基于CWDI蒙冀半干旱区近60a谷子干旱时空变化特征

谷子是半干旱区的特色作物,具有耐旱稳产的特点。蒙冀半干旱区是谷子的优势产区,种植面积及总产量均居全国前列,但干旱严重威胁着该区谷子生产。为揭示干旱对谷子生长过程的影响,提高谷子生产应对干旱风险的能力,选取研究区内27个气象站点1961-2019年谷子生长季(5-9月)逐日气象数据,采用作物水分亏缺指数(CWDI)作为干旱指标,结合干旱强度、干旱频率、干旱站次比分析谷子干旱的时空变化特征。结果表明:(1)近60a,蒙冀半干旱区谷子干旱强度呈下降趋势。干旱的发生频率和站次比均随干旱等级的升高而降低。(2)在谷子各生育阶段,干旱强度和干旱频率表现为拔节期>苗期>成熟期>灌浆期>抽穗期。(3)空间分布上,研究区内谷子干旱强度和干旱频率均表现为由西北向东南逐渐降低,其中中旱、重旱和特旱的发生范围均减小。干旱强度和频率的降低有利于蒙冀半干旱区的谷子生产。

基于闪烁通量和土壤水分的春玉米干旱研究

为了识别河北省怀来县春玉米生长季内不同生育期的干旱情况。基于大孔径闪烁仪观测系统的数据,本研究用河北省怀来县2021年春玉米的实际蒸散量代替潜在蒸散量,计算了修订的水分亏缺指数(RCWDI)。根据土壤相对湿度得到的春玉米实际干旱等级,重新构建了RCWDI的干旱等级,并利用2019年的数据进行了验证。结果表明:2021年怀来县春玉米生育期内降水量和实际蒸散量之间有显著的相关关系,降水量与蒸散量差值的累积值可以反映春玉米的干旱状况。2021年怀来县春玉米干旱主要发生在播种到拔节期。2019年利用RCWDI获得的干旱等级与基于土壤水分得到的干旱等级相似度高达80%。研究表明基于闪烁通量修订的水分亏缺指数及其干旱等级具有一定的适用性。

基于CROPWAT模型的玉米水分盈亏及灌溉制度研究

为研究黑龙江省中部地区玉米生育期内需水量、水分盈亏指数(CWSDI)、干旱等级变化和不同水文年灌溉制度,基于哈尔滨市1955-2014年气象数据、土壤数据和玉米作物参数,利用CROPWAT模型计算玉米生育期内需水量、有效降雨量和灌溉需水量,计算水分盈亏指数并划分干旱等级,采用Mann-Kendall趋势检验分析以上因素变化趋势,针对不同典型水文年制定灌溉制度。结果表明,该地区1955-2014年生育期内玉米需水量以9.41 mm/10 a的速率下降;丰水年、平水年,枯水年和特枯水年需水量分别为407.80、423.80、452.00和485.60 mm;多年平均CWSDI没有明显变化,生育期内每月CWSDI变化较为明显,干旱等级分析表明在玉米生长初期和生长后期较干旱;不同水文年干旱情况不同,除丰水年外,有效降雨量均难以满足玉米生育期内需水量,不同典型水文年应建立不同的灌溉制度。特枯水年、枯水年和平水年的灌水净定额分别为151.30、117.10和39.70 mm。

基于游程理论和CWDI_(a)的农业干旱时空特征分析

选用1960-2019年江苏省69个基本气象站逐日观测资料和全省旱灾资料,通过计算逐日作物水分亏缺距平指数,基于游程理论和小波分析等统计方法,分析农业干旱历时、频率、强度、范围的时空变化特征及其与干旱实际发生面积的关联度。结果表明:近60年全省平均年干旱日数变化范围是26~146 d,苏北、苏中、苏南年平均干旱日数分别为106 d、78 d、58 d,冬季干旱日数占年干旱总日数的比例最高,为32.3%,其次是夏季,中度干旱、重度干旱、特别干旱日数占近60年干旱总日数的比例分别为34%、29%、20%,苏北中度干旱、重度干旱、特别干旱60年平均发生频率分别为8.35%、6.50%、6.66%;干旱强度北强南弱,呈纬向分布,西北部旱情最重,也是最易发生极端干旱事件的地方;近60年中度干旱、重度干旱、特别干旱平均覆盖率分别为94.4%、83.0%、54.7%,21世纪10年代中度干旱及以上等级干旱发生范围最大;年干旱日数和干旱强度年际波动明显,无明显线性变化趋势,总体存在13~17年振荡周期;干旱历时长短和强度大小对实际受灾面积、成灾面积的影响不同,受灾面积与干旱日数的相关性更强,成灾面积与干旱强度的相关性更强。

