湖北漳河灌区中稻气象产量变化特征及预测模型

准确的气象产量是正确评估气象条件对粮食产量影响的前提。为了探究湖北漳河灌区单季稻气象产量的时间序列变化规律,尝试通过三点滑动平均法、HP滤波法和一次指数平滑法、二次指数平滑法4种方法将漳河灌区1975—2020年的水稻单产数据分离为水稻趋势产量及气象产量,通过相关分析筛选水稻8个生育阶段的主要气象因子,然后与分离的气象产量构建水稻预测模型。结果表明:4种分割方法均能较好地反映气象产量序列与湖北省生产力发展水平的区域一致性特点,多年平均气象产量占总产量的比例约为3.39%,但2008年以后其占比达到10.1%。相关分析识别出抽穗开花期最低气温、拔节孕穗期最高气温、分蘖后期平均气温、返青期最低气温、乳熟期蒸发量和育苗最低气温是影响气象产量的主要因子,该模型在率定期(1976—2014年)和验证期(2015—2020年)的相对误差均在5%以内,模型的决定系数R 2为0.994。预测模型有助于研究未来气候变化下的区域水稻产量的变化。

2013-2020年海河流域农田水热碳通量及气象要素观测数据集

本研究以海河流域官厅水库旁农田生态系统为研究对象,采用蒸渗仪、涡动相关仪、大孔径闪烁仪和自动气象站/气象要素梯度等观测系统,开展农田生态系统多尺度通量和气象要素的长期定位观测。本数据集由多尺度通量(米,百米,公里级)和气象要素数据组成,观测项目包括生态系统净碳交换量、潜热通量/蒸散发、感热通量、空气温度、空气相对湿度、风速、风向、向下/上短波辐射、向下/上长波辐射、净辐射、大气压、降水、红外辐射温度、光合有效辐射、土壤温度、土壤水分、土壤热通量、平均土壤温度等。本数据集经过了严格的处理和质量控制,可用于研究水库消涨对周边生态系统碳水等物质和能量的循环带来的影响,也可为相关遥感模型或过程模型等研究提供有力的数据基础。

基于GF-1卫星数据的敦化市园参分布提取与变化分析

利用2022—2023年的高分一号(GF—1)卫星数据,采用目视解译的方法提取了吉林省敦化市园参种植区域分布现状及面积,对2022年采收参地、存留参地、2023年新增园参参地分布情况进行分析。结果表明:园参种植区主要位于中间河谷平原边缘、山间谷地等海拔较低区域;青沟子乡、额穆镇、大石头镇为园参分布面积的前3位,2022—2023年敦化市园参面积总体有所增加;2022年敦化市园参采收面积约为1658 hm^(2),留存园参参地面积约为1180 hm^(2),2023年敦化市新增园参参地面积约为1792 hm^(2)。

基于叶绿素荧光遥感的中国西南耕地干旱响应研究

在全球变暖的背景下,干旱对农业生产造成了严重影响,研究农作物产量对干旱的响应对维护粮食安全至关重要。中国西南地区地貌复杂,受降水、水汽水平和垂直输送等因素影响,干旱频发。采用太阳诱导叶绿素荧光(SIF)卫星遥感数据和自校准的帕尔默干旱严重程度指数(sc_PDSI)对2001~2022年中国西南耕地区域的干旱进行了识别,并分析了粮食产量对干旱的响应,结果显示:中国西南耕地在2003年、2006年、2007年及2009~2014年间遭受了干旱,其中2011年8月和9月干旱最为严重,sc_PDSI值分别为-2.61和-2.52;2001~2022年中国西南作物GOSIF呈显著增加趋势(+0.0026 W/m2μm·sr·yr,p<0.05);粮食产量与GOSIF、scPDSI均显著相关,但GOSIF的相关系数高于sc_PDSI,说明GOSIF能更准确地反映作物产量动态。本研究成果对于区域干旱的空间特征、演化趋势以及因干旱产生的粮食产量损失估计具有重要参考价值。

