2011-2050年黄淮海冬小麦、夏玉米气候生产潜力评价

基于区域气候模式PRECIS输出的未来B2气候情景(2011-2050年)逐日资料以及基准气候时段(1961-1990年)的逐日资料,应用农业生态区域(AEZ)模型,对2011-2050年我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力时空变化特征进行预测.结果表明:基准气候时段下,我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力的空间分布呈现一定的区域分异规律,总体均呈东南高、西北低的趋势,且同纬度地区的沿海高于内陆.1961-1990年,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的变化幅度分别在3893 ～11000和5908～12000kg·hm-2.未来B2气候情景下,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的年际变化很大,这与该时期作物生长发育光、温、水的匹配程度有关.冬小麦、夏玉米分别在2011-2030年和2021-2040年间气候生产潜力的增加趋势非常明显,开发潜力很大.在保持现有生产状况下,未来B2气候情景下,2011-2050年冬小麦气候生产潜力在空间上总体呈现明显的区域分异,表现为东南地区与西北地区的反向变化、沿海地区与内陆地区之间的同向变化;而夏玉米气候生产潜力的区域分异规律不明显.     

2011—2050年黄淮海冬小麦、夏玉米气候生产潜力评价

基于区域气候模式PRECIS输出的未来B2气候情景（2011—2050年）逐日资料以及基准气候时段（1961—1990年）的逐日资料,应用农业生态区域(AEZ)模型,对2011—2050年我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力时空变化特征进行预测.结果表明： 基准气候时段下,我国黄淮海地区冬小麦、夏玉米气候生产潜力的空间分布呈现一定的区域分异规律,总体均呈东南高、西北低的趋势,且同纬度地区的沿海高于内陆.1961—1990年,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的变化幅度分别在3893～11000和5908～12000 kg·hm^-2.未来B2气候情景下,冬小麦、夏玉米气候生产潜力的年际变化很大,这与该时期作物生长发育光、温、水的匹配程度有关.冬小麦、夏玉米分别在2011—2030年和2021—2040年间气候生产潜力的增加趋势非常明显,开发潜力很大.在保持现有生产状况下,未来B2气候情景下,2011—2050年冬小麦气候生产潜力在空间上总体呈现明显的区域分异,表现为东南地区与西北地区的反向变化、沿海地区与内陆地区之间的同向变化;而夏玉米气候生产潜力的区域分异规律不明显.     

气候变化影响下大兴安岭地区21世纪森林火险等级变化预测

基于HadCM3模式输出的A2a和B2a情景下气候基准时段(1961-1990年)与未来不同时段(2010-2039年,2040-2069年,2070-2099年)的气候情景数据,结合Delta、WGEN降尺度方法和加拿大火险天气指标系统,划分了黑龙江大兴安岭地区森林火险等级,预估了研究区2010-2099年森林火险等级相对于基准年的变化,分析了森林火险等级长期预测的不确定性.结果表明:气候变化影响下,研究区21世纪平均极高、很高、中等火险的年均日数呈上升趋势,高、低火险的年均日数呈降低趋势.与基准年相比,A2a和B2a情景下研究区2040-2069年极高和很高火险的年均日数分别增加了43和36 d,2070-2099年分别增加了62和61 d.     

长江中下游地区水稻孕穗开花期高温发生规律及其对产量的影响

以长江中下游平原7个省(市)的19个地区作为样点,统计分析了各样点近36年(1970—2005年)水稻始穗前15d至始穗后20d内日最高气温≥35℃的时空分布特点;并根据全球气候渐变模型GISS GCM Transient B Runs生成的研究区域2030、2050年的气候渐变情景,分析了该地区未来水稻孕穗开花期≥35℃高温逆境的时空演变趋势。结果表明:近36年来长江中下游的早稻孕穗开花期出现高温日数的上升趋势显著,未来气候情景下水稻逆境指标出现日数最多的是单季稻,其次依次为早稻、后季稻;双季稻种植区,在未来气候变化中,长江中游地区温度逆境出现日数将大于下游地区。研究区域水稻气候产量的增减与该地区水稻逆境指标的关系说明,高温导致的颖花败育是水稻减产的重要原因;未来气候变化的两种(2030、2050)情景下,长江中游地区的减产幅度大于长江下游地区,减产幅度最大的是长江中游地区的后季稻。     

