山西省春玉米气候适宜度评估

为明确山西省春玉米气候资源适宜性,为山西省春玉米种植布局优化提供一定的参考,根据山西省春玉米生长季内气象要素变化阈值,分别构建山西省春玉米生长的温度、降水量、光照适宜性模型,结合春玉米产量和种植面积建立山西省春玉米综合气候适宜度模型,并分析温度、降水量、光照和综合气候适宜度时空分布特征。结果表明,从生育期来看,山西省春玉米温度适宜性出苗期最好,乳熟期—成熟期最差;降水适宜性在播种期和成熟期较好,抽雄期最差;日照适宜性出苗期最好,成熟期最差。从空间分布来看,山西省春玉米温度适宜性晋西北、晋东部分地区不适宜;降水适宜性在晋中盆地、大同盆地、忻定盆地较差,东南部适宜;日照适宜性从北到南逐渐降低。综合气候适宜性可知,山西省北部、中部大部分地区较适宜种植春玉米,东南部适宜性较差。影响山西省春玉米产量的气象要素从大到小依次为日照、温度、降水量。经与实际产量验证,研究建立的山西省春玉米气候适宜性模型能较好地反映山西省春玉米气候适宜性分布和产量变化趋势。

山西北部极端气候事件与农业气象灾害分析

根据山西北部28个国家气象站1972─2020年逐日最高气温、最低气温及降水资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验和t检验等方法,研究了山西北部极端气候事件的时空变化,并统计了1983─2020年该区域农业气象灾害发生的站次。结果表明:49 a来山西北部极端高温日数的倾向率为4.5 d/10 a,极端低温日数的倾向率为-5.7 d/10 a,从20世纪90年代开始极端低温日数的下降趋势比极端高温日数的上升趋势更明显;极端高温日数在1993年发生了突变,极端低温日数在1999和2000年发生了突变;49 a来山西北部极端降水日数和暴雨日数均呈小幅上升趋势;极端降水日数的突变年份为1981年,暴雨日数的突变年份为1979和1997年;在空间分布上,山西北部28个气象站极端高温日数的倾向率都在3 d/10 a以上,大部分站点的信度检验达到了0.001水平;山西北部大部分站点极端低温日数的线性趋势达到了α=0.001的信度检验;极端降水阈值和暴雨日数的空间分布均表现为西部大东部小、南部大北部小、山区大盆地小的特征;山西省北部地区由暴雨洪涝和低温冷害灾害导致的受灾站次均在2010年之后明显增加;从地域分布来看,暴雨洪涝灾害在20世纪80年代至90年代中期大同市受灾站次最多,21世纪10年代以后忻州市受灾站次明显多于大同市;低温冷害灾害大同市受灾站次最多,忻州市次之;在3个地级市中,朔州市2种灾害的受灾站次均最少。

山西北部极端降水时空演变规律及与大气环流因子的响应

基于山西北部28个国家气象站点,1972—2020年逐日降水资料,选用8个极端降水指数,采用线性回归、Pearson相关分析、连续小波和交叉小波变换分析等方法,研究了山西北部极端降水的时空变化及其与大气环流因子的相关性和周期特征。结果表明:(1)在时间上,山西北部8个极端降水指数都是在20世纪70年代后期和21世纪00年代后期到10年代,年总降水量(PRCPTOT)、中雨以上日数(R10mm)、强降水量(R95P)、极强降水量(R99P)、1 d最大降水量(Rx1day)、5 d最大降水量(Rx5day)均增多,日降水强度(SDII)显著增强,持续湿期日数(CWD)也略有增多。整个20世纪80年代降水异常偏少。(2)在空间上,极端降水指数呈从东北向西南地区逐步增加的态势。从站点趋势变化来分析,大多数站点的极端降水指数呈上升趋势,其中,上升趋势最显著的站点均位于忻州市境内西南部。朔州市境内和忻州市东南部站点PRCPTOT和SDII都呈增加趋势,但CWD则呈减少趋势,由此说明朔州市境内和忻州市东南部地区发生极端降水事件的概率较大。(3)通过小波变换分析发现,1990—2020年山西北部极端降水指数表现出约4 a左右的周期特征。在选取的大气环流指数中,北大西洋涛动指数(NAO)对山西北部极端降水影响最明显,NAO越大,PRCPTOT、R10mm、R95p、R99p、Rx1day、Rx5day、SDII则越小,同时CWD也越少,山西北部产生少雨干旱的几率较大,反之,易发生多雨、洪涝现象。研究结果可为山西北部气象灾害的防御提供科学理论依据。

