A preliminary study on simplified simulation model of spring wheat growth

In the model developed in this paper, taking the characters and requirements of meteorological services into account, some conventional meteorological observations which are easy to be obtained have been ch.osen, and mathematical equations describing micro-growth processes of crops have been established on the basis of the field experiments, laboratorial analysis and computer's modelling tests with time interval of ten-days for several years (1987-1989), in accordance with the known biological and physical rules and corresponding reference literatures. It is a preliminary simplified simulation model of spring wheat growth in optimal water and nutrient conditions. The field experiments show that simulation results of this simplified model are satisfactory. The potential operational application and theoretical sense are significant in the meteorological forecast of yield and in the assessment of influences of climatic change on agriculture.     

基于ANFIS的陕西省参考作物蒸散量计算

为有效提高陕西省参考作物蒸散量（ET₀）的计算精度,选取陕西省6个气象站点57 a（1960—2016年）每日气象资料,构建8种基于自适应神经模糊推理系统（ANFIS）的ET₀计算模型,将其与Hargreaves-Samani、Makkink和Iramk等三种在陕西省ET₀计算精度较高的模型进行比较。结果表明：ANFIS模型能较好地反映气象因子与ET₀之间的复杂非线性关系,在仅有气温数据时,ANFIS模型具有足够的精度（平均R²=0.894,平均R_MSE=0.558 mm/d,平均MRE=18.258%）,ANFIS模型的精度随着气象因子数量的增加而增加;在相同气象条件下,ANFIS模型模拟效果最好;ANFIS模型具有较强的泛化能力,基于不同站点也有较高的精度（平均R²=0.974,平均R_MSE=0.276 mm/d,平均MRE=8.608%）,具有很好的可移植性。因此,在缺少气象数据时,ANFIS可以作为陕西省ET₀的计算模型,为农业用水管理及水资源优化配置提供帮助。     

Growth,yield and system performance simulation of a sugarcane–eucalyptus interface in a sub-tropical region of Brazil

The sugarcane (Sacharum officinarum) monocropping has had a great socio-economic and environmental impact in Brazil, and agroforestry (AFs) has been considered as an alternative to its sustainable production. However, there is a lack of field experiments results under such conditions. Therefore, yield measurement across transect in the tree–crop interface in on-farm conditions, as well as the use of simulation models, may allow the evaluation of biophysical interactions between trees and crops and system productivity. In this work, plant growth and yield in a sugarcane–eucalyptus (Eucalyptus grandis) on-farm interface were evaluated. The experimental site had a Chromic Ferralsol soil and it is located in a sub-tropical region of Brazil. Availability of solar radiation for the crop along the transect was estimated and its effect on sugarcane dry matter production was evaluated. Using such relations, two sugarcane–eucalyptus AFs cycles were simulated to estimate system productivity. The field results showed that the trees presented a higher growth in the AFs, while the crop growth and yield were inversely proportional to their distance from the trees. The eucalyptus wood volume increased from 0.15 to 0.29 m³ per tree from monocropping to AFs. The sugarcane dry matter decreased from 35.1 to 8.70 t ha⁻¹ from the furthest to the closest position from tree along the transect. Simulations suggested that light was the main cause of the crop yield reduction, but the importance of competition for water and nutrients increased inversely according to tree distance. However, both simulated AFs provided land equivalent ratio (LER) similar to one (1). Field measurements and simulations indicate that agroforestry systems are a sound alternative for sugarcane cultivation in the studied region. Combination of on-farm studies and simulation models provided conditions to understand tree–crop interactions and to extrapolate field results so that the performance of a new system could be estimated.     

