基于SPEI的辽宁省玉米生育期干旱特征分析

在全球气候变暖的背景下,探究玉米生育期的气候变化及干旱特征,对于预防干旱灾害对作物造成的损失,以及农业可持续发展意义重大。基于1967—2018年辽宁省33个国家级气象台站逐日观测数据,计算了不同月尺度下玉米各生育期标准降水蒸散指数（SPEI）,并结合干旱频率及干旱站次比综合分析了干旱时空变化情况。结果表明：（1）辽宁省玉米生育期降水量以13.31 mm/10a的速率减少,与SPEI呈显著正相关（P<0.01）;气温以0.25℃/10a的速率显著上升（P<0.01）,与SPEI呈负相关。（2）播种-出苗期、出苗-拔节期和喇叭口期SPEI在时间上均呈上升趋势,抽雄期和成熟期呈降低趋势;在空间上全生育期SPEI表现为西北向东南递增趋势。（3）全生育期干旱站次比以0.41%/10a的速率上升;出苗-拔节期干旱站次比呈减少趋势,其他生育阶段均呈上升趋势;发生干旱类型频次区域性干旱 > 部分区域性干旱 > 局域性干旱 > 全域性干旱。（4）全生育期干旱频率整体呈现出由西北向东南递减的特征,且干旱频发区主要在辽西地区;干旱发生频率轻旱 > 中旱 > 重旱 > 特旱。（5）出苗-拔节期为干旱站次比最高的时期;SPEI平均值和不同等级干旱频率最高的时期均为播种-出苗期。该研究成果可为区域农业干旱风险评价以及抗灾减灾等提供参考。     

气候变化下辽宁省春玉米水热时空特征及干旱风险

探究辽宁省春玉米各生育期内的气候资源变化特征及干旱风险,能够为宜农政策制定提供理论依据,从而增强玉米种植气候适应能力。基于辽宁省19个气象站点逐日气象数据及玉米生育期数据,利用度日指标、显著性检验、干燥度指数及地理信息技术分析1970-2018年5个年代际玉米全育期生长度日（GDD）、高温度日（HDD）、降水量的时空变异特征。结果显示：（1）春玉米GDD整体呈上升趋势,不同年代际间GDD在苗期、成熟期及全育期存在显著差异;从2000年开始,高值区向朝阳、鞍山等地集中。（2）2000-2018年春玉米全育期HDD增长趋势明显,尤其在抽穗期;空间上以朝阳为中心的辽西北地区高值区变化范围明显。（3）春玉米降水量在拔节期、抽穗期及成熟期年际变化大,波动性强;以中部地区变化最为明显,且1990-1999年降水量分布变化较大。（4）辽宁省春玉米全育期干燥度指数在不同年代际存在差异,从干燥度指数与GDD、HDD及降水量的聚合分析看,HDD的升高和降水量的减少引发干旱的风险性较高。（5）虽辽宁省春玉米全育期的热量资源增加,但降水量呈减少趋势,未来极端高温和农业干旱的风险将有所提升,因此,下一步应针对农业气候变化及其对农业影响等开展分区研究。     

1961-2013年东北三省玉米低温冷害强度的时空分布特征

基于东北三省1961-2013年气象数据、《北方春玉米冷害评估技术规范（QX/T167-2012）行业标准》,结合具有生物学意义的热量指数,给出了东北三省低温冷害强度分级,利用经验正交函数（EOF）分解法和旋转经验正交函数（REOF）分解法分析了东北三省玉米低温冷害强度时空分布特征。结果表明：东北三省玉米低温冷害强度具有明显的空间分布特点,可分为全区一致型、南北反相位分布型以及东西反相位分布型。东北三省玉米低温冷害强度的时间变化具有较好的一致性,1961-2013年东北三省低温冷害的发生强度呈波动减小趋势。低温冷害强度区域差异显著,按照低温冷害强度强弱可分为黑龙江-吉林北部区（Ⅰ区）、吉林南部-辽宁北部区（Ⅲ区）和辽宁南部区（Ⅱ区）。研究结果可为东北三省低温冷害风险区划和采取有效的减灾避灾措施提供依据。     

