亚洲农业气象服务支持系统发展现状

在世界气象组织农业气象专业委员会(WMO CAgM)调查问卷基础上,结合有关气象或农业气象网站信息,从资料获取、分析工具、专用业务服务系统、信息传输系统等方面,较为全面地分析了WMO第二区协(RA-Ⅱ,亚洲)几个主要国家的农业气象服务支持系统的业务应用现状和存在问题,最后给出了目前值得推广的几种服务支持系统及服务方法,对亚洲及全球农业气象服务支持系统的发展,特别是对我国发展现代农业气象服务支持系统,具有一定的借鉴作用。

农业气候区划方法研究进展

农业气候区划是合理利用农业气候资源的有效途径,得到了广泛地关注和应用。本文着重从农业气候区划指标选取方法、农业气候区划方法以及地理信息系统在农业气候区划中的应用三个方面,总结了农业气候区划方法的研究进展,评述了不同区划方法的优缺点,并提出了未来可能的研究方向,以期对该领域的研究提供参考。

不同CO_(2)浓度和氮肥水平对稻田呼吸速率的影响

为研究不同CO_(2)浓度和氮肥水平对稻田呼吸速率的影响,利用12个开顶式气室开展田间试验,CO_(2)浓度设置对照(CK,自由大气CO_(2)浓度)、CO_(2)浓度比CK增加120μmol·mol-1(C1)和200μmol·mol-1(C2)3个水平,氮肥设置低氮(N1,15 g·m^(-2))和常规氮肥(N2,25 g·m^(-2))2个水平,试验共6种处理。结果表明:在相同施氮水平下,在灌浆期和蜡熟期,C1N1比CKN1处理的呼吸速率分别下降了23.4%(P=0.045)和49.1%(P=0.010);在抽穗期和灌浆期,C2N2比CKN2处理的呼吸速率分别升高了12.3%(P=0.009)和16.8%(P=0.047)。同一CO_(2)浓度下,不同施氮水平处理的呼吸速率表现为N2>N1,且在拔节期和抽穗期达到显著水平,在灌浆期达到极显著水平;其中在灌浆期和蜡熟期,C1N1比C1N2处理的呼吸速率分别下降了31.1%(P=0.004)和42.7%(P=0.010)。研究表明,大气CO_(2)浓度升高对稻田呼吸速率的影响因生育时期而异,氮肥减施可以降低稻田呼吸速率及CO_(2)累积释放量。

大气CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮水平对稻田CH4排放的影响

为探究大气CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮水平对稻田CH_(4)排放的影响,基于CO_(2)浓度自动调控平台开展水稻试验,以“南粳9108”为试验品种,采用静态箱-气相色谱法测定CH_(4)通量。在背景大气CO_(2)浓度(CK)的基础上,设置CO_(2)浓度缓增(C_(1)处理,从2016年开始逐年增加40μmol·mol^(-1),至2018年增加120μmol·mol^(-1))和骤增(C_(2)处理,CO_(2)浓度每年均增加200μmol·mol^(-1))处理;在常规施氮量(N 1处理,25 g·m^(-2))的基础上设置氮肥减施处理(N_(2)处理,15 g·m^(-2))。结果表明,CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮量均没有改变稻田CH_(4)通量的季节变化规律,总体上呈现先增加后减小的趋势。在整个生育期,CO_(2)浓度缓增、骤增对稻田单位产量CH_(4)排放量无显著影响。在C_(2)条件下,与N 1处理相比,N_(2)处理水稻产量显著降低45.2%(P=0.037),同时稻田单位产量CH_(4)排放量显著增加63.3%(P=0.008)。综上所述,随着CO_(2)浓度升高,氮肥减施至15 g·m^(-2)会减少水稻产量,同时增加稻田单位产量CH_(4)排放。

CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响

为研究CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响,利用由开顶式气室(OTC)组成的CO_(2)浓度自动调控平台,扬麦22号为供试材料开展田间试验。将大气CO_(2)浓度作为对照(CK),设置CO_(2)浓度缓增处理C_(80)(CO_(2)浓度缓慢增加80μmol/mol)和C_(120)(CO_(2)浓度缓慢增加120μmol/mol)。结果表明,CO_(2)浓度缓增处理没有改变小麦田N_(2)O排放通量的季节性变化特征。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(25.49±3.33) mg/m^(2)、(26.83±3.21) mg/m^(2);2018-2019年冬小麦生长季,CK、C_(120)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(113.06±2.66) mg/m^(2)、(121.20±9.28) mg/m^(2)。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量分别为(25.99±1.39) mg/m^(2)、(29.83±4.20) mg/m^(2)。各生育期土壤N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01),土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01)。

基于ORYZA2000模型的北京地区旱稻适宜播种期分析

确定适宜播种期是制定合理的作物栽培管理方案的关键内容之一。在作物模型ORYZA2000有效性验证的基础上,以北京地区为例,利用该模型结合长期历史气候资料,对确定旱稻适宜播种期做了初步研究。结果表明:在不考虑水分因子条件下,北京地区旱稻297安全播期的范围较广,多年平均为3月26日—6月4日;受温度升高的影响,最早播期有提前趋势,而最晚播种期有延后趋势。在同一年份内,播期不同旱稻的产量也有一定的变化,呈现为先升高而后降低的趋势。播期过早或过晚导致生育期平均温度偏低是影响穗干物质累积且造成减产的主要原因,在适宜的播期范围内才能获得高产。以90%—100%当年最高产量潜力作为适宜播期的产量指标,确定北京地区旱稻297的适宜播期变化在5月11日—5月19日之间,相应的产量变化在6689—7257kg/hm2范围内。研究方法可为其他地区旱稻的播期研究提供借鉴。

