Assessing high-impact spots of climate change: spatial yield simulations with Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) model

Drybeans (Phaseolus vulgaris L.) are an important subsistence crop in Central America. Future climate change may threaten drybean production and jeopardize smallholder farmers’ food security. We estimated yield changes in drybeans due to changing climate in these countries using downscaled data from global circulation models (GCMs) in El Salvador, Guatemala, Honduras, and Nicaragua. We generated daily weather data, which we used in the Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) drybean submodel. We compared different cultivars, soils, and fertilizer options in three planting seasons. We analyzed the simulated yields to spatially classify high-impact spots of climate change across the four countries. The results show a corridor of reduced yields from Lake Nicaragua to central Honduras (10–38 % decrease). Yields increased in the Guatemalan highlands, towards the Atlantic coast, and in southern Nicaragua (10–41 % increase). Some farmers will be able to adapt to climate change, but others will have to change crops, which will require external support. Research institutions will need to devise technologies that allow farmers to adapt and provide policy makers with feasible strategies to implement them.     

黄土高原地区小麦生产潜力模拟研究

分析了作物生产潜力常规研究方法的不足,探讨了作物生长模型模拟方法的优势,在模型验证和气象、土壤和作物数据库组建的基础上,应用DSSAT3中的CERES小麦模型模拟研究了黄土高原地区28个代表点冬小麦和春小麦的光温生产潜力和气候生产潜力,统计计算了各点小麦产量潜力多年平均值、标准差、最高值和最低值,分析了潜力值年际变异与地区分布差异,并计算了小麦的水分满足率。黄土高原冬小麦光温生产潜力、气候生产潜力和水分满足率分别为7970～8647kg/hm²、2219～7545kg/hm²和0.278～0.872,春小麦分别为7436～9127kg/hm²、0～7598kg/hm²和0.192～0.961。     

武陵山区两种不同下垫面温度观测及对比分析

文章通过对铜仁国家基本气象站2007-2008年探测获得的水泥地面温度资料与日常地温场观测资料进行统计分析和对比研究,发现模拟高速公路和城市的水泥地表面与自然状态下的裸土地表面两者之间,在相同太阳辐射条件下不同的季节存在着不同的温度变化和散热差异,并分析了产生温度和热力差异的原因,对比分析发现,水泥地面在夏、春季节增温效果最明显,对城市"热岛效应"的贡献较大,同时找出了水泥地面和裸土地面两者的地表平均温度、最高、最低温度在高温、降水和凝冻天气条件下的温度变化规律,掌握不同下垫面温度变化规律,有助于台站开展交通路面温度预报、道路结冰预警信息发布以及城市气象服务。     

三江平原水土流失变化趋势浅析

影响水土流失的因素不外乎自然和人为两个方面：自然因素有气候、土壤、植被、地形4个因子;人为影响则主要指土地利用方式、水土保持措施等。本文利用美国USLE模型,该方程全面考虑了影响水土流失的自然因素,使用降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长、作物覆盖和水土保持措施五大因子进行定量计算,分析三江平原近五十年来水土流失现状及水土流失变化趋势,并提出措施建议。     

2014年河北中南部两次重霾天气成因分析

利用河北省环保局环境监测站提供的污染物浓度数据及常规气象观测数据、NCEP再分析资料,结合HYSPLIT4.9后向轨迹模式,对2014年10月上旬发生在河北省的2次大范围的重霾天气特征和成因进行综合分析.结果表明,这2次重污染天气过程PM_2.5地面浓度最大值出现在邢台,为507μg/m³,水平能见度不足1km.均压场的分布和较为平稳的高空形势为2次霾天气提供了有利的气象背景.高湿,静小风以及较低的混合层高度不利于污染物扩散,是导致这两次重污染天气持续的主要原因.结合卫星火点及污染物来源分析表明,河北南部及周边省份的秸秆燃烧加重了第2次过程的污染,污染气团的输送对区域性重霾天气产生重要影响.     