气候-土地综合影响的我国油茶农业气候区划

从作物气候适宜性评价出发,考虑坡度、土壤厚度等土地因素影响,利用全国油茶种植点地理信息、土地数据以及1986—2023年2426个国家气象观测站观测数据,采用最大熵模型和ArcGIS技术,重点开展油茶种植精细化农业气候区划和省级区域扩种潜力评估。结果表明:我国油茶种植分布的主导气候因子是1月平均气温、大于等于10℃活动积温、日最低气温小于等于-10℃连续日数和年降水量;考虑气候-土地共同作用较未考虑土地影响的气候适宜区划缩减了2/3,其适宜种植地区为长江及以南地带,尤其是四川盆地—秦岭—淮河以南及云贵高原以东至沿海地区,面积达7.319×10^(7)hm^(2),远高于当前种植面积(4.723×10^(6)hm^(2)),具有较大的扩种潜力。基于此,在规划油茶种植布局时,除考虑湖南、江西、广西、湖北等主要种植区外,应考虑云南、四川、广东、重庆等扩种潜力较大的省份,适当提高其种植面积。

基于气候适宜度的吉林省烤烟产量评估

烤烟是吉林省的经济作物之一,也是农民增收的重要作物之一,掌握其产量变化对保障烟农增收十分必要。气候条件是对烤烟产量影响最大的因素,目前预测评估气象因子对吉林省烤烟产量影响方面的研究较少。因此,本文利用指数平滑法分离出1981—2018年吉林省烤烟趋势产量和气象产量,利用隶属函数法确定了旺长期(6月)降水和大田生长期可用时间是影响吉林省烤烟产量的重要气象因子,计算出每个县各个影响因子的适宜度,再通过信息熵值法计算出烤烟产量气候影响因子的权重,并计算出每个地市的综合气候适宜度,最后建立烤烟气象产量与地市综合气候适宜度的多元线性回归模型。结果表明,烟叶旺长期降水和大田生长期可用时间是吉林省烤烟产量的气象限制因素,其中烤烟旺长期降水影响权重占0.81,大田生长期可用时间影响权重占0.19。通过该方法建立的产量预报模型准确率在80%以上,该方法可以用于烤烟产量评估。

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。

基于D-S证据理论的农作物气候品质预测方法研究:以晚熟杂交柑橘春见为例

【目的】基于多源气象数据构建果实品质(糖含量等级)预测模型,为科学评价果实气候品质及深入挖掘农产品气候资源提供科学依据。【方法】以晚熟柑橘春见果实为研究对象,利用多源数据融合技术、人工神经网络(BP神经网络、RBF神经网络和Elman神经网络)和D-S证据理论,包括气象数据质量控制、特征选取、特征级融合、决策级融合4个步骤,构建基于多源气象数据的果实品质(糖含量等级)预测模型。【结果】春见果实品质预测模型采用BP神经网络预测结果总体准确率为87.50%,平均绝对误差(MAE)为0.150,均方根误差(RMSE)为0.447;RBF神经网络预测结果总体准确率为85.00%,MAE为0.175,RMSE为0.474;Elman神经网络预测结果总体准确率为87.50%,MAE为0.150,RMSE为0.447;D-S证据理论决策融合总体预测准确率达95.20%,分别较BP神经网络、RBF神经网络和Elman神经网络提升7.7百分点、10.2百分点和7.7百分点,MAE和RMSE分别为0.040和0.214,均明显降低。【结论】D-S证据理论决策融合后的果实品质预测准确率相比单一神经网络预测更高、误差更小。

