温度导致的我国东北三省玉米产量波动模拟

东北三省处在我国高纬度地区,一直以来玉米生长季由温度导致的低温冷害是影响东北三省玉米生产波动的主要农业气象灾害;作物模式能对作物重要生理生态过程及其与气象、土壤等环境条件的关系进行数值模拟,人为再现农作物生长发育过程.借助WOFOST作物模型在东北三省玉米生产适应性验证的基础上,对该三省区近46a来(1961～2006年)因温度导致的玉米产量波动情况进行了模拟分析.结果显示,黑龙江、吉林、辽宁三省区的玉米产量波动趋势基本相一致,且随着年份的增加产量波动有减小的趋势,产量波动最大的是黑龙江省,波动范围-20%～12%;产量波动最小的是辽宁省,波动范围-15%～8%.     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应.Ⅲ.基于降水量距平百分率的南方地区季节性干旱时空特征

分析季节性干旱时空特征和发生规律,可为全球气候变化背景下制定抗旱减灾对策提供理论依据.本研究利用南方15个省（市、区）的气象台站1959-2008年逐日降水、气温资料,以国家标准《气象干旱等级》中的降水量距平百分率作为干旱指标,并进行修正,计算了1959-2008年南方地区干旱指数,分析了年、季、月尺度干旱频率的空间分布特征、以及干旱强度、干旱站次比的年际变化.结果表明： 研究期间,南方地区年尺度干旱风险总体较小.干旱空间特征存在明显的季节性差异,南方地区季节性干旱以秋旱发生频率最高、强度最重,其多发生在长江中下游地区和华南地区等主要农作区;其次为冬旱,主要发生在西南地区西部和华南地区等冬作区;春旱和夏旱较轻,春旱多发区在西南地区西南部、华南南部以及淮北等地,夏旱多发区在长江中下游地区、福建东南沿海和西南地区东北部.研究区干旱多发区呈明显的月际波动变化和空间转换,11月到次年5月,干旱多发区范围随季节推移减小,5-11月,干旱多发区范围随季节推移增大,4-6月干旱发生范围最小,11-12月干旱多发区范围最广.1959-2008年,南方地区年尺度干旱范围略有减小、干旱强度略有增强,但不同季节表现不尽相同：春旱范围略有减小、强度减轻,夏旱范围明显减小、强度减轻,秋旱范围明显增大、强度增重,冬旱范围减小、强度减轻.     

基于SPEI指数的近52年青海省农(牧)作物生长季干旱动态格局分析

标准化降水蒸散指数(the standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)是国际上最新发展的适用于气候变暖背景下多时间尺度干旱监测与评估的理想指标。本文利用1961—2012年青海省47个气象站点逐月的平均气温和降水数据,基于SPEI分析了近52年气候变化背景下青海省农作物生长季多时间尺度干旱风险的时空变化特征。结果表明:生长季干旱风险突出,时空差异显著;在气候变化背景下,生长季生育前期干旱化趋势小于需水关键期和全生育期趋势,生长季内干旱有以生育前期干旱为主向需水关键期干旱为主转变的特点。与此同时,干旱发生范围也有明显扩大趋势;在区域平均增暖1.36℃情况下,青海省农作物生长季中度以上干旱风险平均增加了2倍;进一步印证了气候变暖在带来可能收益的同时由于气候变率的增大及水热匹配的不均匀而增加农牧业生产的不稳定性。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ.黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959-2007年降水资料和1983-2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续(无)降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明:1959-2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a)-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应

为了探究气候变化背景下黄淮海地区的干旱特征,基于黄淮海平原34个气象站点的1961—2012年气象数据,使用相对湿润指数探讨分析了近50年黄淮海地区冬小麦生长季及4个季节干旱的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)在整个分析期内(1961—2011)冬小麦生长季干旱减轻,但是在近20年干旱有了加重的趋势,且干旱加重的趋势是一种突变现象。(2)黄淮海地区1961年以来,春季、冬季以及冬小麦生长季内均表现为不同程度的干旱,干旱频率都达到90%以上,其中春、冬两季最为干旱,3个时段整个黄淮海中北部地区都为高频干旱区域,且4个季节及冬小麦生长季干旱程度与干旱频率的区域分布均表现为由南向北递增的趋势。(3)黄淮海地区的干旱特征对降水、太阳辐射和相对湿度这3个气候要素的变化最为敏感。     

