黑龙江省玉米生长期冷害与干旱混合发生对产量的影响

基于1981-2016年黑龙江省玉米农业气象观测站资料,利用国家气象行业标准中≥10℃积温距平、水分亏缺指数(K_(CWDI))指标分别判识玉米出苗-抽雄期冷害、干旱,规定同一站点同一年份内冷害、干旱均有发生为2种灾害混合发生,分析其时空分布特征,以逐步回归方法构建积温距平、K_(CWDI)与玉米单产的关系,并探讨2种灾害混发逆境对玉米产量的影响。结果表明:1981-2016年间,研究区玉米出苗-抽雄期≥10℃积温距平对气候变暖具有明显响应,呈显著增加趋势(P0.01),空间上呈北低南高特征;K_(CWDI)随时间呈波动式下降变化(P0.05),空间上表征为西多东少趋势,较好反映研究区水分资源配置特征;在分析期内,各站玉米出苗-抽雄期冷害、干旱混合发生年数为2～12年,研究区累计发生94年,两种灾害混合发生随时间呈减少趋势,1990年代中期以前密集发生,之后发生频率下降,空间上,两种灾害混合发生表现为由西至东减少趋势,松嫩平原西部为频发区;玉米出苗-抽雄期≥10℃积温距平、K_(CWDI)与玉米单产存在显著或极显著的相关关系(P0.05或P0.01),≥10℃积温距平下降、K_(CWDI)增大,玉米产量呈下降趋势;玉米出苗-抽雄期冷害与干旱混发逆境对玉米产量以负效应影响为主。     

基于积温距平的玉米冷害动态评估及其与玉米产量的关系

利用1980-2014年黑龙江省15个玉米农业气象观测站的资料,基于中华人民共和国玉米冷害评估气象行业标准规定的≥10℃积温距平指标,对玉米3个发育关键时期出苗-七叶期、出苗-抽雄期、出苗-乳熟期的冷害进行动态判识,并分析其时空演变特征,同时应用统计方法分析积温距平与玉米实际单产的关系。研究结果表明:11980-2014年间,玉米3个发育时期内的冷害年数在7~17年之间,冷害发生对气候变暖趋势具有明显的响应;21980-2014年间研究区玉米3个发育时期冷害的发生随时间呈减少趋势,1990年代中期以前为高发期,之后冷害发生频率下降。空间分布上,冷害呈现北多南少特征,并具有群发性、区域性和局地性特点;31980-2014年间,研究区玉米3个发育时期的≥10℃积温距平具有16年左右的周期变化,总体表现为1995年以前偏冷,之后偏暖,其中玉米出苗-七叶期积温距平存在最近几年偏冷的趋势;4研究区67%的站点≥10℃积温距平与玉米实际单产存在显著或极显著的相关关系,积温距平为100~200℃·d,利于玉米高产;5≥10℃积温距平指标赋予玉米冷害判识指标生物学和农学意义,充分表征玉米不同发育时期热量需求与供给的关系,有效提升作物冷害判识的客观性。     

东北玉米低温冷害监测预测系统——在黑龙江省的应用

利用东北玉米低温冷害监测预测系统预测分析了黑龙江省1971-2006年各年热量年型,计算了哈尔滨市1984-2006年玉米抽雄期的冷害发生概率,同时采用以5-9月平均温度和的距平作为低温冷害指标的方法计算了1971-2006年低温冷害的发生状况.结果显示,上述两种方法计算得到的低温冷害的年份与历史实况基本相符.通过对比分析发现,有81%的年份两种方法计算的结果一致,且在低温年玉米抽雄期的冷害发生概率均较大,说明东北玉米低温冷害监测预测系统在黑龙江省的应用效果较好,可为防灾减灾提供科学参考.     

