1960—2020年安阳市气候生产潜力变化与未来趋势

基于安阳市气象站点资料,运用Thornthwaite Memorial模型、Morlet小波分析以及Mann-Kendall检验等方法针对安阳市气候生产潜力时空演变特征进行分析。研究结果表明,近61年安阳市气温以0.19℃/10 a的倾向率呈增加趋势,年降水量以-4.64 mm/10 a的速率呈减少趋势,近61年安阳市气候生产潜力年平均为1037.95 g/(m^(2)·a),并以5.04 g/(m^(2)·a)/10 a的倾向率呈上升趋势。Morlet小波分析表明,近61年安阳市气候生产潜力存在28年左右的主周期变化;1978—2020年安阳市粮食单产显著提高,气候资源利用率波动增加,21世纪10年代平均气候资源利用率已达59.40%。安阳市气候生产潜力对降水变化更敏感,气候越暖湿,越有利于气候生产潜力的提高。R/S分析表明未来安阳市气候生产潜力将呈下降趋势。

三江源牧草气候生产力变化及对气象干旱的响应

基于1970-2020年三江源地区18个气象站点逐月地面观测资料,以不同时间尺度标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)为气象干旱监测指标,采用逐步订正法计算牧草气候生产力,分析三江源地区牧草生长季气象干旱和气候生产力的时空特征,初步揭示气候生产力对气象干旱的响应状况。结果表明:近50a,三江源地区牧草生长季气象干旱呈加重态势(P<0.01),1995年左右气候由湿润逐步转变为干旱,干旱发生区域主要分布在西部、中南部和东北部地区;三江源西北部地区干旱化更明显。牧草生长季气候生产力整体以7.38kg·hm^(-2)·a^(-1)的速率减少(P<0.01);空间上由西北向东南减少,呈西部上升、东部下降的空间分布。三江源地区牧草生长季气候生产力与不同时间段前推SPEI具有较强的正相关性,且随SPEI前推时间增加,相关系数微弱增加,中西部地区牧草气候生产力对气象干旱的响应高于其他区域。

1961—2019年湖北省一季稻气候生产潜力时空变化规律

为研究气候资源变化对湖北省一季稻气候生产潜力的影响,采用湖北省28个气象站点1961—2019年逐日地面气象资料及一季稻生育期资料,分析一季稻生育期内太阳总辐射、≥10℃有效积温和降水量的时空变化规律;并利用逐级订正法计算一季稻光合、光温及气候生产潜力并进行时空变化规律分析,定量描述辐射、温度和降水变化对作物生产潜力的影响。结果表明:1961—2019年一季稻生育期间绝大部地区太阳辐射显著下降,≥10℃有效积温为显著上升趋势;太阳辐射和有效积温在湖北省内呈北高南低分布。降水量年际变化为不显著的上升趋势,全省仅西南地区为降水高值区。一季稻光合、光温和气候生产潜力均值分别为20134.63 kg/hm^(2)、19434.79 kg/hm^(2)和13523.16 kg/hm^(2);绝大部分地区光合与光温生产潜力都呈显著下降趋势,气候生产潜力为不显著下降趋势,三者的平均气候倾向率分别为-39.26 kg/(hm^(2)·a)、-35.68 kg/(hm^(2)·a)和-15.76 kg/(hm^(2)·a)。辐射资源下降导致全省一季稻气候生产潜力下降范围为-32.87~-104.51 kg/(hm^(2)·a),少数站点受到热量和降水资源变化的负面影响,大部分站点受到不同程度的正面影响,综合气候资源影响为负效应。研究得出湖北省一季稻气候生产潜力下降主要是由辐射下降导致。

