基于逐时温湿度的小麦白粉病指标与模型

为了探索小麦白粉病发生流行与气象条件的动态关系,选择小麦感病品种,在河北省典型麦田安装冠层温湿度监测仪进行观测试验,同时进行大气温湿度的对比观测,得到田间冠层和大气逐时温湿度与白粉病系统调查病情资料,通过分析小麦白粉病流行速度与冠层、大气温湿度及其日变化的关系,提出了“日界限温度累计时”概念,建立了冠层与大气两种尺度白粉病流行速度的温湿度气象等级指标,并建立了基于冠层与大气两种尺度短临温湿度及其日变化的白粉病流行速度预测模型.利用所建指标进行2009年、2010年回代检验,符合率分别为67％、84％,2012年实际测报,符合率为87％;所建立的预测模型综合预报准确率达88％.本文所建立的指标与模型可用于小麦白粉病发生流行的动态监测预警和评估,同时为小麦白粉病气象深入研究提供线索和开拓思路.     

高温胁迫对华北地区冬小麦灌浆及产量的影响

冬小麦灌浆期高温是制约我国北方冬小麦产量的一个重要气候因素,随着全球气候变暖,日趋频繁的极端温度事件可能引起该地区冬小麦产量的大幅波动。为了明确冬小麦灌浆期异常高温对冬小麦产量的影响程度,在河北固城生态与农业气象试验站自然大田条件下,采用自由空气红外辐射增温技术,开展了冬小麦灌浆中后期短期高温处理模拟试验。结果表明,灌浆中后期短期高温胁迫致使冬小麦灌浆速率下降及灌浆持续时间缩短从而使粒重降低,在消除了影响粒重的其它因素的作用后,短期高温处理期间的午间平均冠层气温与粒重之间存在显著的负线性相关关系。高温对冬小麦产量的威胁程度由高温强度及其持续时间两个因素决定。结合了高温强度及其持续时间综合作用的高温有效度时被证明是一个能全面反映灌浆中后期高温胁迫影响的特征量。     

内蒙古荒漠草原地表反照率变化特征

基于2008年全年内蒙古荒漠草原的气象观测数据对荒漠草原地表反照率的变化特征分析发现,内蒙古荒漠草原的地表反照率在晴天呈早晚高、正午前后低的U形变化特征,降水引起的土壤含水量变化将导致地表反照率减小,云对地表反照率的影响比较复杂。荒漠草原地表反照率的月平均日变化类似于晴天条件下的日变化,大多数月份呈现早晚高正午前后低的U形变化趋势,仅在1-2月份及11-12月份呈现V形。地表反照率的季节变化较为明显。在生长季,由于存在植被覆盖使得地表反照率较低;而在冬季,地表反照率较高,特别是1,2月份,其月均值分别为0.56和0.48,甚至高于沙漠。9月份地表反照率月均值达到最小值0.230, 7、8,9月份地表反照率接近,分别为0.236、0.232和0.230。而且在生长季,荒漠草原的地表反照率高于退化草地、农田及麦田,低于沙漠的地表反照率,但是荒漠草原的地表反照率除7-10月份明显低于沙漠地表反照率外(相差大于0.02),生长季的其它月份与沙漠相差不大。晴天地表反照率随太阳高度角的增大而减小,当太阳高度角大于40°时,地表反照率趋于稳定,其与太阳高度角呈指数关系。土壤含水量的增大会导致地表反照率的减小,地表反照率与土壤含水量呈指数或线性关系。根据地表反照率与这两个因子之间的单因子关系式,建立了内蒙古荒漠草原晴天地表反照率随太阳高度角与土壤含水量变化的双因子参数化公式,而且太阳高度角和土壤含水量两者共同解释了地表反照率变化的68%左右。该公式可以较好地模拟内蒙古荒漠草原晴天地表反照率的变化。该公式是否可以进一步耦合到天气或气候模式中,还需要借助更多代表性的观测资料的验证,但是本研究无疑对陆面模式中地表反照率更准确的参数化及模拟提供了参考依据。     

