1960-2020年黄河流域农业热量资源时空演变特征

[目的]气候变暖将改变农业热量资源的时空分布,对黄河流域农业热量指标进行分析,可为区域合理利用农业气候资源提供依据。[方法]基于1960-2020年黄河流域89个气象站点逐日气象资料,运用线性趋势估计和Mann-Kendall突变检验等方法分析了黄河流域年平均气温,≥0℃和≥10℃的初终日、持续日数和有效积温的时空变化特征及其影响因素。[结果]近61 a黄河流域平均气温、≥0℃和≥10℃有效积温分别以0.29℃·(10 a)^(-1)、70.23℃·d·(10 a)^(-1)和34.50℃·d·(10 a)^(-1)的倾向率呈上升趋势,≥0℃和≥10℃持续日数呈增加趋势,倾向率分别为3.33 d·(10 a)^(-1)和2.78 d·(10 a)^(-1)。≥0℃和≥10℃初日呈提前趋势,倾向率分别为—2.16 d·(10 a)^(-1)和—2.14 d·(10 a)^(-1),≥0℃和≥10℃终日呈延迟趋势,倾向率分别为1.16 d·(10 a)^(-1)和0.63 d·(10 a)^(-1),≥0℃和≥10℃初日提前的幅度大于终日推迟的幅度,≥0℃初终日和持续日数变化幅度大于≥10℃相应指标变化幅度。近61 a黄河流域年平均气温、≥0℃和≥10℃有效积温分别于1996、2003和1997年发生突变。黄河流域上、中、下游地区各热量指标变化趋势与流域整体变化一致,上游地区变化幅度相对较大。从空间分布来看,由上游、中游到下游地区年平均气温逐渐增加,≥0℃和≥10℃有效积温逐渐增加,初日逐渐提前,终日逐渐推迟,持续日数逐渐延长。[结论]黄河流域农业热量资源呈增加趋势,热量指标主要受海拔高度和年平均气温影响。西太平洋副高强度指数、太平洋副高强度指数和东大西洋遥相关型指数是影响近61 a黄河流域农业热量指标变化的主要大气环流因子。

热量资源对浙江甘蓝型冬油菜生育期及产量的影响

为研究气候变暖背景下热量资源变化对浙江甘蓝型冬油菜的影响,利用国家一级农业气象试验站浙江龙游站2000—2020年甘蓝型冬油菜生育期、产量及生长季内逐日气象资料,采用一元线性回归方程、Pearson相关系数、5 d滑动平均、3 a滑动平均等统计方法,分析多时空、多要素热量资源对浙江甘蓝型冬油菜生育期及产量的影响。结果表明,20 a来浙江省龙游县秋、冬、春三季平均气温呈明显上升趋势,其中冬季年际分布差异最大,并于2020年达到峰值。稳定通过10℃界限温度的初、终日表现均为提前,且持续日数呈显著性增加趋势,但最长、最短日在缩短;寒冷日数呈减少趋势,高温日数有所增加。20 a油菜现蕾期提前,其他生育期推迟,推迟最明显的为绿熟期,冬季现蕾期提前主要受1、2月气温影响。全生育期近年有所增加,成熟期明显提前,≥10℃活动积温增加。油菜实际产量和趋势产量均呈增加趋势,气候产量也呈增加趋势,但年际间波动较大。10月下旬—11月下旬(五真叶至成活期)气温呈升高趋势,且10月下旬平均气温与气候产量呈显著性正相关,有利于越冬前油菜苗稳健生长,促进子叶生长,形成壮苗。油菜越冬期内气温偏低、入春后气温偏高是影响油菜产量的主要气候因子。初终日提前,油菜适当晚播,有利于提高油菜苗期热量利用率,稳健壮苗,促进早现蕾、早抽薹,依靠壮茎和薹蕾夺取油菜高产丰收。