农业干旱与气象干旱关联性——以淮河蚌埠闸以上地区为例

基于淮河蚌埠闸以上地区60个站点1961—2015年气象数据,计算作物水分亏缺指数（Crop Water Deficit Index,CWDI）与相对湿润度指数（Relative Moisture Index,M）,以冬小麦干旱作为农业干旱的代表,分析生育期内冬小麦干旱与气象干旱时空特征,并通过游程理论识别30场主要干旱事件的历时、烈度及重现期频率,展开农业干旱与气象干旱关联性研究,结果表明：（1）时间上,冬小麦生育期内农业干旱旱情年占比均高于气象干旱,年际差最多年份均发生在冬前生长期;（2）空间上,全生育期和各个生育期内的冬小麦干旱和气象干旱呈纬向分布,由南至北旱情逐渐加重,冬小麦干旱75%以上中旱占比发生在越冬期至灌浆成熟期,气象干旱仅在越冬期出现;（3）冬小麦干旱相较气象干旱存在延时,且烈度大于气象干旱,平均历时分别为18.8旬和17.3旬,平均烈度分别为12.2和9.9;（4）气象干旱历时达到1.28旬或干旱烈度达到3.35时,便会引发冬小麦干旱,且冬小麦干旱历时、烈度重现期频率大于气象干旱,农业干旱较气象干旱持续周期更长、频率及强度更大,气象干旱加剧农业干旱旱情。     

CALPUFF-AERMOD大气预测模式耦合系统

AERMOD和CALPUFF在模型应用尺度、适用范围、气象与地形预处理以及特殊计算功能模块等方面具有自身的特点和优势。为了使模型系统计算结果合理科学,本文综合考虑AERMOD和CALPUFF的应用范围和特点,建立了CALPUFF-AERMOD耦合系统。以广东省东莞、中山、深圳的污染源和气象条件等资料为背景,进行污染预测模拟,以此评价模式的模拟性能,并对比CALPUFF与AERMOD的预测结果,最终计算得出的预测结果相对科学合理。     

A numerical study of summer ozone concentration over the Kanto area of Japan using the MM5/CMAQ model

We assessed the ability of the MM5/CMAQ model to predict ozone (O3) air quality over the Kanto area and to investigate the factors that a ect simulation of O3. We find that the coupled MM5/CMAQ model is a useful tool for the analysis of urban environmental problems. The simulation results were compared with observational data and were found to accurately replicate most of the important observed characteristics. The initial and boundary conditions were found to have a significant e ect on simulated O3 concentrations. The results show that on hot and dry days with high O3 concentration, the CMAQ model provides a poor simulation of O3 maxima when using initial and boundary conditions derived from the CMAQ default data. The simulation of peak O3 concentrations is improved with the JCAP initial and boundary conditions. On mild days, the default CMAQ initial and boundary conditions provide a more realistic simulation. Meteorological conditions also have a strong impact on the simulated distribution and accumulation of O3 concentrations in this area. Low O3 concentrations are simulated during mild weather conditions, and high concentrations are predicted during hot and dry weather. By investigating the e ects of di erent meteorological conditions on each model process, we find that advection and di usion di er the most between the two meteorological regimes. Thus, di erences in the winds that govern the transport of O3 and its precursors are likely the most important meteorological drivers of ozone concentration over the central Kanto area.     

淮北涡河流域农业自然生产潜力模型与分析

根据淮北涡河流域的特点,本文以小麦—玉米一年两熟制建立光合作用、温度、水分和土壤条件对自然生产潜力影响的动态分室模型,再用阶乘模型将它们综合为农业自然生产潜力模型,并将模型计算值与实际生产情况对比分析。模型的输出结果综合反映了该区自然资源对农业生产的影响。由模型分析出影响本区农业自然生产力的当前限制因子是土壤养分,长远限制因子是土壤有机质和水分,为分阶段区域治理提供了依据。在土壤完全改良后,淮北平原的农业生产可跃上年平均亩产900kg的新水平。     

辽东湾海冰生消的热力要素分析

利用辽海湾ＪＺ２０－２海域冰斯气象、水文和海泳的测量资料，对冰面太阳辐射、长波辐射、盛热、潜热、冰内热传导和泳下海洋热通量等热力要素的计算方法进行了讨论，并对其中的部分参数进行了确定；对１９９７～１９９８年度不同天气条件和不同泳期的海８泳热力要素进行了对比分析，发展太阳辐射的主要影响因素为云层，冰面感热主要受控于风速和和气温，而长波辐射变化量不大，不同风向时的相对湿度差别很大，疳直接影响到冰面潜热     