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。

湖北省茶叶不同气象产量方法的比较分析

基于2010—2021年湖北省夷陵区、英山县、咸安区3个茶叶主产区的茶叶产量数据,采用二次指数平滑法、HP滤波法、三年滑动平均法提取趋势产量,探究气象产量最佳提取方法,分析气候要素对茶叶气象产量的影响。结果表明:夷陵区、英山县、咸安区3个茶叶主产区的种植面积、产量、单产随着时间的推移呈多项式变化趋势,2013年之前英山县最高,2015年之后夷陵区最高;采用3种方法拟合的产量变化趋势相同,夷陵区的茶叶产量随着时间的推移呈增长趋势,而英山县和咸安区则呈减少趋势;采用二次指数平滑法和HP滤波法测算出的趋势产量均与实际产量达到显著及以上相关性,对产量剧烈波动部分有较好的捕获能力,均优于三年滑动平均法;HP滤波法得到的气象产量能较好地反映气象条件的变化,适用于湖北省3个茶叶主产区气象产量的分离,可为后续气象产量分离的研究提供参考借鉴。

基于整点时刻与逐日平均气温的夏玉米温度适宜度差异比较

为更精细评价温度对作物的影响,以河北省夏玉米生育期气象条件为例,基于温度适宜度模型,比较分析逐小时整点时刻的温度和逐日平均温度的夏玉米温度适宜度。结果表明:2015-2020年肥乡、栾城和涿州3个国家级农业气象观测站6个年度基于小时温度的日温度适宜度与基于日温度的日温度适宜度两者逐日差值≥0.6、≥0.5、≥0.4、≥0.3、≥0.2、≥0.1和≥0.01的占比依次为0.05%、0.6%、2.1%、6.9%、23.8%、62.4%和96.3%,3个站中两者差值的变异系数>100%、10%~100%、<10%的占比依次为0.2%、50.0%和49.8%,50.2%差值样本存在中等或较大程度的差异。基于小时温度的日温度适宜度与基于日温度的日温度适宜度差值与温度日较差呈正相关,若日较差小于12.5℃,则两者差值有80.1%的样本低于0.2;若日较差小于8.4℃,则两者差值样本中有34.6%在0.1以内。连续高温日下,基于小时温度的日温度适宜度和基于日温度的日温度适宜度均能反映高温的影响,检验结果一致性为91.7%;连续低温日下,基于小时温度的日温度适宜度能反映低温的影响,而基于日温度的日温度适宜度则不能,两者一致性仅30.0%。

川中丘陵区农田生态系统太阳辐射及土壤热通量数据集(2005-2021年)

太阳辐射是地表生态系统的主要能量来源,是生态系统维持本身正常运转和发展的原始动力;地表层土壤热通量是地表能量平衡的重要参数之一。四川盐亭农田生态系统国家野外科学观测研究站(简称盐亭站)是国家布局在亚热带四川盆地农业生态区的唯一农田生态系统监测野外站。该区域具有优越的光、热、水资源,非地带性土壤紫色土广泛分布,形成亚热带湿润季风气候与非地带性紫色土的最佳农业组合,农耕活跃,是四川盆地农业的主体区域。本研究基于盐亭站综合气象观测场Vaisala(芬兰)自动气象观测系统,经过数据采集、处理、数据质量控制与评估,集成2005-2021年紫色土典型农田生态系统太阳辐射和土壤热通量数据集,太阳辐射监测包括总辐射、反射辐射、紫外辐射、净辐射和光合有效辐射。数据集包含5个EXCEL文件,有各类辐射的时值、日值和月值观测及统计数据,数据量32.7 MB。本数据集可为生态系统生产能力评估、应对气候变化等方面的研究提供数据支持。

基于能量平衡原理的栓皮栎幼苗土壤水分胁迫指数下基线研究

旨为精准确定在充分供水状态下栓皮栎幼苗的叶气温差与大气饱和水汽压差(VPD)的线性回归关系,从而对前人得出的CWSI(crop water stress index)经验模型进行优化。在河南农业大学林学院科研基地盆栽栓皮栎幼苗,用干湿参考面法,测定气温、太阳辐射、叶气温差、大气饱和水汽压差,通过能量平衡原理理论分析和计算,确定栓皮栎幼苗的CWSI模型合理的上、下基线。结果表明:1)干参考面条件下,栓皮栎幼苗的叶气温差同太阳辐射为显著正相关关系,可以确定CWSI经验模型中的上基线为一直线:Δt_(干)=0.007 Q+1.621;2)在湿参考面下,栓皮栎幼苗的叶气温差Δt_(湿)同大气饱和水汽压差(VPD)V为负相关关系,直线回归关系显著,得到CWSI经验模型中优化后的下基线:Δt_(湿)=-1.218 V+1.987;3)用所得上下基线优化CWSI模型计算栓皮栎幼苗CWSI值,与土壤水分的线性关系显著;4)能量平衡方程的热量收支计算方法可以更准确确定叶气温差与VPD的关系,进而优化CWSI模型。

