主要农业气象灾害风险评估技术及其应用研究

基于灾害风险分析的原理,论文提出了我国几种主要农业气象灾害风险评估的技术方法。包括一年生农作物、多年生果树减产率序列的构建技术,不同致灾因子、致灾指标序列的构建技术,灾害风险估算模型的构建技术;致灾损失(减产率)的风险评估技术,致灾指标的风险评估技术,减灾措施降低灾害风险的评估技术。通过对1961～2000年逐日气象资料与产量、灾情资料的相关分析研究,筛选出适用于北方地区冬小麦干旱、东北地区玉米和水稻冷害、江淮地区冬小麦和油菜涝渍、华南地区香蕉和荔枝寒害风险评估的主要致灾因子、致灾等级、致灾指标及其对应的减产率。以北方地区冬小麦干旱、华南地区香蕉和荔枝寒害风险评估为例,给出了针对一年生农作物、多年生果树不同承灾体类型的风险概率估算方法及其风险等级划分。结果表明:北方地区冬小麦干旱、华南地区香蕉和荔枝寒害风险概率分布有着很好的连片性和区域性。北方地区冬小麦全生育期内,自然水分亏缺的风险概率很高,随着灌溉次数的增加,缺水率的风险概率逐渐降低。一般在轻旱年灌水1～2次、中旱年灌水2～3次、重旱年灌水3次之后,大部分地区都能基本满足冬小麦的需水要求,缺水率出现的概率已经很小。     

柑桔农业气象灾害风险评估及农业保险产品设计

根据多年生果树产量变化同树龄、大小年以及环境因子的关系,建立柑桔产量处理方法,分离出趋势产量、气象产量、营养产量。结合历史文献和气象产量与气象灾害的关系,运用农业气象灾害风险评估技术确定低温冻害、5月上半月热害指标及其对柑桔产量的灾损率。该产量处理方法应用于丽水市莲都区2006年柑桔总产量预测,误差为4.5%。针对柑桔农业气象灾害风险的不确定性,基于信息扩散原理,利用正态信息扩散技术将单一的样本观测值变为一模糊集的模糊数学方法,建立柑桔农业气象灾害风险分析模型,得到较为稳定并符合实际的风险评估结果。在风险定量分析基础上,从浙江省政策性农业保险经营的实际需要出发,综合区域产量保险和气象指数保险的优点,设计了农业气象灾害保险理赔指数,解决了农业保险中逆选择、道德风险以及灾后理赔时效低、理赔成本高的难题,为政策性农业保险可持续发展提供技术支撑。     

黑龙江省玉米低温冷害风险综合评估模型研究

论文利用黑龙江省进行农作物生育期观测的24个气象台站1961-2009年逐日平均气温资料和1980-2009年玉米生育期资料,采用"5-9月的月平均气温和的距平"与"黑龙江省玉米低温冷害综合指标体系"对黑龙江省1961年以来低温冷害危险性进行了评估;以黑龙江省75个县的玉米种植面积为指标对暴露性进行了评估;以玉米单产为基础进行了灾损敏感性评估;最终建立了黑龙江省玉米低温冷害风险综合评估模型。根据模型,把黑龙江省划分为高、次高、中等、次低、低等5个风险区,大、小兴安岭、南部山区为高或次高风险区,松嫩平原北部处于次高风险区,三江平原东部为低风险区。该风险评估模型有助于提升黑龙江省低温冷害定量评估能力,同时对其它农业气象灾害风险评估模型的建立可以起到借鉴和参考作用。     