WRF模式最优参数化方案在不同空气质量模式的应用

精准的气象场和适用的空气质量模式是优化大气污染模拟的重要途径.为提升四川盆地冬季大气污染模拟效果,利用WRF模式25组参数化方案组合,进行气象场模拟试验,基于最优方案数据,以四川盆地某大型钢铁厂为例,分别驱动AERMOD模式和CALPUFF模式,通过研究区域4个国控站数据对模拟结果进行对比验证.结果表明,WRF模式参数化方案选取对地面风场、高空风场和地面湿度场模拟效果影响较大,对地面温度场、高空温度场和高空湿度场模拟效果影响较小,SLAB陆面过程方案、 Dudhia短波辐射方案分别与YSU、 ACM2、 BouLac和MRF边界层方案的组合,均能较好地模拟四川盆地冬季地面风场、温度场和湿度场的变化趋势,结合高空风温湿统计参数综合分析可知,第1组方案适用于达州气象场模拟,第13组和第17组方案分别适用于成都白天和夜间时段气象场模拟.CALPUFF模拟结果与监测值的相关性整体优于AERMOD,从站点角度分析,CALPUFF在国控站3号的模拟效果相较AERMOD提升较大,在国控站2号的模拟效果提升较小,从大气污染物角度分析,4个国控站CALPUFF对NO_x和PM     

基于WOFOST模型的京津冀地区冬小麦生产潜力评价

研究利用近40年的逐日气候数据,借助WOFOST作物模型模拟分析了京津冀地区冬小麦的生产潜力,通过与实际产量的比较,探讨了提高冬小麦产量的潜力与措施。研究表明：①京津冀地区(除张家口和承德地区)冬小麦光温潜力介于6934~9143kg/hm²之间,从冀中南部向京津地区和冀东北地区逐渐增大,区域平均生产潜力为8037kg/hm²;②冬小麦雨养潜力介于4515~6639kg/hm²之间,由东部和南部随降水量降低依次向西北递减,到冀西北区降至最低,区域平均产量为5771kg/hm²;③影响冬小麦产量的自然因子中,水分是关键限制要素,北部地区也受低温霜冻的影响;④京津冀中部和南部地区的冬小麦生产潜力年际变化波动相对较小,东北部变化波动相对较大;⑤2005-2007年研究区冬小麦的实际单产在2721~7300kg/hm²之间,区域平均5247kg/hm²,相当于潜在产量的50%~80%,其中石家庄地区附近实际产量达到潜在产量的80%以上,天津和沧州地区以及邯郸地区,实际产量与潜在产量的差距较大。     

区域气象条件和减排对空气质量改善的贡献评估

区域气象条件和减排与空气质量的变化关系密切.区域污染天气的发生不只受人为排放的影响,其与气象条件也密切有关.我国地处全球的主要季风气候区,大气环流具有明显的季风气候变化特征,区域气象条件受年际气候变化影响显著.研究通过分析不同气候条件下京津冀地区、成渝地区、长三角和珠三角城市群2001~2018年主要气象要素及其污染天气的变化趋势,利用KNN大数据挖掘算法量化分析区域气象条件和减排对大气污染的贡献率.结果表明,2001~2018年间全球气候变化异常频繁,厄尔尼诺/拉尼娜非正常气候占比近一半.减排与气候变化均对空气质量的改善起促进作用.在非正常气候条件下,气象对空气质量改善的贡献更为明显.例如,非正常气候时京津冀地区气象条件对空气质量改善的贡献约为51%,而正常气候时约为30%.对于长三角和珠三角城市群,其气象条件在非正常气候时的贡献达到了50%左右,几乎与减排贡献相当.此外,各区域2015~2018年的减排贡献均高于2001~2012年的平均水平,表明随着我国实施大气污染物排放控制措施力度的增大,减排对空气质量改善的贡献显著.但气象条件对空气质量改善的贡献仍不容忽视,区域减排控制仍然任重而道远.     

大气边界层环境影响效应的仿真试验

研究利用动力模拟与气候统计相结合的方法建立典型大气边界层环境基本要素(风速、温度、气压和密度)场仿真模型,以低空飞行器为仿真算例,在实现大气边界层环境仿真模型与飞行动力学仿真模型耦合的基础上,开展大气边界层环境影响效应的仿真试验,分析大气边界层环境对低空飞行器飞行轨迹和姿态特性的影响.通过探索大气边界层环境模型建立的可行性及其对低空飞行器影响的基本规律,为进一步开展大气环境对武器系统影响评估研究提供思路.     