山西季节性冻土的时空变化特征及对气候变暖的响应

山西省季节性冻土变化的研究,对于揭示气候变暖背景下,黄土高原季节性冻土融冻对气候变化的响应以及由冻土变化引起土地退化直接影响农业生产、农田水利基本建设及道路施工等具有重要应用价值。利用山西省1981-2018年108个国家气象观测站冻土资料,研究了山西省冻土分布的时空演变规律,主要分析了山西省地面冻结日期、解冻日期、冻结日数、年最大冻土深度的时空分布特征,分析了山西省年最大冻土深度的年际及年代际变化特征,同时也分析了以上各要素对气候变暖的响应。结果发现:山西北部冻结最早从9月开始,冬末春初冻结的面积和深度达到最大,最晚5月冻土消退;1981-2018年,地面冻结日期全省大部地区呈现不同程度推迟的态势;地面解冻日期呈不同程度提前的趋势,地面冻结日数相应减少;年最大冻土深度由北到南逐渐减小,中部和南部年最大冻土深度呈减小趋势,北部部分地区呈现增大趋势,增大可能与山西北部冬季气候向暖湿型转变有关。气温变暖的背景下,冬季降水、0 cm地温与年最大冻土深度有着较为复杂的响应关系,年最大冻土深度在冬季降水偏多的背景下与0 cm地温有较显著的负相关,最大冻土深度的减小趋势是对年平均气温升高的直接响应,最大冻土深度对年平均气温的响应比对年降水量的响应要显著。

山西大同黄花菜品质的影响因素与关键气象因子模型构建

为了提高黄花菜的品质和产量,根据2019—2021年山西省大同市云州区不同产区黄花菜营养成分检测结果,采用数据分析、模型构建等方法,探究了影响黄花菜品质的气象因子等因素,构建了各因素与黄花菜适宜度的非线性回归模型,揭示了各因素对黄花菜品质的影响机制。结果表明,干黄花菜中粗纤维含量与青苗期和抽薹期平均最低气温呈现显著性正相关,相关系数均为0.695 0;可溶性总糖含量与黄花菜抽薹期平均最高气温和气温日较差呈现显著正相关,相关系数分别为0.719 7和0.733 3。维生素B_(2)含量与全生育期内平均最高气温和气温日较差呈显著负相关关系,其相关系数均为-0.700 0。总氨基酸含量与黄花菜出苗期≥5℃积温呈显著负相关关系,其相关系数为-0.728 0;与青苗期和抽薹期平均最低气温呈极显著正相关关系,其相关系数分别为0.828 5和0.920 5。同时,土壤环境温度变化、气象因素、生化因素是影响黄花菜适宜度的三大关键因素,影响着黄花菜生长和发育的全过程。因此,要把握各大影响因素与黄花菜品质的关系,采取科学的种植技术和管理指导,提高黄花菜品质和和市场竞争力,推动地方农业经济的可持续发展。

