我国前冬和后冬气温年际变化的特征与联系

基于我国160个台站观测的月平均地面气温资料,通过考察冬季各月气温之间的联系将11月和12月划分为前冬,次年的1月至3月划分为后冬,并利用160站资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过经验正交函数(EOF,empirical orthogonal function)分解和依赖于季节的EOF(SEOF,season-reliant EOF)分解对近62年来我国前冬和后冬气温各自的年际变化特征、它们之间的联系以及对应的大气环流进行了分析。结果表明,我国前冬和后冬气温年际变化的前两个EOF模态在空间上均表现为全国一致的变化和南北相反的变化;其时间系数的分布表明,当前冬出现全国性偏暖(冷)或北冷(暖)南暖(冷)的气温异常时,后冬出现类似气温异常和相反气温异常的概率均在50%左右。进一步,通过SEOF分解得到了年际变化时间尺度上我国冬季气温演变的两个主要模态。第一模态(SEOFl)为前冬到后冬同相演变型,即前冬全国一致偏暖(冷)时后冬亦全国一致偏暖(冷),该模态在20世纪80年代中期有明显的年代际增暖;第二模态(SEOF2)表现为前冬到后冬反相演变型,即前冬全国一致偏冷(暖)而后冬全国一致偏暖(冷),该模态以年际变化为主。对环流场的分析表明,中纬度大气过程特别是大气遥相关型的变化是同向和反向两种演变模态产生的主要原因。SEOF1的环流表现为对流层中层斯堪的纳维亚遥相关型在整个冬季的持续性同号异常,与此相伴的海陆气压差强度和东亚高空急流强度的变化使得前、后冬中的东亚冬季风环流呈一致加强或减弱,从而引起同相演变模态。SEOF2的环流在前冬表现为欧亚遥相关型的特征,整个对流层的变化都很显著,而后冬的环流信号主要在对流层中低层显著,此时表现为类似斯堪的纳维亚遥相关型的特征且符号发生了反转,从而引起反相演变模态。

晚秋前冬海洋性大陆区域向外长波辐射年际变化及其与云贵高原降水异常的联系

利用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)向外长波辐射(OLR)月平均资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)ERA-interim月平均再分析资料、全球降水气候中心(GPCC)降水资料及中国气象局国家气象信息中心提供的中国756站逐日观测资料,通过定义一个海洋性大陆区域对流强度指数(IOLR),分析了海洋性大陆区域(Maritime Continent,MC)近35年来11月—次年1月对流活动特征,并揭示了11月—次年1月海洋性大陆区域对流活动强度的年际变化与同期云贵高原降水的联系。结果表明:海洋性大陆区域对流活动除了有逐渐增强的趋势外,还存在3—5 a及8—10 a的振荡周期。当海洋性大陆区域对流活动偏弱(强)时,云贵高原西部降水偏少(多),东部降水偏多(少),高原东西部之间降水分布差异加大(减小)。引起云贵高原降水异常的原因有3个方面:一是在海洋性大陆区域与云贵高原间存在显著的异常垂直环流圈,当下沉(上升)支位于海洋性大陆区域时,上升(下沉)支将位于云贵高原地区。而云贵高原地形可能对云贵高原降水异常在东南部和西北部的差别的产生存在影响;二是海洋性大陆区域在对流层低层的辐散和对流层上层的辐合运动为热带和高原以东地区提供了异常的位涡强迫,直接导致对流层低层南海—孟加拉湾地区异常反气旋和对流层上层位于中国南方的异常气旋性环流的产生;三是由于海洋性大陆区域辐散运动作为位涡制造而激发的位涡扰动的能量从热带地区向云贵高原及其东侧频散并辐合,对云贵高原上空扰动异常的维持起到了重要作用。这些结果有利于深刻理解云贵高原冬季降水异常的形成机理以及为寻找降水异常预测因子提供了有用的线索。