东北玉米低温冷害时空分布与多时间尺度变化规律分析

利用东北地区48个农业气象观测站1961-2010年逐日温度资料和近20多年玉米生育期资料,基于热量指数构建生育阶段冷害指数,采用EOF分析、Mann-Kendall法、子波变换等方法系统分析了近50年东北玉米4个生育阶段低温冷害时空分布及周期特征。结果表明:整个生育期全区平均冷害强度呈极显著的减弱趋势,地区间冷害变化趋势呈现差异化特征,冷害强度减弱趋势由西南向东北方向呈阶梯状递增;4个生育阶段冷害指数EOF第一模态均呈冷害空间变化趋势一致的特征;冷害强度呈较明显的减弱趋势,第1到第4生育阶段减弱趋势逐渐增大,突变均发生在1990年代中期;冷害强度具有较强的周期性,出苗—七叶、出苗—抽雄存在明显的23、25年周期,出苗—乳熟、出苗—成熟均具有较明显的3年周期振荡。     

1980-2009年期间黑龙江省玉米低温冷害年判定

将黑龙江省玉米种植区分为东、西、南、北、中5个区域,并在5个区域中选取24个气象站作为研究对象,利用逐日气象资料和玉米发育期资料,考虑玉米各发育阶段对温度的不同需求,建立具有气象、农学和生物学意义的玉米低温冷害综合指标。结果表明:1980-2009年间,黑龙江省共发生了14次玉米低温冷害,其中1987年冷害严重;以每10年进行比较,冷害的发生频次和程度都呈下降趋势。近30年来,冷害程度具有明显的区域差异,北部重于中部,中部重于南部;冷害频次上呈现北部最多,中部次之,南部最少的特点。     

玉米育苗移栽防御低温冷害和春旱试验研究

为防御玉米低温冷害和春旱,在吉林省东部开展了玉米育苗移栽田间试验。结果表明,玉米育苗移栽是一项简便有效的防灾、减灾实用技术。利用该项技术可增加220～250℃·d积温,因此可采用较当地大田播种生育期长10～15天、所需积温多230℃·d的偏晚熟品种,以避开播种出苗期干旱;产量和产值分别提高40%和35%左右,并可提早成熟,防霜害,提高玉米品质。     

陕西省干旱变化特征及其对玉米产量的影响

根据1961-2010年陕西省的逐日降水量资料,运用标准化降水指数(SPI)法、Morlet小波分析法,分析了干旱的时间变化特征、周期变化特征和空间变化特征。结合2007-2010年陕西省17县(区)的玉米产量资料,借助面板数据模型,就干旱对陕西省玉米单产的影响效应进行了研究。结果表明:陕西省干旱趋势逐渐增强,以20世纪90年代干旱最为严重;陕西省干旱的危害程度由北向南逐渐降低,陕北的危害最严重,关中次之,陕南最轻;同时,陕西省年干旱时间序列存在显著的准2~4a和准4 a尺度周期变化规律;另外,干旱与玉米产量呈显著的负相关,干旱指数(标准化降水指数)等级每增加一个级别,将导致陕西省每hm2耕地玉米产量减少128.985 kg。期望研究结果能为陕西省针对干旱气象灾害制定相应的减灾政策,有助于保障陕西地区玉米生产的稳定。     

基于CERES-Maize模型的吉林西部玉米干旱脆弱性曲线研究

自然灾害风险(Risk)是灾害损失的可能性,主要取决于致灾因子、脆弱性、暴露性以及防灾减灾能力四个因素。脆弱性(Vulnerability)衡量承灾体遭受损害的程度,是灾损估算和风险评估的重要环节,是致灾因子与灾情联系的桥梁。在全面收集研究区气象、土壤、土地类型、田间管理数据等资料的基础上,以吉林西部玉米干旱灾害作为研究对象,选取了吉林西部2001年、2002年、2004年以及2006-2009年7个案例干旱年的干旱致灾强度作为输入,运用CERES-Maize模型,模拟和计算出不同干旱致灾强度下不同生育期对最终产量起主要影响的关键指标的损失率,并且拟合出脆弱性曲线。结果表明,脆弱性对最终产量影响由高到低的生育期为抽雄-乳熟期、拔节-抽雄期、乳熟-成熟期、出苗-拔节期。研究结果可以为旱灾损失的快速评估、区域农业干旱灾害风险评估以及预警提供依据,为区域防灾避灾与管理工作提供科学依据。     