黑龙江省大豆生长季旱涝时空分布特征

基于黑龙江省62个气象台站1961-2019年逐日气象资料,利用联合国粮农组织(FAO)推荐的方法计算大豆需水量,应用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降水,采用M-K检验、GIS反距离加权插值等方法分析黑龙江省大豆各生育阶段水分盈亏指数及干旱与洪涝演变特征。结果表明:黑龙江省大豆生长季内有效降水在开花以前主要呈增加趋势,开花及以后主要呈减少趋势;大豆需水量在第三真叶期以前主要呈增加趋势,第三真叶期及以后呈减少趋势,结荚-鼓粒期和鼓粒-成熟期减少趋势最为显著。大豆生长季内水分盈亏指数(Crop water surplus deficit index,CWSDI)中部偏东地区和最北部地区最高,东部高于西部;开花-结荚期和结荚-鼓粒期CWSDI最低,鼓粒-成熟期最高。洪涝多发于偏北部地区,东部多于西部,出苗-第三真叶期洪涝发生站次最多。干旱发生频次高于洪涝,西部或西南部干旱发生频率高于东部,中部和北部最低,干旱多发生于开花-鼓粒期。

四湖流域水稻耗水与降雨匹配度及水稻旱涝易损特征分析

水稻是中国主要粮食作物之一,研究气候变化环境下降雨特征及其与水稻耗水之间的匹配关系,明晰水稻水分盈亏状况及旱涝易损特征,可为区域水资源配置规划与灌溉排水管理等提供重要依据。该研究以湖北江汉平原四湖流域为研究区域,基于5个气象站点1961—2020年逐日气象资料,利用Penman-Monteith公式、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率、空间插值分析等方法,分析了降雨量、水稻田间耗水量及水分盈亏指数时空分布特征,基于水分盈亏指数分析了水稻旱涝易损特征。结果表明:1)四湖流域多年平均降雨量为1209.2 mm,且以35.1 mm/10a的平均速度显著上升,东南部降雨量及上升趋势均高于西北部;2)早、中、晚稻生育期多年平均降雨量分别为492.0、509.9和269.1 mm,早、中稻生育期降雨量分别以17.9 mm/10a和18.4 mm/10a的平均速度呈不显著上升趋势,晚稻生育期降雨量以-10.7 mm/10a的平均速度呈不显著下降趋势;3)早、中、晚稻多年平均田间耗水量分别为411.4、595.5和401.4 mm,中稻田间耗水量远大于早稻和晚稻,早、中稻田间耗水量分别以-5.54 mm/10a和-11.43 mm/10a的平均速度显著下降,晚稻田间耗水量以-1.52 mm/10a的平均速度呈不显著下降趋势;4)早、中、晚稻多年平均水分盈亏指数分别为0.22、-0.12和-0.31,早、中稻水分盈亏指数以0.06/10a和0.04/10a的平均速度呈不显著上升趋势,晚稻水分盈亏指数以-0.03/10a的平均速度呈不显著下降趋势,早、中稻水分盈余程度在增加,晚稻水分亏缺加剧;5)四湖流域早、中、晚稻干旱频率分别在10.0%~16.7%、28.3%~40.0%和51.8%~60.0%之间,晚稻最容易受干旱威胁。早、中、晚稻雨涝频率分别在1.7%~15.0%、1.7%~3.3%和0~1.7%之间,早稻更容易受雨涝威胁。总体上,四湖流域早稻发生旱涝灾害的频率较小(20.7%),中稻次之(37.0%),晚稻最容易受旱涝威胁(56.0%),水稻耗水与降雨匹配程度为:早稻>中稻>晚稻,要特别注意晚稻干旱缺水问题。

