春小麦干热风灾害监测指标与损失评估模型方法探讨——以宁夏引黄灌区为例

利用小麦干热风观测资料和产量统计年鉴 ,结合民政部门灾害历史资料 ,运用产量逐级分离模拟和给定初始聚类中心的逐步筛选聚类分析方法 ,分别确定了宁夏引黄灌区春小麦两类干热风灾害等级判别指标 ,并建立了各自的等级判别方程 ;通过小麦抽穗扬花前的气候模拟 ,分离出灌浆期间两类干热风影响的产量 ;根据不同时期小麦受不同程度的灾害对产量的综合影响建立了综合灾害等级查询表和灾损评估模型 ,代入灾害综合等级 。

中国小麦干热风灾害研究进展

小麦干热风灾害是危害我国北方麦区的主要农业气象灾害之一。基于已有研究成果和实际灾情,从干热风的概念、分类及研究方法出发,对小麦干热风灾害的危害机理、气象环境成因、致灾指标、时空分布、监测预报及防御措施等方面进行了系统归纳阐述,并对未来小麦干热风灾害研究方向进行展望。我国小麦干热风灾害主要分为高温低湿型、雨后青枯型及旱风型3种,形成的气象环境成因主要受干热风天气系统、气候变暖、土壤墒情的影响,致灾指标主要分为形态学、气象学、综合指数指标。小麦干热风灾害的危害总体呈东西两边重、中间轻的分布格局,主要发生在黄淮海平原、河西走廊和新疆3个地区。气候变暖背景下,大部分地区的干热风年日数在20世纪80—90年代出现突变,近30年呈明显加重扩大趋势。基于土壤墒情影响的小麦干热风灾害等级指标构建、小麦干热风过程的灾害监测预警方法、气候变化背景下小麦干热风灾害时空分布新变化及其气象环境成因等是今后研究的重点方向。

基于GIS的河南省冬小麦干热风风险评估及区划

干热风是影响河南省冬小麦后期生长发育及产量的重大农业气象灾害之一,对小麦安全生产造成严重威胁。根据冬小麦干热风国家气象行业标准,基于河南省冬麦区(18个地市)1980-2014年的逐日地面气象观测数据和耕地面积、冬小麦播种面积和产量、灌溉面积等统计资料,利用AHP(层次分析法)和WCA(加权综合评价法)构建以危险性、易损性、敏感性和抗灾能力为主要指标体系的小麦干热风综合风险评估模型,对河南省的干热风风险进行全面评估;并在GIS技术支持下,对其风险分布进行区划和制图表达。结果表明:河南省干热风高风险区域主要分布在驻马店、许昌、豫东商丘、开封和豫北安阳、鹤壁等地;中等风险区域主要位于南阳中东部、周口、豫北新乡、濮阳以及郑州东部和洛阳北部的部分地区;河南西北部济源、焦作以及豫西三门峡和洛阳、豫中部平顶山和漯河、信阳西部等地为干热风低风险区域。

小麦干热风抗性鉴定及热胁迫相关基因TaHSPs的表达分析

为鉴定黄淮麦区小麦品种干热风抗性以及不同抗性品种热激蛋白(TaHSPs)基因的表达差异,以98个小麦品种为试验材料,于花后10~20d进行人工模拟干热风处理,通过测定小麦不同生长时期的叶绿素含量、收获后的千粒重与籽粒品质,评价不同品种干热风抗性;对筛选出的干热风抗性不同的品种在出苗15d进行热胁迫处理,通过荧光定量PCR测定热胁迫0~4.5h内TaHSPs基因表达量的变化。结果表明,干热风处理后,供试小麦品种旗叶的叶绿素含量均降低,高抗干热风品种降幅较小,热敏感型品种降幅较大;供试小麦品种的千粒重均降低。山农23号等3个品种达到高、中抗干热风等级,且抗性比较稳定,师栾02-1为热敏感型品种。干热风处理后籽粒蛋白质含量升高,总淀粉含量降低,抗干热风小麦品种总淀粉相对含量降幅较小。不同小麦品种幼苗在热胁迫0~4.5h期间,TaHSPs基因表达量均为抛物线趋势,抗干热风品种在热胁迫1h时TaHSP16.9基因表达上调幅度大于热敏感型品种。对于TaHSP17.8基因,抗干热风品种在热胁迫期间,上调表达反应时间均早于热敏感型品种;在热胁迫0.5h时,山农23号、周麦18与泰山9818三个抗干热风品种基因表达均上调至590倍以上,而师栾02-1与济南17号的上调幅度在300倍以下。对于TaHSP23.6基因,山农23号的上调表达峰值远高于其他品种。对于TaHSP26.6基因,热敏感型品种在热胁迫后期的上调倍数高于抗干热风品种,师栾02-1与济南17号两个热敏感型品种在热胁迫4.5h时上调幅度均在4 000倍以上,而抗干热风品种山农23号、周麦18与泰山9818上调幅度均在3 000倍以下。