2013年1月河北省中南部严重污染的气象条件及成因分析

年1月河北省中南部出现了长时间、大范围的雾霾天气,大气污染严重. 利用河北省AQI(逐日空气质量指数)、气象常规观测数据及NCEP(美国国家环境预报中心)1°×1°格距再分析资料,对此次严重污染事件的气象条件、大气环境背景和形成机制进行了研究. 结果表明:①2013年1月河北省中南部地面气象要素表现异常,与历史同期相比,平均气温低1~2℃、相对湿度高15%以上、日照时数少40%以上、降水日数多但量级小. 地面风力较小且多风向、风速的辐合线,地面散度场上河北省中南部为明显的辐合区,致使水汽和污染物汇聚不易扩散,导致雾霾天气异常偏多,大气污染严重. ②边界层高湿区中丰富的水汽与污染物互为载体,强逆温层结、大气低层的干暖盖、边界层下沉运动等均使水汽和污染物存留在近地层且不易向高空扩散;同时,稳定的大气环流形势为雾霾天气和严重污染提供了有利的大气环境场. ③河北省中南部特殊的地理条件也是雾霾和污染持续的一个重要原因. 低空稳定的偏西气流越过太行山后在山麓东侧下沉,在华北平原地区易形成地面辐合线,从而加剧了近地层水汽和污染物的汇聚.      

Impacts of climate change and CO2 increase on agricultural production and adaptation options for Southern Québec, Canada

This study involves the assessment of the potential impacts of greenhouse gas climate change and changing ambient carbon dioxide (CO₂) levels on crop yields in Quebec, Canada. The methodology involves coupling the transient diagnostics of two Atmosphere-Ocean General Circulation Models, namely the Canadian CGCM1 and the British HadCM3, to the Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) 3.5 crop models to simulate current (1961–1990) and future (2040–2069) crop yields and changes. This is done for four different crop species, namely spring wheat, maize, soybean, and potato, and for seven agricultural regions of Southern Quebec. The results of this study focus on the main causative factors influencing crop yields, namely the direct CO₂ fertilization effect, the influence of the increase in growing season temperature, including optimal thermal conditions and acceleration in crop maturation, soil moisture availability, as influenced by precipitation and evapotranspiration, and nitrogen uptake by crops. Our results show that crop yield changes may vary according to climate scenario, crop species, and agricultural region. Consistent with other similar research, it would seem that these multiple causative factors very often seem to cancel each other out and dilute the impacts of climate change on crop yields.     

微囊藻毒素导致鲫鱼淋巴细胞凋亡的研究

采用离体细胞培养诱导方法,以鲫鱼(Garassiusauratus)为实验材料,研究了两种微囊藻毒素microcystinLR(MCLR)和microcystinRR(MCRR)在低浓度下(1nmol·L-1,5nmol·L-1和10nmol·L-1)对鲫鱼淋巴细胞的毒性效应.结果表明,鲫鱼淋巴细胞分别经两种微囊藻毒素体外诱导2h后,出现细胞核固缩的典型细胞凋亡形态学特征;琼脂糖凝胶电泳检测到明显的细胞凋亡的生物化学特征梯状DNA(DNAladder);并且两种藻毒素诱导的细胞凋亡呈时间和剂量效应关系.该研究表明微囊藻毒素可导致鱼类淋巴细胞产生凋亡,因而可能影响鱼类免疫功能.     

郑州市地下水均衡场地中渗透仪潜水蒸发规律分析

根据郑州市地下水均衡场1991～1996年地中渗透仪实测资料．分析了潜水蒸发与气象因素、埋深、土壤岩性及降雨入渗的关系。研究表明;潜水埋深较小(不大于1．0m)时,潜水蒸发与水面蒸发在动态分布上显示出极大的相关性;潜水蒸发随埋深增大急剧减弱;毛细上升高度和渗透性结合得比较好的土壤潜水蒸发较大;在埋深较小(不大于1．0m)时．单次集中降雨入渗对潜水蒸发影响显著。     