博州地区近30年热量资源变化对棉花生育期的影响

利用博乐市、精河县2个国家基本气象站1991—2020年气象资料,采用相关分析、气候倾向率、突变检验等统计分析方法分析了近30 a博州地区热量资源变化对棉花生育期的影响。结果表明:(1)棉花生育期月平均气温、≥10℃积温呈明显上升趋势,≥35℃高温日数呈缓慢增加趋势;初霜期延后,终霜期提前,无霜期延长;日照时数呈缓慢增加趋势。(2)棉花生育期平均气温、≥10℃积温、无霜期的突变,博乐分别发生在2005、2008、2008年,精河分别发生在2005、2005、2011年,突变后两地平均气温分别增加0.6、1.2℃,≥10℃积温分别增加247.1、334.4℃·d,无霜期分别延长13.6、11.4 d;棉花生育期日数呈现增加趋势,博乐市、精河县变化趋势率分别为1.9、7.5 d/10 a。(3)相关分析表明,平均气温、10℃积温越高,棉花各发育期越提前,生育期越长;35℃高温日数越多,现蕾期、开花期、裂铃期越提前;无霜期越长、日照条件越好,对棉花生长越有利。(4)气候变化对博州地区棉花生产以有利为主。

气候变化背景下河北夏玉米生长季热量资源利用率时空变化

探究夏玉米生长季热量资源利用率的时空分布特征,可为夏玉米品种布局调整、保障高产稳产提供理论依据。基于河北省夏玉米主产区15个农业气象观测站1981—2019年逐日气象数据、玉米及后茬轮作小麦的发育期观测数据,利用回归分析及空间插值等方法,分析气候变化背景下夏玉米生长季热量资源利用率时空变化。结果表明,1981—2019年河北省夏玉米潜在生长日数无显著变化、潜在积温显著增加(P<0.05);生长季热量资源利用率显著增加(P<0.05),生长日数利用率从1981年的80.4%提高到2019年的94.5%,积温利用率从1981年的84.5%提高至2019年的94.9%。河北地区夏玉米潜在生长季日数、潜在积温呈现南多北少的空间分布;生长日数利用率及积温利用率整体呈现南低北高的分布特征,其中廊坊地区生长日数利用率及积温利用率均较高(95%以上),邯郸生长日数利用率较低(85%以下)。1981—2019年夏玉米花前积温与花后积温气候倾向率分别为19.6、58.7℃·d·(10 a)^(-1),花后积温的上升速度明显高于花前积温,积温比呈现明显下降趋势,从1981年的1.6下降到2019年的1.1,下降28.5%。研究表明冀南地区夏玉米气候资源利用率仍有一定的提升空间,可以选用生长季更长的中熟和晚熟品种,育种或栽培上可选择灌浆阶段更长的品种,充分利用生长季热量条件,提高玉米产量。

江西省不同播期早稻热量资源利用分析

基于江西省1961—2022年83个气象台站的日平均气温资料,利用气候倾向率、MK突变检验等分析方法,分析了近62 a江西省不同地区稳定通过10℃初日、农户正常播种时间、2022年全省85个县早播示范点播种时间的热量资源变化特征及不同播期间热量资源差异。结果表明:(1)早稻的正常播种时间较早播和10℃初日播种时间偏晚10 d以上,各播期赣南播种时间均早于赣北。(2)各播期全生育期内平均气温和积温呈逐渐上升趋势,早播和10℃初日的升高幅度明显大于正常播期;正常播期下全生育期的平均气温显著高于早播和初日,但积温显著低于早播和初日全生育期积温。(3)与正常播期相比,赣南早播和10℃初日全生育期积温的增加幅度大于赣北,早播和10℃初日全生育期积温赣南整体平均偏高8.00%以上。(4)通过突变检验可知,各播期平均气温和积温的突变年份均为2000年前后。因此,在农户正常播期条件下,适当提前早稻播种期有利于延长双季稻生长期以及提高当地热量资源利用率。

充分利用热量资源适时早播夺高产

通过对双鸭山市热量资源的分析,分析了近几十年气候变暖的趋势,提出合理利用热量资源,适时早播夺积温的建议;并根据对自然物候“杨树萌芽”与大田播期相关的分析,找出用杨树萌芽始期适时早播大田作物的指标,建立了预报方程,计算出可靠、客观的播种时间,以充分利用当地的温度资源,提高单位面积产量。

1991-2020年内蒙古兴安盟热量资源变化特征及区划

利用内蒙古兴安盟8个国家气象观测站1991—2020年的日平均气温数据,对兴安盟30年间10℃活动积温变化特征进行了分析,同时,结合周边呼伦贝尔市、通辽市、吉林省10个气象观测站同时间段日平均气温数据,构建了兴安盟10℃活动积温、稳定通过10℃初终日及持续日数的精细化推算模型,最后,结合兴安盟地理信息数据绘制了热量资源精细化区划图。结果表明:1991-2020年兴安盟10℃平均活动积温气候倾向率为103.64 (℃·d)/10 a,呈显著增加趋势,其变化大致可以分为4个特征明显的阶段。与上一代际相比,1991-2020年各站点10℃活动积温平均值均有所增加,≥2800℃·d区域所占面积约增加5553 km^(2),其他等级10℃积温区域面积均不同程度减少,各等级区域边界均向西北移动。