我国前冬和后冬的划分及其气温的年际变异

基于我国762站均一化逐日平均和逐日最低气温数据集,对我国年最低气温的概率密度分布的分析表明,我国年最低气温的概率密度呈现清晰的双峰分布特征。进一步考察其原因发现东亚冬季风盛行期间我国年最低气温的分布具有显著的地域性差异,以冬季气候态气温的0℃为界大致可以分为两种气候区。综合不同气候区内年最低气温所在日期的概率密度分布的结果,将11月16日至次年1月15日划分为前冬,次年1月16日至3月15日划分为后冬。在此基础上,通过依赖于季节的经验正交函数分解方法分析了近56年我国前冬和后冬气温在年际变异上的特征,并进一步利用NCEP/NCAR全球日平均再分析资料通过合成分析的方法研究了其对应的大气定常波和瞬变波特征。结果表明:年际变化时间尺度上,我国前冬和后冬气温演变仍表现为前、后冬同相演变和反相演变这两个主要模态。同相演变模态环流异常的空间形态在前冬和后冬较为一致,并随着前冬向后冬的推移其环流异常的强度在不断加强;反相演变模态则对应了环流异常在前冬和后冬的相反变化,且其环流异常的空间形态在前冬和后冬有较大不同。对大气波动特征的分析表明,瞬变波的动力和热力的强迫作用以及定常波能量向下游的频散对北大西洋至欧亚大陆上定常波列的维持和发展具有重要作用。同相演变模态中,北大西洋上的波列将能量从北美向欧洲地区传播,加强了后冬欧洲地区的高压异常,该中心在后冬向下游的能量频散显著增强,形成了一个自欧洲经喀拉海以东至贝加尔湖附近的定常波列,大气瞬变波所引起的动力和热力强迫对该波列位于欧洲和贝加尔湖地区的大气活动中心的维持和发展具有正的贡献。反相演变模态中前冬的波动特征与同相演变模态后冬基本一致,而后冬则表现为从北大西洋中部向格陵兰岛传播,并进一步向东经乌拉尔山附近传向青藏高原北部的波列,风暴轴移动所引起的大气瞬变波的动力和热力强迫对该波列位于北大西洋地区南侧的中心有维持作用。

东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP降水及Hadley环流中心海温资料等,对东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系进行了研究。参考前人定义的亚太热力差指数,计算了1979-2016年亚太热力场由夏向冬的季节转变时间(平均为56. 6候)。结果表明,该季节转变时间点能很好地表征东亚季风环流由夏向冬的季节转变。东亚季风环流由夏向冬的转变特征表现为:低层大陆热低压转为大陆冷高压,阿留申低压形成加强,低空偏南风转为偏北风;中层东亚大槽形成,副高单体减弱成一个副热带高压带;高层南亚高压中心从青藏高原移至菲律宾以东洋面上,高空偏北风转为偏南风。此外由夏向冬的季节转变时间与中国前冬降水和地面气温有着紧密的联系,并且该转变时间的早晚与前期夏季热带太平洋的海温呈现类ENSO异常海温型的相关分布,即表现为前期夏季热带中东太平洋海温偏低(高)时,后期东亚夏季型季风环流向冬季型季风环流转变易偏晚(早),这对东亚季风环流季节转变的预测提供了依据。

春季青藏高原热力异常与前冬大气环流的关系

利用1948—2010年NCEP/NCAR春季逐日再分析资料,采用倒算法计算了青藏高原地区大气热量源汇的值,分析了春季青藏高原地区大气热源的气候变化特征及春季高原热力异常与前冬大气环流的关系。结果表明:春季青藏高原东部和西部为大气热源变化的活跃区域;春季青藏高原东部和西部大气热源变化表现出反相关的关系;东亚冬季风的强弱对春季青藏高原热源的异常有一定的影响。