1967-2017年甘肃省玉米需水量与缺水量时空分布特征

基于1967-2017年甘肃省28个气象站点的逐日气象数据,采用联合国粮食与农业组织（FAO,Food and Agriculture Organization of the United Nations）推荐的作物系数法计算了玉米各生育阶段和全生育期的需水量,结合美国农业部土壤保持局（SCS,Soil Conservation Service）推荐的方法计算了玉米全生育期的有效降水量,进而得到需水量。并利用线性倾向估计、Mann-Kendall检验和空间插值法对甘肃省玉米需水量和缺水量的年际变化趋势和空间分布特征进行分析。结果表明：1967-2017年甘肃省玉米全生育期平均降水量、平均有效降水量、平均需水量和平均缺水量分别为210.43、113.21、545.95 mm和421.00 mm;在时间上,51年来,甘肃省玉米全生育期内的降水量和有效降水量整体上呈明显的下降趋势,而需水量和缺水量整体上没有明显的变化趋势,属于正常波动;在空间上,玉米全生育期的降水量和有效降水量整体上由东南向西北减少,而需水量和缺水量整体上由东南向西北增加。28个站点中,51年来只有甘南和岷县站点的有效降水量能满足玉米生长初期的需水要求,其他站点在任何生长阶段均不能满足玉米需水要求,需要进行人工灌溉。     

甘肃省河东地区春玉米气候因子及气候生产潜力时空变化

根据甘肃河东地区15个气象站点1961-2010年的气象资料以及春玉米生育期资料,利用数理统计分析方法及GIS技术研究了该区50年春玉米生长季的气候因子变化特征及光合生产潜力、光温生产潜力、气候生产潜力的时空分布特征.结果表明:近50年来,河东地区春玉米生长季平均气温波动上升,平均增温0.36℃·10a-1,太阳辐射总量明显下降,降雨量波动下降;光合生产潜力下降,光温生产潜力上升,气候生产潜力略微增加;光合生产潜力从南到北逐渐增加,光温生产潜力中部低,北部、南部及东部高,气候生产潜力从东南向西北递减;该区太阳辐射的下降导致了光合生产潜力的下降,但温度的大幅升高,弥补了太阳辐射带来的负面效应;另外,由于该区降水呈下降趋势,且季节分配不均匀,在一定程度上影响了作物气候生产潜力.研究结果揭示了甘肃省河东地区春玉米气候因子及气候生产潜力时空变化.     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅳ.基于作物水分亏缺指数的玉米干旱时空特征

基于1959－2008年中国南方地区249个气象台站的地面观测资料,以作物水分亏缺指数为玉米干旱指标,计算其干旱频率和干旱站次比,分析中国南方地区春玉米和夏玉米各生育阶段发生干旱的时空分布特征.结果表明: 从干旱发生频率的空间分布看,春玉米在淮北、云南北部和华南南部发生的干旱较严重,在其他地区的干旱相对较轻;除了长江中下游地区、华南北部和西南东部的夏玉米在生育后期干旱较严重,研究区域内夏玉米在其生育前期和中期干旱较轻.从干旱面积和强度的变化趋势看,长江中下游地区春玉米在七叶到拔节阶段的干旱强度明显增加,在吐丝后到乳熟阶段的干旱面积和强度呈减小趋势;夏玉米在拔节后期到抽雄阶段以及吐丝后到乳熟阶段的干旱都呈减轻趋势.西南地区春玉米、夏玉米的干旱强度和范围没有明显趋势.从干旱面积和范围的年际和年代际变化看,长江中下游地区夏玉米的变化较大,而西南地区差异较小.     