1982-2015年黄土高原NDVI时空演变及其对气候变化的季节响应

基于GIMMS NDVI、温度和降水数据,利用集合经验模态分解(EEMD)、线性回归分析、偏相关分析等方法分析了1982-2015年黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候变化的季节响应。结果表明:年际变化趋势上,1982-2015年黄土高原生长季、春、夏、秋季NDVI均呈显著增长趋势,且各个季节NDVI增加速率逐年升高,尤其以夏季增加速率的变化最为明显;空间上,生长季、春、夏、秋季NDVI均呈由西北向东南递增的趋势,且在大部分地区呈显著上升趋势;线性回归表明,生长季、春、夏、秋季温度均呈显著上升趋势;生长季、秋季降水呈增加趋势,春、夏季降水呈减少趋势。EEMD分析进一步表明,生长季、春、夏、秋季温度均先升高后降低,降水均呈先减少后增加的趋势;空间变化趋势上,温度在生长季、春、夏、秋季大部分地区呈显著上升趋势,降水仅秋季有部分区域呈显著上升趋势;NDVI与温度在黄土高原东北部及西南部地区呈显著正相关,与降水在黄土高原北部及西北部地区呈显著正相关。     

基于优选遥感干旱指数的华北平原干旱时空变化特征分析

基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品和气象资料，对比分析了作物缺水指数(CWSI)、干旱严重度指数(DSI)、归一化植被供水指数(NVSWI)和温度植被干旱指数(TVDI)表征华北平原干旱状况的适用性，并基于优选后的指数研究了2000—2018年干旱的时空变化特征。结果表明：(1)CWSI在反映干旱的效果上明显优于另外三种干旱指数。(2)时间上，2000—2018年春季干旱最严重，其次是秋季和冬季，夏季干旱最轻，但春季干旱强度有所下降，速率为-0.03/10a,而其他三季均呈增加趋势，速率为(0.01—0.08)/10a。(3)空间上，华北平原东部和东南部发生轻旱频率高，西部和北部中旱及以上干旱频率较高。山东省西北部及河南省东部、安徽省北部等地春旱呈显著减弱趋势(P<0.05);夏季华北平原东南部干旱增加趋势显著(P<0.05),而北部减弱趋势显著(P<0.05);秋季华北平原西南一带干旱上升趋势较大；冬季西部、中部及南部干旱增加趋势显著(P<0.05)。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ. 黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959—2007年降水资料和1983—2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续（无）降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明：1959—2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a) ^-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)^-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

基于SPEI指数的辽宁省生长季干旱时空特征

根据辽宁省50个气象站1961—2015年温度和降水资料,采用标准化降水蒸散指数(standardized precipitation-evapotranspiration index,SPEI)、线性趋势分析、突变检验、经验正交函数分解等方法,研究了辽宁省生长季干旱的时空分布特征。结果表明:近55年来,辽宁省生长季干旱指数以0.13 10 a~(-1)的速率显著下降,干旱整体呈现加剧趋势;20世纪60年代和70年代、80年代初到90年代中后期,干旱强度呈减弱趋势;80年代初、90年后期代初到2015年,干旱强度呈加剧趋势;1996年全省SPEI指数发生了突变性下降,干旱程度发生了突变性增强,其中,2000年全省有47个站点发生了干旱,干旱率高达94%,是近55年来干旱发生范围最大的年份,其次是1999和2014年,干旱率分别为92%和88%;全省SPEI指数的空间分布主要呈现全区一致型、东南与西北反向型、中部与其他地区反向型等3个模态,其中,全区一致型高值区包括葫芦岛沿海地区、锦州地区、沈阳地区、鞍山地区等,表明这些地区对干旱的反应最为敏感。时间系数序列显示出明显的下降趋势;东南与西北反向型中,空间系数0值线位于辽宁中部,呈东北西南向,0值线以西的辽西和辽北地区其空间系数为负值,而0值线以东地区的空间系数为正。时间系数序列的变化趋势不明显;中部及渤海沿岸与其他区反向型中,东南及西部地区空间系数均为正值,而其他区为负值。时间系数序列无明显变化趋势。     