Crop water stress index for off-season greenhouse green peppers in Liaoning, China

The crop water stress index(CWSI)is a complex instrument to effectively monitor the degree of water stress of crops and provides guidance for timely irrigation.In an experiment utilizing the CWSI with off-season green peppers planted in barrels in a greenhouse in Liaoning Province,Northeast China,this study monitors the sub-indexes--such as canopy temperature,environmental factors and yield--determines the changing law of each constituent,achieves an empirical model as well as a baseline formula for the canopy temperature of the peppers with a sufficient water supply,and verifies the rationality of the formula with corresponding experimental data.The results obtained by using the CWSI show that the optimal time to determine the water deficit for off-season green peppers is at noon,by measuring the diurnal variation in the peppers with different water supplies.There is a nonlinear relationship between the yield and the average CWSI at the prime fruit-bearing period;moreover,the optimal time to supply water for off-season green peppers comes when the average water stress index ranges between 0.2 and 0.4 during the prime fruiting stage,thereby ensuring a high yield.

基于作物水分亏缺指数的春玉米季节性干旱时空特征分析

季节性干旱是影响湖南春玉米生产最突出的气象灾害,分析其时空分布特征和发生的规律,可为湖南春玉米生产的发展和合理布局提供技术支持。该文基于湖南省96个气象站点1961-2007年地面气象观测资料,采用FAO于1998年推荐的Penman-Monteith方法计算了参考作物蒸散量、玉米的作物需水量。考虑盈余降水对水分亏缺指数的影响,修正了的水分亏缺指数计算方法,并依据玉米的水分亏缺指数,分析了季节性干旱发生频率的时空特征。并选取不同区域典型站点分析了水分亏缺指数年代际变化特征。结果表明,湖南春玉米生长季节内干旱呈现明显的季节性和空间区域分布特征:干旱频率较高的时段主要在玉米抽雄-吐丝阶段及其后的生育阶段,且随生育期后移干旱频率明显增加,以轻旱程度为主。空间分布特征是以湘中南的衡阳及周边一带干旱频率最高,其次为湘东、湘北一带次高,湘西等地春玉米干旱频率低。各年代之间比较,以20世纪80年代干旱较严重,90年代干旱相对较轻。

东北地区玉米干旱时空特征分析

利用1961-2007年东北地区124个气象站日气象数据,采用彭曼-蒙特斯方程计算参考蒸散量、作物需水量及玉米水分亏缺指数,按玉米生长的不同发育期确定不同干旱等级玉米水分亏缺干旱指标并计算了干旱频率,并就其时空分布及其年际变化特征进行分析。结果表明：东北地区玉米生长季内干旱呈现明显的季节性和区域性,干旱发生频率较高的时段主要在苗期生长阶段,其次是灌浆成熟期;玉米苗期、拔节期、抽雄开花期、灌浆成熟期轻旱以上干旱频率都呈东北向西南逐渐增加的分布趋势,区域性比较明显;辽宁西部和南部、吉林西部和黑龙江西南部地区干旱发生频率较高,是干旱的主发区,玉米苗期、拔节期、抽雄开花期、灌浆成熟期干旱发生频率分别为60%-96%,30%-58%,20%-40%,30%-52%,从年代际变化看,20世纪60年代到80年代干旱缓和,从90年代初开始干旱呈增加的趋势,90年代中期以后干旱增加趋势明显,特别是2000-2004年维持在一个较高的水平。由此可见,东北地区近十年来干旱呈显著增加的趋势,且干旱在各个发育阶段同时发生。

气候变化背景下东北三省大豆干旱时空特征

利用1961—2010年东北三省大豆种植区71个气象站点地面气象观测资料,基于农业干旱指标作物水分亏缺指数(CWDI)及干旱等级,分析了气候变化背景下近50年来我国东北地区大豆干旱发生频率演变趋势及干旱程度演变特征,研究结果表明:东北三省大豆干旱频率空间差异较大,呈明显的西高东低的经向带状分布特征;大豆全生育期干旱频率以轻旱最高,中旱次之,重旱和特严重干旱频率最低;轻旱及以上干旱频率以播种到分枝阶段最高,分枝到开花阶段次之,开花到成熟阶段最低;作物水分亏缺指数年际变化趋势各地不同,总体而言以播种到分枝期干旱为主向开花到成熟期干旱转变的特点;大豆全生育干旱等级存在明显的年代际变化,20世纪80年代干旱范围最小、程度最轻,2000年以后重旱及中旱范围增加明显,干旱趋于严重。