CO2浓度升高和降水增加协同作用对玉米产量及生长发育的影响

关于[CO₂]升高和降水变化等多因子共同作用对植物的影响报道较少, 制约着人们对植物对全球气候变化响应的认识和预测。玉米(Zea mays)作为重要的C₄植物, 受[CO₂]和降水影响显著, 但鲜有[CO₂]升高和降水增加协同作用对其产量及生长发育影响的报道。该研究利用开顶式生长箱模拟[CO₂]升高(390 (环境)、450和550 μmol·mol^-1), 降水增加量设置为增加自然降水量的15% (以试验地锦州1981-2010年6至8月月平均降水量为基准), 从而形成6个处理: C₅₅₀W_+15%、C₅₅₀W₀、C₄₅₀W_+15%、C₄₅₀W₀、C₃₉₀W_+15%和C₃₉₀W₀。试验材料选用玉米品种‘丹玉39’。结果表明: [CO₂]升高和降水增加的协同作用在玉米的籽粒产量和生物产量上均达到了显著水平(p< 0.05), 二因子均起正作用, 使籽粒产量和生物产量均升高。籽粒产量在[CO₂] 390、450和550 μmol·mol^-1水平下的降水增加处理较自然降水处理分别增加15.94%、9.95%和9.45%, 而生物产量分别增加13.06%、8.13%和6.49%。因为籽粒产量的增幅略大于生物产量的增幅, 所以促进了经济系数的升高。穗部性状变化显著, 其中, 穗粒数、穗粒重、穗长和穗粗等性状值均随[CO₂]升高而升高, 且各[CO₂]水平下均表现为降水增加处理>自然降水处理, 而瘪粒数相反。但是, [CO₂]升高和降水增加的协同作用也促进了轴粗的升高, 对玉米产量的增加起着限制作用。二因子协同作用在净光合速率(P_n)和叶面积上达到了极显著水平(p< 0.01), 而在株高和干物质积累量上达到了显著水平(p< 0.05)。二因子协同作用使玉米叶片的P_n升高, 植株高度升高, 穗位高升高, 茎粗增加, 叶面积变大, 从而促进了干物质积累量的升高, 为玉米增产打下了良好的基础。这表明: 在未来[CO₂]升高条件下, 一定程度的降水增加对玉米的产量具有正向促进作用。     

气候变化对我国华北地区冬小麦发育和产量的影响

验证作物模型在我国华北冬小麦主产区是否适应的基础上,采用作物模型与气候模式相结合的研究方法,定量化地模拟预测了未来100年气候变化对华北冬小麦生产的影响.结果表明,从2000～2004年,华北地区冬小麦产量的模拟值与实测值的变化趋势基本一致,且生育期和产量变化不大.未来100年内华北地区冬小麦的生长期可能会有所缩短,平均缩短8.4 d;产量也会有不同程度的下降,平均减产10.1％.适当采取应对措施可以有效降低冬小麦的减产趋势.     

基于过程模型的长白山自然保护区森林植被净第一性生产力空间尺度转换方法

净第一性生产力(Net Primary Productivity,NPP)是反映林分和生态系统结构特征的最重要的参数之一,其空间分布可为自然资源管理和可持续发展提供高度综合的信息,是全球变化和碳循环研究中的一个非常重要的组成部分。为了得到NPP的空间尺度转换算法,利用改进的北部生态系统生产力模拟模型(Improved Boreal Ecosystem Productivity Simulator,IBEPS),分别采用高分辨率(30m)的ETM 和低分辨率(1km)的MODIS遥感数据,模拟了长白山自然保护区不同分辨率森林植被的净第一性生产力。对模拟得到的30m分辨率的NPP结果,采用尺度上推(upscaling)的方法将其转换为1km分辨率的NPP结果(分布式的NPP,Distributed NPP),并将转换后的NPP与直接利用1km分辨率的遥感数据计算得到的NPP结果(聚合式的NPP,Lumped NPP)进行比较,以分布式模式计算的结果为基准,对聚合式的计算结果进行尺度效应校正。在对NPP进行尺度效应校正时,根据不同分辨率下土地覆盖类型(Land cover)的亚像元面积比信息,采用基于结构的分析方法对模拟的NPP结果进行校正,结果表明经过尺度效应校正后NPP的模拟精度要比原始的NPP计算精度有所提高,相关系数从校正前的0.898提高到0.960,标准偏差由校正前的49.84gC/m2减小到41.02gC/m2。采用这种方法可以很好的解决大尺度遥感应用的需要,为定量遥感分析和应用提供理论基础。     

