黑龙江省松嫩平原春季极端干旱变化特征及其与环流因子的关系

基于1961—2021年黑龙江省松嫩平原32个气象站3—5月逐日降水量数据和同期大气环流、海温指数资料,以最长连续无降水日数(LCDD)作为表征春季极端干旱的指标,运用数理统计方法分析了春季极端干旱空间分布特征和时间变化规律以及大气环流、海温对LCDD的影响。结果表明:松嫩平原地区春季极端干旱总体呈减轻趋势,变化速率为-1.2 d·10 a^(-1),年际间振荡较强,年代际变化总体呈下降态势,1960s最高,2000s最低,2010s小幅回升;松嫩平原春季极端干旱在1971年发生突变,存在3个主周期,即28、14、6 a;空间上呈西多东少分布,高值区位于松嫩平原西部;前冬11月—3月西太平洋副高面积指数、东大西洋-西俄罗斯遥相关型指数、印缅槽强度指数、北美大西洋副高面积指数、850 hPa西太平洋信风指数、北美区极涡强度指数等6个大气环流主导因子对LCDD影响极显著(P<0.01);黑潮区海温指数、亲潮区海温指数、尼诺4区海表温度距平指数和西风漂流区海温指数等4个海温主导因子对LCDD影响极显著(P<0.01)。LCDD能够表征松嫩平原极端干旱变化规律,前期大气环流因子和海温因子可作为其预测信号。

气候变化背景下黑龙江省东南部水稻增产潜力评估分析

研究旨在评估黑龙江省东南部水稻气候生产潜力,并分析其增产空间,以便为该地区合理有效利用气候资源、提高水稻生产力提供科学依据。通过收集发育期观测数据,确定了水稻播种、移栽及成熟的临界温度指标,并采用联合国粮食和农业组织(FAO)推荐的逐步订正法计算了水稻的气候生产潜力。进而还分析了多年气候变化对水稻生产潜力的影响。研究结果显示,播种期、出苗期和成熟期的临界温度分别为5℃、12.5℃、10℃。在五常、宾县、宁安地区,无论是从播种到成熟期间,还是从移栽到成熟期间,水稻的气候生产潜力均呈现出增长趋势。特别是在气候变暖的情况下,宁安地区的水稻生产受到了积极影响。通过对1961-2020年的数据进行分析,发现黑龙江省东南部从播种到成熟期的水稻单产增产潜力呈现先下降后升高的趋势,该地区的水稻实际生产力逐渐提高,即实际单产有所增加。然而,与其气候生产潜力相比,仍存在较大的差距,表明该地区水稻的增产空间仍然巨大。本研究的结果不仅为水稻生产的合理布局提供了科学依据,还为充分有效利用气候资源提供了指导。

2024年黑龙江省农业气象年景分析

基于黑龙江省2024年气候趋势预测结果,结合土壤旱涝预测模型、“十四五”国家重点研发计划项目建立的低温对主要作物生长影响评价模型、黑龙江省气候中心气象灾害风险预估模型,对2024年农业气象年景、作物生长季天气气候趋势进行综合分析,对可能出现的农业气象灾害进行初步预测,并提出相应建议,以期为政府部门统筹布局全省农业生产、农民合理安排农事生产活动提供科学参考。分析认为,2024年年景属平丰年(与近5年比较),影响2024年粮食生产的主要农业气象灾害为春播期东部局地内涝和西南部干旱,出苗期西部干旱和东部局地内涝,春季和夏季阶段性低温,夏季局地大风、冰雹、暴雨、内涝和阶段性干旱等灾害,其中暴雨洪涝和低温冷害发生风险较高。

黑龙江省大豆延迟型冷害指标构建及检验

黑龙江省大豆生长季冷害发生频次高、影响重,构建黑龙江省大豆延迟型冷害指标,对大豆防灾减灾、保障大豆安全生产具有重要意义。利用1961-2020年黑龙江省73县(市、区)大豆产量资料及气象站逐日温度资料,以5-9月各月月平均温度之和的距平值为致灾因子,利用致灾因子和减产率的线性关系确定冷害阈值,构建黑龙江省大豆延迟型冷害指标并验证。结果表明:研究区大豆在5个种植区轻度冷害阈值分别为-1.8℃、-1.9℃、-1.9℃、-2.0℃、-2.0℃,中度冷害阈值分别为-2.0℃、-2.2℃、-2.3℃、-2.4℃、-2.6℃,重度冷害阈值分别为-2.2℃、-2.5℃、-2.7℃、-2.9℃、-3.1℃。经检验,大豆延迟型冷害指标对冷害发生趋势判识平均准确率83%,对冷害发生等级判识平均准确率62%,典型冷害年判识冷害平均准确率93%。综上所述,大豆延迟型冷害指标界定及评价黑龙江省大豆生长季延迟型冷害准确率较高,指标获取容易且实用性强。