山西省秋季降水的时空变化特征及成因分析

利用山西省1961-2021年秋季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,分析山西省秋季降水的时空变化特征。结果表明:山西省秋季降水在20世纪70年代中期前偏多,之后减少,21世纪00年代中期又开始增多。进一步从大气环流角度探讨这种年代际变化的成因可知,在降水偏多时期,200 hPa纬向风场东亚西风急流位置偏北,有利于山西地区上升运动增强;500 hPa位势高度场上欧亚大陆上空呈现出显著的正-负-正异常分布,有利于高纬冷空气向南爆发;850 hPa风场有利于低纬水汽向山西输送,在这样的高低空环流配置下,有利于山西省降水增加。同时山西省秋季降水量与海温异常存在密切关系,当前期3-5月北太平洋中部海温偏高,热带中东太平洋海温偏低时,山西省南部秋季降水易偏多。

晋北紫花苜蓿需水量对气候变化的响应

【目的】分析晋北紫花苜蓿需水量对气候变化的响应。【方法】基于彭曼-蒙特斯公式,利用1972—2019年晋北6个气象站的气象观测资料和紫花苜蓿生育期资料,对晋北典型牧草种植区的紫花苜蓿需水量进行估算,探讨气候变化对紫花苜蓿需水量的影响。【结果】紫花苜蓿需水量最大的地区主要集中在怀仁市和山阴县,其次为应县、平鲁区、朔城区;右玉县需水量最小。晋北紫花苜蓿生长季需水量呈减少趋势,紫花苜蓿生长季多年平均需水量为751 mm,平均每10 a下降11 mm。【结论】紫花苜蓿需水量的下降主要是由风速、日照时间的变化共同导致。气候变暖会增加紫花苜蓿需水量,不同区域的需水量变化不同,未来气温变暖可能对山区、气温较低地区的紫花苜蓿需水量影响最为显著。

1981-2021年山西省夏季人体舒适度特征及区划

为探究山西省康养气候资源优势,根据山西省108个气象站1981—2021年夏季(6—8月)逐日常规气象观测数据,采用基于“黄金分割法”的人体舒适度计算方法和集中度、集中期指标,对山西省夏季人体舒适度时空分布特征进行分析,进一步利用旋转经验正交分解法(REOF),对山西省夏季人体舒适度进行区域划分。结果表明:山西省夏季人体舒适程度由西南部低海拔临运盆地向西北高原山地、北部高海拔区及东北山地方向递增,中南部汾河河谷盆地以外的区域舒适程度较高;近41 a来除阳泉和昔阳以外的山西各站夏季广义舒适日数均呈减少趋势,从东北至西南的断陷盆地区域显著减少;夏季广义舒适日集中度与舒适日数呈显著负相关,广义舒适日数大(小)值区舒适日分布相对分散(集中),集中期主要在8月下旬,其次是6月上旬;山西省夏季广义人体舒适域划分为晋西南(Ⅰ区)、晋东南及中东部东(Ⅱ区)、晋东北(Ⅲ区)和晋西北东部(Ⅳ区)4个区域,其中Ⅳ区为最佳舒适区。

山西省夏季年际气候异常研究2．北少(多)南多(少)雨型

采用EOF分解和合成分析方法研究了1960—2003年山西夏季降水异常之北少(多)南多(少)型(第二类雨型)和山西省气温的变化异常。结果表明,两者具有较好的对应关系。分析了第二类异常雨型的时空分布,并给出相应的典型年份。EOF时间系数变化特征揭示了山西夏季降水第二类雨型有显著的年际振荡。利用合成分析,从500hPa位势高度场、纬向风、850hPa风场、700hPa水汽场和水汽输送场等物理量场研究了山西夏季第二类雨型的环流异常特征。结果表明,第二类雨型与弱的东亚夏季风相关联,北多南少和北少南多是弱夏季风的不同表现。山西省夏季降水北多南少年副高呈带状分布,位置偏北,强度较强;中高纬度地区异常波列呈大圆路径分布,在高纬度地区存在纬向排列的-+-波列,同时在东亚大陆沿岸存在经向排列的-+-波列。并且华北北部有西风异常,北支锋区偏北,由西南向东北水汽输送较强。北少南多年与之相反。海温场分析表明,第二类雨型与中北太平洋海温异常紧密相关。

