全球1.5℃和2.0℃升温对中国小麦产量的影响研究

采用部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）的气候模式,确定全球升温1.5℃和2.0℃出现的时间,并结合农业技术转移决策支持系统（DSSAT）模型模拟小麦的产量,最终选取4套数据对比研究中国小麦区温度和降水变化特征以及各区域小麦产量变化趋势,综合评价了不同升温情景对中国小麦产量的影响。结果表明：(1)在全球升温1.5℃和2.0℃背景下,我国小麦生育期内温度相对于工业革命前分别升高1.17℃和1.81℃。两种升温情景下我国春麦区升温幅度大于冬麦区升温幅度。春麦区中新疆春麦区升温幅度最大,西北春麦区升温幅度最小;冬麦区中温度变化最大和最小的麦区分别为西南冬麦区和黄淮冬麦区。(2)在全球升温1.5℃和2.0℃情景下,我国小麦生育期内降水相对于历史时段(1986—2005年)分别增加9.1%和11.3%。从各麦区来看,两种升温情景下春麦区降水增加幅度略大于冬麦区的增加幅度。所有麦区中只有新疆春麦区降水低于历史时段降水。春麦区降水增加幅度最大的麦区为北部春麦区。冬麦区中降水增加较大的麦区为北部冬麦区和黄淮冬麦区,降水增加较小的麦区为华南冬麦区和西南冬麦区。(3)两种升温情景下,我国小麦单产相对于历史时段(1986—2005年)平均减产分别为5.2%和4.6%,两种升温情景对中国小麦产量并没有显著的差异。在全球升温大背景下我国春小麦主要呈现增产趋势,冬小麦主要呈现减产趋势。减产幅度较大的麦区为华南冬麦区和青藏春麦区,增产幅度最大的麦区为西北春麦区。从各麦区产量减产面积比例上看,我国各麦区减产面积所占比例趋势为从北向南由多变少再变多,其中华南冬麦区减产面积所占比例最大,北部冬麦区最小。     

黄淮平原农业干旱预警系统研究

采用区域气候模式与土壤水分模型相结合的技术,建立黄淮平原农业干旱预警系统。系统的气候模式采用NCAR的区域气候模式(RegCM2),为土壤水分模型提供所需的气象要素场数值预报。土壤水分模型采用适合于黄淮平原冬小麦、夏玉米等作物的土壤水分平衡方程。试运行结果表明,利用区域气候模式和土壤水分模型构建的区域性土壤水分模型,土壤水分预报的平均相对误差在15%以下,可以较好地模拟出土壤水分变化和干旱分布状况,可用于土壤水分预报和干旱监测。     

气候模式-农业气象模式集成系统的小麦灌溉管理新途径

首次采用区域数值预报模式与农业气象模型结合的技术途径, 构成一个气候模式-土壤水分模式-灌溉模式的系统模型。模型的数值天气预报部分采用大气过程与陆面过程耦合的区域气候模式; 农业气象模型采用适用于冬小麦区的土壤水分和灌溉管理预报模型。研究表明, 本模型较农业气象模型中一般用气候平均作为环境背景场的方法其预测能力有显著提高, 并提供覆盖整个小麦生长期的区域土壤水分定量预报和灌溉管理服务, 具有很好的使用和推广前景。     

冬小麦区土壤水分预报和灌溉决策系统的业务应用

建立了适用于单站，区域以及全国范围的冬小麦土壤水分预报和灌溉决策业务服务系统，并在2000年3－6月做了15周次土壤水分预报和灌溉决策，其中13次在中央电视台第七套节目“气象与农情”栏目中播出，直接为农业生产服务，土壤水分预报误差分析表明：0－100cm平均相对误差最小，0－50cm次之，0－30cm最大，土壤湿度预报分布规律与实况基本一致。     

地下水浅埋条件下冬小麦和大豆土壤水分动态预报模型研究

用统计方法和水量平衡法推导出江淮地区潜水蒸发经验计算模型。利用农田水分平衡原理分别在江淮地区建立了引入潜水蒸发量和没有引入潜水蒸发量的冬小麦和大豆土壤水分动态预报模型,并对这两种模型在地下水浅埋条件下的预报准确度进行比较。1980年的比较结果是:当预报时效为10天时,两种作物7个时段的土壤水分平均绝对误差前者为8.2 mm,后者为20.1 mm,平均相对误差分别为2.8%和6.8%。引入潜水蒸发量后,冬小麦和大豆土壤水分动态预报模型的预报准确度明显提高。     

冬小麦土壤水分监测预测系统的研究与应用

为了研究冬小麦生育期间土壤水分的变化规律，对聊城市二十多年来冬小麦生育期间的土壤湿度资料，进行了不同降水(灌溉)条件，不同土壤湿度初始状态，不同土壤深度层次的具体分析，并结合气候资料，找出了各种情况下的麦田增(失)墒规律，并建立了相应的增(失)墒预测模式。据此可根据当前土壤的初始条件，对未来的土壤增(失)墒规律进行估算，为冬小麦生育期间的灌溉时间的确定，以及其他管理工作的实施，提供一定的参考依据。     