大连气候变暖及其对农业的影响

选取大连地区7个观测站1961—2007年历年月平均气温、最高气温、最低气温、≥0 ℃积温、≥10 ℃积温、<0 ℃负积温和无霜冻等指标,统计分析了近47年其变化特征,研究了大连地区热量资源对气候变暖的响应及其对农业生产的影响。结果表明: 月平均气温、最高气温、最低气温、≥0 ℃积温、≥10 ℃积温1988—2007年比1961—1987年的平均值明显增高(多),尤以最低气温增幅最大,冬季升温幅度大于夏季,大连地区气候变暖主要来自最低气温升高的贡献;<0 ℃负积温绝对值明显减少;初霜推后,终霜提前,无霜期日数增多;20世纪80年代后期大连气候明显变暖,尤其是21世纪初异常偏暖事件频发,热量资源增加,对冬季大棚蔬菜等设施农业的生产有利,病虫等越冬存活率上升,农业投入增加,气候变暖对大连地区农业影响是利弊并存。     

近60年广西北部湾红树林生态区气候变化及其影响因素

利用广西北部湾红树林生态区6个市（县）的国家气象观测站1961-2019年气象资料以及海平面资料,分析近60年来该生态区基本气候要素、极端天气气候事件及海平面的变化趋势及其对红树林的影响,并分析未来气候变化对区域红树植物可能造成的影响。结果表明：北部湾红树林生态区年平均气温、年平均最低气温升高,高温日数增多,低温日数和年降水量变化趋势不明显。最长连续无降水日数多数市（县）变化趋势不明显;年霜冻日数减少;热带气旋影响个数减少但平均强度呈微弱增大趋势;大风日数减少;海平面呈缓慢上升趋势。根据RegCM4区域气候模式预估,未来40年（2021-2060年）,在RCP4.5情景下,相对于参照时段（1986-2005年）,该生态区年平均气温将上升0.9-1.4℃,年平均最高气温和年平均最低气温均升高,高温日数增多、低温日数减少;年降水量将增多1%-2%;最长连续无降水日数增多;霜冻日数减少;预计未来30年,广西沿海的海平面较2019年上升40-160mm。年平均气温和极端气温的升高以及冬季低温日数和霜冻日数的减少将有利于热带红树植物的北扩;夏季高温导致的蒸发加剧及夏秋季最长连续无降水日数增多,可能加剧红树林病虫害。极端灾害性天气气候事件、海平面上升和人为影响等多重作用会对红树林分布格局产生重大影响,导致红树林生态退化风险增大。     

气候变化对蒙古扁桃适宜分布范围和空间格局的影响

为模拟、预测气候变化对孑遗、濒危植物蒙古扁桃(Amygdalus mongolica)潜在分布的影响, 利用最大熵(MAXENT)模型模拟、预测、对比、分析、揭示蒙古扁桃在最大冰期(CCSM及MIROC模型)、历史气候(1961-1990年)及未来气候(2020年、2050年和2080年, 政府间气候变化专门委员会排放情景特别报告的A2A情景)条件下的适宜分布范围和空间格局的变化。结果表明: (1)蒙古扁桃在历史气候条件下的潜在分布区集中在蒙古的南戈壁省及东戈壁省, 我国内蒙古巴彦淖尔市、阿拉善左旗、鄂尔多斯市、锡林郭勒盟西部, 河西走廊中部及东部, 宁夏北部及陕西北部, 以及河北北部的部分地区; (2)与历史气候条件下的潜在分布相比, 蒙古扁桃在最大冰期CCSM气候情景下的分布经历了明显的、大范围的向南迁移和范围缩小; (3)未来A2A气候情景下, 其潜在分布范围表现出在2020年明显扩大, 在2050年减小, 到2080年又略有增大的趋势。分布格局表现出不断向我国河北及内蒙古东部, 蒙古东部、北部及西部大幅度扩散、迁移的趋势。     

Impact of climate change on suitable distribution range and spatial pattern in Amygdalus mongolica

为模拟、预测气候变化对孑遗、濒危植物蒙古扁桃(Amygdalus mongolica)潜在分布的影响, 利用最大熵(MAXENT)模型模拟、预测、对比、分析、揭示蒙古扁桃在最大冰期(CCSM及MIROC模型)、历史气候(1961-1990年)及未来气候(2020年、2050年和2080年, 政府间气候变化专门委员会排放情景特别报告的A2A情景)条件下的适宜分布范围和空间格局的变化。结果表明: (1)蒙古扁桃在历史气候条件下的潜在分布区集中在蒙古的南戈壁省及东戈壁省, 我国内蒙古巴彦淖尔市、阿拉善左旗、鄂尔多斯市、锡林郭勒盟西部, 河西走廊中部及东部, 宁夏北部及陕西北部, 以及河北北部的部分地区; (2)与历史气候条件下的潜在分布相比, 蒙古扁桃在最大冰期CCSM气候情景下的分布经历了明显的、大范围的向南迁移和范围缩小; (3)未来A2A气候情景下, 其潜在分布范围表现出在2020年明显扩大, 在2050年减小, 到2080年又略有增大的趋势。分布格局表现出不断向我国河北及内蒙古东部, 蒙古东部、北部及西部大幅度扩散、迁移的趋势。     