1956-2009年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局

弄清全球变化背景下不同地区降水格局的变化对科学理解气候变化及其影响具有重要意义。苏尼特左旗荒漠草原是温带干旱半干旱地区的典型荒漠草原,对气候变化,特别是降水变化非常敏感。利用1956-2009年的日降水资料探讨了苏尼特左旗荒漠草原降水格局的变化规律,以为揭示气候变化的影响机制提供依据。结果表明,该地区年均降水量为191.9 mm,年际变化剧烈,变异系数达26.63%;年均降水日数为63.8 d,变异系数16.9%。生长季降水占全年的85%,但各月变异系数均>50%;降水日数占全年的63%。年和生长季的各月降水以中等降水量、弱降水日数为主,中等强度以上降水事件较少。近50 a来,年和生长季的降水量、降水日数与各等级降水事件均呈下降趋势,年降水减少的原因在于中等降水事件的减少、生长季降水减少的原因在于弱降水事件的减少。年降水减少将影响草地的土壤水分与植物返青;而生长季降水减少将直接影响草地固碳。气候变化背景下年与生长季降水的减少将进一步加剧该地区干旱程度并影响植物的生长发育,从而直接威胁到草地畜牧业的发展。     

气候变化背景下东北三省大豆干旱时空特征

利用1961—2010年东北三省大豆种植区71个气象站点地面气象观测资料,基于农业干旱指标作物水分亏缺指数(CWDI)及干旱等级,分析了气候变化背景下近50年来我国东北地区大豆干旱发生频率演变趋势及干旱程度演变特征,研究结果表明:东北三省大豆干旱频率空间差异较大,呈明显的西高东低的经向带状分布特征;大豆全生育期干旱频率以轻旱最高,中旱次之,重旱和特严重干旱频率最低;轻旱及以上干旱频率以播种到分枝阶段最高,分枝到开花阶段次之,开花到成熟阶段最低;作物水分亏缺指数年际变化趋势各地不同,总体而言以播种到分枝期干旱为主向开花到成熟期干旱转变的特点;大豆全生育干旱等级存在明显的年代际变化,20世纪80年代干旱范围最小、程度最轻,2000年以后重旱及中旱范围增加明显,干旱趋于严重。     

辽宁省玉米复合农业气象灾害判识及特征

玉米生产过程中常常遭受复合农业气象灾害,为了解辽宁省玉米复合农业气象灾害发生规律和特征,本研究对复合农业气象灾害进行定义和分类,对1961—2017年辽宁省50个气象站玉米生长季的复合农业气象灾害发生情况进行判识,探讨典型年复合农业气象灾害对玉米产量的影响。结果表明: 1961—2017年,大部分年份辽宁省玉米复合农业气象灾害的发生范围大于单一农业气象灾害,大部分地区复合农业气象灾害发生频率高于单一农业气象灾害。最主要的复合农业气象灾害是多个发育期遭遇干旱,其次是干旱与延迟型冷害并发。研究期间,多发育期干旱复合型灾害的发生范围呈现扩大趋势,其他复合类型灾害发生范围均呈缩小趋势。通过分析玉米典型减产年复合农业气象灾害发生情况,发现多发育期干旱复合型和干旱+低温冷害复合型两种灾害出现频率较高。     

蒸发需求干旱指数(EDDI)在辽宁省干旱识别中的应用

蒸发需求干旱指数(EDDI)是从大气蒸发需求(E₀)角度出发建立起来的一种多尺度的干旱指标,具有不依赖降水量、适用于各种下垫面类型的特点,具备在不同时间尺度捕捉水胁迫信号的能力。本研究基于1961—2018年辽宁省52个气象站气象观测资料,逐日估算E₀,按年、生长季(4—10月)、春季、夏季、秋季、冬季分别计算EDDI,分6个时间尺度识别近58年辽宁省干旱发生的年际变化特征。结果表明: 研究期间,辽宁省EDDI年际变化阶段性明显,多个时间尺度的EDDI呈两个高值集中期。在20世纪60年代,年、生长季、春季、秋季和冬季5个时间尺度的辽宁省平均EDDI高值区相对集中,这一阶段辽宁省发生干旱的年数多、程度重;除冬季外,2014—2018年是其他5个时间尺度的EDDI高值另一个相对集中的时段;1981—1982年,辽宁省的年、生长季、夏季、秋季的EDDI值偏高。1963—1965年(除夏季外)、1972—1973年(生长季、夏季)、1989—1990年(年、生长季、春季、冬季)、1997—1998年(年、生长季、夏季)、2004—2005年(春季、冬季)和2013—2014年(年、生长季、秋季)都发生了干-湿或湿-干逆转事件。1985—1987、1993—1995和2005—2013年,辽宁省存在明显的干旱空窗期。     