黑龙江省大豆渍害过程雨量指标构建

为定量评估黑龙江省大豆渍害灾损程度,本文以黑龙江省为研究区域,大豆为研究对象,基于研究区75个气象站1961—2022年长时间序列大豆渍害历史资料、降水量资料及27个农业气象站1980—2022年大豆生育期资料,利用柯尔莫哥罗夫-斯米尔诺夫检验及置信区间阈值法,构建黑龙江省大豆关键生育期渍害过程雨量等级指标,通过预留的渍害样本进行指标验证,同时分析研究区大豆渍害时空分布特征。结果表明:降水过程在1~5 d范围内大豆轻、中、重度渍害雨量下限值,出苗~三真叶期分别为53,86和111 mm,开花~结荚期分别为62,95和113 mm;降水过程6~7 d大豆轻、中、重度渍害雨量下限值,出苗~三真叶期分别为90,113和147 mm,开花~结荚期分别为97,119和140 mm。黑龙江省大豆渍害平均发生次数高值区主要位于中部、东北部、南部和西部局部地区,1981、1984、1985、1991、1994、1998、2012、2013、2017和2019年发生较多。指标验证结果及大豆渍害时空分布特征与历史灾情记录较吻合。研究结果对黑龙江省大豆安全生产具有重要意义。

1971—2020年松嫩平原易旱区气象因子与粮食作物的关系探究

为探究松嫩平原易旱区气温、降水变化对粮食作物玉米和水稻的影响,基于1971—2020年齐齐哈尔市10个气象站点气温、降水、产量资料,运用线性趋势拟合、多元线性回归和R/S分析法,分析了研究区作物生长季气温、降水长期变化趋势,构建气象因子与玉米、水稻气象产量的关系模型,探索气温、降水未来变化趋势。结果表明:1971—2020年,研究区作物生长季及各月平均气温、最低气温总体呈上升趋势,最高气温变化不显著;生长季降水量显著增加,各月降水量呈微弱波动上升趋势;生长季及各月气温异常或接近异常偏冷(暖)年份共27 a,冷年主要集中于1970s—1980s,暖年主要出现在21世纪,降水异常或接近异常偏多(少)年份共24 a,主要出现于1990s以后;7月平均气温及8月最低气温、最高气温、降水量与玉米气象产量存在相关性(p<0.05),7月最低气温及9月最高气温、最低气温、降水量与水稻气象产量存在相关性(p<0.05),表明盛夏至初秋温水条件显著影响玉米和水稻产量形成;未来研究区作物生长季气温、降水条件继续呈暖湿化趋势,玉米、水稻对本地气候资源的利用仍有较大空间。

1980—2005年松嫩平原土壤湿度对气候变化的响应

基于松嫩平原16个农业气象站1980—2005年作物生长季的旬土壤湿度、月气温和月降水量观测资料,采用统计分析方法,分析了研究区表层(0～30cm)土壤湿度的时空变化特征及其对气温、降水量等气候变化的响应.结果表明:1980—2005年间,松嫩平原不同区域作物生长季表层土壤湿度均呈减小趋势,松嫩平原表层土壤存在干旱化趋向,其中,西部和南部地区尤为明显;20世纪90年代以前,研究区表层土壤处于比较湿润阶段,之后土壤湿度持续降低,并发生了偏干现象;研究期间,松嫩平原作物生长季平均气温呈周期性波动上升,每6a一个周期,期间小幅波动,1992年开始明显上升;生长季降水量的年际变幅较大,存在一个4～5a的波动周期;研究区作物生长季表层土壤湿度与气温呈极显著负相关关系,与降水量呈极显著正相关关系(P<0.01).气温和降水量是影响松嫩平原作物生长季表层土壤湿度变化的主要气候因素.

