田间灰霾模拟实验的塑料膜光学特征分析

通过在大田利用塑料膜进行遮阴实验,可发现灰霾对农作物生长发育及产量的影响。研究对选取进行模拟灰霾实验用的塑料膜的光学特性进行分析;并通过长期观测得到的太阳辐射值与大气气溶胶光化学厚度(AOD)建立关系,得到所选塑料膜代表的灰霾水平。结果表明实验选取的3层12丝的PE塑料膜进行遮阴,使太阳总辐射下降30%,散射辐射增加20%,太阳辐射可见光波段的强度占太阳总辐射强度的比例不变及遮阴后的太阳辐射仍具有灰霾天的太阳辐射各向异性的特点;且塑料膜代表的AOD水平约为0.5左右,为重度灰霾水平。研究为灰霾辐射效应对农作物产量影响实验提供实验设计依据,也可为大棚设施农业中塑料膜对辐射的影响提供参考。

中国境内地磁场变化对SNMR信号的影响

地面核磁共振方法是目前唯一直接探测地下水的地球物理新方法。新方法在我国探查地下水等方面已取得明显的效果,但是,对于SNMR信号,却有很多影响因素。本文论述并分析了诸多影响因素中的地磁场强度和磁倾角对NMR信号的影响特点,进而分析了我国区域地磁场强度和磁倾角对SNMR信号的影响规律,对我国进行区域性水文地质调查中运用SNMR方法时提供了重要的参考资料。

基于VCI的内蒙古生长季干旱变化及对气候响应

为有效开展内蒙古干旱监测及抗旱减灾工作,基于2000—2021年5—9月逐月MODIS植被长势产品,计算植被状态指数(vegetation condition index,VCI),结合内蒙古118个气象站的生长季气温、降水数据,利用Sen趋势分析法、偏相关系数法等分析内蒙古生长季干旱时空变化及其与气象要素的关系.分析结果表明,研究期内内蒙古生长季的VCI整体呈上升趋势,主要上升区位于内蒙古的东南部农牧交错带和西部草原与荒漠过渡区,在人类的正向干扰下这些地区的植被抗旱能力明显提升.变异系数分析可知,春末夏初内蒙古东部地区的干旱风险相对较高,随着夏季到来,干旱高风险区向西移动至内蒙古中部地区,秋季干旱风险范围增大但强度相对减小.降水偏少是内蒙古干旱发生的决定性气象因素,而高温主要与草原干旱的发生密切相关.基于VCI的干旱分析可有效反映区域抗旱能力的提升,为干旱的精细化管理提供科学参考.

干旱半干旱区土壤水分对降水的脉动响应:以荒漠草原达茂旗为例

大气降水是内蒙古干旱半干旱区荒漠草原土壤水分的主要补给来源,也是不同时空尺度上各种生物过程的重要驱动因子。土壤水分对降水响应过程的研究,对于调控地表覆被、科学恢复植被及促进大气降水向土壤水的有效转化具有重要价值。基于荒漠草原站点2012—2020年日降水量与2016—2020年4月下旬至10月下旬逐时降水量及0~50 cm各层土壤水分观测数据,研究降水分布格局及土壤水分对独立降水事件的响应过程。结果表明,研究区小于5.0 mm的降水事件占主导,属于典型的干旱半干旱区降水脉动事件,0~10 cm、>10~20 cm、>20~30 cm、>30~40 cm和>40~50 cm各层土壤水分响应的降水量阈值分别为3.2、9.2、14.3、16.7和25.3 mm。小雨级别独立降水事件能引起0~10 cm土壤水分响应的概率为36.0%,中雨级别独立降水事件能引起0~10 cm、>10~20 cm、>20~30 cm各层土壤水分响应的概率分别为100%、39.5%和7.0%,大雨及以上级别的独立降水事件可以引起0~50 cm各层土壤水分响应,随着土壤深度增加,土壤水分响应强度与概率呈递减态势。降水量、有效降水强度分别与0~40 cm各层土壤水分滞后时间存在显著的负相关关系,降水量与各层土壤水分增量存在极显著正相关关系。降水量与0~20 cm各层土壤水分增量符合多项式函数关系,与>20~50 cm各层土壤水分增量符合线性函数关系。