五种气候生产力模型在华北土石山区的适用性分析

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是陆地植物的净固碳量,对于全球碳估算研究具有重要意义。华北土石山区作为中国林业工程重点区域,是典型的干旱半干旱气候区,准确估算该地区NPP大小及其变化特征对林业生态工程建设具有重要意义。本文基于河南小浪底森林生态系统国家野外科学观测研究站1980-2020年气候数据,利用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型、朱志辉模型及周广胜模型共5种气候生产力模型估算,分析NPP的变化趋势,运用随机森林算法探讨NPP影响因素,并以区域MODISNPP数据为标准进行评价,以探究适合估算该地区NPP的气候生产力模型。结果表明:(1)华北土石山区年平均气温、最高气温、最低气温和降水量均呈上升趋势,变化速率分别为0.05℃×a^(-1)、0.04℃×a^(-1)、0.05℃×a^(-1)和1.58mm×a^(-1);年平均太阳辐射和平均相对湿度则呈下降趋势,变化速率分别为0.46MJ×m^(-2)×a^(-1)和0.17个百分点×a^(-1)。(2)采用5种模型计算的华北土石山区NPP均呈上升趋势,但NPP值存在差异,变化范围在739.35~958.48gC×m^(-2)×a^(-1),均值为862.19gC×m^(-2)×a^(-1)。其中Miami模型估算值最大(958.48gC×m^(-2)×a^(-1)),周广胜模型估算值最小(739.35gC×m^(-2)×a^(-1))。(3)随机森林算法表明,降水是影响该地区NPP的关键因子。适用性分析显示,周广胜模型估算值与MODIS NPP最接近,其相对误差、RMSE和MAE分别为1.45%、451.05gC×m^(-2)×a^(-1)和446.03gC×m^(-2)×a^(-1),且相关系数最大(0.49)。综上可知,周广胜模型更适宜该地区的NPP估算,在使用气候生产力模型估算华北土石山区NPP时,应优先考虑使用周广胜模型。

闽东葡萄气候生产潜力及利用率研究

【目的】探明区域气候变化对葡萄气候生产潜力的影响,为高效利用区域气候资源、优化葡萄产业布局提供依据。【方法】利用1971-2020年闽东9个国家基本气象站气象资料、2000-2019年闽东葡萄面积、产量资料,采用作物生长动态统计模型法、线性趋势分析法、Manner-Kendall检验法等分析闽东葡萄光合、光温、气候生产潜力及气候资源利用率的时空分布特征。【结果】近50年闽东葡萄光合、光温、气候生产潜力分别为59 313.2 kg/hm^(2)、 37 965.1 kg/hm^(2)、 36 868.0 kg/hm2,气候倾向率分别为-87.7 kg/(hm^(2)·10a)、869.1 kg/(hm^(2)·10a)、1 046.7 kg/(hm^(2)·10a)。气候潜力于1999年发生突变后呈加速上升趋势;在空间分布上,东部沿海气候潜力高,西北部山区低,高低值中心分别在福安市和周宁县。气温、降水对生产潜力的削减幅度分别为33%~40%、2%~4%,温度订正系数平均为0.6,降水订正系数平均为1.0,气候生产潜力与温度、降水、日照的相关系数分别为0.71、-0.31、0.70;闽东气候资源利用率平均为46%,与单产、气候生产潜力的相关系数分别为0.72、0.55。【结论】闽东葡萄气候生产潜力东部沿海优于西北部山区,气温是对闽东葡萄气候生产潜力影响最大的因子,降水增多带来负效应。葡萄种植结构格局与气候生产潜力空间分布匹配较好,通过提高葡萄单产水平、加强葡萄园区小气候调节等措施,闽东葡萄气候生产潜力的利用仍有较大提升空间。

1961—2019年云南省水稻气候生产潜力时空变化

为掌握气候变化对云南省水稻气候生产潜力的影响,利用云南省28个气象站1961—2019年的气温、降水观测数据,采用Thornthwaite Memorial模型计算并分析了云南省各地水稻气候生产潜力的时空变化规律。结果表明:云南省水稻气候生产潜力区域差异较大,与降水区域分布相似,为滇西北和滇东北偏低,低于2 000 g/(m^(2)·a);滇西南和滇南较高,高于2 300 g/(m^(2)·a)。区域平均水稻气候生产潜力在2001年达到高峰,达到2 169.2 g/(m^(2)·a);在2009年最低,仅为1 791.7 g/(m^(2)·a)。总体来说,云南省基于降水的水稻气候生产潜力略有减少趋势,平均减少11.79 g/(m^(2)·10 a)。EOF分析结果显示,前两个EOF模态占总方差的48.1%,体现了云南省气候生产潜力的时空变化特征。EOF1体现滇中与其他地区相反的变化型,滇中是变率最大的区域;EOF2体现了滇西北与滇东南相反的变化型。EOF1在20世纪70—80年代表现为年际变化,在2000年后多为正位相;EOF2则表现出明显的年代际变化,在1990—2010年为正位相。总体而言,云南省水稻产量仍有进一步提高的潜力。