华东地区热量资源的变化特征、趋势预估及农业适应对策

根据华东地区1961-2004年27个气象站日平均气温资料,研究了华东地区>0℃初终日期、持续日数、积温的变化特征和变化趋势.结果表明:华东地区>0℃积温和持续日数分别增加了5.18～9.53℃·d·a-1和0.22～0.60 d·a-1,>0℃初日提前了0.22～0.46 d·a-1,>0℃终日推迟了0.01～0.14 d·a-1(福建省除外).年平均气温每升高1℃,>0℃积温增加285～402℃·d,持续日数增加7～18 d.各季节>0 ℃积温呈增加趋势,而山东省夏季积温呈减少趋势.到2070年华东地区>0℃积温为6831.4～8585.6℃·d,增幅为283.5～1803.8℃·d;除山东省外,华东其余省市全年日平均气温稳定在0℃以上.为适应华东地区热量资源的变化,农业上应进一步调整作物品种结构、适当提高复种指数、加强病虫草害监测预测和提高农业技术水平等.     

山西省农业热量资源变化特征及其对农业的影响

基于山西省境内分布较为均匀的70个地面气象观测站1970—2012年逐日平均气温和地面最低温度资料,统计了≥0℃和≥10℃期间的活动积温、7月平均气温以及无霜冻期等农业热量指标.采用线性倾向估计法和累积距平法分析了农业热量资源的变化及其突变特征,以及农业热量资源变化对作物种植带和棉花、马铃薯可种植区的影响.结果表明:≥0℃和≥10℃期间的活动积温分别以64.8和57.9℃·d·(10 a)-1的速率增加(P<0.001),7月平均气温以0.3℃·(10 a)-1的速率显著升高,无霜冻期以5.9 d·(10 a)-1的速率显著延长.≥0℃和≥10℃期间活动积温的增加幅度西部大于东部,7月平均气温的升高幅度北、中部大于南部,无霜冻期的延长幅度中部大于南、北部.≥0℃和≥10℃期间的活动积温在1996年发生了增加突变,7月平均气温在1993年发生了升高突变,无霜冻期在1997年发生了延长突变.与突变前相比,≥0℃和≥10℃期间的活动积温分别增加了219.4和196.7℃·d,7月平均气温升高了0.8℃,无霜冻期延长了15 d;与此同时,温热作物带和温暖作物带的面积向北扩大,扩大面积最大的是温暖作物带,扩大175.7%,而温和作物带、温凉作物带、温寒作物带和高寒植物区的面积缩小,缩小面积最大的是温寒作物带,缩小87.9%.随着农业热量资源的丰富,喜温作物可种植面积扩大,其中棉花可种植面积扩大1.7×106hm2,扩大53.5%;喜凉作物可种植面积缩小,其中马铃薯可种植面积缩小8.9×106hm2,缩小30.5%.     

多气候情景下中国森林火灾风险评估

森林火灾风险主要取决于致灾因子、承灾体以及防灾减灾能力,综合评估和预测森林火灾风险是制定科学的林火管理政策的基础.本文基于经典自然灾害风险模型和可获取数据构建森林火灾风险评估模型与指标体系,评估过去和未来的森林火灾风险.未来气候情景数据包括RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 6.0和RCP 8.5下5个全球气候模式(GFDL-ESM2M、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR、 MIROC-ESM-CHEM和NorESM1-M)日值数据.根据最高温度、最小相对湿度、平均风速和每日降水量分别计算1987—2050年历史观测数据和未来气候情景下各格点每日火险天气指数系统中各个指数.结果表明: 1987—2010年,森林火灾风险高和很高的区域分别占21.2%和6.2%,主要分布在大兴安岭和长白山地区、云南大部分区域和南方零散分布的区域.森林火灾可能性高和很高的区域主要分布在东北和西南地区,分别占森林面积的13.1%和4.0%.与观测时段相比,2021—2050年RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 6.0和RCP 8.5情景下森林火灾可能性高和很高的区域分别增加0.6%、5.5%、2.3%和3.5%,华北地区增幅明显.气候变化引起的森林火灾高风险区域有些增加,RCP 8.5情景下增幅最明显(+1.6%).     

