小麦干热风灾害综合强度指数研究

干热风是我国北方麦区小麦生育后期经常出现的一种农业气象灾害,现有指标一般将干热风年型划分为无、轻、重3个等级,相同等级的年型之间难以进行相互比较;以往的研究通常只考虑高温低湿型,或将高温低湿和雨后青枯两种类型干热风分开分析,难以全面评价干热风的特点及其影响。本研究利用北方小麦主产区13省(区、市)178个站点1981—2015年小麦生育期内的逐日最高气温、14时相对湿度、14时风速、降水等资料,对干热风指数DHW进行了参数和类型修订,进而构建了涵盖高温低湿和雨后青枯两种干热风类型的干热风综合强度指数(CID);基于小麦因干热风造成的千粒重降低标准,提出了干热风当量日数(EDs)的概念,通过分析EDs与CID的关系,确定了北方小麦主产区各区域基于CID的干热风年型划分等级。干热风综合强度指数(CID)与干热风气象行业标准(QX/T82-2007)年型等级评价结果一致的比例,除新疆重区为84.4%外,其余各区域在90.9%至98.2%之间,表明CID具有较好的普遍适用性。基于CID对代表站点和典型干热风年的干热风时空特征分析表明:华北黄淮小麦主产区干热风强度呈减弱趋势,重区和次重区的变化趋势总体一致;而无论发生区域和发生强度,2001年均为1981—2015年中干热风最重的年份。干热风综合强度指数(CID)的建立实现了干热风强度的指数化综合评价,使具有相同年型等级的站点或年份之间干热风强度的时空对比分析成为可能,可作为现有干热风指标的拓展和补充,用于干热风灾害监测评估研究和服务。     

基于综合强度指数的黄淮海地区干热风灾害时空特征

干热风是影响黄淮海地区冬小麦后期生长和产量形成的重大气象灾害之一,本研究基于干热风综合强度指数(CID),利用黄淮海冬麦主产区65个站点1961—2015年的逐日气象数据和冬小麦生育期资料,分析了该地区干热风强度的时空变化特征。完成了过去55 a区域干热风年型的反演,表明黄淮海地区有半数以上的年份会出现区域性干热风灾害,55 a间分别有21 a、10 a达到轻度、重度干热风强度等级,其中1961、1965和2001年的强度分列前3位。干热风年型机遇的地理分布,河南中部和北部、山东中西部、河北和京津大部≥3遇/10 a,其中河北中南部、北京南部、山东北部、河南北部部分地区超过5遇/10 a,是干热风重点防范区域。从年际变化来看,黄淮海地区干热风强度总体呈减轻趋势,其中在干热风多发区、危害集中区减轻趋势更明显,表明研究区域内干热风威胁总体在减轻。但在气候变暖背景下,极端天气气候事件频发,部分年份仍存在发生较重干热风的可能,2001年和2014年小麦灌浆期间,黄淮海地区均出现了持续时间较长、重度干热风面积较广的干热风天气,成为进入21世纪以来两个典型的干热风年,因此对干热风的防御仍要给予高度重视。     

基于GIS的河南省冬小麦干热风风险评估及区划

干热风是影响河南省冬小麦后期生长发育及产量的重大农业气象灾害之一,对小麦安全生产造成严重威胁。根据冬小麦干热风国家气象行业标准,基于河南省冬麦区(18个地市)1980-2014年的逐日地面气象观测数据和耕地面积、冬小麦播种面积和产量、灌溉面积等统计资料,利用AHP(层次分析法)和WCA(加权综合评价法)构建以危险性、易损性、敏感性和抗灾能力为主要指标体系的小麦干热风综合风险评估模型,对河南省的干热风风险进行全面评估;并在GIS技术支持下,对其风险分布进行区划和制图表达。结果表明:河南省干热风高风险区域主要分布在驻马店、许昌、豫东商丘、开封和豫北安阳、鹤壁等地;中等风险区域主要位于南阳中东部、周口、豫北新乡、濮阳以及郑州东部和洛阳北部的部分地区;河南西北部济源、焦作以及豫西三门峡和洛阳、豫中部平顶山和漯河、信阳西部等地为干热风低风险区域。     