植物生长调节剂对小麦灌浆期干热风的缓解效应

为筛选抗干热风的植物生长调节剂,缓解灌浆期高温低湿对小麦叶片功能的损害,2018~2020年以小麦品种山农28和师栾02-1为试材,采用温室增温除湿鼓风的方式,研究了3种植物生长调节剂(天达2116、旱地龙和艾富莱)对灌浆期小麦生理指标和产量的影响。结果表明:3种植物生长调节剂均可提高小麦旗叶的SPAD值、净光合速率(Pn)、有效光量子产量(QY)、光化学量子效率(Fv/Fm)和相对含水量,增大冠气温差,提高千粒重和产量。其中,喷施天达2116效果最好,与磷酸二氢钾对照(CK_(1))和清水对照(CK_(2))相比,小麦旗叶SPAD值分别提高9.7%~28.8%和6.5%~16.9%,Pn提高23.9%~49.3%,QY分别提高1.8%~8.9%和5.2%~5.6%,Fv/Fm分别提高2.0%~5.2%和3.0%~5.8%,相对含水量分别提高4.1%~8.2%和3.7%~8.1%,冠气温差分别提高1.2~4.6℃和0.5~1.8℃,千粒重分别增加0.7~1.4 g和1.1~1.8 g,产量分别提高7.3%~9.6%和5.9%~13.4%。在小麦生育中后期喷施2次天达2116,可显著增强叶片生理活性、降低冠层温度,有效缓解灌浆后期干热风对小麦造成的伤害程度,明显提高千粒重和产量。

基于综合强度指数的黄淮海地区干热风灾害时空特征

干热风是影响黄淮海地区冬小麦后期生长和产量形成的重大气象灾害之一,本研究基于干热风综合强度指数(CID),利用黄淮海冬麦主产区65个站点1961—2015年的逐日气象数据和冬小麦生育期资料,分析了该地区干热风强度的时空变化特征。完成了过去55 a区域干热风年型的反演,表明黄淮海地区有半数以上的年份会出现区域性干热风灾害,55 a间分别有21 a、10 a达到轻度、重度干热风强度等级,其中1961、1965和2001年的强度分列前3位。干热风年型机遇的地理分布,河南中部和北部、山东中西部、河北和京津大部≥3遇/10 a,其中河北中南部、北京南部、山东北部、河南北部部分地区超过5遇/10 a,是干热风重点防范区域。从年际变化来看,黄淮海地区干热风强度总体呈减轻趋势,其中在干热风多发区、危害集中区减轻趋势更明显,表明研究区域内干热风威胁总体在减轻。但在气候变暖背景下,极端天气气候事件频发,部分年份仍存在发生较重干热风的可能,2001年和2014年小麦灌浆期间,黄淮海地区均出现了持续时间较长、重度干热风面积较广的干热风天气,成为进入21世纪以来两个典型的干热风年,因此对干热风的防御仍要给予高度重视。

宁夏红枣干热风气象等级预报

通过对历年红枣产量与气象因子的统计分析,研究红枣关键生长阶段气温、光照、相对湿度等因子对产量的影响,确定红枣受干热风影响的关键气象因子和关键影响时段。同时,采用大弓棚人为提高环境气温的方法,研究红枣开花座果关键时段单个枣吊落花落果量与最高气温和相对湿度的关系,确定不同等级干热风的气象指标和模型。结果表明,该方法对评价干热风对红枣产量的影响效果较好。

天津市干热风发生规律与特点探讨

通过对天津市1982—2002年干热风观测资料的分析,确定了小麦不同生育时期的干热风气象指标,总结出天津麦季干热风的发生时间、类型、发生日数规律以及近10年麦季干热风的发展趋势等。