近50年东北地区春玉米干旱的时空演变特征

利用东北地区70个气象站点1960-2007年间的逐日气象资料,计算了作物水分亏缺指数(CWDI)并划分了干旱等级;利用ArcGIS软件,绘制了东北地区春玉米种植区的干旱等级时空分布图,对各个年代和生育期的玉米干旱灾害时空分布特征和演变趋势进行了分析。结果表明:在春玉米生长季内,玉米的需水量与降水量均呈现先增加后减少的变化趋势7,月下旬达到峰值,在4-6月和9月份水分亏缺指数(CWDI)值较高,易引起玉米发生干旱。

近40a黄淮海地区夏玉米生长季干旱时空特征分析

干旱是制约黄淮海地区夏玉米产量稳定的主要农业气象灾害,明确粮食主产区农业干旱发生的演变规律,对于采取有效的防灾减灾对策意义重大。基于作物水分亏缺指数和夏玉米干旱等级指标,分析了黄淮海地区近40a夏玉米生长季干旱的时空变化规律。结果表明:夏玉米各生育阶段间比较,播种-出苗期水分亏缺指数和干旱发生概率最大。除播种-出苗期外,随着干旱等级的升高,干旱发生概率逐渐降低,但播种-出苗期则以特旱等级发生概率最大;各阶段水分亏缺指数无明显的时间变化趋势,但年际间波动较大,特别是夏玉米生长中后期,1997年是近40a干旱发生最为严重的年份,不仅干旱持续时间长,且发生范围也最大;水分亏缺指数空间分布范围在年代际间存在"缩小-增大-缩小"的变化规律,从各年代干旱等级及其分布范围看,1991-2000年干旱最严重,2001-2010年有所减轻。夏玉米各阶段水分亏缺指数及各等级干旱发生概率基本呈现为由东南向西北逐渐增大的变化趋势,河北大部、河南西部和北部以及山东的中西部地区是各阶段干旱概率的高值区。由于年际间的波动在增大,黄淮海地区夏玉米生长中后期极端干旱灾害发生的可能性较大,北部及西部地区更是干旱灾害的高发区,生产中仍需加强对干旱灾害的预测预报及防御工作。

近50年东北玉米生育阶段需水量及旱涝时空变化

分析近50a东北玉米生育阶段的水分供需及旱涝变化,可以为防灾减灾对策的制定提供理论依据。该文基于东北地区48个农业气象观测站1961-2010年逐日气象资料、近20多年玉米生育期资料及近10a农业灾情多元数据,利用作物系数法计算4个生育阶段的需水量,揭示东北玉米4个生育阶段水分供需的时空规律;以作物水分盈亏指数为评价指标,分析近50a东北玉米不同生育阶段的旱涝分布及演变。结果表明:东北玉米4个生育阶段及全生育期的需水量没有显著变化;乳熟-成熟阶段,有显著的干旱化趋势,其它3个阶段和全生育期没有明显的旱涝变化。4个生育阶段需水量空间差异较大,基本呈带状分布。播种-七叶期,中旱及以上、中涝及以上灾害频率较低;后3个生育阶段,中旱及以上、中涝及以上灾害频率较高,且全域、区域旱涝现象呈明显的年代际变化特征,从20世纪80年代起全域、区域中旱及以上、中涝及以上次数明显增加。