两类光照条件年份下遮膜模拟晴天霾情景对水稻生长与产量的影响研究

近年来,由于我国灰霾天气增多,灰霾天气对水稻产量的影响已成为粮食安全须关注的热点问题。通过2014年、2015年水稻透明塑料薄膜遮阴大田对比试验,模拟评估了晴天霾情景下太阳总辐射量减少、散射辐射比例增加的太阳光照环境对总光照条件偏好(2015年)、总光照条件偏差(2014年)这两类典型年份水稻生长及其产量的影响,初步揭示出两类光照条件年份在霾情景对水稻生长规律、特点及其产量结构因子、产量的影响程度与作用机制。对比试验表明,两类光照条件年份在受到霾天气(晴天遮阴处理)影响后:(1)与对照组(CK)相比,处理组(T)在光照多的年份减产(9.95%)和光照少的年份减产(6.81%)均达到显著水平,减产率前者高出后者46.11%;光照多的年份受霾影响后产量甚至低于未曾受到霾影响的光照少的年份的产量。造成减产的主要原因是每平方米成穗数极显著减少,其次为千粒重降低、空秕率增加。(2)T的株高、叶片面积比CK的略有增加,且株高在灌浆开始之后差异较大,上层叶面积在分蘖末期之后差异显著,下层叶面积在灌浆成熟期差异显著;上层叶面积的差距总是大于下层同期的差距。(3)T的成熟期干物质重量一般呈显著减少,光照少的年份减少更为严重;茎秆贮存的干物质比例减少,通过增加叶片要素的比重维持了穗部的分配系数;光照多的年份干物质积累从茎秆转移至叶片,光照少的年份干物质减少而比叶面积增加。(4)T的上层、下层的叶面积均有所增加;成熟期单株叶重在光照少的年份呈极显著减少,在光照多的年份却显著增加;叶分配系数在不加处理时以光照少的年份为高,遮阴处理后以光照多的年份为高;成熟期比叶面积有增加,光照多的年份增加少(1.25%),而光照少的年份增加多(22.97%)。

ORYZA2000模型中辐射模块的评估及改进

利用大田实测数据对ORYZA2000模型中的辐射模块进行了评估与改进。结果表明:水稻产量和地上部分干质量对散射辐射比例变化敏感。但是模型模拟的1 d不同时刻太阳辐射中散射辐射比例与实测值相比存在较大误差,傍晚时刻的均方根误差可达0.15。而该模拟偏差(模拟值与观测值的差值)与大气透射系数呈二次曲线的关系,利用模拟偏差与大气透射系数之间的关系改进了模型对散射辐射比例的模拟。改进的辐射模块对1 d 3个时刻散射辐射比例模拟的均方根误差分别缩小了0.01、0.02和0.02。该结果可为ORYZA2000模型的改进提供参考。

内蒙古中部区干旱指数演变及其对马铃薯产量的影响

为了解内蒙古中部马铃薯主产区干旱发生程度对马铃薯产量的影响,选用内蒙古中部马铃薯主产区23个气象站1961—2017年逐日降水量数据,统计分析了近50年的降水集中度(PCD)、降水集中期(PCP)、标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI)的时空特征及其与马铃薯产量变化的响应关系。结果表明,从年际变化来看,PCD呈下降趋势,突变年份为1998年,表明研究区区域降水量年度内的分配更趋近于均匀;PCP、SPI和SPEI无明显趋势变化。从区域变化来看,PCD与马铃薯生长季的降水量呈负相关关系,即降水越少的地区降水越集中;东部的PCP要早于西部,平均值出现在6月25—30日之间;SPI和SPEI低值区主要位于中部。SPI和SPEI气候倾向率的空间分布表征西北部地区干旱程度有所缓解,东南部地区有所增强。PCD>0.37、PCP>39候、SPI<0.13或SPEI指<0.34的年景马铃薯产量可能因干旱出现减产;PCD>0.48、PCP>41候、SPI<-0.54或SPEI<-0.29的年份可能因干旱成灾。研究结果为内蒙古马铃薯干旱的防灾减灾提供了科学的决策依据。

内蒙古春玉米气候适宜度变化特征及评价指标

为量化内蒙古春玉米气候适宜度评价指标和分析其变化特征成因,考虑不同生态区域和发育期,计算1981—2018年内蒙古玉米气温、降水、日照和综合气候适宜度。结果表明:内蒙古东北部地区玉米气温适宜度低于0.5,是限制该地区玉米种植的主要气候因子,其他地区主要是降水不足;近40 a内蒙古中东部大部分地区气温适宜度增长在0.05·10a^(-1)以上,致使综合适宜度发展向好,但同时降水适宜度呈减少趋势,所以合理的农业水资源利用是内蒙古玉米稳产增产的关键;从不同生育期来看,中西部综合适宜度偏低是因为降水偏少导致,而东部区主要是播种~出苗期和抽雄~成熟期的热量条件不足导致;通过分位法制定内蒙古不同生态区综合、气温、降水和日照的适宜度指标,指标划分结果与对应地区玉米单产基本吻合。