小麦干热风灾害综合强度指数研究

干热风是我国北方麦区小麦生育后期经常出现的一种农业气象灾害,现有指标一般将干热风年型划分为无、轻、重3个等级,相同等级的年型之间难以进行相互比较;以往的研究通常只考虑高温低湿型,或将高温低湿和雨后青枯两种类型干热风分开分析,难以全面评价干热风的特点及其影响。本研究利用北方小麦主产区13省(区、市)178个站点1981—2015年小麦生育期内的逐日最高气温、14时相对湿度、14时风速、降水等资料,对干热风指数DHW进行了参数和类型修订,进而构建了涵盖高温低湿和雨后青枯两种干热风类型的干热风综合强度指数(CID);基于小麦因干热风造成的千粒重降低标准,提出了干热风当量日数(EDs)的概念,通过分析EDs与CID的关系,确定了北方小麦主产区各区域基于CID的干热风年型划分等级。干热风综合强度指数(CID)与干热风气象行业标准(QX/T82-2007)年型等级评价结果一致的比例,除新疆重区为84.4%外,其余各区域在90.9%至98.2%之间,表明CID具有较好的普遍适用性。基于CID对代表站点和典型干热风年的干热风时空特征分析表明:华北黄淮小麦主产区干热风强度呈减弱趋势,重区和次重区的变化趋势总体一致;而无论发生区域和发生强度,2001年均为1981—2015年中干热风最重的年份。干热风综合强度指数(CID)的建立实现了干热风强度的指数化综合评价,使具有相同年型等级的站点或年份之间干热风强度的时空对比分析成为可能,可作为现有干热风指标的拓展和补充,用于干热风灾害监测评估研究和服务。

中国北方地区几种农业气象灾害指标研究综述

针对我国北方地区常见的几种农业气象灾害:干旱、低温冷害、霜冻和干热风,对其各类指标进行了归纳和描述。干旱指标是从监测、防御、经济损失评估、社会经济发展水平和科技进步5个方面来分别描述;冷害指标就目前常见的几类进行了简要介绍;霜冻指标多针对不同作物给出具体判别标准;干热风指标从气象、判别、危害和防御4个方面进行了描述。总结了不同指标的优缺点,同时也对这些灾害指标目前存在的问题和今后改进的方向提出了看法,为形成北方地区农业气象灾害指标体系奠定基础,同时为今后该地区各类农业气象灾害的监测、评估及防灾减灾工作提供参考与支撑。

关中平原麦田干热风过程陆气交换特征的数值模拟

干热风是常发生在中国北方冬小麦产区的高温、低湿、风速较大,并伴随有强热量交换和水分蒸发过程的农业气象灾害.当其发生时如果不能保证作物水分的供给,将严重影响产量.因此,开展干热风发生机理的准确模拟与预报,对指导采取适时的农田管理措施,保障小麦产量至关重要.本文应用中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting)输出结果驱动北京大学陆面模式PKULM(Peking University Land Model)的模拟方法,结合气象台站观测与风云3A卫星遥感反演的叶面积指数数据,对关中平原2008-2013六年间干热风过程中农田生态系统温度、湿度、风速、感热通量、潜热通量等陆气交换特征进行了数值模拟.准确模拟出了干热风发生期间的大气温度、相对湿度、风速、土壤温度、土壤含水量及冠层感热通量、总感热通量、冠层潜热通量和总潜热通量等关键要素特征,揭示了本地区干热风的两种形成机制.模拟结果表明:WRF对干热风过程的温度场、湿度场与风场模拟比较准确,PKULM对于植物在干热风过程中、特别是气孔关闭阶段的感热、潜热通量的模拟明显优于WRF-Noah LSM(Noah Land Surface Model)的模拟效果.模拟结果与相应气象要素的观测值数值接近、变化趋势一致,在实际干热风发生时间段内的各要素模拟值均达到干热风指标,因此使用本模式系统模拟预报干热风灾害是可行的.

异常气候条件下小麦估产方法研究

发展针对异常气候条件下的作物估产模型,对于理解气候变化对作物产量的影响,提高估产模型的适用性具有重要意义。本文提出了一种综合气象灾害指标、遥感植被指数与趋势产量的随机森林回归估产方法,基于该方法构建了中国五大麦区的小麦单产估算模型,并选择典型的灾害年份在县级尺度和麦区尺度上分别进行了精度验证,对比分析了不同麦区输入变量对估产模型构建的重要性。结果显示:五大麦区估产模型拟合精度的R^(2)均在0.95以上,各麦区县级实际单产与预测单产平均相对误差均低于0.060,区级均低于0.049;输入变量在不同麦区的重要性存在差异。标准化降水蒸散指数在五大麦区重要性均较高,干热风指标在西北春麦区与北部春麦区相比其他区域更重要,月平均温度距平与月平均降水距平在各个麦区的重要性差异不大,小麦拔节期与抽穗期的标准化差分植被指数(NDVI)重要性相对其他时间段的NDVI更高。本文构建的估产模型能够满足异常气候条件下估产的精度,可以为极端气候条件下大尺度的估产研究提供参考。