棉花节水灌溉气象等级指标

干旱是我国棉区主要的气象灾害,构建棉花不同发育期节水灌溉气象等级指标对于优化农田灌溉、指导农业生产具有十分重要的现实意义。论文基于农田水分平衡原理,利用全国347个地面气象观测站1961~2008年逐日气象资料、89个农业气象观测站1993~2008年（其中26个站为1980~2008年）逐旬土壤湿度、灌溉量、逐年作物产量等资料,结合FAO-1979作物产量-水分关系函数,针对全国棉区播种-现蕾、现蕾-开花、开花-吐絮和全生育期的水分亏缺率、水分亏缺量与减产率之间的关系,构建棉花不同发育期和全生育期节水灌溉气象等级指标。除发育时段不同外,其他在研究站点的选择、选取的因素等方面完全一致。结果表明：棉花全生育期节水灌溉气象Ⅰ~Ⅲ级水分亏缺率(D)和水分亏缺量（辅助指标）指标分别为：15%≤D＜30%、30%≤D＜45%、≥45%和1~2水、2~4水、≥4水;播种-现蕾为20%≤D＜40%、40%≤D＜50%、≥50%和0.5水、1水、＞1水;现蕾-开花为20%≤D＜35%、35%≤D＜45%、≥45%和0.5水、1水、＞1水;开花-吐絮为20%≤D＜35%、35%≤D＜50%、≥50%和1水、1~2水、＞2水。     

中国北方针叶林生长季碳交换及其调控机制

采用开路式涡动相关法对北方针叶林连续2个生长季节(2007和2008年)的碳交换及其影响因素进行分析.结果表明：北方针叶林生态系统总生产力(GEP)、生态系统呼吸(R_e)和净生态系统碳交换(NEE)在6月下旬到8月中旬的生长旺盛期达到最大值,但各峰值出现的日期并不一致.2007和2008年北方针叶林生长季的日均GEP、日均R_e、日均NEE分别为19.45、15.15、-1.45 g CO₂·m^-2·d^-1和17.67、14.11、-1.37 g CO₂·m^-2·d^-1,2007年碳交换明显大于2008年,这可能是生长季较高的平均温度及光合有效辐射引起(2007年为12.46 ℃和697 μmol·m^-2·s^-1,2008年为11,04 ℃和639 μmol·m^-2·s^-1).北方针叶林的GEP与温度和光合有效辐射具有很好的相关性,其中与气温的相关系数接近0.55(P<0.01);R_e主要受温度调控,相关系数为0.66～0.72(P<0,01);NEE与光合有效辐射相关性最大,相关系数为0.59～0.63 (P<0.01).     

南方双季稻低温灾害等级预测

基于南方双季稻种植区708个气象站1961—2010年的逐日气象资料、双季稻低温灾害发生的气象行业标准和1960—2010年逐月74项大气环流特征量资料,采用因子膨化、相关性分析、逐步回归等方法,建立了针对不同风险和时空变化趋势的分区双季稻低温灾害历年第一次灾害发生等级预测模型。结果表明:高风险区(Ⅰ区)早稻春季低温灾害、晚粳稻寒露风、晚籼稻寒露风的预测模型平均外延预测基本一致准确率分别为100%、83.3%和83.3%;低风险且呈增加趋势区(Ⅱ区)早稻春季低温灾害、晚粳稻寒露风、晚籼稻寒露风的预测模型平均外延预测基本一致准确率分别为100%、83.3%和83.3%;低风险且呈减少趋势区(Ⅲ区)早稻春季低温灾害、晚粳稻寒露风、晚籼稻寒露风的预测模型平均外延预测基本一致准确率分别为83.3%、100%和83.3%;各预测区域各代表站预测模型的回代和预测等级误差基本在1个等级以内,具有较高的精度。