1980—2021年甘南高原农牧业热量资源的时空变化分析

利用甘南藏族自治州8个气象台站1980—2021年的逐日气象观测资料,运用气候倾向率、Mann-Kendall检验、滑动t检验和ArcGIS普通克里金等方法,研究甘南高原农牧业热量资源的时空变化特征。结果表明:在气候变暖大背景下,42年来,甘南高原≥0℃、≥10℃积温和持续日数均呈现出显著增加的趋势,≥0℃、≥10℃积温均在1997年发生了突变。空间上各要素均表现为东高西低的特点;年代际均值除了高海拔地区,其余各地均表现出自西向东逐渐增加的特征。从持续日数占比来看,合作、临潭、碌曲、夏河、玛曲≥10℃活动积温持续日数占比均小于50%,舟曲、迭部占比大于50%。全球气候变化导致了甘南高原农业热量资源的增加,从而对甘南高原农业产业布局和结构产生影响,需合理利用气候资源,趋利避害,提高农牧业应对气候变化的能力。

1961-2020年齐齐哈尔市热量资源时空变化特征

利用齐齐哈尔市境内及周边共21个国家级气象观测站点的逐日平均气温数据,采用气候倾向率、累积距平、Mann-Kendall检验方法、Pettitt检验方法以及基于DEM的多元线性回归插值方法分析了1961-2020年齐齐哈尔市热量资源时空变化特征。结果表明;齐齐哈尔市热量资源受纬度和地势影响,由西南向东北逐渐减少。近60 a热量资源呈增加趋势,≥10℃积温呈增加趋势,气候倾向率为71.65℃/10 a,在1993年发生暖性突变,1998年后上升显著,初日提前,终日推迟,持续日数增加。积温<2500℃·d面积明显收缩,>2700℃·d面积明显扩张,进入20世纪90年代后大幅度向北扩张。与1961-1990年相比,1991-2020年≥10℃积温增加232.9℃·d,2700℃·d积温等值线北移约1个纬度,积温>2700℃·d面积增加了50%。本研究表明在气候变暖的大环境下,齐齐哈尔市的热量资源发生了较大变化,结果可为区域气候条件评估和规划农作物适宜种植区提供重要科学依据。

1961-2010年中国农业热量资源分布和变化特征

利用全国508个气象站点1961-2010年地面气象观测资料,采用气候倾向率和GIS方法研究了近50a全国尺度热量资源分布,并比较分析1961-1980年(Ⅰ)和1981-2010年(Ⅱ)两个时段的热量资源变化特征。结果表明:全国热量资源分布不均匀,总体特征为南多北少,东部主要受纬度的影响,西部则受地形影响。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ平均温度0℃、10℃和15℃等值线均存在北移现象;日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数平均增加5.5d和4.7d;日平均气温≥0℃和≥10℃积温分布和变化趋势相似,华南地区5500~6100℃·d(≥0℃积温)和5300~6500℃·d(≥10℃积温)积温带面积分别增加5.32×104km2和1.92×103km2。1961-2010年,平均温度气候倾向率为0.27℃/10a,增暖趋势显著,且北方增暖趋势较南方明显;最低、最高温度气候倾向率分别为0.37℃/10a和0.21℃/10a。≥0℃积温和≥10℃积温增加趋势大体一致,约为70℃·d/10a。近50a,全国热量资源(平均温度、最高、最低温度和积温)呈增加趋势,且最低温度变化幅度高于最高温度,对气候增暖起主要作用。气候增暖将对农业生产的空间分布产生影响,使基于原来指标和气候确定的农业气候区划边界与当前气候现实存在偏离,研究热量资源的分布和变化对合理利用热量资源,确定合适的农业气候指标和作物种植区域具有指导意义。