河西走廊东部沙尘日变化特征及其与气象因子的关系

沙尘天气是河西走廊东部多发的灾害天气之一.为提高河西走廊东部沙尘天气的预测、预报、预警水平,更好地预防沙尘灾害和沙尘天气对空气质量的污染.利用河西走廊东部5个气象站1960-2016年逐日沙尘（包括浮尘、扬沙及沙尘暴）资料和四季平均气温、最高气温、最低气温、平均风速、大风日、蒸发量、降水量、相对湿度等资料,运用统计学方法分析了河西走廊东部各强度沙尘日的时空分布特征以及沙尘日与气象因子的相关性.结果表明:受海拔、地形地貌以及天气系统等影响,各强度沙尘日（除浮尘外）由东北向西南呈递减趋势.年代、年各强度沙尘日呈显著减少趋势,沙尘暴、扬沙、浮尘递减率分别为-2.436、-5.277、-5.719 d/（10 a）,气候趋势系数均通过了α=0.01的显著性水平检验.年沙尘日的时间序列均存在着6~8 a的准周期变化.各强度沙尘日均为春季最多,秋季最少,且各季节沙尘日均呈显著减少趋势,递减率为春季>夏季>冬季>秋季,气候趋势系数均通过了α=0.01的显著性水平检验.各强度沙尘日月变化比较一致,高峰值出现在4月,低谷值出现在9月.气象因子对沙尘天气有一定的影响,同一季节气象因子对各强度沙尘日的影响相对一致,但不同的季节气象因子对各强度沙尘日的影响不一致.热力因子和动力因子是影响沙尘天气的主导因子,水分因子的影响较弱.研究显示,气候变暖、冷空气活动频次和强度减弱是沙尘日减少的主要原因之一,大气环流的季节性转变是沙尘天气季节性变化的主要原因.      

2008年南方低温冰雪灾害对农业的影响及对策

结合参加农业部组织的分省灾害评估调查活动,分析了2008年南方低温冰雪灾害的成因,指出是一系列天文、地球物理和大气环流异常因素构成的复杂灾害链所诱发。论述了低温冰雪灾害对南方农业生产的影响,总结了抗灾和补救的对策与措施。反思灾害中的经验教训,提出应健全预警机制和建立救灾物资储备,加强减灾和应急救援的技术储备,积极探索适合国情的农业灾害保险制度,通过提高公众素质和健全法制实现调动全社会的力量减灾。     

接连三台风对东北地区的影响及决策气象服务分析

2020年8月下旬至9月上旬,东北地区接连遭受三台风"巴威""美莎克"和"海神"的影响,历史罕见。这3个北上台风,生成时间集中,生命史长、强度大,其带来的强风雨天气和灾害叠加效应给东北地区造成较为严重影响,尤其是农业灾情严重。盘点这3个台风及其应对服务,决策气象服务工作有5个方面经验值得借鉴:提早关注台风的动向和可能影响,有序有效开展服务;聚焦对东北地区农业生产的影响和灾害叠加效应;为防灾减灾工作提供充分的气象信息供决策参考;加强与政府决策部门的联动,形成防灾减灾合力;及时开展实地调研和过程回顾总结,为精准服务决策储备技能。并针对北上台风决策气象服务提出三点建议:抓住重要时间节点,有序报送关键台风实况和预报信息;因时因地制宜定制决策气象服务产品;加强台风灾害影响评估技术研究,为更有效的台风决策气象服务提供技术支撑。     

东北区域空气质量时空分布特征及重度污染成因分析

东北已成为我国又一个霾污染多发和重发区域.采用2013～2017年东北区域大气污染物地面监测数据、卫星数据和气象数据等信息,探讨了中国东北地区空气质量时空分布特征与重度污染成因.结果表明,"沈阳-长春-哈尔滨"带状城市群是全年污染最严重的区域,空气质量指数(AQI)的空间分布具有明显的季节性,冬季污染最严重,春季吉林省西部周围为椭圆形污染区,夏季和秋季大部分时间空气质量最佳.3个典型的霾污染时期是10月下旬和11月上旬(即秋末和初冬,时期一),12月下旬和1月(即冬季最冷的时候,时期二),及4月到5月中旬(即春季沙尘和农业耕作期).时期一,季节性作物残茬焚烧和冬季采暖用煤燃烧产生的PM_(2.5)强排放是极端霾事件发生的主要原因(AQI 300);时期二,在最严寒月份里,重度霾污染事件(200 AQI 300),主要由燃煤和汽车燃料消耗的PM_(2.5)排放量高,大气边界层较低,以及大气扩散性差等共同引起;时期三,春季PM_(10)浓度较高,主要是由内蒙古中部退化草原的风沙和吉林省西部裸地的区域性扬尘传输造成的.同时,当地农业耕作本身也释放PM_(10),并提升了裸土的人为源矿物尘的排放强度.     