安徽省近50年干旱时空特征分析

利用安徽省78个气象台站1961-2009年共49年的逐日气温和降水资料,采用综合气象干旱指数计算每个干旱过程,进而得到各个台站每年的干旱日数。通过趋势分析、EOF分析、功率谱及小波分析、滑动T检验等方法系统分析了近50年安徽省干旱时空特征,结果表明:运用累积频率法对CI指数的阈值进行修正,修正前后值基本一致;安徽省常年干旱日数基本呈纬向空间分布特征,干旱频率自北向南递减;沿淮淮北及江淮之间东部地区干旱日数呈减少趋势,其它地区呈增加趋势,但未通过0.05的显著性检验;干旱日数EOF展开前三个模态累积方差贡献为75%,第一模态全省一致为正,基本呈纬向空间分布;第二模态零线横向将安徽分为南北两部分,北多(少)南少(多);第三模态零线横向将安徽分为三部分,两头多(少)中间少(多);干旱日数主周期为12～13年,次周期为2～3年左右。在12～13年的时间尺度上,近50年干旱日数经历了由少到多3个循环交替。此外,干旱日数在1968年前后存在一次突变。     

河套地区暴雨的地域性特点及灾情分析

选取河套地区87个气象站1961-2010年逐日降水量资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验以及合成分析等方法,分析了河套地区暴雨日数的时空分布特征及其气候变化规律。结果表明:河套地区暴雨日数呈明显的"东南多、西北少"空间分布特征,暴雨主要出现在河套地区东南部;暴雨以单站暴雨为主,同日1个站出现暴雨占暴雨总数的49.5%,同日10站以上出现暴雨主要是在河南、山西、陕西三省交界和山西、陕西、内蒙古三省交界地区;7-8月份暴雨日数占暴雨总日数的74.1%;局地性暴雨平均每年出现26.3 d、区域性暴雨平均每年出现4.4 d,暴雨总日数、局地性暴雨日数和区域性暴雨日数均呈减少趋势,并存在明显的波动性年际变化,但均未发生突变现象;河套地区暴雨具有雨日少、雨量大,局地性暴雨多、区域性暴雨少的分布特点,暴雨常常造成人员伤亡、农作物受灾、牲畜死亡、房屋倒塌、道路与通信设施毁损,因灾经济损失十分巨大。     

我国玉米自然灾害风险区识别研究

自然灾害严重影响和制约我国农业生产的持续稳定发展,识别主要作物自然灾害风险因子和风险区,对作物生产风险监测预警和风险防范及有效评估作物因灾损失有重大意义。基于区域自然灾害理论,构建了由致灾因子、孕灾环境因子和承灾体因子构成的作物自然灾害风险评价指标,利用1980-2010年全国各省市玉米产量数据和1991-2010年全国257个气象站点以玉米为承灾体的灾情数据,计算了省级单元不同因子自然灾害影响指数和灾害风险综合评价指数,揭示了我国玉米主要自然灾害的时空分布规律,识别了玉米自然灾害极高风险区、高风险区、中风险区、低风险区和可忽略风险区。结果表明,干旱是我国玉米产区主要自然灾害,其次是低温和风雹,干旱、洪涝、风雹、病虫害等多发于6-8月份,低温灾害多发于4-5月份;不同种类自然灾害大多具有连片发生的特点;自然灾害高风险区省份主要集中于北部和黄淮海平原玉米产区,同一级别风险区的风险影响因子不尽相同,在风险监测预警和防范中需区别对待。     

云南省山洪地质灾害气象预报预警方法研究

通过分析云南省2000-2011年116个县站共计1 101次山洪地质灾害个例和近12年的逐日降水数据,探讨山洪地质灾害与降水之间的关系,并提出适用于本省的山洪地质灾害气象预报预警的方法。研究表明云南省的山洪地质灾害时间变化与降水的时间变化吻合,灾害主要集中在雨季(5-10月)发生,并在主汛期出现峰值;灾害的空间分布具有西多东少、西北多东南少的特征,在滇南和滇西南山洪地质灾害总次数的高中心的分布与强降水日数中心值的空间分布基本一致。经过计算116个县站各次个例的日综合雨量,分析得出各县站诱发山洪地质灾害的临界雨量,并对临界雨量分级定出各县站山洪地质灾害气象预报预警的5个风险等级,在2012年的山洪地质灾害气象预报预警业务中取得良好效果。     