近50年华北平原干热风时空分布特征

干热风是影响华北平原冬小麦生长发育及产量形成的重大农业气象灾害之一,利用华北平原48个站点1961-2008年的逐日气象资料,分析了近50年来各站点的干热风(高温低湿型/雨后青枯型)日数及区域分异规律,结果表明:就地理空间而言,华北平原干热风日数总体上呈现中部高南北低的分布趋势;在发生时间上,除南部个别地区有增加的趋势外,大部分区域干热风日数呈明显的递减趋势。进一步的分类研究则表明:高温低湿型的与干热风总体时空分布趋势相近,而雨后青枯型虽然也呈下降趋势,但下降幅度远小于干热风总体情况,并且在南部、西北部日数反而呈现增加趋势。了解干热风的时空分布特征,可为进一步建立干热风监测预警模式奠定一定的理论和应用基础,并可为当地农业生产决策提供参考。     

河南小麦生产农业气象灾害风险分析及区划

根据农业气象灾害风险分析理论，以河南省小麦生产为例，在辨识对小麦产量影响较大的农业气象灾害风险要素和风险源的基础上，通过构造灾度函数，运用EOF和概率等分析方法，分析了河南省小麦生产中的3种主要农业气象灾害——麦播旱涝、晚霜冻、干热风与青枯雨的发生规律及其对小麦产量的定量影响程度与风险概率。在此基础上，运用多因子综合风险指数模型，对河南省小麦生产农业气象灾害风险进行了综合区划，为农业气象灾害风险探讨了一条新的定量分析及区划技术体系。分析发现，干热风与青枯雨是影响河南省大部分地区小麦高产稳产的主要灾害，其次是晚霜冻危害，第三是麦播时旱涝灾害，但总体上河南省小麦生产的农业气象灾害风险并不算太高，只要采取一定的防御措施，不会在根本上影响小麦的高产稳产。     

我国冬小麦霜冻灾害致灾因子危险度评价——基于作物生育阶段气象指标

霜冻是一种威胁农业生产的气象灾害,对其致灾因子危险度的研究,可为大尺度的作物霜冻灾害区划及农业保险提供依据。根据作物生长发育的阶段性原理,以全国751个气象台站56年的逐日最低气温资料以及作物生育期资料为基础,统计得到冬小麦各个生育阶段不同灾害等级（轻霜冻、中霜冻、重霜冻）的年霜冻日数,并计算出冬小麦全生育期内不同等级霜冻的发生概率,基于以上两项指标对冬小麦霜冻致灾因子危险度做出评价。结果表明,研究期内重霜冻年霜日最大值为129d,而轻霜冻和中霜冻霜日最大值分别为23 d和19 d,冬小麦受重霜冻危害时间较长;冬小麦霜冻的频发区、多发区、少发区从北向南依次分布,随着霜冻等级增加,频发区的面积差异不大,但多发区的面积减小、少发区面积增大;冬小麦霜冻灾害危险度等级最低的地区主要分布在低纬度的几个省份,如海南、广东、广西、云南等,危险度等级最高的地区集中在青藏高原地区。     

华北地区冬小麦干旱危险性分析

利用华北地区48个农气站冬小麦发育期资料(1981-2010年)和气象资料(1961-2010年)以及近50 a产量资料,将冬小麦全生育期划分为前期(播种期—起身期)、中期(拔节期—开花期)、后期(灌浆期—成熟期)3个阶段,并考虑了底墒形成期(播种当年7-9月)内的降水。通过构建干旱指数,分析不同发育阶段干旱灾害的时空分布规律。根据典型灾害年份的减产率数据,将不同发育阶段干旱灾害造成的灾损情况进行了量化,并以权重系数的形式来反映干旱危险性的贡献大小。最后利用GIS技术绘制了华北地区干旱危险性区划图。结果表明:(1)华北地区冬小麦各发育阶段均受到干旱威胁,其中中期水分亏缺最为严重。(2)冬小麦平均干旱指数空间分布在前期和后期由东南向西北递增,在中期由南向北递增。(3)华北地区冬小麦前期危险性权重系数由南向北逐渐增大,而中期危险性权重系数由北向南逐渐增大。     