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。

黑土区马铃薯气候生产潜力对气候变化的响应及优势产区增产空间研究

揭示黑龙江省马铃薯气候生产潜力的时空演变,明确气候变化的影响效应,了解优势产区的增产潜力,以期为指导黑土区马铃薯优化生产布局、保障黑土区粮食安全提供基础参考。利用黑龙江省80个气象站点1961—2020年的逐日气象资料及马铃薯地段产量资料,采用逐步订正法,精细化评估马铃薯各级生产潜力的时空变化特征,量化辐射、气温、降水主要气候变化因子的影响效应,优化松嫩平原西部马铃薯优势产区的种植空间。结果表明:1961—2020年黑龙江省马铃薯光合、光温、气候生产潜力平均值分别为28885、25802、13843 kg/hm^(2);光合、光温和气候生产潜力分别表现为不显著的上升、下降和下降趋势;与潜在生育期内辐射、气温、降水的趋势一致。马铃薯光合、光温生产潜力呈现出自北向南逐渐递增的纬度特征,高值区位于松嫩平原南部及牡丹江南部局地;气候生产潜力自中部向周围递减;气候变化对马铃薯气候生产潜力的影响为:辐射的影响为正效应,气温、降水及气候变化综合的影响均以负效应为主。对于松嫩平原南部降水偏少地区,增温、降水量增加有利于提高马铃薯气候生产潜力,而对于东部降水偏多地区影响为弊大于利。松嫩平原西部以其优越的气候及土地资源,马铃薯单产仍存在巨大的增产空间。

1978—2019年云南省气候生产潜力的时空演变及粮食产量响应

云南省是中国典型的“雨养农业”地区,在全球变暖背景下探讨云南省气候生产潜力时空演变及粮食产量响应,对于“雨养农业”地区的农业发展有重要意义。基于Miami和Thornthwaite Memorial模型,利用云南省1978—2019年气象站点数据,通过气候倾向率、M-K检验和反距离权重插值等方法研究云南省气候生产潜力时空演变及粮食产量响应。结果表明:在时间系列上,1978—2019年云南省气温、降水的多年平均均值分别为16.3℃、1098.1 mm,气温呈现显著上升趋势,降水呈现不显著下降趋势;y_(t)、y_(r)、y_(e)的年均值分别为1953、1550、1477 kg/(hm^(2)·a),其中y_(t)、y_(e)呈现波动上升趋势,y_(r)呈现波动下降趋势。在空间分布上,气温、降水的分布趋势与y_(t)、y_(r)相似,均呈现出由滇西南往滇西北递减的趋势,且y_(e)与y_(t)的空间分布近似程度高于y_(r),其空间范围分别为843~1861、1065~2470、980~2287 kg/(hm^(2)·a)。气候资源利用率整体呈现显著上升趋势,从1978—1987年的16.94%提升到2018—2019年的31.71%,平均每10 a以3.66%的速度增长。在全球变化背景下,云南省呈现暖干的趋势,气候资源利用率显著提高,其中降水是制约气候生产潜力的主因。

基于SSPs路径下植被气候生产潜力的预测——以陕甘宁为例

陕甘宁三省区自然环境复杂多样,生态环境脆弱,对气候变化响应敏感。在全球气候变化背景下,植被气候生产潜力的研究对该地区农林牧业的生产布局以及生态系统管理等方面起到积极作用。本文选取陕西、甘肃以及宁夏三省区BCC-CSM2-MR模式下SSP126、SSP245和SSP585三种路径2025-2100年气温和降水的模拟数据,运用Thornthwaite Memorial模型计算研究区未来植被气候生产潜力的变化特征及驱动机制。结果表明:2025-2100年甘肃河西走廊大部分地区保持历史时期向“暖湿型”发展的气候特点,与基准期相比,植被气候生产潜力增量分别集中在10%~40%(SSP126)、10%~30%(SSP245)、10%~56.1%(SSP585)。陕西省在SSP126路径下陕北地区植被气候生产潜力呈下降趋势,在SSP245和SSP585路径下全省植被气候生产潜力均呈增加趋势,且陕北地区增加趋势最强。陕西省在SSP126和SSP245路径下大部分地区相对基准期增加了5%~10%,在SSP585路径下增加了10%~20%。宁夏回族自治区在SSP126路径下气候向“暖干型”发展,全区植被气候生产潜力呈下降趋势,与此相反的是SSP245和SSP585路径下全区植被气候生产潜力显著增加。SSP585路径下全区植被气候生产潜力距平增加了10%~30%,SSP126和SSP245路径下距平增加了0%~20%。从驱动机制来看,陕甘宁三省区植被气候生产潜力的驱动类型有两种,分别是“降水驱动型”和“气温降水驱动型”。研究区植被气候生产潜力均受降水驱动,且降水是植被气候生产潜力的主要驱动力。