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。     

基于APSIM模型的春玉米生育期旱灾损失敏感性定量分析

作物不同生育期旱灾损失敏感性研究对于提高农业干旱监测准确率、采取合理的农业抗旱减灾措施等有重要意义。干旱发生时,农业用水被压缩,充分利用当前可用灌溉水量以取得较好的作物产量效益是农业抗旱减灾中的重点。目前已有研究大多从水分胁迫试验出发,分析不同干旱胁迫对作物产量的影响,定性分析作物各生育期旱灾损失敏感性。由于农田试验样本有限,无法从统计手段定量研究作物旱灾损失敏感性。该文利用作物模型模拟的方法,基于历史数据设置干旱情景,模拟春玉米生长,研究不同生育期干旱胁迫与产量关系。选取典型年,通过历史气象数据替换典型年不同作物生育期同期气象数据的方法,构造典型年不同生育期干旱情景,驱动作物模型,模拟春玉米生长过程及产量。选用标准化降水指数(SPI)识别干旱程度,建立不同生育期SPI与产量之间定量统计关系,利用SPI变化所引起的产量变化率构建旱灾损失敏感性指标,定量评估春玉米不同生育期旱灾损失敏感性。结果表明:(1)不同生育期阶段发生不同程度干旱对产量的影响差异较大。其中拔节-抽雄、开花-吐丝旱灾损失敏感性较大,播种-七叶以及乳熟-成熟阶段敏感性较小。在典型正常年景下,春玉米播种-七叶、拔节-抽雄、开花-吐丝以及乳熟-成熟阶段的旱灾损失敏感性指数分别为90.5、804.7、772.5和401.9。(2)不同典型年水平下,春玉米旱灾损失敏感性差异明显,其中典型干旱年各生育期阶段旱灾损失敏感性最大,典型丰水年各生育期阶段旱灾损失敏感性最小;典型干旱年、正常年和丰水年春玉米生育期平均旱灾损失敏感性指数分别为862.7、518.9和35.2。(3)典型丰水年景下,即使是抽雄、开花-吐丝期春玉米产量形成关键阶段发生严重干旱,春玉米产量影响较小,表明春玉米单个生育期受旱,相邻生育期水分充足时,产量受到明显的水分补偿作用。     

近50年东北地区春玉米干旱的时空演变特征

利用东北地区70个气象站点1960-2007年间的逐日气象资料,计算了作物水分亏缺指数(CWDI)并划分了干旱等级;利用ArcGIS软件,绘制了东北地区春玉米种植区的干旱等级时空分布图,对各个年代和生育期的玉米干旱灾害时空分布特征和演变趋势进行了分析。结果表明:在春玉米生长季内,玉米的需水量与降水量均呈现先增加后减少的变化趋势7,月下旬达到峰值,在4-6月和9月份水分亏缺指数(CWDI)值较高,易引起玉米发生干旱。     

干旱对辽宁省玉米产量影响及风险区划

以辽宁省14个市1967-2006年降水量逐月数据和玉米产量数据为基础,应用滑动直线平均法、相关分析等数理统计方法,结合GIS技术对各地区玉米因旱减产程度及风险大小进行分析。结果表明,不同地区干旱对产量的制约程度不同,据此划分为两类地区:A类地区干旱是玉米产量的主要制约因素,B类地区干旱对玉米产量影响不明显。根据A类地区确定因旱减产指标:当降水负距平分别为20%、20%～40%、40%～60%时对应的玉米减产率分别为5%、5%～11%、11%～17%。综合产量波动、减产强度、抗旱能力三要素进行干旱灾害风险区划,结果显示辽宁省因旱减产风险由西向东逐渐减弱。     

