利的。但灌浆成熟期内最低气温的显著升高,意味着气温日较差减小、小麦夜间呼吸消耗增大,对其干物质积累和产量形成带来潜在不利影响。     

基于TM与MODIS遥感数据的农业旱情监测——以河北省为例

以河北省冬小麦种植区域为研究区,基于TM和MOD IS遥感数据,利用植被供水指数法确定了研究区旱情等级。首先,将其与遥感解译获得的冬小麦空间分布图叠加得到受灾冬小麦空间分布图;然后以1 km的距离在受灾冬小麦周围做缓冲区,并与通过人口密度模型获得的人口密度空间分布图叠加,得出受灾人口空间分布;最后基于光能利用率改进模型构建粮食产量回归统计模型,得到粮食产量。目的是从粮食产量和作物受灾影响人口两个方面对农业受干旱影响情况进行遥感监测和定量评价,以期为相关部门制定防灾、抗灾措施提供科学依据。结果表明,2004年研究区:(1)春季受灾面积小,仅占16.4%;(2)旱情较轻,以轻旱为主,占受灾面积的89%;(3)冬小麦种植面积约为23 965.0 km2,受灾面积约606.3 km2,主要位于唐山市和保定市;(4)粮食产量回归统计模型精度达到了87%,冬小麦产量约为11939247 t,单产约为498.8 t/km2。     

冬小麦品种抗霜力鉴定与霜冻害防御新对策

冬小麦发育进入拔节期和出现霜冻低温是形成其霜冻害的两个要素。霜冻低温的出现主要与气候因素有关。而拔节期的早晚则受初春气温、播种期和选用品种等多种因素的影响。影响品种抗霜力的重要因素是幼穗分化时期。品种抗霜力的鉴定必须在相同的幼穗分化期,建议在药隔期进行。品种的抗霜力还与第1茎节的长度有关,而与抗冻力和叶片可溶性糖含量的相关性不显著。通过研究,提出了下列抗霜对策:在把握地区霜冻温度出现规律的基础上,合理规划抗霜品种与避霜品种的布局;通过常规育种和基因工程手段,改良品种的抗霜力;通过遗传操作磷脂酶D基因,改良冬小麦的抗霜性。     

我国重大气候灾害特征、形成机理和预测研究

简要地介绍了我国气候灾害的种类、时空分布特征及其造成的经济损失；并从东亚气候系统海一陆- 气相互作用的观点，结合１９９８年夏季长江、松花江和嫩江流域特大洪涝发生的具体实例分析了我国气候灾害发生的主要原因；此外，还回顾了目前我国气候预测的实际情况。提出了关于气候灾害预测研究中急待解决的几个问题．     

华北地区冬小麦干旱风险评估的初步研究

作者在本文中探讨了利用风险分析进行气象灾害影响评估的方法。根据华北地区冬小麦干旱的特点，确定了小麦各发育阶段在有限灌溉条件下的干旱指标及发生概率。利用ＦＡＯ产量与水分关系模型，计算出干旱引起的减产率，并综合考虑当地抗灾性能和承灾体密度，得到冬小麦各发育阶段及全生育期的干旱风险度，进行分级定量评估。为小麦持续高产稳产决策提供科学依据。     

2004-2005年黄淮海地区冬小麦冻害成因分析

以北京、天津、菏泽、驻马店、商丘、阜阳6个站点为代表,分析了黄淮海平原2004-2005年冬季冬小麦的冻害成因.研究表明,冬小麦冻害的发生主要是由于从小麦播种至当年12月20日积温过高,造成部分麦田在入冬前就完成了6-8片叶的生长,甚至进入了拔节期,再加上从当年12月20日至次年2月底黄淮海大部分地区气温比常年偏低1.3℃左右,且冷暖交替突变,麦苗抗寒锻炼不足,春性品种过多和播种量过大等原因.