西南地区水稻干旱时空分布特征

从西南地区水稻生产特点和气候条件出发,改进相对湿润指数,建立计算偏离多年平均相对湿润指数值变化程度的湿润指数距平率（M_p）农业干旱监测模型,并采用农业干旱监测等级指标分析了1961—2010年西南地区水稻生育期间农业干旱时空分布特征,验证了M_p在西南地区水稻干旱监测方面的适用性.结果表明： 从年代际变化趋势来看,随着年代的增加,水稻受旱频率有降低趋势;从空间分布趋势来看,水稻受旱高频区主要分布在云南西北部和中东部,以及四川盆地东部、重庆东北部、贵州东南部局部区域;从各生长阶段发生干旱频率来看,水稻移栽至抽穗阶段发生干旱频率最高,其次是灌浆至成熟阶段,抽穗至灌浆期受旱频率最低.湿润指数距平率能较好地监测西南地区水稻的受旱情况,对于缺乏灌溉资料的地区采用该方法进行水稻干旱监测具有一定的实用价值.     

气候变化背景下我国东北三省农业气候资源变化特征

基于1961-2007年中国东北三省72个气象台站的气象资料,分析了东北三省全年及温度生长期内的平均气温、≥10 ℃积温、降水量、日照时数和参考作物蒸散量等农业气候资源的变化特征.结果表明：研究期间,东北三省年均气温总体呈升高趋势,其气候倾向率为0.38 ℃·10 a^-1;温度生长期内≥10 ℃积温同样呈上升趋势,且积温带逐渐北移东扩,全区高于3200 ℃·d积温带面积增加了2.2×10⁴ km²,2800～3200 ℃·d积温带北移0.85°、东移0.67°,2400～2800 ℃·d积温带北移1.1°;东北三省年日照时数显著下降,且以松嫩平原东部、吉林省中西部平原、辽河平原西部的减少尤为明显,全区年日照时数高于2800 h的区域面积由13.6×10⁴ km²缩小到4.1×10⁴ km²,2600～2800 h的区域向西推进了1.5°;全区温度生长期内日照时数平均为1174 h,与1961-1980年相比,1981-2007年温度生长期内的日照时数高值区明显减少,日照时数1200～1400 h的区域向西推进了0.9°;1961-2007年间,研究区年降水量及温度生长期内降水量均呈下降趋势;黑龙江省全年参考作物蒸散量整体呈增加趋势,吉林省中西部平原区有所减小、东部山区呈增加趋势,辽宁省均呈减小趋势,与1961-1980年的年均值相比,1981-2007年年参考作物蒸散量高于900 mm区域向西推移了约1°;黑龙江省和吉林省绝大部分区域温度生长期内参考作物蒸散量逐年增加,而辽宁省绝大部分区域以小于14 mm·10 a^-1的幅度在减少.     

Changes of China agricultural climate resources under the background of global climate change. VI. Change characteristics of precipitation resource and its possible effect on maize production in Sanjiang Plain of Heilongjiang Province