中国产区苹果越冬冻害的风险评估

越冬期冻害是影响苹果种植分布和质量形成的主要气象灾害之一。论文利用1961-2014年2 084个气象站点资料和冻害调查数据,基于二分类Logistic回归分别建立了越冬期初冬冻害和极端低温冻害发生的概率预测模型,并按照风险极低、低、中度、高、极高等5个等级进行了空间划分。结果表明：建立的初冬冻害和极端低温冻害风险概率预测模型均通过了Hosmer-Losmer检验,独立样本的预测准确率分别达到了83.6%和91.4%。中国产区苹果的越冬冻害主要以初冬冻害为主,覆盖了除黄河故道和云南产区外的大部分果区,而极端低温冻害主要分布在纬度或海拔较高的环渤海湾北部产区、黄土高原西北部和北疆。两种冻害的高风险区域面积基本相当,中度以上风险面积较大的省份依次为甘肃、辽宁、河北和山西,但苹果种植面积最大的陕西和山东遭遇两种冻害特别是极端低温冻害的风险概率总体较低。     

2008年雨雪冰冻灾害引发的决策气象服务探讨

本文对2008年低温雨雪冰冻灾害天气的决策气象服务工作进行了分析,总结得出此次决策服务工作的特点：1）服务及时、准确;2）服务产品类别多样、针对性强;3）灾害天气实时监测频次高、信息发布快;4）服务材料涉及面广。同时结合实际服务经历分析了在服务过程中成功的经验及存在的一些问题,指出决策气象服务工作还需要从以下几个方面加强和改进：1）加强应急管理,归口应急任务来源;2）建立和完善分灾种的重大气象灾害应急工作实施方案;3）加强部门联动防御机制建设;4）加强灾害评估,开展灾害预评估工作;5）建立精细化的决策服务系统;6）统一决策服务前端信息产品调阅端口,开发决策服务产品制作、发布平台。     

宝鸡市主要农作物冰雹灾害风险评估

冰雹灾害是宝鸡市面临的主要农业气象灾害之一,采用宝鸡市2016年的Landsat TM遥感影像,经过遥感解译得到宝鸡市主要农作物的空间分布图。根据宝鸡市1961 — 2016年55 a的降雹记录和防雹炮点分布资料,计算得到区域降雹强度、降雹频次和防雹能力值,以灾损数据确定主要农作物的承灾体敏感性指数。基于致灾因子危险性、承灾体暴露度及脆弱性三要素,采用综合评价法和自然间断分类法得出宝鸡市主要农作物的冰雹灾害风险分布图。结果表明:宝鸡市主要农作物的冰雹灾害风险等级以中级风险为主,占全部风险等级的43.5%,主要分布于千阳、凤县、岐山、扶风等地;次高风险区占25.2%,主要分布在陈仓及扶风;次低风险区占18.7%,分布于金台、眉县及太白零星散区;高风险区占9.8%,全部集中于陇县和麟游;低风险区占比最少,为2.8%,零星分布于凤县和扶风。应加强对冰雹灾害高风险区的防爆能力建设,调整防雹点分布和作物种植。     

最近15年来中国气候变化、农业自然灾害与粮食生产的初步研究

本文分析了最近１５ａ来中国气候变化在最近５０ａ来的比较特征,并着重分析与讨论了这一期间气候变化、农业自然灾害与粮食生产的关系。结果表明：降水变化是影响中国粮食生产变化的主要原因,温度变化对粮食生产的影响主要表现在高纬度地区和高海拔地区；因气候变化影响粮食产量的变化幅度一般为３％～５％,个别年份可达１０％左右；因农业自然灾害造成的粮食减产幅度一般在５％～１０％,个别可达１０％左右。     