耕地结构变化下水土资源匹配时空特征效应分析——以黑龙江省为例

基于耕地利用水资源的供需视角,在综合考虑耕地利用类型、作物种植结构、作物生长期等条件的基础上,结合黑龙江省的国家气象站数据,对耕地利用需水量与有效供水量从微观尺度上进行分析,并以此对1990—2018年内不同生长期耕地利用水土资源匹配的时空动态进行分析。结果表明：1990—2018年间黑龙江省耕地结构不断变化,旱改水现象在2010— 2018年间最为普遍;作物生育前期与中期需水量较多,后期需水量较少,需水量逐年上涨,与水田占比变化保持较为一致,并且空间上需水量高值地区偏移规律与同时段内的旱地水田化现象保持高度一致;1990—2018年间,作物各生育期水土资源匹配程度均先降后升,大部分的水土资源匹配高值地区分布在有效降水量的高值地区与旱地地区的交接地带,可见天然降水仍是满足耕地作物用水的主要来源;近年来三江平原南部地区水土资源匹配程度严重下降,粮食单产下滑,建议该部分地区减少旱改水工程量,同时,松嫩平原西部地区水土资源匹配水平与粮食单产逐年上升,可适当进行旱改水工程。     

草原干旱对天然牧草生长发育及产量形成的影响

天然牧草是放牧畜牧业的主要物质基础 ,其生长动态和产量形成受气象条件的影响和制约 ,特别是水份条件在很大程度上决定着植物的地理分布和生物生产力水平。本文根据大气降水量及土壤水份条件与天然牧草生长动态及产量的关系 ,建立了天然牧草生长高度动态模式和草原初级气候生产力模式 ,以便进一步研究 ,为草原干旱的气候指标提供理论依据     

From IBM to IPM: Using individual-based models to design the spatial arrangement of traps and crops in integrated pest management strategies

The development of alternative pest-control strategies based on the spatial design of cropping systems requires a thorough understanding of the spatial links between the pest and its environment. Mechanistic models, especially individual-based models (IBMs), are powerful tools for integrating key behaviours, such as habitat selection and dispersal, with spatial heterogeneity. In this paper, we used an IBM calibrated and evaluated from real data to represent the spatial dynamics of the banana weevil in relation to the cropping system. We considered crop fragmentation and mass trapping as tools for suppressing pest numbers. Our simulation results showed that manipulating crop residues in the area surrounding each pheromone trap greatly improved trap efficiency. For an intensive banana plantation in fallow, traps were most effective when situated at the transition zone between banana area and fallow so as to maximize the trapping of weevils escaping the fallow. The model also showed that weevil numbers decreased when fragmentation of banana plantations was reduced.     

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。     

植物生理模型用于森林水文气候效应的研究

论文阐述了植物生理数学模型在对森林的水文气候效应的研究中所能起和应起的作用。从树木的多年生习性和宜林山地的复杂地形等因素论证植物生理数学模型对制订造林优化方案、乔灌草关系等方面所起的作用。论述了植物生理模型与土壤模型、微气象之间结合的必要性。     