石家庄市极端气温指数变化特征及城市化影响

利用石家庄市16个县气象站和石家庄市区气象站(简称石家庄站)1972-2012年的逐日最高、最低气温资料,采用线性趋势、Mann-Kendall突变检验方法分析了石家庄市极端气温指数的时空演变特征及城市化对石家庄站极端气温指数趋势变化的影响。结果表明:石家庄市极端高温事件多发中心位于石家庄站及西南部地区,极端低温事件多发中心位于东北部地区;大部分站点极端低温事件呈减少的变化趋势,而极端高温事件则呈增多的变化趋势。在年代际变化上,石家庄市的冷夜日数和冷昼日数总体上呈减少的趋势,而暖夜日数和暖昼日数则呈明显增多的趋势。除了冷昼日数突变不明显外,其它极端气温指数均在1990年前后发生了突变。城市化使得石家庄站冷夜日数和冷昼日数显著减少,暖夜日数和暖昼日数显著增多,四季中春季的冷昼日数和暖昼日数城市化影响最明显,夏季的暖夜日数城市化影响最明显,而冷夜日数的城市化影响在冬季最明显,且夜间和白天极端气温指数城市化影响程度存在明显差异,这可能与城市热岛效应的非对称性有关。     

基于作物水分亏缺指数的吉林省玉米不同生育时段干旱特征分析

利用吉林省1961-2015年46个气象站的逐日气象数据,结合Penman-Monteith方程,计算玉米生育期逐旬需水量(Et_c)、降水量以及作物水分亏缺指数(CWDI),根据干旱等级指标计算逐旬不同等级干旱频率、平均干旱强度以及干旱风险指数,并分析其空间分布和时间变化特征。结果表明:从玉米生长季水分供需状况看,西部地区整个玉米生长季水分亏缺最严重,玉米易遭受干旱威胁,中部发生干旱的威胁次于西部地区,东部发生干旱的威胁最小。西部地区干旱发生频率最高,其次是中部,东部地区干旱发生频率最低,平均干旱强度和干旱风险指数与此有相同的分布特征。各等级干旱基本上是在玉米生长的前期和后期发生频率较高,而在玉米生长的关键期,发生频率相对较小。除个别情况,各时段基本是轻旱发生频率最高,其次是中旱,而重旱发生频率较低,特旱发生频率最低。代表站各时段水分亏缺指数年际变化基本是中前期呈减少趋势,中后期呈增加趋势。不同时段各等级风险区空间分布也存在差异。     

辽宁省降水日数的气候变化特征

利用均匀分布在辽宁省39个测站1961-2005年的逐日降水量资料,分析了近45a来辽宁省年、季、月降水日数,及连续降水日数和连续无降水日数的长期变化趋势以及空间分布状况.结果表明,近45a来辽宁省年降水日数是明显减少的,平均每10a减少1.8d,显著减少的区域在辽东半岛和部分沿海地区,显著减少的季节是夏季;连续降水日数在雨季以负趋势为主,而连续无降水日数则以正趋势为主,在辽河平原的西部以及辽西山区的大部两者趋势都很明显,说明这些地区干旱出现的几率在增大.     

云南极端气候干旱的特征分析

应用云南124个站点1961-2011年的旬、日、月降水和气温资料,采用综合气象干旱指数和逐日降水分析云南1961年以来的干旱强度。以云南的干旱过程强度指数为-50、区域代表站的干旱过程用强度指数为-100以上选取极端干旱较为合适,选取干旱强度最大1962/1963、1968/1969、1978/1979和2009/2010年为极端干旱年进行分析表明,在4次极端干旱过程中,强度最强的是2009/2010年出现的秋冬春初夏连旱,是有气象记录以来最强的,其造成的危害及经济损失也最大,其次是1978/1979年、1968/1969年和1962/1963年出现的冬春初夏连旱。云南干旱灾害出现频繁、持续时间长,其分布具有一致性的特点,干旱出现的时段大致在冬、春及初夏季,而近年来秋季干旱呈频发之势。由于云南降水分布极不均,造成各地干旱强度指数存在差异。除滇西、滇西南局部边沿地区降水偏多,出现极端干旱相对较少外,云南大部,特别是云南中部及东部地区最容易发生极端干旱。从1970年代以来,云南出现严重干旱的强度及持续时间呈加重趋势。