草甸草原降水特征与土壤水分对降水脉动响应——以呼伦贝尔草原额尔古纳市为例

利用额尔古纳牧业气象试验站降水量与土壤水分数据,通过降水与土壤水分动态变化及转化过程分析,确定土壤水分响应的降水临界值与不同降水级别引起土壤水分响应的概率,构建了降水过程量与土壤水分增量函数关系。结果表明:(1)研究区降水量呈“先降后升”变化趋势,年内降水量呈单峰型分布。(2)研究区以无降水天气为主,降水又以小降水事件占主导,大降水事件发生频次低、过程降水量大,小降水事件则相反。(3)可以引起研究区0~50 cm各层土壤水分响应的降水临界值分别为8.1 mm、10.1 mm、19.0 mm、27.9 mm和31.6 mm,小雨仅能引起0~10 cm土壤水分响应的概率为28.6%,中雨不能引起40~50 cm土壤水分的响应。(4)降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分达到最大值时的滞后时间呈现出极显著负相关关系,与20~30 cm呈显著负相关关系,0~30 cm各层土壤水分达到最大值时的滞后时间与降水量符合幂函数关系。(5)降水量和0~50 cm土壤水分增量均呈现出极显著正相关关系,降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分增量符合线性关系,与20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土壤水分增量符合多项式关系。检验结果表明,构建的函数模型可以较好地模拟研究区0~30 cm各层水分增量。研究结果为地方政府抗旱减灾提供了科学依据。

4种遥感干旱指数在内蒙古东部干旱监测中的对比研究

内蒙古东部是干旱灾害的高发区,对遥感干旱监测技术的需求十分迫切。为研究不同遥感干旱指数在内蒙古东部地区的适用性,利用2016和2017年4月下旬至9月下旬内蒙古东部地区MODIS数据,计算出温度状态指数(temperature condition index,TCI)、植被状态指数(vegetation condition index,VCI)、温度植被干旱指数(temper ature vegetation dryness index,TVDI)和植被供水指数(vegetation supply water index,VSWI)4种常用遥感干旱指数,并将其与气象干旱综合指数(meteorological drought composite index,MCI)和土壤相对湿度数据进行比较。结果表明:受牧草返青期波动影响,生长季初期TCI和VCI对遥感干旱监测结果偏差较大,生长季中、后期各遥感干旱指数对干旱的描述基本一致。VCI与MCI和土壤相对湿度的相关性最高。MCI与VCI和VSWI在中、低覆盖度草原的一致性较高,而MCI与TCI在中、高覆盖度草原的一致性较高。结合各遥感干旱指数特点,建议内蒙古东部在生长季初期首选VSWI进行遥感干旱监测,而在生长季中、后期选择VCI或TCI进行遥感干旱监测。

呼伦贝尔市2016年夏季干旱情况分析

文章利用呼伦贝尔市域内16个国家级气象站气温、降水数据以及MODIS卫星Terra 1000m分辨率数据,运用统计学相关分析方法和温度植被指数法(简称TVDI),对呼伦贝尔市2016年夏季干旱情况进行监测分析。夏季呼伦贝尔市降水偏少,温度偏高。其中7月极端最高温度较历年同期偏高0.3~7.9℃,降水距平百分率值为-17.3%^-81.6%;8月极端最高温度比历年同期偏高3.2~10.8℃,降水距平百分率值约为-36.3%^-92.6%。满洲里市、新巴尔虎左旗、新巴尔虎右旗、陈巴尔虎旗、海拉尔市以及鄂温克旗的高温干旱情况最为严重。从卫星反演的土壤湿度数据可知,呼伦贝尔市西部地区干旱严重,东部地区受灾较轻,其反演结果与降水量分布图基本相同。

基于一元线性回归方法的莫旗自动气象站气温短序列订正

呼伦贝尔市地域辽阔但是气象观测台站稀少且分布不均,不利于本地区的精细化预报和气候变化的各项研究,所以本文选择呼伦贝尔市莫力达瓦达斡尔族自治旗为研究区,收集整理区域站数据,并采用一元回归订正法对研究区内的区域站、无人站的气温数据进行订正。结果表明:订正后的气温序列与国家气象站数据呈显著性相关,其订正后数据与原序列相比误差小。

基于CLDAS内蒙古日光温室低温风险指数及灾害风险区划研究

[目的]低温冷害是影响北方日光温室生产的主要气象灾害,为提高投资回报率和节能减排,需精细化建立内蒙古日光温室低温风险指数和揭示日光温室低温灾害空间分布特征。[方法]文章通过不同类型日光温室内观测的气温数据与国家站气温数据建立日光温室最低气温预报模型。根据日光温室内种植果菜和叶菜的生长条件需求划定气象指标,使用CLDAS气温数据,建立内蒙古砖墙体和厚墙体两种类型日光温室分别种植果菜和叶菜的低温灾害风险指数模型并制作灾害风险区划。[结果]砖墙体和厚墙体种植果菜和叶菜的低风险区主要分布在内蒙古西部偏西地区,约占全区面积8.2%~21.2%;较低风险区主要分布在西部偏东和中部偏西地区,约占全区面积20.0%~29.0%;中、高风险区主要分布在内蒙古中部偏东及以东地区,约占全区面积的55.3%以上。[结论]在保证生产和兼顾成本的前提下,西部大部农区适宜建造砖墙体日光温室,中部及东部偏南以建造厚墙体日光温室为主,东部区建造日光温室需加强保温措施、选择耐寒作物或者冬季间断生产。