地理信息系统（GIS）支持下的冬小麦干旱NOAA／AVHRR遥感监测方法研究

在系统研究冬小麦干旱ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ遥感监测理论、模型、资料处理、指标及应用技术的基础上,建立了河南省冬小麦干旱ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ遥感监测模型,针对这一领域中存在的问题,在ＧＩＳ技术的支持下,进一步探讨了不同土壤质地和风速对遥感干旱监测的影响、用遥感表层土壤水分反演深层土壤水分的方法与模型、用单时相遥感资料反演土壤水分的方法等。在上述工作的基础上,建立了河南省冬小麦干旱遥感监测应用服务系统。     

基于积分回归法甘肃省冬小麦产量动态预报

冬小麦是甘肃省主要粮食作物之一,开展甘肃省冬小麦产量动态预报对全省粮食生产和粮食安全具有重要意义.利用1985—2013年甘肃省冬麦区16个地面气象观测站逐日气象资料和冬小麦产量资料,基于积分回归原理以旬为时间尺度,分析了影响陇中、陇东、陇南地区冬小麦生产的主要气象要素和关键时期,并分别建立了3月下旬、4月下旬和5月下旬甘肃省冬小麦产量动态预报模型.结果表明:降水和温度对甘肃省冬小麦气象产量影响较大,其中降水量增加对各冬麦区基本均为正效应,尤其在麦田休闲期和返青拔节期更显著;苗期—越冬前期和拔节期—孕穗期气温升高对冬小麦为负效应,越冬后期—返青起身期气温升高对陇中和陇东冬麦区正效应较明显.通过近5 a试预报检验表明,建立的冬小麦动态产量预报模型平均预报准确率达96%以上,可满足业务服务的需要.     

冬小麦夏玉米土壤水分预报及优化灌溉模型

利用土壤水分平衡方程，结合河南省冬小麦和夏玉米的生长规律和1994～2000年冬小麦、夏玉米田实测土壤湿度资料，建立了河南省冬小麦、夏玉米土壤水分预报及优化灌溉的计算机模型。用1998～1999年郑州市麦田实测土壤湿度资料验证该模型模拟结果，未来10、20、30天土壤湿度相对误差分别为-7．3％～7．7％、-8．3％～6．8％、-7．6％～7．7％，表明利用该模型，可以较为准确地预报未来1个月的土壤水分变化，并可根据小麦、玉米不同发育期特点，给出以最高产量和最佳经济效益为目标的灌溉建议。     

内蒙古半干旱区水资源综合利用系统简介

半干旱区水资源综合利用服务系统是以提高农业水资源利用效率,保障农业可持续发展为目标,贯彻中国气象局开展研究型业务的精神,尽快使科研成果转化为生产力和业务能力,在已有农田优化灌溉预报模型和雨养农业区农田干旱监预测方法等科研成果的基础上,通过整合、完善构建了半干旱区水资源综合利用系统,形成既可对主要灌区进行灌溉预报,又可对旱作区进行土壤水分监测和干旱监测的综合服务系统。     

二氧化碳浓度增加对冬小麦生长发育影响的数值模拟

根据国内外小麦生长模拟研究成果,借鉴荷兰学者的模拟思路,从作物生长的主要生理过程人手,综合考虑气候变暖与大气中CO2浓度增加等因素对作物生长发育和产量形成的影响,修正了在一级生产水平下冬小麦生长模拟模式,使得模式能够对CO2浓度的变化做出相应的反应。经资料检验,在当前CO2浓度下,冬小麦总干重和穗干重的模拟平均相对误差小于10％,其它器官干重及叶面积指数的模拟也取得了较好的结果。运用改进后的模式模拟试验了未来气候变暖和CO2倍增对冬小麦生长发育的可能影响。     

应用地温预报冬小麦产量的积分回归实时预报模式初探

土壤是农作物赖以生存的必要环境,种子发芽、根系的形成和发育都是在土壤中进行的,因而农作物生长发育与土壤水热状况的关系最为直接。本文基于这样的认识,以河北省冬小麦为例分析了1961—1978年河北省冬小麦产量与0cm,5cm,10cm,20cm地温的关系,提出一个以冬小麦生育期地温观测资料实时预报冬小麦产量的积分回归模式,并进行了试报。     