基于污染气象条件分级的深圳PM2.5污染回顾评价

提出了一种基于地面自动气象站网观测数据的污染气象条件分级标准,基于这套标准对2012—2019年深圳的PM_2.5污染进行了回顾分析.结果表明,2012—2019年深圳PM_2.5年均浓度总体上呈下降趋势,但2013年相对于2012年,以及2017年相对于2016年出现了反弹.其中,2013年PM_2.5浓度相对于2012年反弹的主要原因是污染排放本身的反弹,而2017年相对于2016年的反弹则更主要是由于不利的污染气象条件天数增加造成的.在2012—2019年期间,深圳的地面污染气象条件总体上呈恶化趋势,出现不利于环境改善的污染气象条件天数总体上呈增加趋势,在这种不利情况下,深圳的PM_2.5浓度仍然保持明显的下降趋势,充分说明了深圳市环保工作的成效.     

盘锦市生态环境的卫星遥感监测研究

中巴地球资源一号卫星（CBERS-1）数据,为环境保护领域提供了重要的遥感信息源,在区域环境监测和生态环境保护中具有广阔的应用前景。将CBERS—1信息与地面监测站、数据传输与处理系统、地理信息系统（GIS）相结合,可以实现对区域环境准确、客观、动态、简捷、快速的监测。选择盘锦市的地面监测站与CBERS-1信息相结合,建立一套高效、准确、快捷的卫星动态遥感监测系统,为环境监控提供科学数据。     

中国农业植被净初级生产力模拟(Ⅱ)——模型的验证与净初级生产力估算

利用我国若干代表性区域6种主要作物(水稻、小麦、玉米、棉花、大豆、油菜)生产力的田间试验及统计数据,对中国农业植被净初级生产力模型Crop鄄C进行了验证。结果表明,该模型能利用常规的气象和土壤资料、化肥氮施用量等较好地模拟我国6种作物主产区的净初级生产力,模拟值与观测值的相关系数(R2)为0.80(n=786)。将Crop鄄C模型与GIS空间数据库耦合,估计了1980-2000年中国农业植被净初级生产力。模拟结果表明,自1980年以来,中国农业植被净初级生产力呈增加趋势,从1980年的472.9TgC增加到2000年的607.2TgC,秦岭淮河以北的华北地区和西北部分地区增加最为明显。     

中国春季北方大气气溶胶浓度特征

采用2008年和2009年春季10个气溶胶观测站资料,分析了我国北方3个代表区域的气溶胶浓度特征与空间分布特点以及气溶胶粒子粒径的异同,并结合一次典型的沙尘天气过程,利用气溶胶和气象资料,讨论了沙尘天气对ρ（TSP）的影响以及各观测站点ρ（TSP）的变化特点. 结果表明:西北区域站点ρ（TSP）最高,达到0.488 mg/m3,其中以沙尘和土壤等粗模态粒子为主,占ρ（TSP）的50.7%;北部区域站点ρ（TSP）为0.350 mg/m3,主要由PM_2.5及沙尘、土壤等粗模态粒子组成,它们分别占ρ（TSP）的55.7%和30.9%;北京地区ρ（TSP）最低,平均值为0.252 mg/m3,ρ（PM_10）占ρ（TSP）比例较高,达到94.4%,其中ρ（PM_2.5）占ρ（TSP）的54.7%;沙尘天气强度和发生次数对气溶胶浓度年际变化影响明显,而天气形势对沙尘天气的发生发挥重要作用.      