中国北方地区春玉米干旱的时间演变特征和空间分布规律

【目的】研究北方地区春玉米各生育阶段干旱年代际演变特征及空间分布规律。【方法】基于研究区域1961—2010年291个气象站点的逐日气象资料以及春玉米生育期资料,利用农业干旱指标作物水分亏缺指数(CWDI),明确了研究区域春玉米干旱的年代际演变特征及空间分布规律。【结果】西北地区春玉米水分亏缺指数年际间波动平稳,华北和东北地区在20世纪80和90年代波动较为剧烈;华北地区春玉米水分亏缺指数在抽雄—成熟阶段明显低于其余两个阶段,东北、西北地区各生育阶段变化不明显;华北中部地区干旱等级的年代间波动明显。北方地区春玉米干旱等级和干旱发生频率的空间分布均呈现西高东低、北高南低的形势,西北地区最高、华北地区次之,东北地区最低;各旱级干旱频率的空间分布以特旱和轻旱最为明显,其中特旱主要集中发生在新疆大部、甘肃北部、内蒙古西北部等地区,发生频率在3年2遇以上,而轻旱主要集中在东北大部、华北大部以及西北东南部地区,发生频率在5年1遇以上。中旱和特旱主要集中发生在华北地区以及西北东部地区,频率均在5年1遇以上,并且随生育阶段更替有减轻的趋势。【结论】北方地区春玉米农业干旱指标CWDI年代间波动以华北、东北地区较为剧烈,且从20世纪80年代以来波动有上升的趋势。干旱的等级和频率空间分布均呈现明显的东西向分布。各旱级中特旱频率呈西高东低分布,生育后期在区域上呈扩大趋势,轻旱频率呈东高西低分布,生育后期有加重趋势,中旱和重旱频率呈中高东西低分布,生育后期在区域和程度上均呈下降趋势;生育阶段间旱级变化敏感的区域主要是新疆北部和华北中部地区。

基于冠层温度的作物缺水研究进展

冠层温度信息可以很好地反映作物的水分状况。自 2 0世纪 70年代以来 ,基于冠层温度的作物缺水指标的研究经历了三个阶段 ,即单纯研究冠层温度本身变化特征的第一阶段、以冠层能量平衡原理为基础的作物水分胁迫指数的第二阶段和考虑冠层和土壤的复合温度的水分亏缺指数的第三阶段。指标的发展也由使用手持式红外辐射仪信息扩大到使用航空和卫星遥感信息。这一类指标在点和区域尺度上均可应用。加强这一类指标的研究对于我国北方地区农作物的有效灌溉和区域水资源的管理都有重要意义。

基于作物水分盈亏指数的昆明水稻生长季干旱特征及成因分析

基于昆明站点1952—2013年逐日气象观测资料,根据联合国粮农组织1998年推荐的PenmanMonteith公式计算了昆明站近62 a来逐日的参考作物蒸腾量、水稻生育期需水量,利用Mann-Kendall趋势检验法研究作物需水量变化规律,同时根据水稻的水分亏缺指数(CWDI),采用通径分析方法研究各气象因子对水分亏缺指数的影响。结果表明:近62年来昆明地区平均旬需水量为32.55 mm;水稻生长季内干旱分布明显不均匀,随着生长季的推进,干旱级别从轻旱到重旱,干旱发生最严重时期是黄熟生育阶段,在整个水稻生长季内,水稻水分盈亏指数均值为38.07%,表明水稻处于重旱状态;在水稻生育期变异系数研究中,水分盈亏指数变异系数均较小,在返青、分蘖、拔节、抽穗、乳熟和黄熟六个阶段中,变异系数分别为1.8%、1.9%、1.3%、1.1%、0.8%、和0.8%,表明昆明地区近年干旱等级变化较小;影响水分盈亏指数最大正相关因素为日照,最大负相关因素为水汽压。

冀京津冬小麦灌溉需水量时空变化特征

利用冀京津地区20个气象站点1961-2010年气象资料和1980-2009年冬小麦生育期资料,采用美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降水量,同时利用FAO推荐的Penman-Monteith方法计算冬小麦全生育期和4个主要生育阶段的需水量,并对冬小麦生育阶段灌溉需水量进行探讨。结果表明,过去50a来,冀京津冬小麦生育期内有效降水量呈增加趋势,空间上呈经向分布特点,表现为从西向东梯状增加的趋势。而冬小麦的需水量呈减少趋势,其中抽穗-乳熟期减少幅度最大,全生育期需水量的空间分布呈带状特征,全区差异较大。抽穗-乳熟期分布由东南向北递减。为满足冬小麦需水要求,全生育期灌溉需水量为291~381mm,灌溉需水量较多的地区为沧州市和衡水市一带。其中需水较多的生育阶段为拔节-抽穗期和抽穗-乳熟期。在空间上,拔节-抽穗期灌溉需水量以沧州市为中心,向南北两侧递减;抽穗-乳熟期灌溉需水量南高北低,有明显的带状分布特征。研究结果可为冀京津冬小麦适时定量灌溉和提高水分利用效率提供基础数据支撑。