土壤渍水胁迫对华北冬小麦籽粒灌浆及干物质分配的影响

利用少雨旱区华北冬麦主产区河北固城站的电动防雨棚,遮去自然降水,通过人工控制灌水形成土壤渍水、高湿、干旱和对照,冬小麦花后通过测定籽粒灌浆进程和地上生物量以及产量构成要素,解析不受阴雨和低温胁迫影响下土壤渍水对冬小麦籽粒灌浆速率及产量形成的胁迫效应。结果表明,随土壤水分的减少,冬小麦灌浆速率降低,灌浆持续日数缩短;灌浆期土壤高湿有增产效应,理论产量增产5.87%,土壤渍水出现减产,理论产量减产1.50%;高湿和渍水的收获指数比对照略有提高,并均高于0.5000;〖JP2〗干旱胁迫下,收获指数比对照低0.1130～0.1633。〖JP〗北方旱区灌溉解除了气候干旱对作物需水胁迫,晴好天气光照充足,日较差大,作物产量提高,土壤水分是影响北方冬小麦挖掘光温生产潜力和提高单产的关键限制因素。研究结果为应对气候变化引起极端降水事件对农业生产的影响,尤其是科学评估旱、涝灾害对北方旱区农作物的影响有一定参考意义。     

冬小麦土壤墒情预报及优化灌溉技术的计算机模型

利用土壤水分平衡方程，根据我省冬小麦的生长规律及冬小麦优化灌溉技术推广经验，建立了冬小麦土壤墒情预报及优化灌溉技术的计算机模型，利用该模型，可以较准确地预报未来1个月的土壤墒情变化，并可根据我省小麦的不同发育期给出以最高产量和最佳经济效益为目标的两种灌溉建议。     

土壤水分胁迫对冬小麦旗叶光合特性的影响

以土壤水分适宜做对照(CK),轻度水分胁迫(50%～70%)、中度水分胁迫(小于50%)3种处理在河北固城可控式土壤水分试验场,选择冬小麦灌浆初期的晴朗天气,采用Li-Cor 6400便携式光合作用仪,观测了3种处理的冬小麦旗叶光合作用参数的日变化。试验结果表明:土壤水分适宜时冬小麦旗叶净光合速率的日变化为"单峰型",未出现明显的"午休"现象,水分胁迫的处理都呈"双峰型",中度胁迫反而比轻度胁迫光合"午休"要短2h;3种处理的蒸腾速率日变化都呈"双峰型",气孔导度是反映叶片气体交换的重要指标,蒸腾速率与气孔导度成极显著正相关;土壤水分适宜或土壤干旱时冬小麦旗叶对环境变化的应变性较迟钝;轻度水分胁迫时冬小麦旗叶净光合速率比CK高2.8%～9.0%,蒸腾速率与CK基本相近,水分利用效率(WUE)比CK高10.6%～12.9%,这可能是一定程度的水分胁迫下冬小麦节水增产的生理调节机理。     

土壤相对湿度对冬小麦干热风灾害发生的影响

以华北黄淮地区高温低湿型冬小麦干热风灾害为研究对象,基于逐日逐时气象资料、分层土壤水分资料、灾情资料等,采用历史灾情反演、独立t检验等方法,将灾情记录中无明确记载和有明确记载土壤相对湿度影响干热风灾害的样本分为A类和B类,基于两类样本相互独立,厘定各土层对干热风灾害有影响的土壤相对湿度阈值,利用随机预留样本验证阈值的合理性。结果表明:分层和整层土壤相对湿度阈值均随土层深度增加而增大,其中整层阈值平均值近似60%;独立样本检验符合率在80%左右。为便于业务应用,选取10~20 cm土层相对湿度60%为土壤相对湿度对冬小麦干热风灾害影响的临界阈值。当土壤相对湿度大于等于60%时,土壤相对湿度对冬小麦干热风灾害影响显著;当土壤相对湿度小于60%时,土壤相对湿度对冬小麦干热风灾害影响较小,独立样本检验符合率达82.5%。该文为量化评估土壤相对湿度对冬小麦干热风灾害的影响提供了科学依据。     

冬小麦群丛反射率农业气象数值模拟研究

运用农业气象学、气象学等理论建立了一个冬小麦群丛反射率农业气象数值模式。模式由辐射日变化反演、土壤反射率日变化反演以及植被反射率模拟等子模式耦合而成,运用该模式可以利用常规气象资料对冬小麦群丛反射率日变化进行较准确的模拟,实测验证结果表明模拟最大相对误差为12．1％,平均相对误差为6．3％,该模式为进一步估算农田热量平衡以及进行农业微气象研究提供了理论方法,并可充当作物生长数值模式中的一个子模式。     

冬小麦气候适宜诊断指标确定方法探讨

在考虑土壤水分和降水对冬小麦各生长发育阶段影响不同的基础上,构建了冬小麦水分适宜度计算方法,结合冬小麦温度适宜度和日照适宜度计算模型,建立了冬小麦气候适宜度计算模型.利用不同时段的气候适宜度与冬小麦气象产量的关系,采用加权平均构建了冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜指数.利用历史气候适宜指数最大值、平均值、最小值和冬小麦观测试验资料,建立了冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜程度诊断阈值;并利用该阈值,建立了冀、鲁、豫地区冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜、基本适宜和不太适宜诊断指标,对提升农业气象定量评价服务具有十分重要的意义.