华北平原冬小麦和夏玉米气候适宜性

作物气候适宜度研究有利于应对气候变化对作物生产的影响,合理开发利用农业气候资源,保障粮食生产安全。本研究运用气候适宜度理论构建作物气候适宜度模型,利用华北平原多站点气象和物候观测数据计算1981—2017年典型作物冬小麦和夏玉米不同生育期气候适宜度,并分析其时空变化特征。结果表明:华北平原冬小麦全生育期光照、温度、降水和综合气候适宜度分别为0.69、0.63、0.50和0.58,生育期内降水资源不足是华北平原冬小麦生长的限制因子,而夏玉米生育期内光照、温度、降水和综合气候适宜度均高于0.60;冬小麦全生育期温度、降水和综合气候适宜度变化趋势不明显,光照适宜度以0.020(10 a~(-1))趋势下降;夏玉米全生育期内仅光照适宜度下降趋势明显,温度、降水和综合气候适宜度变化趋势均不显著;空间上,冬小麦全生育期光照适宜度呈现出自西南向东北升高的空间分布趋势,温度适宜度大致为北低南高,降水和综合气候适宜度自北向南逐渐升高;夏玉米全生育期光照适宜度呈现出自西南向东北升高的分布趋势,温度适宜度大体上自东向西降低,降水适宜度自西北向东南升高,综合气候适宜度呈现出自西向东逐渐升高的"阶梯状"空间分布特征。     

江淮地区夏玉米涝渍灾害时空分布特征和风险分析

为了定量评估江淮地区夏玉米涝渍灾害和揭示其时空分布特征,基于1961—2013年91个观测站点的日雨量数据,耦合夏玉米生育期和涝渍灾情数据,统计夏玉米不同生育时段、不同涝渍等级的灾害样本,采用偏相关分析、多元线性回归、正态性检验、区间估计等方法,构建了基于有效降雨量的夏玉米分生育时段涝渍灾害的等级指标,并验证了指标的合理性;分析了区域1961—2010年夏玉米涝渍灾害的时空分布和风险分布。结果表明:夏玉米涝渍灾害等级与当前涝渍过程降雨量和前2旬逐旬降雨量呈显著正相关;同一等级涝渍灾害,拔节-抽雄期指标阈值最高,抽雄-成熟期的次之,出苗-拔节期的最低;20世纪70年代涝渍灾害的发生有所减少,80年代后又逐渐增多;涝渍灾害的多发区主要分布在沿江、沿淮、沿湖和沿海地区,且随着生育进程的增加,多发区总体随雨带北移;近50年来出苗至抽雄阶段涝渍灾害的发生总体上呈增加趋势,抽雄至成熟阶段则以减少趋势为主;随着生育进程的增加,涝渍灾害风险指数的高值区逐渐由西南向东北移动。     

玉米叶片水分利用效率的保守性

水分利用效率是植物个体或生态系统水分利用过程的重要特征参数,可表征不同时空尺度的植物碳-水耦合关系,对植物适应气候变化研究具有重要意义。以玉米为例,利用中国气象局固城农业气象野外科学试验基地2013—2014年玉米不同灌溉方案模拟试验资料,对不同叶位叶片的水分利用效率特征及其影响因素进行分析。结果表明:植株顶部第1片叶片水分利用效率在拔节期和乳熟期呈现明显的峰值,反映出明显的周期变化规律及其与叶片生理生态特征的紧密相关。在相同环境条件下,不同叶位叶片的水分利用效率不存在显著性差异,即玉米叶片水分利用效率具有空间稳定性与叶龄保守性。同时,研究指出叶片光合速率和蒸腾速率在叶位之间的协调变化是导致空间稳定性和叶龄保守性的主要原因。研究结果可为植物水分关系研究提供参考,也可为水分利用效率的尺度化研究提供依据。     

四川盆区直播和移栽水稻的连阴雨灾害危险性

连阴雨灾害是四川盆区发生频繁的一种复合灾害,水稻各生育阶段均可能遭遇连阴雨天气,对产量和品质造成影响。本研究利用四川盆区1981—2019年105个气象观测站的气象资料,结合水稻生产观测资料、农业统计资料和基础地理信息,对移栽和直播水稻在播种-拔节期、拔节-孕穗期、孕穗-灌浆初期、灌浆中后期-成熟期4个生育阶段和全生育期连阴雨灾害危险性进行定量评价和比较。结果表明: 研究区水稻连阴雨灾害危险性指数在播种-拔节和灌浆中后期-成熟期较高;水稻全生育期连阴雨灾害危险性指数表现为盆地北部、西南部边缘高,盆中、盆西和盆南较低;高危险性区域分布最少,在盆北边缘集中分布,在盆南区域零星分布;低危险性区域分布最广,集中在盆西和盆中大部;移栽水稻的高危险性区域总面积是直播水稻的2.4倍。     