1978年前、后中国≥10 ℃年积温对比

利用620个气象站点的逐日平均气温分别计算了1951—1978和1979—2005年≥10 ℃年积温及其初日、终日,并对比分析了1978年前、后≥10 ℃年积温及其初日、终日和持续天数.结果表明：与1951—1978年相比,1979—2005年全国大部分地区≥10 ℃年积温有所增加,其增幅以东北、华北、华南地区较大;长江以北大部分地区的≥10 ℃年积温初日提前0～5 d,长江以南大部分地区则推迟0～5 d;除华南沿海和西南小部分地区的≥10 ℃年积温终日推迟5 d以上外,其余地区则推迟0～5 d;全国≥10 ℃年积温日数总体呈增加趋势,以0～5 d和5～10 d的增幅为主,各地区的差异大且连片性差.对积温变化趋势的准确掌握可为农业结构布局调整以及农业生产潜力评估提供重要依据.     

基于立体气候观测的粤北山区热量资源特征

利用粤北山区南岭南北坡面11个自动气象站2009-2011年逐日气温观测资料,统计包括平均气温≥10 ℃初日、平均气温≥15 ℃终日、10~15 ℃持续日数、平均气温≥10 ℃活动积温、最低气温≤5 ℃日数、逐月平均气温等热量因子,并建立了各热量因子与海拔的线性回归模型.结果表明: 研究期间,南岭山区热量因子与海拔呈极显著相关,相同海拔南北坡面的热量资源有着明显差异;随海拔升高,界限温度初日推迟终日提前、界限温度持续日数缩短、活动积温降低、积温日数减少、年平均气温下降;南坡的各热量因子垂直变率均大于北坡.本研究结果可用于拟合无测站地区垂直方向上的热量资源分布,并为农业气候精细区划提供依据.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅸ.中国农业气候资源时空变化特征

利用中国558个气象台站1961-2007年地面气象观测资料,分析了不同区域农业气候资源变化的差异,并分析和比较了1961-1980年(时段Ⅰ)和1981-2007年(时段Ⅱ)的农业气候资源变化特征.结果表明： 与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ中国年均气温增加了0.6 ℃,喜凉作物生长期内≥0 ℃积温和喜温作物生长期内≥10 ℃积温分别平均增加123.3和125.9℃·d;1961-2007年,年均气温增幅最大的区域是东北地区,喜温作物生长期内≥10 ℃积温增幅最大的是华南地区.对全国而言,与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ在全年、喜凉和喜温作物生长期内日照时数分别减少了125.7、32.2和53.6 h;1961-2007年,长江中下游地区年日照时数的减幅最多,喜凉和喜温作物生长期内日照时数减少量最大的地区分别是华北和华南地区;在全年、喜凉和喜温作物生长期内,中国的降水量和参考作物蒸散量总体均表现为减少趋势,其中,华北地区在全年、喜凉和喜温作物生长期内降水量的减幅均最大,长江中下游地区参考作物蒸散量在全年和喜温作物生长期内的减幅最大,西北地区参考作物蒸散量在喜凉作物生长期内的减幅最大.研究期间,中国气候在全年和喜温作物生长期内总体表现为暖干趋势,其中,喜温作物生长期内西南、华北和东北地区为暖干趋势,长江中下游、西北和华南地区为暖湿趋势,喜凉作物生长期内华北地区为暖干趋势,西北地区为暖湿趋势.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅰ.华南地区农业气候资源时空变化特征