基于多源资料天津一次雾-霾过程的边界层特征

为探究雾-霾过程的边界层特征,选取天津市2019年12月7~10日一次严重的雾-霾典型过程,采用常规自动气象站资料、环境小时浓度资料、以及微波辐射计、风廓线雷达、气溶胶激光雷达等多种观测资料及WRF-Chem源追踪方法对此次污染过程进行综合分析. 结果表明,此次雾-霾过程可明显分为雾生成、雾与霾交替、霾、霾消散等4个阶段;雾-霾天气与大气温度层结密切相关,伴随着逆温生成,相对湿度和液态水含量最大增长速率分别达13.44%/h和0.013g/(m³·h),呈爆发性增长,相对湿度快速增至92%,微波辐射资料可较好预报雾的生成;雾与霾交替出现阶段雾天气改变了边界层结构,雾层内大气呈中性状态,相对有利于污染物在雾区内扩散,PM_2.5高浓度主要出现在边界层400m以下,雾顶持续逆温抑制了污染物向上层大气扩散,造成雾区内污染物浓度加重,地面PM_2.5质量浓度为135~223μg/m³,维持中度-重度污染;雾-霾天气与垂直风场有较好的对应关系,雾与霾交替出现阶段存在低风速和较大风速(西南风带来充沛水汽)两种有利于雾维持的情况,雾顶逆温层以上风速为6~12m/s,雾层内为1~2m/s,雾的存在不利于近地面空气质量的改善;此次雾-霾过程天津本地源排放贡献为36.1%,区域输送贡献为63.9%,整个过程表现出明显的区域输送特征.     

长江三角洲地区霾判别方法的对比分析

为对比霾判别方法的差异,探讨霾观测标准的再完善性,文中从空间分布与单点时间序列两方面分别分析研究了4种霾判别方法的特征与适用性.选取中国长江三角洲地区1980~2009年38个地面观测站的气象资料,根据使用日均值的方法 1、2和使用14:00观测值的方法 3分别统计各站点的霾日,分析3种方法的异同.发现这些方法都能够反映出霾的长期变化趋势,但存在差异,这种差异随着年代际变化逐渐减小.由方法 1得到的霾日数最多,方法 3考虑了天气现象,比方法 1和2更合理.依据南京北郊2012年5月~2013年4月的逐时PM2.5浓度、相对湿度和能见度等资料,分析比较了方法 4(霾的观测和等级预报,QX/T 113-2010)与方法 1、2、3的不同.结果表明,由方法 3统计出的霾日少于其他方法,由方法 4统计出的霾日数介于方法 1与方法 3的结果;方法 3不能分辨出霾的严重程度,而其他方法能较好地分辨出霾的严重程度.     

2017年春季华北地区一次典型沙尘重污染天气过程研究

结合空气质量监测站小时监测数据、NECP资料、卫星遥感资料,分析了2017年5月3—5日华北地区一次典型沙尘重污染天气过程.结果表明,此次重污染过程主要由前期的浮尘和后期的扬沙天气造成.前期,蒙古气旋强烈发展将沙尘源地的沙尘抽吸到空中并在偏西风作用下,长距离传输到华北地区沉降,造成大范围浮尘天气,多个城市出现严重污染,PM₁₀浓度增高显著.后期,随着高空横槽转竖并东移,受强冷锋影响,京津等地出现大风扬沙天气,大风过后,空气质量转好,PM₁₀浓度降低至较低水平.起沙源地高空辐散、近地面辐合产生强烈的上升运动将沙尘带到空中并向东传输至华北上空,近地面处于弱辐散场,高空的沙尘缓慢下沉,形成了浮尘天气;高空槽东移,高空辐合,近地面辐散,700 hPa至近地面为强烈下沉运动,是形成此次扬沙天气的主要原因.结合天气形势分析和特征量诊断,给出了华北地区此次浮尘和扬沙天气的天气学概念模型.     

沙颍河流域典型癌病高发区土壤硝态氮对地下水和蔬菜硝酸盐积累的影响

在作物生长期、收获期和收获后采集土壤、地下水和蔬菜样品,探讨癌病高发区土壤硝态氮对地下水和蔬菜硝酸盐积累的影响,以及由此引发的健康风险.结果表明,氮肥施用和灌溉是造成沿岸土壤、地下水和蔬菜硝酸盐积累的主要原因.受到河流氮污染影响,灌溉用水中氨氮和硝态氮经过灌溉-蒸发和淋溶过程的反复交替,向土壤和地下水迁移,引起土壤、地下水和蔬菜硝酸盐的积累.紧邻沙颍河的癌病高发村庄,土壤、地下水以及蔬菜硝态氮积累均明显高于全区平均水平.土壤在作物生长期和收获后分别达到149.01 mg·kg-1和31.70 mg·kg-1,其中多年菜地土壤硝态氮积累最为突出,分别达到276.44和68.26 mg·kg-1.作物生长期地下水硝态氮平均含量达38.32 mg·L-1,超标近3倍,叶菜类蔬菜硝酸盐平均含量高达3269.04 mg·kg-1,超出允许含量1倍以上.癌病高发村庄居民存在突出的饮水和蔬菜硝酸盐暴露健康风险.     