松嫩平原潜在蒸散量的时空变化特征

利用松嫩平原及周边地区72个气象站1961—2003年逐日气象资料,应用Penman-Monteith方程计算潜在蒸散量,采用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、累积距平法,对松嫩平原地区潜在蒸散量变化进行定量分析,并应用ArcGIS软件的空间分析功能对研究区潜在蒸散量的空间分布特征进行分析.结果表明:1961—2003年,松嫩平原年均潜在蒸散量在330~860 mm,总体呈减小趋势,空间分布总体特征为西南高、四周低,呈环带状向西南方向增加;年潜在蒸散量的气候倾向率为-0.21 mm.a-1;年潜在蒸散量在1982年达最大值,形成突变点,而后下降,至1995年降至最低,此后呈增加趋势;春、夏、秋、冬季潜在蒸散量的气候倾向率分别为-0.19、0.01、-0.05、0.03 mm.a-1,表明春、秋季潜在蒸散量呈微弱减小趋势,夏、冬呈微弱增加趋势.     

黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响

以黄淮海平原为研究区域,选择了区域内具有代表性的5个站点,使用相对湿润度指数,从气象干旱的角度分析了近30年冬小麦各主要生育阶段干旱的时空变化特征,以及干旱特征的气候趋势影响,结果表明:(1)黄淮海平原冬小麦除苗期外其他生育阶段干旱由北向南逐渐减轻,在冬小麦播种—出苗期南部有干旱化的趋势,而北部有干旱减弱的趋势,全生育期也有相同的微弱趋势;在出苗—拔节期干旱最为严重,呈现北部微弱干旱化而南部湿润化的趋势,抽穗—成熟期呈干旱化的趋势,且从北向南干旱变化幅度递增。(2)在冬小麦全生育期,天津与石家庄主要以中旱和重旱为主,而莘县轻旱、中旱和重旱的频率相当,徐州与驻马店则以轻旱为主。天津、石家庄的干旱持续较为严重,而驻马店近30年无干旱的持续。(3)在拔节—抽穗期和抽穗—成熟期,徐州、驻马店的干旱程度随着温度的降低有减弱趋势。播种—出苗期,天津与徐州随着太阳辐射量的增加将呈干旱化的趋势;另外,石家庄与驻马店在冬小麦各生育阶段将会随着相对湿度的减小而有干旱化的趋势;黄淮海南部地区在冬小麦全生育期和抽穗—成熟期将会随着风速的减小而呈湿润化的趋势。研究结果可从关键生育期的角度为黄淮海平原干旱对冬小麦产量影响的模拟研究以及小麦生产的抗旱对策提供理论依据。     

基于地理和气象要素的春玉米生育期栅格化方法

本文以黄河流域春玉米生育期和气象站点气象数据为主要数据源,采用多元逐步回归法分析了各生育期和经度、纬度、海拔高度、降水、年均温、≥10℃积温和日照时数等影响因子的关系,建立逐步回归方程,对各生育期空间栅格化方法进行了探讨,结果表明：（1）生育期空间拟合插值的统计检验说明春玉米“播种期”、“抽雄期”和“收获期”三个时期模拟效果最好,“拔节期”效果精度相对较好;（2）播种期基本满足从西南到东北延后的变化趋势,而拔节期、抽雄期和收获期基本上表现了从南北向中部、中部向东西两侧延后的现象。本研究得到的生育期与地理和气象要素之间的逐步回归方程,可为气候条件变化下作物生育期栅格化模拟试验以及农业生产应该采取的适应机制研究提供一定的依据。     