1960-2015年淮河流域异常初、终霜日时空变化及其影响因子

农作物生长关键期发生的异常初、终霜日,对农业生产造成极大损失。准确了解并掌握异常初、终霜日在淮河流域的变化规律及成因,有利于做好霜冻预报服务工作,减轻霜冻灾害的影响,对保障国家粮食稳产、高产、安全具有重大的意义。基于淮河流域1960-2015年61个气象站点逐日地面0 cm最低气温资料,采用标准差计算了初、终霜日的稳定性,使用概率密度函数定义了异常初、终霜日,利用IDW插值方法反映气候态转变前后异常初、终霜日稳定性和频率,同时利用线性倾向估计、M-K、滑动t检验和累计距平法得到气温的变化趋势及突变年份,相关系数法用来分析环流指数、气温、初霜日、终霜日之间的关系。通过研究得出以下结论：（1）淮河流域近56年来平均气温以0.18 ℃·10 a^-1（P<0.01）的速率呈现显著的上升趋势并且在1993年发生突变,气候态的转型促进了初霜日的推迟和终霜日的提前。（2）气候态的转变导致初、终霜日的稳定性降低,初、终霜日稳定性随经、纬度的增加而变好,初霜日稳定性随海拔升高而变好,终霜日稳定性随海拔升高而变化不显著,终霜日稳定性好于初霜日稳定性。（3）偏早初霜日频率>偏晚终霜日频率>特早初霜日频率>特晚终霜日频率,且在气候态转型后,异常初、终霜日的频率趋于降低,稳定在0~20%之间,异常初霜日发生频率整体高于异常终霜日,气候变暖对初霜日的影响大于终霜日。（4）异常初、终霜日频率时空分布差异显著,高频年代分别为1970s和1960s,低频年代为2000s。随着气候的转变,虽然异常初、终霜日频率逐步趋于稳定且处于低频趋势,但是气候转变促进了淮河流域东南部和南部的特早初霜日频率增加,南部偏早初霜日发生频率范围增加。东北部的偏晚初霜日发生频率增加,同时东南部的特晚终霜日发生频率也明显增加。（5）北半球9月极涡面积越小,淮河流域初霜日越迟（R=-0.41,P<0.01）。10月副高面积增加,初霜日推迟（R=0.39,P<0.01）;2月极涡面积减小,终霜日提前（R=0.29, P<0.05）。4月副高面积增大,终霜日提前（R=-0.15,P>0.05）,并且在1990年后提前趋势加快。     

我国西南地区喀斯特森林树木年轮对气候变化的响应

利用贵州省2个典型喀斯特地区与1个非喀斯特地区的6个优势树种(化香树Platycarya strobilacea为重复树种)的树轮宽度资料,建立了6个树轮宽度年表,研究了不同地区不同树种的树木年轮对近50年来气候变化的响应异同,探讨了影响6个优势树种生长的气候限制因素。结果表明,季风期前的水热条件是喀斯特地区针叶树和阔叶树径向生长的最主要的气候限制因素。季风期前降水减少、月均温升高,导致土壤水分蒸发加快,加强了水分胁迫,不利于喀斯特地区针叶树和阔叶树的生长。帕尔默干旱指数虽表明喀斯特地区未达到干旱胁迫程度,但实际上水分渗漏加剧了喀斯特地区针叶树和阔叶树生长的水分胁迫。非喀斯特地区采样点的高海拔导致的低温,减少了春冬季节土壤水分蒸发。并且非喀斯特地区土壤和地形有利于水分涵养,同时,较高海拔的地形改变了季风期前的降水格局,消除了季风到来前树木生长的降水限制,因此,降水并不是喀斯特地区树木生长的限制因子;但其针叶树的径向生长受到上一年12月的温度控制,产生正响应信号,阔叶树径向生长仅受到生长季温度、降水增加带来的较小促进。     