基于华南地区1961-2007年66个气象台站的地面观测资料,对华南地区全年及温度生长期内热量、光照和水分的时空变化特征进行了分析.结果表明：1961-2007年,华南地区年均气温以0.20 ℃·（10 a）^-1的趋势上升,温度生长期内积温的气候倾向率［平均为98 ℃·d·（10 a）^-1］由北向南递增;1981-2007年,6200～7500 ℃·d和7500～8000 ℃·d积温带面积分别较1961-1980年增加了1.5×10⁴和4.7×10⁴ km².研究期间,华南地区全年和温度生长期日照时数分别以-57和-38 h·（10 a）^-1的速率递减;与1961-1980年相比,1981-2007年全年和温度生长期内≥1800 h日照时数的区域面积均呈减少趋势.全年和温度生长期降水量均呈略微增加趋势,但不同地区的增减幅度明显不同.全年及温度生长期分别有62%和52%站点参考作物蒸散量的气候倾向率为负值;与1961-1980年相比,1981-2007年全年和温度生长期参考作物蒸散量均表现为高值区缩小、低值区扩大.全年湿润指数的平均气候倾向率为0.01·（10 a）^-1,70%站点的年湿润指数呈上升趋势;与1961-1980年相比,1981-2007年温度生长期内湿润指数增加了0.02,53%站点的气候倾向率为正值.研究期间华南地区气候变化总体表现为暖湿趋势,这将对该地区作物种植制度、作物产量和农业结构等产生影响.     

A cross-scale model coupling approach to simulate the risk-reduction effect of natural adaptation on soybean production under climate change

This study establishes a procedure to couple Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) and China Agroecological Zone model (AEZ-China). This procedure enables us to quantify the effects of two natural adaptation measures on soybean production in China, concern on which has been growing owing to the rapidly rising demand for soybean and the foreseen global climate change. The parameters calibration and mode verification are based on the observation records of soybean growth at 13 agro-meteorological observation stations in Northeast China and Huang-Huai-Hai Plain over 1981–2011. The calibration of eco-physiological parameters is based on the algorithms of DSSAT that simulate the dynamic bio-physiological processes of crop growth in daily time-step. The effects of shifts in planting day and changes in the length of growth cycle (LGC) are evaluated by the speedy algorithms of AEZ. Results indicate that without adaptation, climate change from the baseline 1961–1990 to the climate of 2050s as specified in the Providing Regional Climate for Impacts Studies-A1B would decrease the potential yield of soybean. By contrast, simulations of DSSAT using AEZ-recommended cultivars with adaptive LGC and also the corresponding adaptive planting dates show that the risk of yield loss could be fully or partially mitigated across majority of grid cells in the major soybean-growing areas.     

1971—2020年西南茶区灌木型茶树晚霜冻害危险性时空演变特征

研究晚霜冻害危险性时空演变特征,对于优化区域农业生产布局和品种调优具有科学的指导意义。本研究利用西南茶区65个气象站点1971—2020年逐日气象数据,结合霜冻终日和茶芽萌发初日的变化特征及其相互关系,构建西南茶区灌木型茶树春梢晚霜冻害概率指数和冻害强度指数,分析西南茶区灌木型茶树晚霜冻害危险性时空演变特征。结果表明:1971—2020年,西南茶区霜冻终日和茶芽萌发初日均呈显著提前趋势,且霜冻终日的提早速率快于茶芽萌发初日的提早速率,萌发后的茶芽暴露于晚霜冻害的天数总体呈不显著下降趋势。西南茶区大部分区域灌木型茶树晚霜冻害危险性呈下降趋势,但贵州茶区呈不显著上升趋势。四川茶区西部边缘山区、贵州茶区西部与云南茶区东北部交界处等地灌木型茶树晚霜冻害危险性一直较高,四川盆地区、云南茶区南部和贵州茶区南部等地晚霜冻害危险性一直较低。云南茶区北部、中东部地区等区域晚霜冻害危险性呈明显下降趋势;而贵州茶区中部和东部区域灌木型茶树晚霜冻害危险性明显增加。     

气候变化情景下中国自然植被净初级生产力分布

基于国际上较通用的Lund-Potsdam-Jena(LPJ)模型,根据中国自然环境特点对其运行机制进行调整,并重新进行了参数化,以B2情景气候数据作为主要的输入数据,以1961-1990年为基准时段,模拟了中国1991-2080自然植被净初级生产力(NPP)对气候变化的响应.结果表明:1961-1990年,中国自然植被的NPP总量为3.06 Pg C·a-1;1961-2080年,NPP总量呈波动下降趋势,且下降速度逐渐加快.在降水相对变化不大的条件下,平均温度的增加对我国植被生产力可能会产生一定的负面影响.NPP的空间分布从东南沿海向西北内陆呈逐渐递减趋势,在气候变化过程中,该格局基本没有太大变化.在东部NPP值相对较高地区,NPP值以减少为主,东北地区、华北东部和黄土高原地区的减少趋势尤为明显;在西部NPP值相对较低地区,NPP以增加趋势为主,青藏高原地区和塔里木盆地的表现尤为突出.随着气候变化的深入,东西部地区这种变化趋势的对比将越发明显.