黄淮海地区夏玉米干旱等级划分

干旱是影响黄淮海地区夏玉米产量稳定性的主要农业气象灾害。建立夏玉米干旱灾害指标，开展夏玉米干旱灾害的监测及评估，对农业防灾减灾意义重大。该文根据夏玉米生长发育过程，选择土壤相对湿度和作物水分亏缺指数分别建立夏玉米不同生育阶段的干旱等级指标。首先在综合分析有关夏玉米土壤水分指标研究成果的基础上，确定了夏玉米各生育阶段不同干旱等级的土壤相对湿度指标。在此基础上，利用河南省农业气象观测站多年观测资料，建立水分亏缺指数与土壤相对湿度之间的关系模型，利用已确定的土壤相对湿度指标计算得出夏玉米不同生育阶段不同干旱等级的水分亏缺指数干旱指标。根据土壤相对湿度指标，夏玉米播种-出苗、出苗-拔节、拔节-抽雄、抽雄-乳熟和乳熟-成熟5个生育阶段发生轻旱的临界值分别为65%、60%、70%、75%和70%，发生重旱的临界值分别为45%、40%、50%、55%和50%，发生特旱的临界值分别为40%、35%、45%、50%和45%；而根据水分亏缺指数指标，5个生育阶段发生轻旱的水分亏缺指数的临界值分别为35%、40%、20%、10%和35%，发生重旱水分亏缺指数临界值分别为50%、65%、55%、45%和65%，发生特旱的临界值分别为55%、75%、65%、55%和75%。在黄淮海夏玉米区选择代表站点对确定的干旱等级指标进行了验证，土壤相对湿度和水分亏缺指数判定的干旱等级相同及相差一个等级的百分率变化在71%～91%，表明2套指标对干旱发生情况的判别具有较好的一致性；通过与历史典型干旱年份灾情对比，2套指标能够较好的判定出历史年份夏玉米生长季干旱发生情况，能够用于夏玉米干旱的监测、评估等方面的科研及业务服务中。

基于作物水分亏缺指数的吉林省玉米不同生育时段干旱特征分析

利用吉林省1961-2015年46个气象站的逐日气象数据,结合Penman-Monteith方程,计算玉米生育期逐旬需水量(Et_c)、降水量以及作物水分亏缺指数(CWDI),根据干旱等级指标计算逐旬不同等级干旱频率、平均干旱强度以及干旱风险指数,并分析其空间分布和时间变化特征。结果表明:从玉米生长季水分供需状况看,西部地区整个玉米生长季水分亏缺最严重,玉米易遭受干旱威胁,中部发生干旱的威胁次于西部地区,东部发生干旱的威胁最小。西部地区干旱发生频率最高,其次是中部,东部地区干旱发生频率最低,平均干旱强度和干旱风险指数与此有相同的分布特征。各等级干旱基本上是在玉米生长的前期和后期发生频率较高,而在玉米生长的关键期,发生频率相对较小。除个别情况,各时段基本是轻旱发生频率最高,其次是中旱,而重旱发生频率较低,特旱发生频率最低。代表站各时段水分亏缺指数年际变化基本是中前期呈减少趋势,中后期呈增加趋势。不同时段各等级风险区空间分布也存在差异。

基于冠层温度的菜心缺水指数模型初步试验研究(英文)

以柳叶菜心为研究对象 ,测试了不同干旱条件下的土壤含水量、空气温湿度和冠层温度等参数 ,确定了作物缺水指数经验模型的参数 ,并针对太阳辐射强度对模型做了改进。研制了蔬菜旱情检测系统 ,利用红外测温仪、土壤含水量传感器等 ,可以实时测得田间作物的水分亏缺状态 ,为同类研究提供了测试手段和数据分析方法。