基于WMAIP集成模型的华北冬小麦适宜播期与冬前积温下限研究

为明确气候变暖和“双晚技术”背景下华北地区冬小麦的适宜播期,基于WMAIP集成模型,对华北地区冬小麦适宜播期、冬前积温下限及最迟播期进行了分析。研究结果表明,华北地区晚播减产幅度由南向北增大,南部晚播减产幅度最小(<19.5%),中部晚播减产幅度在26.4%以内,北部晚播减产幅度最大,最高可达32.0%。华北地区北部、中部和南部的适宜播期分别在9月25日—10月5日之间、9月30日—10月20日之间和10月10日—11月5日之间。华北地区冬小麦基于高产和高水分利用效率的适宜冬前积温下限分别在497~629℃·d和344~581℃·d之间,并由南部向北部递增。在高产和高水分利用效率条件下,河北、山东、河南大部分地区的最迟播期分别为10月1—13日、10月10—16日、10月22—28日和10月7—19日、10月16—22日、10月31日—11月12日。研究结果可为气候变暖背景下华北地区“双晚技术”的推广和应用提供参考。

ENSO对中国东部前后冬天气尺度气温变率的不同影响及其可能机制

基于中国国家气象信息中心提供的中国第一代全球大气和陆面再分析产品(CRA)的逐日气温资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重建的逐月海表温度资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的大气环流再分析资料,研究了厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)对中国东部前、后冬天气尺度气温变率的影响及其物理机制。结果表明,ENSO对中国东部天气尺度气温变率的影响在前、后冬存在显著差异。ENSO对前冬中国东部天气尺度气温变率影响较弱,后冬则显著增强。后冬时期,ENSO与长江中下游地区天气尺度气温变率呈现显著正相关,即厄尔尼诺年后冬天气尺度气温变率增强,气温波动幅度增大;拉尼娜年后冬天气尺度气温变率减弱,气温变化较为平缓。ENSO在后冬可通过影响与欧亚大陆上空南北温度梯度相关的大气斜压性调节下游东亚地区大气环流的天气尺度变率,进而影响天气尺度气温变率。厄尔尼诺年后冬,南北温度梯度大,大气斜压性较强,经向风活跃,冷空气活动较为频繁,天气尺度气温变率增大;拉尼娜年后冬,异常情况与之大致相反。在前冬ENSO对欧亚大陆上空南北梯度即大气斜压性影响较小,因而对中国东部天气尺度气温变率的影响也较弱。本研究的成果丰富了对ENSO影响中国气温变率的理解,有利于中国冬季气温季节预测水平的提升。

江淮流域夏季降水对前冬持续时间长短的响应

利用NCEP/NCAR再分析资料计算得到江淮流域1961—2011年前冬持续时间,分析其时空变化特征,并进一步探究它与后期江淮流域夏季降水的关系.结果表明,江淮流域前冬持续时间存在着明显的年际和年代际变化,前冬持续时间显著偏长年份比偏短年份的前冬温度低、气压高、北风强,表明温度、气压、经向风可能是反映江淮流域前冬持续时间的关键因子,且不同区域各气象要素对季节长度的影响存在一定差异;1961—2011年江淮流域前冬持续时间与该区域夏季降水呈显著正相关关系;统计分析亦发现,前冬持续时间显著偏长(偏短)的代表年份中,夏季降水以偏多(偏少)为主;对典型代表年份环流场进行合成分析发现,前冬持续时间显著偏长时,乌拉尔山与鄂霍次克海地区夏季易形成阻塞形势,进而会对江淮流域夏季降水产生影响;最后利用奇异值分解从空间场相关的角度探讨了两者的联系,发现江淮流域夏季降水与前冬持续时间存在非常显著的关系.

商丘市小麦冬前管理技术措施研究

商丘市位于我国河南省中部,属于温带大陆性季风气候区,冬季寒冷干燥,春季多风沙,这种气候条件对小麦的生长和发育产生了一定的影响。商丘作为国家粮食生产核心区,小麦常年播种面积在900万亩以上,被誉为“豫东粮仓”。此外,商丘市的土壤类型多样,包括黄土、沙壤土等,不同的土壤类型对小麦的生长也提出了不同的要求。因此,针对商丘市的气候和土壤特点,研究并制定相应的小麦冬前管理技术措施具有重要的现实意义。但是,近几年由于受全球气候变暖的影响,冬季气温较常年偏高,雨雪天气较少,“倒春寒”现象时有发生,严重威胁到小麦的生长安全。为了提高小麦产量,确保粮食安全,本文简要分析了商丘市小麦冬前管理的现状,并提出了相应的管理措施,以期为农民提供技术支持。