基于马尔可夫模型的油菜花期低温阴雨灾害预测

花期低温阴雨是四川盆区油菜的主要气象灾害之一,本研究旨在通过预测四川盆区油菜花期低温阴雨灾害,为防灾减灾提供科学依据。本研究基于1961-2020年四川盆区101个站点油菜花期低温阴雨灾害损失评估结果,依据灾损率,将各站点60 a灾害序列划分为5个状态;利用马氏性检验筛选站点序列,选取满足预测条件的序列;对通过马氏性检验的站点序列,建立叠加马尔可夫链、加权马尔可夫链、改进叠加马尔可夫链、改进加权马尔可夫链模型预测油菜花期低温阴雨灾害,并对结果进行回代和预测检验。结果表明,4种模型均有一定的预测能力,其中改进后的模型预测总正确率较改进前有明显提高,且各等级灾害的预测正确率分布较改进前更加均匀,表明改进后的马尔可夫模型具有更好的预测效果。

中国农业气象服务供需分析及效益评估研究

为进一步了解农业气象服务需求和效益,采用2021—2022年全国农业气象服务需求和效益评估调查数据,通过统计分析从农业气象服务用户需求和服务供给两大维度,对农业气象服务产品内容、产品时效、服务形式以及服务渠道等内容的供需情况进行了对比分析研究,在此基础上,对农业气象服务贡献率和经济效益进行了测算。研究表明:(1)气象为农服务具有很强的决策服务属性,政府/行政机关或事业单位是当前的服务主体。种植业、农业保险、农业管理是当前气象为农服务的主要服务领域,特别是种植业。(2)农业用户对气象服务需求旺盛,绝大多数的农业气象产品能满足用户需求,少数产品在内容、时效、服务方式和渠道等方面与用户需求仍存在一定差距。(3)农业气象服务效益显著。农业气象服务贡献率为4.84%,全国农业气象服务效益值为3472.6亿元。在此基础上提出建议,以期为气象部门优化农业气象服务供给提供参考和支撑。

基于时域卷积网络与Transformer的茶园蒸散量预测模型

在茶园水资源管理中,蒸散量(Evapotranspiration,ET)是评估作物水分需求的关键指标,由于茶园蒸散量预测具有时序性、不稳定性以及非线性耦合等特点,目前的茶园蒸散量预测模型存在预测精度较低的问题,针对此问题本文提出了一种新型的茶园蒸散量预测模型。首先使用互信息算法(Mutual information,MI)与主成分分析算法(Principal component analysis,PCA)相融合的数据处理算法(MIPCA),筛选强相关的特征并提取主成分;其次将时域卷积网络(Temporal convolutional network,TCN)与Transformer融合,利用灰狼算法(Grey wolf optimization,GWO)优化超参数,捕捉茶园数据的全局依赖关系;最后整合2个网络构建了MIPCA-TCN-GWO-Transformer模型,通过消融试验和对比试验验证了模型性能,并对模型在不同时间步长下的性能进行测试。结果表明,该模型平均绝对百分比误差(Mean absolute percentage error,MAPE)、均方根误差(Root mean square error,RMSE)和决定系数(Coefficient of determination,R^(2))3个评价指标分别为0.015 mm/d、0.312 mm/d和0.962,优于长短期记忆模型(Long short term memory,LSTM)等传统预测模型。在小时尺度、日尺度和月尺度下的R^(2)分别为0.986、0.978和0.946,在不同时间步长下展现了良好的适应性和准确性。本文构建的MIPCA-TCN-GWO-Transformer模型具有较高的预测精度和稳定性,可为茶园水资源优化管理和灌溉制度制定提供科学参考。