黄土高原旱塬地冬小麦水分生产潜力与土壤水分动态的模拟研究

在EPIC模型介绍和模拟精度验证的基础上,利用EPIC模型对黄土高原旱塬地冬小麦水分生产潜力和土壤水分动态进行了中期(12a)和长期(30a)评价定量模拟研究。结果表明:(1)在12a实时气象条件下的模拟时段内,旱塬地小麦水分生产潜力随降水量变化呈现波动性降低趋势,3m土层土壤有效含水量也表现为剧烈波动性和逐渐下降趋势,土壤干燥化趋势明显;(2)在30a模拟气象条件下的模拟时段内,旱塬地小麦水分生产潜力呈现波动性轻微降低趋势,3m土层土壤有效含水量季节性和年际间波动性显著,但土壤干燥化趋势并不明显;(3)综合分析认为,在降水量减少幅度不显著的情况下,旱塬地麦田土壤干燥化只是一种短期现象,不会导致长期性土壤强烈干燥化现象发生,但产量随降水量变化的波动性不可避免。     

不同尺度和数据基础的水文模型适用性评估研究——淮河流域为例

在淮河流域蚌埠站以上区域构建人工神经网络(ANN)、HBV-D 模型和SWIM模型等水文模型,评估不同时间、空间尺度和数据基础下水文模型的适宜性。得出:①时间尺度上三个模型对数据要求不同, ANN模型需要月尺度数据即可建立降水-径流关系且能取得较好的模拟效果,HBV-D 和SWIM模型为日尺度水文模型,需逐日降水、温度和径流量等数据,SWIM模型还需作物管理、营养盐和土壤侵蚀等数据;②空间尺度上,ANN模型适应于大尺度,HBV-D 模型适用于1×10⁴ km²及以上流域,SWIM模型更适合于1×10⁴ km²以下小流域降水-径流关系建立;③模拟效果分析,月尺度统计上ANN模型对水文模拟的整体效果较好,但不适合用于气候变化背景下水文水资源等研究,而有物理基础的HBV-D和SWIM模型虽模拟的纳希效率系数不及ANN模型,但在气候变化背景下仍是较好的工具。     

Impact analysis of drought, water excess and salinity on grass production in The Netherlands using historical and future climate data

The coupled SWAP-WOFOST model was used to study the effects of increasing salinity of groundwater, drought and water excess on grass production in The Netherlands. WOFOST simulates crop growth and SWAP simulates transport of water, solutes and heat in the vadose zone. The model was tested using several datasets from field experiments. We applied the models at regional scale where we quantified the impact of various groundwater salinity levels on grass growth and production using historical weather data (1971-2000). The salt concentrations in the subsoil were derived from the National Hydrological Instrument. The results show that salinity effects on grass production are limited. In wet years the excess rainfall will infiltrate the soil and reduce salt water seepage. In a next step we used future weather data for the year 2050, derived from 3 Global Circulation Models. From each model we used data from two CO₂ emission scenarios. As expected higher temperatures increased drought stress, however, the production reduction as a result of salt water in the root zone is limited. Salt stress mainly occurred when irrigation was applied with saline water. The increased CO₂ concentration in combination with the limited drought stress resulted in increasing simulated actual and potential yields. Overall conclusion for grassland in The Netherlands: drought stress is stronger than stress caused by water excess which on its turn is stronger than salinity stress. Future water demand for irrigation may increase by 11-19% and result in water scarcity if water supply is insufficient.