干旱对东北春玉米生长发育和产量的影响

选取玉米品种丹玉39为供试材料,利用大型农田水分控制试验场,采用大田池栽方式,在玉米三叶-拔节期、拔节-吐丝期、吐丝-乳熟期分别开展中度干旱胁迫及复水控制对比试验,分析3个关键生育时期干旱胁迫对春玉米生长发育和产量的影响.结果表明：与水分适宜对照（CK）相比,三叶-拔节期遭受干旱胁迫后,全生育期推迟13 d,至拔节普遍期,株高偏低29.8%,叶面积偏小41.2%,复水后,株高和产量得到较大程度恢复,果穗性状和最终产量差异不大;拔节-吐丝期遭受干旱胁迫后,全生育期缩短7 d,至吐丝普遍期,株高偏低18.6%,叶面积偏小14.1%,果穗长、穗粒数、果穗干质量、穗粒质量分别下降6.9%、19.1%、28.1%和29.4%,空秆率增加13.3%;吐丝-乳熟期遭受干旱胁迫后,全生育期缩短15 d,生长至乳熟普遍期,株高偏低2.3%,叶面积偏小37.3%,果穗长、穗粒数、果穗干质量、穗粒质量分别下降9.2%、24.1%、30.8%和27.9%,空秆率增加24.5%.拔节-吐丝期、吐丝-乳熟期干旱胁迫处理并复水后,玉米株高恢复不明显,产量降幅显著.     

干旱对东北春玉米生长发育和产量的影响

选取玉米品种丹玉39为供试材料,利用大型农田水分控制试验场,采用大田池栽方式,在玉米三叶-拔节期、拔节-吐丝期、吐丝-乳熟期分别开展中度干旱胁迫及复水控制对比试验,分析3个关键生育时期干旱胁迫对春玉米生长发育和产量的影响.结果表明:与水分适宜对照(CK)相比,三叶-拔节期遭受干旱胁迫后,全生育期推迟13 d,至拔节普遍期,株高偏低29.8％,叶面积偏小41.2％,复水后,株高和产量得到较大程度恢复,果穗性状和最终产量差异不大;拔节-吐丝期遭受干旱胁迫后,全生育期缩短7d,至吐丝普遍期,株高偏低18.6％,叶面积偏小14.1％,果穗长、穗粒数、果穗干质量、穗粒质量分别下降6.9％、19.1％、28.1％和29.4％,空秆率增加13.3％;吐丝-乳熟期遭受干旱胁迫后,全生育期缩短15 d,生长至乳熟普遍期,株高偏低2.3％,叶面积偏小37.3％,果穗长、穗粒数、果穗干质量、穗粒质量分别下降9.2％、24.1％、30.8％和27.9％,空秆率增加24.5％.拔节-吐丝期、吐丝-乳熟期干旱胁迫处理并复水后,玉米株高恢复不明显,产量降幅显著.     

气候变暖对东北玉米低温冷害分布规律的影响

利用东北地区48个农气站1961-2010年气象资料和近20多年玉米生育期资料,建立生育阶段热量指数和冷害指数,分析气候变暖对东北玉米4个生育阶段热量及低温冷害分布格局的影响。结果表明:热量指数总体表现为明显的增加趋势;平均温度、热量指数的年代际变化特征明显,中晚、晚熟区的上升趋势均小于早、中熟区;冷害频率总体表现为明显的减小趋势;气候变暖对两个熟型区域4个生育阶段的冷害影响并不一致,早、中熟区的冷害平均频率最大值均出现在20世纪60年代,中晚、晚熟区的冷害平均频率最大值均出现在70年代,两个熟型区域的最小值均出现在21世纪初。研究结果可为未来东北地区调整玉米种植制度和生产布局,为适应气候变化和趋利避害提供科学依据。     