辽西北玉米不同生长阶段干旱灾害风险阈值的确定

以辽宁省西北6个市为研究区,选取玉米为研究对象,将其划分为播种期、苗期、拔节期、抽穗期和灌浆成熟期几个重要的生长阶段,综合气象与气候学、自然地理学、灾害科学、作物生态学和自然灾害风险科学等多学科的理论和方法,在充分考虑影响玉米干旱灾害动态风险的自然因素和人为因素的基础上,利用AHP、加权综合评价法、自然灾害指数法建立了玉米干旱灾害动态风险评价指标体系及模型;通过选取典型干旱案例年,运用最优分割理论在综合考虑玉米产量损失的基础上确定了玉米不同生长阶段的干旱灾害风险阈值,并用于玉米不同生长阶段干旱灾害风险值与玉米因旱减产损失的相关分析中。结果表明:辽西北地区玉米因旱减产损失与苗期干旱灾害风险值相关系数最大,玉米受苗期干旱灾害影响最严重;在灌浆成熟期相关性也较显著,受其影响也较大,这与辽西北地区春旱发生频率最高,伏旱时常发生的事实相符合。     

农田涝渍灾害研究进展

农田涝渍灾害是我国传统的农业气象灾种之一。为了解我国农田涝渍灾害研究现状和研究进展,综述了农田涝渍灾害形成过程、涝渍胁迫影响农作物形态及生理和产量机理、涝渍排水和灾害等级指标、涝渍灾害风险及灾损评估、涝渍灾害防控技术等,揭示了强降水和持续性降水造成农田积水或土壤水分过饱和、引起作物根系和植株缺氧、诱发根系活性氧自由基急剧变化并对作物根系、叶片和茎鞘细胞发生过氧化反应而致灾的机理过程。文献数据分析表明：涝渍胁迫持续时间越长,对作物株高、叶绿素含量、叶片光合和呼吸作用和产量及构成影响越大。我国玉米生产最易遭受涝渍胁迫而致灾,平均减产率43.7%。小麦、棉花等农作物平均减产率在35%～20%。涝渍胁迫影响干物质分配和减产机理、分作物种类的灾损评估指标体系等缺乏深入研究,是今后重点研究方向。     

淮河蚌埠闸以上地区冬小麦干旱对气象干旱的响应

本研究基于淮河蚌埠闸以上地区60个气象站点1961-2015年的日尺度数据,借助作物水分亏缺指数(Crop Water Deficit Index, CWDI)和相对湿润度指数(Relative Moisture Index, M)分别表征冬小麦干旱和气象干旱,分析2种干旱的时空演变特征,计算冬小麦干旱对气象干旱的时滞,最后探讨了冬小麦干旱时滞与下垫面地理因子之间的关系,得出结论:1)时间尺度上,对CWDI而言,除灌浆成熟期外,其余生育期的CWDI呈微弱下降趋势;对M而言,各生育期的年际趋势均无明显变化;空间尺度上,CWDI和M各站点中旱以上级别占比均呈现由北部向南部递减特征。2)冬小麦干旱对气象干旱的时滞在返青抽穗期最短,为3.21d,越冬期的时滞最长,为84.35d。3)各生育期的下垫面地理因子与冬小麦干旱时滞的关联度都较好,均在0.5以上。各下垫面地理因子与冬小麦干旱时滞关联度高值点多分布在土壤持水力较差、海拔较高、坡度较陡的山区,东及东北坡向的地区,降水较少、气温较低的北部地区。     

1961-2018年中国风速均值和极端值的时空演变特征

基于1961-2018年中国545个气象观测站点的日值平均风速、最大风速和极大风速数据,采用多种数理统计方法,从气候态特征、长期变化趋势、年际波动特征和1990年前后的差异特征诊断气候变暖背景下近58年来中国风速均值和极端值的时空演变特征。结果表明:(1)1961-2018年中国平均风速具有南低、北高的空间分异特征,而最大风速和极大风速则呈现东南低、西北高的空间分异特征,且两者的空间相关系数达0.71(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。平均风速、最大风速和极大风速在1991-2018年相比1961-1990年整体以偏小为主。(2)中国平均风速、最大风速和极大风速年代距平从1960年代至2010年代逐渐由正距平为主演变为负距平为主,且1960、1970和1980年代以正距平为主,而1990、2000和2010年代以负距平为主。(3)1961-2018年中国平均风速、最大风速和极大风速均以减少趋势为主,并具有区域性和次区域性特征,其中后两者的空间相关系数达0.75(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。最大风速和极大风速在1990年前后的趋势差异具有较高的空间一致性。(4)1961-2018年中国平均风速在西部地区波动相对较大,最大风速和极大风速的波动特征具有空间相似性,空间相关系数达0.57(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。平均风速、最大风速和极大风速在1991-2018年相比1961-1990年波动偏大的地区明显多于偏小的地区。     

华北地区冬小麦干旱受灾率多尺度分析

以华北区域内56个气象站历年逐日降水量资料、冬小麦发育期资料以及产量资料为数据支撑,研究华北地区冬小麦干旱等级指标,并在此基础上分析不同等级干旱受灾范围变化的周期性振荡特征.首先,分析冬小麦干旱指标距平与相对气象产量间的关系,然后,制作指标距平与相对气象产量相关性大小的分布格局图,进而,根据冬小麦干旱指标负距平与减产率...     