湖北省水稻生长季热量资源变化特征及其对水稻生产的影响

为了研究近50a来湖北省热量资源的变化特征及其对水稻生产的影响,利用湖北省1961-2008年水稻产区的气象资料,计算了水稻生长季主要热量资源要素包括农业界限温度持续时间和积温、气温日较差等的变化趋势,并分析了其变化对水稻生产的影响。结果表明:稳定通过8、10、12℃初日提前、稳定通过20、22℃终日推迟、间隔期延长,积温增加,水稻适宜种植期延长;10℃初日至20℃(22℃)终日持续日数在大部双季稻种植区都有不同程度的延长,积温也有不同程度的增加。大部分地区水稻生长季气温日较差和早稻、中稻、晚稻灌浆期日较差呈减少趋势,西部减少趋势小于东部。可将早熟品种换种生育期相对较长、产量相对较高的中熟、迟熟品种,以提高水稻单产;双季稻种植范围可以适当向北部水源充足、灌溉条件较好的地区推移,以提高水稻总产。

气候变暖对贺兰山东麓酿酒葡萄热量资源及冷冻害的影响

利用宁夏贺兰山东麓各地1981年以来气象资料,分析了气候变暖对酿酒葡萄生育关键期主要热量资源和冷冻害的影响。结果表明:1981年以来,随着气候变暖,贺兰山东麓酿酒葡萄发育期4—9月各地各月平均气温显著上升,1997年前后发生突变,突变后部分年份较常年同期偏高1℃以上,其中放条萌芽期4月平均气温上升显著,但月内波动幅度增大,酿酒葡萄遭受霜冻或强降温危害的风险增加;7—8月浆果生长和成熟期低温事件发生的可能性仍然较大;气候变暖使活动积温显著增加,中晚熟品种积温保证率达100%,4—9月3300℃(成熟度高,葡萄酒质量好的临界积温)的积温保证率明显提高;无霜期延长,晚熟品种的保证率提高,部分年份活动积温和无霜期满足极晚熟品需求;大部分地区冬季低温冻害相关要素变化趋势都不显著,其中出现持续低于-17℃(冬季受冻临界气温)日数减少,极端最低气温升高,但仍然低于-17℃,惠农、贺兰、平罗、银川20 cm深度-4℃以下日数减少;春季适宜放条期后出现霜冻的年份和日数增多,霜冻过程的最低气温明显降低,出现伴随霜冻的中等及以上强度冷空气频率和次数增加,强度增强。气候变暖对宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄生产有利有弊,不同品种酿酒葡萄对气候的适用性不同,因此在酿酒葡萄生育各关键期,仍需加强极端天气气候事件和气象灾害的监测和防范工作,减轻或避免气候条件变化对酿酒葡萄产业发展的不利影响。

近50年东北地区热量资源变化特征

利用1951—2005年东北地区100个气象站日平均气温资料,得出各年代稳定通过10℃,0℃积温及其持续天数和起止日期分布的变化,进而分析了气候变暖背景下东北地区热量资源的变化特征。结果表明:东北地区气温持续增暖,线性趋势达0.4℃/10 a,较我国其他地区更为显著,且与各热量资源指标有较好的相关性。东北地区气候变暖使得稳定通过10℃,0℃积温普遍显著升高,且稳定通过10℃,0℃积温的持续天数也普遍显著增加;稳定通过10℃,0℃积温和持续天数的等值线在东北平原和相对平坦的内蒙古高原向北大幅度推进,而在山区有向高海拔地区抬升的趋势;稳定通过10℃,0℃积温持续天数普遍增加是受到起始日期提前和终止日期延后的影响,而且起始日期提前比终止日期延后的影响更明显。东北地区热量资源的变化有利于东北地区粮食产量的提高和稳定。

东北地区热量资源栅格化信息系统的建立和应用

利用东北地区 172个气象台站 3 0a(1961年～ 1990年 )的整编温度资料和东北地区 5 0 0m× 5 0 0mDEM数据 ,建立了东北地区温度要素的空间分布模型。结果表明 ,温度要素的宏观本底值的模拟以三维二次幂级数展开法效果较好 ,其误差气温多在 0 2℃～ 0 4℃ ,≥ 10℃初日、终日为 1 1d～ 2 0d ,≥ 10℃初终间隔日数为 2 2d～ 2 9d ,≥ 10℃积温为 5 6℃·d～ 89℃·d。 3省各温度要素的小地形影响程度不同 ,文中对小地形影响显著的要素进行了模型修正。利用建立的温度要素空间分布模型 。