黑龙江省影响水稻安全生产的气象要素

在分析水稻安全生产条件的基础上,探讨了有关气象因素及灾害对水稻生长发育和产量的影响。重点分析了地区冷害的发生状况及干湿条件,在充分考虑黑龙江省地区气候特征、农业生产区域及品种熟性的基础上,确定了影响水稻安全生产的灾害和气象指标。利用多年气象资料,计算了黑龙江省各地的冷害发生机率及稻田干燥度指数等,通过指标对比分析,初步提出了黑龙江省水稻安全生产的区域划分,为水稻生产的防灾减灾提供了科学的气象依据。

黑龙江水稻孕穗期障碍型冷害及其对产量的影响

以连续3d以上日均气温≤18℃为指标判定障碍型冷害,利用黑龙江省稻作区1961-2006年每年7月中-下旬逐日平均气温和水稻产量资料,采用气候统计方法分析水稻孕穗期障碍型冷害的发生特征,在此基础上利用多元线性回归方法分析水稻实际单产与孕穗期障碍型冷害期间平均温度和低温持续时间的关系。结果表明:1961-2006年,黑龙江省稻作区水稻孕穗期障碍型冷害呈现不规律的时间变化特征,共有17a发生,发生范围大、持续时间长、平均气温低的年份有1964、1971、1990和2006年,20世纪80年代发生最多,为7a,20世纪90年代发生最少,为1a。研究期间,孕穗期障碍型冷害的发生频率在地域上呈现由北向南、由东向西减少的趋势,北部最多,西部最少;在同一冷害年内,孕穗期障碍型冷害的发生具有明显的区域差异,冷害的发生程度在区域上表现为东部重于西部,北部重于南部。水稻实际单产与孕穗期障碍型冷害期间平均温度和低温持续时间具有极显著的相关关系(P<0.01),孕穗期障碍型冷害期间平均温度每下降1℃,水稻单产降低1234.177kg/hm2,孕穗期障碍型冷害持续时间每延长1d,水稻单产下降104.208kg/hm2。

黑龙江省气温日较差的变化趋势及其与作物产量的关系

利用1971-2010年黑龙江省14个农业气象站地面气象观测资料,对黑龙江省粮食主产区气温日较差的时间变化特征和空间分布进行分析,并应用相关统计法分析其与主要粮食作物玉米和水稻产量的关系。结果表明,1971-2010年,研究区气温日较差(DTR)整体呈下降趋势,下降幅度春季>农事活动期>夏季>秋季。全省范围内,DTR多年平均值的空间分布不存在明显的纬向或经向变化规律,总体上山区DTR值高于平原;整个分析期内,各地DTR下降趋势不一致,其减小幅度呈西高东低的态势,松嫩平原及牡丹江半山区的下降趋势强于三江平原,各季节DTR空间变化也存在局地差异。研究区内64%站点不同时间尺度的DTR与玉米、水稻的产量存在显著的相关关系,农事活动期、春季和夏季DTR的减小对作物增产有利,而秋季DTR一定程度的增大对作物增产呈有利趋势。

黑龙江省玉米产量预报模式的研究

通过对玉米生长过程的干物质累积曲线进行逐时段的温度和水分订正,建立了黑龙江省玉米气候产量的预测模式,为玉米产量预报提供了科学依据。

黑龙江省近三十年气候变化对大豆发育和产量的影响

基于黑龙江省10个农业气象观测站1980～2008年地面观测田平行观测资料和逐日气象资料,运用数理统计方法,分析了研究区影响大豆生产的主要气候要素的时空变化规律以及气候变化对大豆发育和产量的影响。结果表明:研究区总体气候变化表征为暖干化趋势,即热量增加,生长季平均气温升高,无霜期延长,开花至成熟期降水减少,鼓粒至成熟期日照增加,且区域间存在差异,南部地区光热资源增加明显。不同区域、不同发育期,大豆对气候响应均存在差异,总体上,大豆播种期、出苗期和三叶期无明显变化,但西部地区异常提前;开花期呈提前趋势,三叶至开花期间日数缩短,北部和中部缩短明显;结荚期、鼓粒期和成熟期略有提前,增温是导致大豆发育期提前的主要原因之一。在一定阈值内,大豆单产随着生长季平均气温的升高而增加,说明一定程度的增温对大豆产量有正效应。因此,气候暖干化趋势对大豆生产的影响是利弊兼存,在选择品种、引进品种、种植布局等方面应给予重点关注。

2013年黑龙江省主汛期降水异常特征及其对作物产量影响的分析

利用黑龙江省77个气象台站1961-2013年6-8月逐日降水资料,采用降水集中度和集中期、统计回归等方法,分析了2013年黑龙江省主汛期降水异常的气候统计和时空分布特征,与1998年数据进行了对比分析,并探讨评估了其对粮食作物产量的影响。结果表明:黑龙江省2013年主汛期雨日多、大范围连续强降水密集且早发,降水异常偏多,降水量为近53年的最高极值;空间分布上不存在明显的经向或纬度变化规律,降水高值区主要分布在松嫩平原,沿江流域站点平均降水量略少;时间变化上呈少一多-少的分布,强降水集中期为7月上旬,也足主汛期内降水最多时段。2013年主汛期降水与1998年在时空分布上存在差异,降水量、持续时间均超过1998年,尤其表现在黑龙江流域,但1998年降水的局地性和突发性较强。采用FY-3A/MERSI卫星数据持续跟踪监测作物被淹没面积,以WOFOST模型模拟受淹前的平均单产,依据淹没时间超过7 d时作物无有效产量进行估算,2013年黑龙江省13个行政区因流域性洪涝灾害导致水稻和玉米总损失产量合计达3.97×10~9kg。