嘉兴前冬连阴雨(雪)的环流特征及预测

进入21世纪,嘉兴前冬连阴雨(雪)发生频次明显增加,持续时间增长。运用小波分析方法,发现其存在10～12a的长周期,2～4a是其主要年际变化周期。利用74项环流特征量指数和NCEP再分析资料,使用合成、相关等方法分析发现:冷空气频繁南下影响东亚,西太平洋副高位置偏北,以及高原北侧高压脊减弱,有利于东亚冷暖空气的持续交汇而形成连阴雨(雪);嘉兴前冬连阴雨(雪)与持续不断东移的冷空气影响有关,其前期主要影响系统是南亚高压。前期南亚高压持续偏弱(强),有(不)利于后期冷空气的南下影响,而秋季以后西太平洋副高增强(减弱),有(不)利于前冬连阴雨(雪)的发生,并建立了前冬连阴雨(雪)的预测概念模型,拟合率达81.5%,在2009～2010年中试用,预测均准确。

冬前积温对河南省小麦冬前生长发育的影响

为了给播期调整和提高自然资源利用率提供科学依据,在大田试验条件下,以3个半冬性和3个弱春性小麦品种为供试材料,对冬前积温为350~900℃.d范围内的小麦冬前生长发育进行了分析。结果得出：①播种-出苗的天数和所需积温随着冬前积温的降低而增加,冬前积温每降低100℃.d,播种-出苗天数约增加0.7d,所需积温约增加3.7℃.d（半冬性）或2.5℃.d（弱春性）;②冬前积温与冬前主茎叶龄和冬前每叶积温均呈显著正相关（P〈0.01）,冬前积温每降低100℃.d,冬前主茎叶龄约减少0.9片（半冬性）或1.0片（弱春性）,每叶积温减少5.0℃.d左右;③随冬前积温的降低,幼穗分化进入单棱期和二棱期的时间推迟,单棱期持续天数增加而二棱期持续天数减少,冬前积温每降低100℃.d,单棱期平均增加10.0d（半冬性）或12.9d（弱春性）,二棱期平均减少15.5d（半冬性）或17.4d（弱春性）。结论为,符合冬前壮苗叶龄指标的适宜冬前积温为550~750℃.d（半冬性）和450~600℃.d（弱春性）,保证小麦以二棱期安全越冬的适宜冬前积温为650~800℃.d（半冬性）和550~700℃.d（弱春性）,从叶龄指标和安全越冬两方面考虑,河南省小麦适宜冬前积温范围为650~750℃.d（半冬性）和550~600℃.d（弱春性）。

小麦冬前主茎叶龄数及其应用

通过多年多点的小区试验和高产示范 ,对冬小麦冬前主茎叶龄数进行了研究。结果表明 ,冬小麦主茎叶龄数主要受播种期的影响 ,同时又受品种和栽培条件的制约。各因素对冬前主茎叶龄数影响的大小顺序为播期 >肥水 >稀密 >品种。并对小麦冬前主茎叶龄在生产上的应用进行了研究。

冬前高温和播期密度对小麦苗期个体及群体生长的影响

在山西临汾采用连续递增密度试验小区设计法,开展了播期密度对小麦苗期个体和群体生长的影响研究。结果表明,在冬前气温偏高的年型条件下,播种密度在225￣450万粒/hm2范围内,随着播种密度的增加株高增加,单株茎数、单株次生根数、单株绿叶数减少并存在显著性差异,而主茎叶龄则无显著性差异;播种期在9月24日￣10月4日范围内,株高、主茎叶龄和单株次生根3个性状均随播种期的推迟株高降低、主茎叶龄和单株次生根减少,单株茎数和绿叶均为9月29日播种的居多;播种期和播种密度对株高、主茎叶龄、单株茎数、单株次生根数和单株绿叶性状的变异系数影响不同。9月24日和9月29日播种的4个播种量冬前群体均分别不足1200万/hm2和超过了1200万/hm2。本试验达到壮苗和合理群体指标的组合为播期10月4日、播种量225万/hm2。