辽西地区热量资源分析与栅格化

利用辽西地区16个气象台站30年（1971年～2000年）的整编温度资料，时辽西地区主要热量资源的现状和变化进行分析，结果表明：在全球变暖的大背景下，辽西地区热量资源变得更加丰富，20甘纪90年代年平均气温升幅达0．56％，≥10℃积温30年间增加了158．5℃。借助GIS技术和数学模拟技术，时辽西地区部分重要的热量资源条件进行栅格化，构建了6种气候要素的小网格推算模型，经过小地形订正，生成为100m×100m空间高分辨率的栅格数据库和相应的专题数字地图，以满足多方面的需求。

北疆农业热量资源时空变化及其对熟制的影响研究

利用1961—2012年北疆48个代表站的年平均气温、无霜冻期和≥10℃积温气象资料,采用气候倾向率、Mann-Kendall检验和Arc GIS中反距离权重插值等方法分析了北疆各县市农业热量资源的时空变化及其对熟制的影响。结果表明,近52年北疆年平均气温、无霜冻期和≥10℃积温分别以0.36℃·10a-1、4.7 d·10a-1和80.66℃·d·10 a-1的倾向率呈增加及延长趋势,其中塔城地区、伊犁河谷和阿勒泰地区较其它地区增温明显。各气象要素均在20世纪80年代之后发生突变,突变年后农业热量资源增加明显,作物熟制从仅满足一年一熟逐渐向多熟制发展,表现为,突变后一年三熟的地区较之前以吐鲁番市为中心向周边地区扩大,一年二熟的地区扩大到精河县-克拉玛依市沿线以东,克拉玛依-奇台-鄯善沿线以南天山以北的大部分地区和伊犁河谷西部以及哈密市周边地区,而二年三熟地区增加较小,一年一熟的县市呈继续向高纬度地区减少的趋势变化。

宁夏扬黄新灌区热量资源的网格点推算

为了对无资料地区的温度分布及热量时空分布状况进行详细推算 ,对以往的小网格气候订正公式进行了改进 ,引入不同季节太阳高度角对坡面辐射的影响 ,并用线性内插确定界限温度的初终日期 ,以利用逐旬气候资料进行小网格订正 ,从而得出了红寺堡、兴仁堡、清水河中下游及罗山东鹿网格点温度分布 ,形成了包括年、季、月、旬温度场 ,各界限温度初终日期、持续日数及积温场小网格数字化图集。

北京地区不同保证率下热量资源的推算及结果分析

热量资源是农业生产的一个很重要的制约因素。为了更好地为北京市农业生产提供基础数据,为设施农业工程、种子基地、蔬菜基地、林果基地的建设以及山区气候资源的开发利用等提供热量资源的科学依据,该文基于1km×1km网格,在以往工作的基础上,引入云量订正方法,建立了不同保证率(80%、90%、95%)下的各月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温的回归方程,对北京地区的热量资源进行了推算,在此基础上求算出不同保证率下≥0℃积温和≥10℃积温,得出各种热量资源的地理分布,并对推算的结果进行了误差分析。

沙漠增温效应特征及绿洲农业热量资源分异规律的研究

为了进一步认识绿洲高效农业特殊的热量资源,通过研究沙漠增温效应特征表明:沙漠增温效应强弱随距离沙漠远近而不同,100km范围内沙漠对绿洲的平均增温为1 76℃;另外增温效应导致绿洲日、年温差大、干热风及冷害等气候特征;由于沙漠的面积、地貌特点等的差异,使增温效应产生原因及作用程度不尽相同,表现出绿洲农业资源分异规律,并将西北干旱区绿洲分为5个类型区。

黑龙江省热量资源变化及其对作物生产的影响

气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971—2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性倾向率、累计距平、M-K检验和经验正交函数(EOF)方法等统计方法,分析了热量资源变化特征及突变特征,以及对农业生产的可能影响。结果表明:≥10℃积温和≥0℃积温分别以86.7℃?d?(10a)-1和80.5℃?d?(10a)-1的速率显著增加,无霜期呈延长趋势[倾向率为3.8 d·(10a)-1];≥10℃积温和无霜期在1993年发生突变,突变后二者初日提前,终日延后。≥10℃积温和≥0℃积温的增加幅度西部大于东部,无霜期延长幅度中西部大于东北部,农业热量资源变化幅度大的地区亦是热量敏感区域。热量资源增加对农业的影响,表现在农作物适宜生育期延长;适宜水稻和玉米种植的区域向北、向西扩张,大豆种植重心北移;原适宜种植极早熟、早熟品种的区域逐步被中熟、中晚熟品种替换。热量增加使水稻、玉米和大豆三大作物产量的进一步提高成为可能。