Based on the 1959-2007 daily precipitation data and 1983-2007 spring maize phenologyical data, the thresholds of extreme precipitation at different places in Sanjiang Plain of Heilongjiang Province were calculated by percentile method, and, in combining with the indices involving the frequency and intensity of extreme precipitation, longest consecutive wet (dry) days, and contribution rate of extreme precipitation, the annual change characteristics of extreme precipitation, quantitative change of different grade precipitation, and distribution characteristics of extreme precipitation at each growth stage of spring maize were analyzed. In 1959-2007, the annual precipitation in Sanjiang Plain showed a slight decreasing trend, and the decreasing amplitude of precipitation days was much larger than that of precipitation. Accordingly, the annual distribution of precipitation tended to be more concentrated. The frequency and intensity of extreme precipitation declined, and the annual fluctuation of the frequency was bigger than that of the intensity. There was a slight decrease in the proportion of annual extreme precipitation to annual precipitation, but the decreasing tendency was not significant. The annual light rain days had a significant decreasing trend, but the annual moderate and heavy rain days didn't have. During spring maize growth season, the distribution ratio of extreme precipitation from high to low was reproductive growth stage, coexistence stage of vegetative growth and reproductive growth, vegetative growth stage, and premergence stage. There was a significant decrease in the proportion of the precipitation during spring maize growth season to annual precipitation, resulting in an increasing risk of precipitation scarcity during the growth season. The longest consecutive dry days during spring maize growth season showed a significant increasing trend, with the increment averaged 1.1 d x (10a)(-1), while the longest consecutive wet days showed a significant decreasing trend, with the decrement averaged 0.5 d x (10a)(-1). Under natural precipitation, the spring maize drought risk in the study region increased.     

东北三省水稻生长季农业气候资源及障碍型冷害的时空特征

基于东北三省1981—2017年逐日地面观测资料和农业气象观测站水稻生育期资料,结合水稻障碍型冷害指标,分析东北三省水稻生长季特别是孕穗-开花期光、温、降水资源以及障碍型冷害的时空分布特征。结果表明: 1981—2017年,东北三省水稻生长季农业气候资源呈暖干变暗趋势,≥10 ℃活动积温和日照时数增幅分别为73.5 ℃·d·(10 a)^-1和17.7 h·(10 a)^-1,降水量减幅为8.9 mm·(10 a)^-1。水稻孕穗期,农业气候资源呈暖干变暗趋势,日平均温度升幅为0.27 ℃·(10 a)^-1,日照时数和降水量降幅分别为2.06 h·(10 a)^-1和1.90 mm·(10 a)^-1;水稻开花期,农业气候资源呈暖湿变暗趋势,日平均温度增幅为0.12 ℃·(10 a)^-1,日照时数减幅为0.83 h·(10 a)^-1,与孕穗期相反,水稻开花期降水量呈增加趋势,增幅为1.35 mm·(10 a)^-1。气候变暖背景下,水稻障碍型冷害发生频率和强度在大部分地区呈减少趋势,发生频率和强度存在显著的年代际变化特征。研究期间,黑龙江省孕穗开花期发生障碍型冷害次数最多,强度最高,吉林省次之,辽宁省最少。     

陕西长武玉米降水指数保险设计

天气指数保险能有效规避传统农业保险的弊端。本研究基于陕西长武长序列产量数据和气象数据,采用统计分析的方法进行种植面积、产量、单产、趋势产量、相对气象产量以及玉米生育期需供水的分析;采用基于损失的风险评估方法评价种植风险;采用基于Logistic模型的费率厘定方法进行纯费率厘定;根据降水指数和减产率的相关性,设计降水指数;采用投影寻踪的方法设计降水指数赔付方案。结果表明:长武玉米种植面积、产量、单产、趋势产量以及相对气象产量都呈现出增加趋势;生育期平均需水650 mm,降水434mm,亏缺216 mm;从4月下旬到8月下旬,玉米呈现出水分亏缺的状态,7月中旬抽雄期水分亏缺最多,为33.65 mm;9月出现微弱的水分盈余;1994、1995和1997年为减产年,减产率分别为14%、20%和44%,相应降水距平分别为-42.44%、-47.72%和-29.71%;玉米种植轻、中、重和巨灾的发生概率分别是7.49%、3.40%、1.43%和1%;玉米降水指数保险纯费率为2.92%;生育期内旬降水(阈值为40 mm)累积值指定为玉米降水指数,并以降水指数为变量进行分段赔付。本研究剖析了长武玉米种植状况和干旱灾害,并设计了玉米的降水指数保险产品,为长武玉米农业保险提供了新的选择,对解决农业保险目前的困境具有重要的意义。