中国东部季风区植被气候生产潜力的时空特征

以中国东部季风区为研究区域、植被气候生产潜力为研究对象,以英国东英格利亚大学气候研究所公布的气候变化数据库(CRU TS v.4.06)中0.5°×0.5°月尺度时空分辨率的降水和气温数据集的气象数据(时间尺度为1981—2021年)、中山大学陆-气相互作用研究组2013年开发的中国陆地表面土壤数据库的土壤数据为数据源,采用迈阿密模型(Miami)、桑斯威特纪念模型(Thomthwaite Memorial)分析1981—2021年中国东部季风区植被气候生产潜力的时空特征,采用冗余分析(RDA)法分析植被气候生产潜力与土壤理化性质相关性。结果表明:过去40a,中国东部季风区气温生产潜力、降水生产潜力、蒸散生产潜力的时间演变,均分为2个阶段,气温生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2001年、第Ⅱ阶段为2002—2021年,降水生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2014年、第Ⅱ阶段为2014—2021年,蒸散生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2013年、第Ⅱ阶段为2013—2021年,2个阶段均呈现出生产潜力增加趋势,其中第Ⅱ阶段生产潜力增加幅度显著高于第Ⅰ阶段。气温生产潜力、降水生产潜力和蒸散生产潜力均存在1个22 a的显著周期转变,敏感性分析显示气温和降水均对蒸散生产潜力有显著正相关影响。在空间上,气温生产潜力、降水生产潜力、蒸散生产潜力,都呈现出从华南地区往东北地区递减的趋势,且第Ⅱ阶段植被气候生产潜力的增速显著高于第Ⅰ阶段,第Ⅱ阶段增速显著的区域多出现在高值区。冗余分析结果显示,东部季风区土壤表层理化性质对降水生产潜力、蒸散生产潜力有显著抑制作用,对气温生产潜力有显著的促进作用。

大别山区茶叶气候生产潜力评估

基于大别山区35个气象观测站1971-2020年逐日气象资料、DEM数据,采用气候统计分析、逐步订正法和趋势面插值等方法,对茶叶光合生产潜力(Y_(Q))、光温生产潜力(Y_(T))和气候生产潜力(Y_(W))时空变化特征、气候资源贡献率及其对气候变化的响应进行了分析。结果表明:大别山区茶叶Y_(Q)和Y_(W)呈下降趋势,降幅分别为0.58和0.05 t·hm^(-2)·(10a)^(-1),Y_(T)呈增加趋势,增幅为0.36 t·hm^(-2)·(10a)^(-1);空间分布上,YQ随纬度的增加而增加,Y_(T)随纬度和海拔的增加而减少,Y_(W)随纬度的增加而减少、随海拔的增加而增加;太阳辐射、温度和降水对Y_(W)的贡献率分别为26%、48%、26%,温度的促进作用与太阳辐射和降水的抑制作用相互抵消,致使Y_(W)总体呈动态平衡趋势;气候变化背景下,大别山区北部地区较南部地区Y_(Q)下降趋势更加明显,南部地区较北部地区Y_(T)增加趋势更加明显,Y_(W)在低海拔地区呈增加趋势而在高海拔地区呈下降趋势。研究结果可为大别山区茶叶产业充分利用气候资源、高效趋利避害、合理优化产业布局提供科学依据。

广东省1988—2018年气候生产潜力变化特征

基于广东省1988—2018年21个地级市的气候资料,运用Thornthwaite Memorial模型,在计算气候生产潜力的基础上,研究广东省气候生产潜力的变化机制以及时空变化特征。结果表明,1988—2018年广东省气候生产潜力呈下降的趋势变化,气候倾向率每10年为18.4 g/m^(2),空间变化呈阶梯状分布,从沿海到内陆递减。EOF第一特征向量分析表明,广东省的气候生产潜力变化趋势呈现出全省全年气候生产潜力同时偏多或偏少的分布特征;第二特征向量表现出纬向的偶极型空间分布。气候生产潜力与降水呈很强的正相关关系,气温的影响比较弱。暖湿型使气候生产潜力增加,冷干型、冷湿型和暖干型情景下气候生产潜力均减小。未来10年广东省气候生产潜力将呈增加趋势。

近60年玉溪地区气候生产潜力变化及粮食安全气候承载力评估

利用1961—2020年玉溪9个气象站的观测数据,分析玉溪地区近60年的气候生产潜力时空分布情况,同时找出限制气候生产潜力的主要因子。利用气候承载力计算公式,估算玉溪地区在当前气候生产潜力下气候资源对人类社会的气候承载力和不同消费水平下的相对剩余率。结果表明:玉溪地区气候生产潜力分布与地势相符,地势高差较大的地区气候生产潜力较小。近60年气候生产潜力减少,但减少趋势不显著,气候生产潜力年际波动较大,其核心限制因素是年降水量。虽然气候承载力的容量能够满足该地区不同消费水平的粮食需求,但玉溪各县区呈现出明显差异性,因此需要优化玉溪地区气候承载力,提高土地出产率。