气候变化背景下华北平原冬小麦冬前生育期与节气对应及偏移分析

利用华北平原冬小麦种植区55个气象站点1961-2017年逐日地面观测资料,借助寿星公式,以气候倾向率的方法,选取冬小麦越冬期所需积温为指标,分析了冬小麦越冬期、播种期所在的节气时空分布和变化特征,并对冬小麦相关农事活动与节气的对应及偏移进行探讨。结果表明,近57a华北地区冬小麦越冬期推迟约3.7d,推迟趋势显著(P<0.05)。华北平原冬小麦播种期所在的节气由北向南逐渐推迟,与P1时段(1961-1990年)相比,P2时段(1991-2017年)冬小麦播种期界限显著北移。气候变化背景下华北平原冬小麦农事活动与二十四节气出现了一定的偏差,部分地区以前指导农事活动的谚语已不再完全适用,如山东省中部地区冬小麦最适播种期终止日由秋分节气的第3候推迟至寒露节气的第1候;河南省北部部分地区最晚播种期由寒露节气的第3候推迟至霜降节气的第1候。通过研究二十四节气与冬小麦播种期的对应关系来调整农事活动,未来还需考虑冬小麦生育期内对应节气的光、水等自然因素和农艺措施等人为因素的影响,科学指导农业生产以适应气候变化。

播后镇压和冬前灌溉对土壤条件和冬小麦生育特性的影响

为揭示冬灌和镇压的作用,以冬小麦品种石新828和石麦12号为材料,研究了冬灌和镇压措施对麦田土壤水热条件和冬小麦生育特性的影响。结果表明,与不冬灌相比,冬灌条件下,冬季和春季土壤含水量提高,土壤温度较稳定。与不镇压相比,镇压处理的冬前和起身期土壤含水量及冬前夜间土壤温度提高。冬灌处理冬小麦在越冬后各时期的总茎数、LAI、干物质积累量有所降低,开花期叶片光合速率显著下降,灌浆后期叶片SPAD值下降也较快,每穗总小穗数、结实小穗数、穗粒数和产量均减少。镇压使小麦开花前干物质积累量减少,但对成熟期干物质积累量影响不显著,因为开花后光合速率提高,叶片SPAD值下降较缓慢,开花后干物质积累较多。镇压处理成熟期的单位面积穗数降低,但由于穗粒数和千粒重提高,镇压与不镇压的产量差异不显著。从本研究结果看,冬灌是一项防冻保苗的有效措施,与播后镇压配合可减缓冬季低温和温度剧烈变化对小麦的不利影响。

播后镇压和冬前灌溉对冬小麦干物质转移和氮素利用效率的影响

为明确播后镇压和冬前灌溉对高产冬小麦干物质和氮素转移及氮素利用效率的影响,以冬小麦品种石新828和石麦12为材料,采用裂区田间试验,于开花期和成熟期,测定不同器官的干物质和氮积累量和转移量、籽粒产量、蛋白质产量、氮吸收效率和氮肥生产效率。结果表明,冬灌和镇压处理下,2个品种开花期和成熟期的干物质积累量下降,开花前各营养器官干物质的转移量、转移率及对籽粒的贡献率均降低,但开花后籽粒中的干物质积累量增加。冬灌处理小麦成熟期的总干物质积累量和产量下降。冬灌处理下,石新828开花后籽粒中的氮积累量增加,开花后氮素对籽粒的贡献率提高,但各器官的氮转移量显著降低,籽粒氮积累总量显著减少,氮吸收效率下降;冬灌对石麦12成熟期籽粒氮素积累量影响不显著。与不镇压相比,镇压处理下,2个品种开花期的氮积累总量和不同器官中的氮积累量均降低,而成熟期各器官氮积累量及分配比例的差异均不显著。镇压处理与不镇压处理相比,2个品种开花前营养器官中的氮转移量、转移率和贡献率均降低,但是开花后的氮积累量及其对籽粒氮的贡献率提高,其中,镇压的石麦12开花前氮转移量、贡献率和开花后氮积累量、贡献率与不镇压的差异达显著水平;成熟期籽粒氮素积累量的差异不显著。建议在足墒播种条件下不必进行冬灌,应根据播种前后土壤和水分条件确定是否需要镇压。