内蒙古河套灌区春玉米苗期光温指标

利用2012-2013年在内蒙古河套灌区巴彦淖尔市的春玉米分期播种试验数据,结合农业气象站多年的作物观测资料,分析了河套灌区光温条件变化对春玉米苗期生长发育的影响,得到不同适宜度光温指标体系,并应用多项式拟合方法将温度指标插值到苗期生长的每一天,形成动态连续温度指标曲线,可以更客观和精细地反映温度对春玉米苗期生长发育的影响.结果表明: 播种 出苗期和出苗 拔节期温度每上升1 ℃,出苗速率和发育速率分别约提升11%和12%,生物学下限温度分别为7.4和11.9 ℃;播种 出苗期适宜温度为16.0～18.0 ℃,三叶期叶面积指数可达0.0172以上;出苗-拔节阶段适宜温度为21.6～23.0 ℃,气温越高,地上部光合作用越强,叶片和植株生长越快,拔节期叶面积指数和株高分别可达2.15和120 cm以上;出苗 拔节阶段日照百分率≥74%、平均日照时数≥11.0 h·d^-1或总日照时数≥540 h,植株叶片干质量可达34 g以上.     

北京市PM2.5化学组分特征

对2012年8月至2013年7月期间北京市定陵、车公庄、房山和榆垡4个站点的15种PM_(2.5)化学组分进行分析,探讨各组分的时空分布特征以及有机碳(OC)、元素碳(EC)的污染特征。结果表明,4个站点PM_(2.5)组分中OC、SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+的含量较高,年均浓度分别为(22.62±21.86)、(19.39±21.06)、(18.89±19.82)、(13.20±12.80)μg/m3。各组分浓度在时间分布上多为冬季最高,夏季最低;在空间分布上多为南部高,北部低;另外NH+4浓度水平明显高于早年间的监测结果。受燃煤的影响,冬季OC和EC平均浓度分别为夏季浓度的3倍和2.5倍。春、夏、秋、冬季4个站点平均OC/EC比值分别为4.9、7.0、8.1和8.4,表明北京市全年均存在较严重的SOC污染。采用OC/EC比值法估算得出全年定陵、车公庄、房山和榆垡站二次有机碳(SOC)占OC的比例分别为57.7%、60.0%、45.6%和57.6%。定陵、车公庄、房山和榆垡站年均[NO_3~-]/[SO_4~(2-)]比值分别为1.01、1.25、1.08和1.12,表明目前北京市排放源表现出固定源和移动源并重的特征。     

海洲湾强壮箭虫的生态学特征研究

根据海洲湾2006年8月—2007年11月的强壮箭虫(Sagitta crassa)调查数据,采用聚集强度指标、Iwao和Taylor模型分析了强壮箭虫的空间分布特征和丰度的时空变化。结果表明:强壮箭虫在调查海域呈聚集分布;强壮箭虫平均丰度的时空变化差异显著,空间上,中、北部海域的平均丰度高于南部海域,时间上,强壮箭虫春、冬季节的平均丰度明显高于夏、秋季节。     

基于SPEI指数的华北冬麦区干旱时空分布特征分析

气候变化的背景下,华北地区干旱化趋势不断加剧。利用华北冬麦区45个气象站1961—2010逐月温度与降水数据,选取标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)作为区域干旱指数进行华北冬麦区近50年干旱时空特征分析。研究表明:(1)近50年来华北地区平均温度明显上升,研究区整体呈现干旱化加剧趋势。华北地区平均SPEI指数对于典型干旱年份的表征准确,与历史资料相符合。(2)华北不同区域之间增温率不同,导致干旱化趋势存在差异。通过对典型站点的分析,发现增温率越大的区域干旱化趋势越严重。(3)不同等级干旱发生的站次比能够较好地反映不同年型干旱的发生特点。对SPEI指数矩阵的EOF分析结果显示出华北地区典型的干旱时空分布特征,第一模态呈现全区旱涝变化一致型的分布形式,高值区包括山东西部、河南北部、河北南部地区,表明这些地区对干旱的反应最为敏感。时间系数序列未显示出明显的变化趋势;第二模态呈现南北相反的分布型,河北及山东的大部分地区空间系数均为正值,而河南大部分地区为负值。时间系数序列整体呈下降趋势,表明研究区北部干旱化趋势加剧,南部干旱化有所缓解;第三模态呈现东西相反的分布形式,这种分布特征的变化趋势不明显。