黔中地区1971—2020年作物气候生产潜力变化特征

为了研究黔中地区作物气候生产潜力变化规律,选取贵阳市8个气象站1971—2020年温度、降水气象资料,应用Thornthwaite模型和Miami模型来计算贵阳地区作物气候生产潜力状况以及变化趋势。结果表明:贵阳市作物气候生产潜力的曲线的周期为“增-减-增-减-增”,目前位于增加趋势中;同时有由东北向西南增加的空间变化趋势,降水因素是作物气候生产潜力的主要限制因子,作物生产利用率为30%,说明作物气候生产还存在较大的挖掘潜力。

气候变化背景下浙江省单季稻气候生产潜力研究

采用逐步订正法计算浙江省单季稻的气候生产潜力,再利用地理信息系统空间插值、线性趋势分析等方法分析生产潜力的时空变化特征。结果表明:浙江省光合生产潜力自北向南呈“低一高一低一高”的带状分布;光温生产潜力、气候生产潜力则大体呈北低南高的分布;气候生产潜力整体呈下降趋势,同时在下降速率上,光合生产潜力>光温生产潜力>气候生产潜力;浙江省单季稻气候资源利用率仍有较大的提升空间,在气候生产潜力下降的背景下,单季稻产量仍表现出稳中有升的态势。

中国北方冬小麦的水分亏缺与气候生产潜力——近40年来的动态变化研究

基于辨识自然条件下的水分对北方半湿润半干旱地区冬小麦气候生产潜力的影响,采用"逐步订正法"分别计算了光合、光温和气候生产潜力,并进行了评估。从水分平衡角度,采用新颖的数理模式构建了估算气候生产潜力的水分订正函数,其中冬小麦需水量采用FAO最新推荐的Penman Mon teith公式,供水量采用新近研制的降水量和土壤有效底墒模式。计算了本区78个站点近40年(1961～2000年)逐年的气候生产潜力,分别以相对变率、变异系数以及由水分亏缺引起的减产率和水分亏缺率等为指标,分析了近40年中国北方冬小麦水分与气候生产潜力的动态变化。结果表明,由于底墒水约占冬小麦全生育期需水量的20%～30%,对气候生产潜力的贡献较大,相应地,计算得到的冬小麦气候生产潜力比以往一些结果高出约20%～30%,这对评估气候生产潜力有重要意义。在生产潜力动态变化方面,由于降水变率大,使得气候生产潜力的时空变化大于光合和光温生产潜力的时空变化,而且在河北(包括津京地区)和山东两省,水分具有由南向北、由东向西减少的趋势,陕西、山西和河南三省水分有由南向北减少的趋势,使得各项指标的变化均有与此基本相应的变化趋势。

湖北的气候生产力与农业持续发展

基于对湖北省主要农作物气候生产力的估算，分析了目前气候生产力利用的现状。由于受到自然条件和社会条件的限制，在目前大田生产的条件下，湖北粮食气候生产力利用率相对较低，即使是利用率稍高的中稻，其历史最高产量也仅为气候生产力的一半，气候生产潜力较大。因此，如何加强农业气候生产力的开发利用，最大限度的发挥气候资源的作用，将是实现湖北农业持续发展需要解决的重大问题之一。根据影响农作物气候生产力的因子分析，从提高光能利用率、增加光合产量；合理利用热量资源、促进粮食作物的合理布局以及防灾抗灾、改善气候生态环境等不同角度，就如何提高气候资源利用率、实现农业持续发展提出了相应的对策。在此基础上。

气候变化对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响

根据内蒙古荒漠草原1961-2007年11个气象站点的年平均气温、年降水量资料,采用Thornthwaite Me-morial模型计算牧草气候生产力,运用气候诊断分析、相关分析等方法分析荒漠草原年平均气温、年降水量、牧草气候生产力的时空变化特征及趋势,并探讨了不同气候变化情景对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响。结果表明：（1）近47年来内蒙古荒漠草原年平均气温呈极显著的上升趋势,荒漠草原东北部和西部增温幅度相对较大;年降水量总体变化趋势不明显,但东北部地区年降水量明显减少。（2）牧草气候生产力总体为不显著的线性增加趋势,其中荒漠草原中部牧草气候生产力增加显著。（3）未来＂暖湿型＂气候可使牧草气候生产力提高,＂暖干型＂气候使牧草气候生产力降低,＂冷湿型＂气候也有利于牧草气候生产力的增长。（4）年降水量与牧草气候生产力有极其显著的相关性,降水是影响内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的关键因子。