CCSM4/WRF-CMAQ动力降尺度预估RCP8.5情景下京津冀地区空气质量的潜在变化

目前,针对气候变化对区域空气质量影响的研究相对较少,并且多采用统计降尺度方法对全球气候模式结果进行处理.采用WRF中尺度气象模式对CCSM4气候模式的CMIP5 RCP8.5情景预估结果进行动力降尺度处理,并为CMAQ空气质量模式提供气象场;在2012年清华大学MEIC大气污染物排放清单的基础上,选取2005年作为气候现状代表年、2049-2051年作为未来气候代表年,对京津冀地区典型月份（1月、4月、7月、10月）的气象及空气质量数值模拟结果进行对比,以此预估气候变化背景下京津冀地区空气质量潜在变化.结果表明,在排放情况不变及RCP8.5情景下,未来代表年与现状代表年相比,京津冀地区以典型月份为代表的年均气象因素整体呈现温度升高,风速、相对湿度及大气边界层高度均降低的趋势;年均大气污染物浓度整体呈现升高的趋势,其中,温度升高约0.8℃,风速降低约0.11 m/s,相对湿度降低约2%,大气边界层高度降低约8 m,ρ（PM_2.5）升高约2.4 μg/m3,ρ（SO₂）升高约1.8 μg/m3,ρ（NO_x）升高约1.0 μg/m3;此外,主要的气象条件（温度、风速、相对湿度、大气边界层高度）中,风速及大气边界层高度的降低可能是造成这些大气污染物浓度变化的主要气象因素,并且风速及大气边界层高度的降低与ρ（PM_2.5）降低的相关系数分别约为-0.44和-0.26.研究显示,气候变化会对京津冀地区造成污染物浓度升高的潜在风险,同时由于现阶段缺乏可用于空气质量模式的未来排放情景数据、在线耦合模式日臻完善,在我国气候-空气质量的研究领域亟待进行更深层次的研究.      

2014~2017北京市气象条件和人为排放变化对空气质量改善的贡献评估

2014～2017年北京地区霾日数和污染日数逐年减少,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2和NO_2年平均质量浓度下降,污染程度缓解,采暖期中的11～12月尤为明显.针对空气质量的显著改善,从气象条件的改善和减排措施两方面进行探讨分析,并结合数值模式和大数据挖掘技术实现气象和排放对大气污染贡献率的定量化研究.结果表明,2017年与过去3 a相比,平均风速增加7. 9%,≥3. 4 m·s~(-1)的风速频次最高(10. 6%),≥70%湿度日占比最小(25. 1%);其中,采暖期与过去3 a同期相比,小风日数减少8. 6%、大气环境容量指数和通风指数平均增加约11%,边界层高度以3. 2%·a~(-1)的速率升高,尤其11～12月各要素改善更显著,且该时段内2014年各因子变化与2017年相似.非采暖期(4～10月)累积降水量558. 3 mm,仅次于2016年,有利于污染物的清除和湿沉降.利用WRF-CHEM对霾和污染频发的12月进行模拟发现,气象要素的改变导致2017年12月北京PM_(2.5)质量浓度较2014～2016年同期分别降低5%、38%和25%.因缺少政府实际施行的减排方案,无法利用WRF-CHEM量化气象和减排的具体贡献率,因此借助大数据挖掘算法,基于K近邻算法(KNN)和支持向量机(SVM)模型对气象和减排对空气质量改善的贡献进行评估,结果显示2017年减少的霾日和重污染日,65. 0%归因于减排的贡献,35. 0%归因为气象条件的改善.可见,气象与生态环境部门应继续加强数据开放共享,科学开展气象条件预报与减排评估.     

四川盆地一次污染过程的WRF模式参数化方案最优配置

精准的气象场是空气质量模型的基础,本文对中尺度气象模式WRF(The Weather Research and Forecasting)中微物理过程方案、陆面过程方案、行星边界层方案以及积云参数化方案进行组合,设计了24组参数化方案,对2014年5月初四川盆地内一次空气重污染过程中的气象场进行了模拟,将模拟输出的10 m风速、2 m温度、2 m相对湿度、水汽混合比廓线及位温廓线与研究区内14个气象站及1个探空站的实测数据进行对比.结果表明,Mellor-Yamada-Janjic(MYJ)边界层方案能更好的模拟出盆地内风速的变化趋势,而Yonsei University(YSU)边界层方案模拟的2 m相对湿度效果更优.第16组参数化方案(由WRF Single-Moment 3-class(WSM3)方案,热扩散(SLAB)方案、Mellor-Yamada-Janjic(MYJ)方案及Grell-Devenyi(GD)方案组合)能够较好地模拟盆地近地面风场的水平分布及风速的日变化规律,模拟的温度日变化规律更贴合实际情况,同时能够模拟出边界层内水汽混合比及位温的垂直分布特征,对边界层内逆温层和混合层的模拟也更加贴近实际,尽管该方案对2m相对湿度的模拟并不是最好,但基本能够模拟出四川盆地气象要素的变化特征,因此认为第16组参数化方案(WSM3,SLAB,MYJ及GD)适用于模拟此次重污染过程的气象场.