20世纪90年代以来上海地区降水资源变化研究

为了揭示20世纪90年代上海地区降水资源的变化特点,根据1991-2003年上海地区11个站降水资料,在与前30年(1961-1990年)平均比较的基础上,统计分析1991年以来降水量、降水日数、相对湿度、蒸发量、降雪日的变化情况,结果表明:20世纪90年代以后,上海地区年平均降水量增加11%,汛期平均雨量增加18%,年平均降水日数却略有减少,这样使年平均降水强度增强了12%,季节分配格局改变,区域分布格局未变;年平均相对湿度和年平均蒸发量略减小,年平均降雪日数减少5d。     

1961—2015年西南区域单季稻生长季气候年型及其生产潜力分析

了解气候变化背景下农作物气候年型以及不同气候年型下作物的生产潜力,对实现农业的可持续发展具有重要意义。基于1961—2015年西南区域单季稻种植区316个气象台站的逐日气象资料和单季稻生产资料,利用异常度概念分析了单季稻生长季的10种气候年型,解析了不同气候年型下单季稻的气候生产潜力,并分析气候变化对单季稻生长季气候年型及生产潜力的影响。结果表明：（1）近55年来西南区域单季稻生长季正常年型发生频次最高,平均21.5次,其次是少雨年型和多雨年型。从空间分布来看,正常年型多出现在云南南部和西北部、四川攀西和四川盆地南部的部分地区,少雨和多雨年型多出现在四川盆地大部和其他省市的部分地区,高温年型多出现在四川攀西地区、云南和贵州的个别地区,低温和寡照年型的空间差异不明显。（2）1961—2015年,西南区域单季稻气候生产潜力平均为7065.6 kg/hm²。与正常年相比,多雨年型气候生产潜力偏高超过10%,少雨年型偏低超过14%,降水是影响单季稻气候生产潜力的最主要因子。（3）气候变暖对西南区域单季稻生长季气候年型变化的影响最为显著。与1961—1990年相比,1991—2015年暖年增加,冷年减少。近55年来西南各省市单季稻气候生产潜力均呈下降趋势,1990年代以来暖年的增加有利于气候生产潜力的提高,而少雨和寡照年的增加是气候生产潜力总体下降的主要原因。     

云南大理洱海溶解氧日变化特征分析

利用大理国家气候观象台依托于JICA项目,在洱海湖中建立的自动观测系统2009年全年的观测资料,分析了溶解氧的日变化特征。结果表明:洱海湖中溶解氧表现为日出后最小、日落后最大的日变化特征。全年变化范围为2.31～7.98 mg/L,最大值出现在12月20:00时,而最小值出现在9月10:00时;较小时段出现在6-10月,各月月平均12月最大,9月最小,年较差为4.83 mg/L;四季中冬季偏大,夏季偏小,冬春季比夏秋季明显偏大。四季中各个典型日的日较差相对于各季的平均偏大,峰值、谷值出现时间大都偏晚。连阴雨出现后,由于受低温阴雨寡照的影响,洱海溶解氧偏高。     