基于CLDAS数据的内蒙古春小麦精细化农业气候区划

利用中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS-V2.0)的逐小时0.0625°×0.0625°分辨率的气温、降水格点数据,结合内蒙古自治区119个气象站1981—2015年的地面观测资料,充分考虑内蒙古地区春小麦生产和农业气候特点,基于气候适宜度和关键气象因子相结合的方法确定了春小麦气候区划指标,划分了春小麦综合区划等级,采用Arc GIS栅格计算和多元回归模型方法对区划指标要素进行空间化,形成内蒙古自治区春小麦精细化农业气候区划图并进行了分区评述。结果表明:基于CLDAS格点数据的春小麦农业气候区划结果与基于站点气象数据的区划结果趋势一致,但分布细节更为精细合理,且各气象站点综合区划结果与对应旗县1987—2016年春小麦平均单产数据具有较高的相关性(R=0.70,P<0.01),说明分区结果能够反映气候变暖背景下内蒙古春小麦种植气候适宜性的分布特点;内蒙古春小麦生产中的关键问题是阶段性干旱和扬花灌浆期的干热风,制约了春小麦产量的稳定提高,其中河套灌区、西辽河平原灌溉条件良好,大兴安岭沿麓自然降水充沛,为春小麦最适宜种植区;阴山沿麓东段、大兴安岭北麓和南麓偏南地区,水热适宜,干热风风险低,为适宜种植区;阴山南北麓、燕山丘陵区、西辽河平原的旱作农区,由于在春小麦关键生长期易遭遇阶段性干旱,为较适宜种植区;内蒙古西部的主要旱作农区,自然降水与作物生长的供需矛盾非常尖锐,且干热风风险高,为不适宜种植区。本研究结果对内蒙古春小麦生产具有重要指导意义。

内蒙古大豆秋季霜冻风险指数分析及灾害风险区划研究

[目的]秋季霜冻是影响内蒙古大豆优质丰产的主要气象灾害之一,为了揭示内蒙古大豆秋季霜冻灾害风险的空间分布特征,科学合理布局大豆生产,减轻霜冻灾害造成的损失。[方法]文章利用1981-2010年内蒙古119个气象站日最低气温、初霜冻发生日期,结合内蒙古不同地区大豆成熟期和种植面积资料,根据大豆生长发育对气象条件的要求,从霜冻灾害的危险性、脆弱性、敏感性和防灾减灾能力四个方面评估内蒙古大豆秋季霜冻灾害风险,并运用层次分析法确定4个因子对霜冻风险指数的贡献,建立内蒙古大豆秋季霜冻灾害综合风险指数模型并进行灾害风险区划。[结果]从霜冻灾害综合风险指数来看,中、高风险区主要分布在大兴安岭北麓和阴山北麓偏南地区,是内蒙古自治区霜冻发生较早的地区,山地众多,霜冻发生强度频率较高,占全区总面积的36%。低风险区和较低风险区主要分布在东部偏南和西部地区,约占全区总面积的64%,主要原因是地势平坦、海拔较低,初霜冻发生日期相对延迟,有黄河和西辽河的经过,灌溉面积占耕地比例较高。[结论]在气候变暖的大气候背景条件下,优化调整种植制度,在内蒙古东南部低风险区扩大优质大豆的种植面积,东北部高风险区应尽量选育和推广早熟抗寒品种,减轻霜冻带来的损失,助力国家大豆振兴计划,实现大豆稳产增收。

锡林郭勒典型草原土壤水分对降水过程的响应

基于锡林浩特国家气候观象台小时降水与土壤水分数据,分析0-50cm各层土壤水分对降水的响应过程,确定土壤水分响应的降水阈值与响应概率,构建降水量与土壤相对湿度增量函数模型。结果表明:研究区<5mm降水事件是降水脉动的主体,0-50cm各层土壤水分响应的降水阈值分别为5.0、9.5、15.9、27.6和28.6mm。小雨能引起0-10cm土壤水分响应的概率为14.3%,中雨能引起0-30cm土壤水分的响应,大雨及以上级别的降水可以引起0-50cm各层土壤水分的响应。相关分析表明,降水量和0-50cm各层土壤相对湿度增量均呈现出极显著正相关关系,且均符合线性函数关系。利用2021年数据对模型适用性进行检验,结果显示0-30cm各层土壤相对湿度增量模型模拟效果较好。