夏玉米叶面积指数模型适用性及误差分析

为了研究叶面积指数模型的适用性,利用郑州农业气象试验站2009—2013年夏玉米观测资料和气象资料,建立修正的Logistic叶面积指数模型,并通过2014—2017年的数据对模型进行了检验。为了进一步研究模型在不同地区的适用性,分别于2014年、2015年在鹤壁、黄泛区、驻马店、郑州4个站点进行4个品种的分期播种试验,利用4个站点2 a的分期播种数据进行模型验证。结果表明:叶面积指数实测值与模拟值变化趋势基本一致,三叶期、七叶期平均绝对误差为0.01~0.23,平均相对误差为0%~12%,拔节期、抽雄期、抽雄后10d绝对误差为0~1.11,相对误差为0%~62%。模拟值与实测值之间平均绝对误差为0.06~0.32,平均相对误差为4%~18%。总体上,修正的Logistic叶面积指数模型在不同地区不同年份,均表现出一定的适用性,可用于夏玉米正常生长条件下叶面积指数的模拟,为修正的Logistic叶面积指数模型的推广应用提供数据支持。

豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制

利用常规气象观测、多普勒雷达、卫星和区域自动站观测资料及NCEP再分析资料,对2011年6月11日豫北局地强对流天气的预报预警特征和触发机制进行分析。结果表明:局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的,高低层中尺度影响系统(槽、切变线和大风速轴)交汇处右侧为强对流发生潜势区。局地强对流天气发生前,CAPE较大,0—6 km垂直风切变达到中等偏强,有利于超级单体的形成和发展。高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大。中-β尺度强对流云团在东北冷涡槽底后部形成,其发展演变对局地强对流天气预报预警有参考意义。强对流回波经历了细胞状、带状发展期和块状减弱期。回波带南侧形成的超级单体造成了局地强风雹天气,冰雹发生时伴有"三体散射"现象。冷空气和地面辐合线是强对流天气的主要触发机制,其中地面辐合线还对强对流系统的组织形式具有重要作用。

下垫面对郑州城市强降水的影响:城市化及地形影响的数值模拟研究

利用WRF-ARW中尺度区域数值模式耦合单层城市冠层模式(slab-UCM),采用ERA-interim 0.5°×0.5°再分析资料作为初始场和边界条件,对2016年6月5日郑州地区发生的一次强对流天气进行模拟,并通过改变下垫面的土地利用类型与地形高度数据设置敏感性试验,探究了城市化及郑州西北部山脉地形对对流性强降水过程的影响。结果表明:1)此次强降水过程主要受高层的低槽系统影响,前期的对流不稳定层结为对流触发提供了有利的热力条件;2)城市热岛效应能够改变下垫面的热力状况,有利于在城市地区激发更强的上升运动,使降水向城区集中;3)郑州西北侧山脉激发的重力波能够使郑州地区对流增强;4)山脉能够阻挡低层干空气向郑州地区输送,因此山脉高度的削减造成郑州地区低层相对湿度减小,使雨滴蒸发冷却增强,进而导致与降水相联系的冷池的增强,雨带移速加快,进一步导致累积降水的减少。

热带平流层CO浓度准两年振荡的位相变化特征

利用2005~2014年10年的卫星微波临边探测仪(MLS)资料分析了热带平流层一氧化碳(CO)体积混合比的年际变率,发现热带平流层CO浓度的准两年振荡(QBO)在30 h Pa高度附近存在明显的位相变化特征。大气化学气候模式模拟结果表明,热带平流层CO的准两年振荡信号是化学和动力过程共同作用的结果,而动力作用主要是QBO引起的次级经向环流引起的物质传输。化学和动力过程共同作用导致热带平流层CO浓度的垂直梯度在30 h Pa高度处发生反转,进而产生一氧化碳QBO信号的位相变化。此外,化学气候模式模拟结果还表明,与CO有关的化学过程不但可以减弱一氧化碳QBO信号的振幅,还可以在热带30~10 h Pa高度范围内造成一氧化碳QBO和纬向风QBO信号之间约3个月的时间差。

黄淮南部夏玉米品种高产高效综合评价

选择已通过审定的40个夏玉米品种,于2018年在豫北生态区浚县、豫中生态区许昌和豫南生态区方城开展品种比较田间试验,从丰产性、稳产性和气候资源利用率3个角度构建高产高效综合评价指数,对3个生态区品种适应性进行综合评价。结果表明:全生育期长度方城最短,各品种平均值为108 d,浚县最长,各品种平均值为111 d,3个生态区品种间全生育期长度相差12~16 d,且全生育期长度与花粒期长度相关性最强。各品种在方城的平均产量最高,许昌最低,且产量差异通过0.05显著性检验。方城的光温水气候资源利用率均最高,浚县的光、温利用率高于许昌,但浚县水分利用率最低。3个生态区筛选出中伟科702、庆玉9号、新单68、登海605、大丰30、郑单1002、丰德存玉10、浚单29、郑单538、怀川39和SK1098共11个高产高效夏玉米品种。

河南省帕尔默旱度模式研究

干旱是影响河南省农业生产的主要气象灾害。在美国帕尔默旱度模式基本原理和方法的基础上,采用非饱和土壤水分一维数值模拟模型得到初始土壤含水率,根据河南省1970～2000年30 a的历史干旱记录和实际气候特点,利用河南省19个代表站的气象要素和土壤水分资料,首次建立了适合于河南省的PDSI旱度模式,并与实际的旱情记载进行了对照验证。结果表明:根据河南省帕尔默旱度模式计算的旱度值与实际旱情基本吻合,河南省帕尔默旱度模式能较好地反映出该省大部分地区的干旱程度。本研究结果可为进一步分析和研究河南省的干旱基本特征,开展防灾减灾工作提供科学依据。