黑龙江省土壤湿度的气候响应及其与大豆产量的关系

利用黑龙江省32个农业气象站1980~2007年作物生长季的旬土壤湿度、月气温和月降水观测资料,采用统计分析方法,分析了研究区表层（0~30 cm）土壤湿度的时空变化特征及其对气温、降水量等气候变化的响应,建立了研究区大豆产量与土壤湿度的关系模型。结果表明：1980~2007年间,黑龙江省不同地区作物生长季表层土壤湿度均呈减小趋势,黑龙江省表层土壤存在干旱化趋向,其中,西部地区尤为明显;20世纪90年代以前,研究区表层土壤处于比较湿润阶段,之后土壤湿度持续降低,并发生了偏干现象;研究期间,黑龙江省作物生长季平均气温呈周期性波动上升,每6 a一个周期,期间小幅波动,1992年开始明显上升;生长季降水量的年际变幅较大,存在一个4~5 a的波动周期;研究区作物生长季表层土壤湿度与气温呈极显著负相关关系,与降水量呈极显著正相关关系（P〈0.01）,气温和降水量是影响黑龙江省作物生长季表层土壤湿度变化的主要气候因素;研究区大豆产量与表层土壤湿度存在极显著的相关关系（P〈0.01）,土壤偏干或偏湿对大豆产量的形成均存在不利影响。

黑龙江省玉米苗期低温冷害与干旱混发特征及其对产量的影响

利用1981—2016年黑龙江省玉米农业气象观测站的资料,引入中华人民共和国气象行业标准中≥10℃积温距平、水分亏缺指数(K CWDI)等指标,分别对玉米出苗~七叶期冷害、干旱进行判识,规定同一站点同一年份内冷害、干旱均有发生为两种灾害混合发生,并分析其时空分布特征,以数理统计方法构建积温距平、K CWDI与玉米单产的关系,同时应用相对产量方法探讨两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~七叶期≥10℃积温距平呈增加趋势(P<0.01),空间上具有北低南高的纬向特征,K CWDI随时间呈波动式变化,空间上表现为西多东少的经向规律,两种灾害指标的变化对气候变暖趋势及研究区资源分布配置具有明显响应;研究期间,各站玉米出苗~七叶期冷害、干旱混合发生年数为0~10 a,研究区累计发生59 a。时间上,两种灾害混合发生呈减少趋势,1990年代中期以前为高发期,之后发生频率下降。空间分布上,两种灾害混合发生表现为由西至东减少趋势,频发区处于松嫩平原西部;玉米出苗~七叶期≥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(P<0.05或P<0.01),前者为正效应影响,后者为负效应影响,表征≥10℃积温距平升高、K CWDI减小,玉米产量呈升高趋势,反之呈下降趋势;玉米出苗~七叶期冷害与干旱混发逆境对玉米产量影响总体以负效应为主。

黑龙江省主汛期异常降水变化及其与洪涝的关系研究

利用黑龙江省80个气象站1971-2016年6-8月逐日降水资料,参考国家标准规定大雨、暴雨为异常降水,采用数理统计方法,分析了黑龙江省主汛期内(6-8月)异常降水的变化特征,并构建了异常降水量与洪涝面积的相关关系。结果表明:1971-2016年间,研究区主汛期内异常降水在时间上呈现非连续性发生特征,空间上呈现分散性特征,上述特征在相同时间内暴雨较大雨更为突出,不同时间内6月最显著,而7月异常降水相对集中;研究期间,研究区各站主汛期内异常降水量呈大幅度波动变化,年际间振幅大,相同时间内暴雨事件降水量震荡更强,不同时间内大雨事件主汛期降水量变化最剧烈、暴雨事件7月降水量变化最剧烈。异常降水量在空间分布上存在差异,高值区主要分布在松嫩平原,松嫩平原为异常降水多发区域;1971-2016年间,研究区6月异常降水与洪涝相关不显著,主汛期、7月和8月大雨或暴雨事件的降水量均与洪涝面积具有极显著的正相关关系(P<0.01),表明异常降水对洪涝面积为正效应影响作用,其中主汛期大雨对洪涝影响最显著,7月大雨、暴雨影响均较显著。