气候变化对粮食生产韧性的影响——基于作物多样化的调节效应研究

近年来气候灾害频发,给全球粮食生产系统造成了严重影响,气候变化对粮食生产韧性的冲击更是其中需重点关注的问题。据此,基于2000—2020年我国31个省份的面板数据,在剖析气候变化与粮食生产关系的基础上,揭示了气候变化对粮食生产韧性的影响机制。研究发现:首先,气候因子的变化,包括积温的上升以及降雨的亏缺或过量,对粮食生产韧性具有抑制作用;其次,作物多样性在该关系中具有重要的调节作用,具体表现为提高作物多样性程度缓解了积温上升对粮食生产韧性的负向影响,但对降雨的影响并不明显;第三,对主要粮食作物分类回归表明,积温上升对谷物作物具有负向影响,对豆类、薯类作物影响不明显,降雨亏损或过量则对谷物、豆类作物具有负向影响,对薯类作物影响不明显;降雨差异分析表明,降雨亏损对于粮食生产韧性的负向影响较大,降雨过量对粮食生产韧性的影响较不明显,且降雨过量可以缓解高温的不利影响;进一步分区域研究发现,气候变化对粮食主产区和非粮食主产区均有负向影响;但相比粮食主产区,提高作物多样性程度在非粮食主产区发挥的调节作用更强。为保障粮食生产安全,应提升气候监测能力,强化应对气候变化的适应韧性,且不同粮食产区应根据气候条件和土壤特点,因地制宜选择作物多样化程度以发挥区域优势,不同粮食产区应采取不同保障措施,应加强对粮食主产区的政策倾斜和资金投入,为粮食安全提供可靠的保障。

山西省春玉米气候适宜度评估

为明确山西省春玉米气候资源适宜性,为山西省春玉米种植布局优化提供一定的参考,根据山西省春玉米生长季内气象要素变化阈值,分别构建山西省春玉米生长的温度、降水量、光照适宜性模型,结合春玉米产量和种植面积建立山西省春玉米综合气候适宜度模型,并分析温度、降水量、光照和综合气候适宜度时空分布特征。结果表明,从生育期来看,山西省春玉米温度适宜性出苗期最好,乳熟期—成熟期最差;降水适宜性在播种期和成熟期较好,抽雄期最差;日照适宜性出苗期最好,成熟期最差。从空间分布来看,山西省春玉米温度适宜性晋西北、晋东部分地区不适宜;降水适宜性在晋中盆地、大同盆地、忻定盆地较差,东南部适宜;日照适宜性从北到南逐渐降低。综合气候适宜性可知,山西省北部、中部大部分地区较适宜种植春玉米,东南部适宜性较差。影响山西省春玉米产量的气象要素从大到小依次为日照、温度、降水量。经与实际产量验证,研究建立的山西省春玉米气候适宜性模型能较好地反映山西省春玉米气候适宜性分布和产量变化趋势。

不同气象干旱指数在北疆绿洲农业区适用性分析

选取北疆绿洲农业区11个气象站1961—2020年的数据,按月尺度计算降水距平百分率(PA)、标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)、K指数和气象干旱综合指数(MCI)5种干旱指数,通过比较这些指数的相关性、不同等级的干旱发生频率以及在典型干旱年份的识别能力,分析各指数在该区域的适用性。结果表明,PA和SPI对降水亏缺有敏感的反应,但对温度的关联较弱,未充分考虑增温对干旱的影响;MCI与温度和降水的关联均较弱,倾向于低估重旱和特旱;SPEI和K指数与温度和降水均有较好的关联,但K指数过多地报告中度至重度干旱,而SPEI则全面考虑了温度和降水对干旱的综合影响,其结果更符合实际情况。由于SPEI计算蒸散发采用的Thornthwaite方法可能高估了温度对干旱的影响,在降水显著偏少、温度偏差较小的情况下,SPI的监测结果可能比SPEI更为严重,因此,建议结合SPI使用,以弥补这一不足。

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。