河北省粮食两熟产区小麦冬前应变灌溉的气候分析

以选取的河北省山前平原区和黑龙港区的6个县(市)为样点,通过统计各地1973—2007年35年气象资料,分析了与灌溉决策有关的气候条件和冬前应变灌溉方案。结果表明:河北省小麦玉米两熟产区1/3年份的降水可满足播种出苗需要,这时趁墒播种应为首选。其他年份应尽量采取灌足底墒水播种的方式。若因农时紧张需适时抢播,播后应马上灌"蒙头水"。由于冬季气候变暖,越冬前的灌水应以保证越冬期和返青至拔节期水分供应为主,防御冻害为辅,应通过合理的冬前灌溉保证春季第一次肥水时间能推迟到拔节前后。

黄淮麦区半冬性小麦冬前壮苗叶龄指标的确定

选用3个有代表性的不同类型半冬性小麦品种，在河南省21个试验点（北纬32°～36°）种植，研究了冬前积温（播期）对小麦产量的影响及冬前壮苗叶龄指标的确定。结果表明：①冬前积温与产量存在二次回归关系，半冬性小麦品种的冬前积温在720℃时产量最高，表明此冬前积温下的播期是生产上的适宜播期。②半冬性小麦冬前长1片叶子所需要的积温随冬前积温增加（播期提早）而增加，河南冬前积温在450～860℃范围，长1片叶子所需要的积温在62～83℃范围内变化。③根据适宜冬前积温与出1片叶子所需积温推算，河南省冬前壮苗应处于七叶一心期，这种冬前壮苗既能充分利用冬前积温获得高产，又能保证半冬性小麦安全越冬。

冬、春小麦冬前播种对干物质积累与产量的影响

【目的】研究冬、春小麦冬前播种对干物质积累与产量的影响,为北疆晚熟作物倒茬高产栽培技术提供指导。【方法】以冬小麦新冬41号、春小麦新春29号为材料,采用裂区设计,研究冬、春小麦冬前播种(10月25日和11月5日较适宜播期晚25～30 d左右)对干物质积累及产量的影响。【结果】冬前播种的冬小麦与春小麦生育期相差2～5 d,10月25日播种的冬小麦叶面积指数高于春小麦,而11月5日播种的冬小麦叶面积指数小于春小麦。冬小麦越晚播越不利于干物质的积累,而冬前播种的春小麦(10月25日以后播种)对干物质积累的影响不大。【结论】11月5日后播种的春小麦(5 483.6 kg/hm^2)的产量高于冬小麦(4 562.7 kg/hm^2),临冬前(11月5日)播种的春小麦比冬小麦更利于高产。

冬前积温对小麦光能利用率的调控效应

为进一步明确不同春化发育特性小麦品种适宜播种期,以春性品种兰考矮早8和半冬性品种周麦18为试验材料,通过分期播种设置3个不同的冬前积温处理,即674~702℃（HAT）、556~587℃（MAT）和456~468℃（LAT）,测定不同冬前积温处理的群体发展动态和冠层透光率、群体光合速率、叶绿素荧光参数及光能利用率。结果表明,兰考矮早8 MAT、周麦18 HAT,生育期内有较高的LAI,截获太阳辐射的比例大,分蘖成穗多,生育后期群体光合速率较高;冬前积温对Fv/Fm无显著影响,但兰考矮早8的HAT和MAT和周麦18 HAT的Fv/F0及孕穗期到灌浆初期的qP值和ETR,均大于LAT。两品种的光能利用率,在播种至起身随冬前积温的减少而减小,起身至灌浆中期,以兰考矮早8 MAT和周麦18 HAT最高。播种到起身光能利用率低下是全生育期光能利用率低的原因之一,兰考矮早8冬前积温556~587℃、周麦18冬前积温674~702℃时,冠层群体和籽粒的光能利用率最高。