高温干旱对髯毛箬竹的叶和细根的生理生态影响

为了解全球变暖及其导致的高温干旱气候对地被竹生长产生的影响,通过模拟自然高温干旱条件,以髯毛箬竹为研究对象,分析其叶片气体交换、细根和叶片水势、抗氧化酶等生理生态反应过程与高温干旱的关系.结果表明:①不同高温干旱条件对髯毛箬竹的影响不同,对照组中常温条件下植株的光合速率为（7.141±0.072）μmol/（m2·s）,高温可明显提升蒸腾速率和气孔导度,极端高温条件下表现为非气孔限制因素导致光合速率〔（4.898±0.395）μmol/（m2·s）下降〕,并且收窄光合日进程的变幅;②中度干旱、高温+中度干旱、极端高温+中度干旱的条件下,光合速率的降低是由气孔限制因素导致;③重度干旱、高温+重度干旱、极端高温+重度干旱的环境将严重影响植株生理进程,高温加剧这一进程,具体表现为蒸腾速率、光合速率、气孔导度和水分利用效率显著下降;④对照组、高温组和极端高温组的细根水势谷值下降范围分别为（-0.111±0.033）~（-0.961±0.086）、（-0.173±0.060）~（-0.970±0.072）和（-0.304±0.061）~（-1.225±0.166）MPa,降幅比成熟叶片强烈;⑤高温和干旱对细根、成熟叶片3种抗氧化酶活性的影响一致,细根SOD活性大于成熟叶片,而CAT和POD活性则相反,因此,细根是髯毛箬竹适应高温干旱环境的重要器官,水分吸收器官比蒸腾器官敏感.研究显示,髯毛箬竹具有较好的抗高温和抗旱能力,一定范围内的高温和干旱能提升其叶片、细根的生理生态适应能力,特别是复合条件下,高温与干旱对其生长表现出协同作用,极端高温+中度干旱并不威胁其生存,高温、中度干旱及高温+中度干旱有利于驯化栽培,甚至在一定程度上能促进其生长;重度干旱则使植株叶片气体交换、叶片和细根的水分生理进程受损,不适宜长期重度干旱的环境,高温使这种损伤更加严重.      

气候变化背景下贵州省农作物生长期干旱时空变化规律

以干旱高发区贵州省为研究对象,利用贵州省19个站点1960—2013年气象日值资料,考虑气象干旱累积效应及当地秋收农作物生长时期需水要求,验证了秋收作物生育期内标准降水蒸散指数（Sep-SPEI-6）与粮食减产量之间的相关性。基于Sep-SPEI-6指数采用Mann-Kendall法、滑动t检验、Morlet小波周期分析以及Hurst指数等方法分析了贵州省干旱时空变化特征。结果表明：① Sep-SPEI-6与贵州省及各州、市粮食减产量呈极显著负相关性。② 在1991、2001年前后贵州省气候发生了突变。③ 与第一阶段（1960—1991年）相比,第二阶段（1992—2001年）干旱发生频率和影响范围均减少了10.59%;较第二阶段,第三阶段（2002—2013年）分别增加了23.67%和24.74%;与前两阶段相比,第三阶段的干旱历时与强度增加显著。④ Sep-SPEI-6时间序列存在明显的周期性振荡特征,以22 a为第1主周期。⑤ 各站点Sep-SPEI-6的Hurst数值均大于0.5,说明其变化具有较好的持续性。⑥ 干旱易发区呈现由东向西的转移趋势。⑦ 农作物生长期内日降水>1 mm天数和日照总时数是影响农作物生长期干旱的主要气象因素。研究成果为贵州省抗旱减灾措施的制定提供了理论依据。     

基于降水Z指数的朝鲜降水及旱涝时空特征

利用TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM）3B43月降水数据,并结合降水Z指数,研究朝鲜1998—2018年的降水和旱涝时空格局。结果表明：TRMM与站点观测降水数据有显著的相关性。朝鲜降水季节性特征明显,57.29%的降水集中在夏季,空间上自东北部沿海岸线向东南递增。朝鲜的区域综合旱涝等级基本处于正常状态,偏旱和偏涝发生的频率最高,其次是大旱和大涝,极旱和极涝发生的频率最低,夏季和冬季干旱发生最为频繁,而洪涝在秋季频发。朝鲜北部发生旱涝事件的频率明显高于南部,咸镜山脉和盖马高原是旱涝的多发地区,温泉平原则最不易受到旱涝影响。春季、夏季和秋季均呈现洪涝强度增强的趋势。夏季洪涝强度加剧的趋势明显,中北部地区通过95%的显著性检验。