小麦赤霉病气象环境成因研究进展

综述了国内外有关小麦赤霉病发生流行的气象环境成因方面的研究成果及其最新进展,包括小麦赤霉病发生流行的单一、多个气象因子和大尺度气候因子及其对小麦赤霉病发生流行的可能影响。结果表明:温度、雨湿条件、光照、风等气象要素在一定程度上决定了小麦赤霉病的发生流行程度;当温、湿等气象要素,菌源数量与花期在一定程度吻合时,会导致该病的大流行;El Nino和SST异常对赤霉病的发生流行有前兆性指示作用;结合地面气象因子、海温和500HPa高空环流建立的预测模型能够较好地预测赤霉病。还指出了目前研究中存在的不足,对该领域未来研究的发展方向进行了展望。     

沙尘暴发生过程中的风速和土壤湿度变化

利用内蒙古中西部二连浩特、乌拉特中旗和乌海等3个地区2001—2004年的6小时风速风向观测资料和每小时的土壤湿度观测资料，以及同期的沙尘暴观测数据，统计研究了在沙尘暴发生季节，沙尘暴发生过程中风速与土壤湿度的关系和变化特征。结果表明，内蒙古中西部沙尘暴主要发生在春季，在这个季节，沙尘暴的发生主要受西风影响，沙尘暴发生过程中的风速达到最大，沙尘暴发生前和发生后风速变化较大，统计样本中的最大变幅达12m／s；统计样本中土壤湿度在沙尘暴发生前达到最小值，在沙尘暴发生过程中和发生后则没有明显的规律性的变化。土壤湿度是制约沙尘暴发生的较为重要的下垫面要素之一。     

湖南省长株潭城市群臭氧分布特征研究及分析

利用长沙、株洲、湘潭城市群2015-2019年臭氧质量日浓度资料及同期气象要素数据,对典型城市群臭氧(O_3)浓度变化特征及其与气象条件之间关系进行研究。结果表明:2015-2019年间长株潭城市群臭氧浓度呈上升趋势,年平均浓度增幅和臭氧超标率由高到低的顺序为长沙>湘潭>株洲;臭氧浓度在夏季最高,而月变化特征呈现双峰结构,次高峰和高峰分别出现在5月和9月,臭氧高值区处于5-9月间,且逐月升高;夏季为臭氧最高的季节且;最高气温、平均气温和相对湿度与臭氧变化相关性最高,相对而言,降水量和地面风速与臭氧为弱相关。     

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。     

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.     

河南省冬小麦晚霜冻害风险区划

基于河南省冬小麦遥感种植面积数据、DEM数据和111个气象站1971-2010年逐日最低气温资料,采用基于GIS的逐日最低气温空间插值技术,根据冬小麦晚霜冻灾度指标及其等级划分标准,计算各空间单元轻霜冻、中霜冻和重霜冻日数,综合考虑霜冻害日数和冬小麦实际种植面积比例因素,构建冬小麦晚霜冻害风险评价指数,分析河南省冬小麦不同等级晚霜冻害日数及其风险的区域特征.结果表明:河南省冬小麦轻霜冻日数高值区主要分布在河南省北部、东部和西部丘陵山区,中霜冻和重霜冻高值区以分布在西部丘陵山区为主,霜冻日数最大值分别为67 d、48 d和120 d;轻霜冻风险较高的区域主要分布在河南省除郑州地区以外的驻马店和南阳盆地以北地区,中霜冻主要分布在东部和西部丘陵山区,重霜冻主要分布在河南省西部丘陵地区,风险指数最大值分别为28％、18％和17％.总体上看,河南省冬小麦晚霜冻害日数和风险空间分布特征明显;轻霜冻日数及其风险的覆盖面积最大,其次为中霜冻,重霜冻最小;河南省的东部、北部和西部丘陵山区为晚霜冻害的主要防御区域,各级霜冻之间以防御轻霜冻为主.     

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.