近45年山西省气候生产潜力时空变化特征分析

利用山西省108个气象台站1961-2005年逐年年平均气温、年降水量资料,应用Thornthwaite Memoriai模型估算了山西省气候生产潜力(TSPV),探讨气候生产潜力与实际产量的关系,分析气候生产潜力的时空变化特征以及对气候变化的响应。分析结果表明:该模型能够较好地反映区域农业生产实际;生产潜力空间分布特征表现出较为明显的纬向递减特征,南高北低、东高西低;近45a变化趋势并不显著,北部和晋东南中部增加趋势,晋中以及晋南为递减趋势;境内各地热量条件充足,降水是作物产量的主要限制因素,降水增减1mm,气候生产潜力增减0.4738～1.138之间,变率空间差异明显,表现出以东西-西南方向为斜轴向两侧递减的趋势,为全省受降水限制最显著区域。

气候变暖背景下山西区域地表干湿状况变化

利用1961-2017年山西省67个台站观测资料和FAO Penman-Monteith模型,运用统计学方法,研究了山西省近57 a地表干燥度的时空变化,分析了干湿区界限的年代际波动和面积变化,探讨了影响本区域干燥度的主要影响因素,结果表明:以年干燥度指数2.0为标准,山西全省可划分为半干旱和半湿润2个分区,其分区与植被覆盖度十分吻合;山西省北部和东南部地区呈变湿趋势,2000年之后尤为明显,而西南部大部为变干趋势;干燥度指数在1960-1990年代呈波动上升趋势,之后呈下降趋势;降水量在1990年代前呈下降趋势,之后呈上升趋势;蒸散量的变化分3个阶段,1960-1970年代为上升趋势,1980-2000年代较为稳定,之后呈增加趋势;干湿区界限经历了1960-1990年代的东南向位移和之后的西北向位移2个阶段,相应的干旱区面积占总面积的比例由52%扩展到73%,之后缩减到23%;降水量和蒸散量均同干燥度有显著相关性,且降水量同干燥度的相关性大于蒸散量,而相对湿度、平均风速和日照时数同干燥度相关不显著,但同蒸散量显著相关,最高和最低气温同干燥度或蒸散量的相关性均不显著;晋西北沙漠化年代际变化趋势与干燥度变化趋势一致,干湿状况是晋西北沙漠化变化趋势的重要影响因子。

气候变暖对山西南部典型植物物候的影响

选取山西省运城市、临汾市、晋城市和长治县农业气象试验站典型木本和草本植物1982-2004年物候观测资料及各地1970-2004年气温资料,运用距平、线性趋势等方法分析各地气温和植物物候期的变化特征,以及气温对植物物候期的影响。结果表明,(1)春季物候期普遍呈提前趋势,生长季呈延长趋势;木本植物秋季物候期呈推迟趋势,大部分地区草本植物黄枯始期表现为略提前趋势,黄枯末期表现为推迟趋势。(2)随着年平均气温的不断升高,植物春季物候期呈提前趋势;木本植物秋季物候期呈推迟趋势,草本植物黄枯末期大多呈提前趋势。气温每升高1℃,植物展叶始期提前1～18d。

2019年5-8月山西省中南部严重干旱气候特征及其成因分析

2019年5-8月山西省中南部(区域内重要的农业生产基地)出现了严重的干旱气候事件,并造成了很大的经济损失,这次大范围严重干旱是由于较长时间降水稀少所造成。本文利用山西省108站点月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和日本气象厅提供的COBE-SST海温资料,分析了干旱时期的大气环流异常特征和海温异常特征及其对干旱的影响。结果表明:(1)500 hPa高度场上,亚洲中高纬以纬向型环流分布为主,受贝加尔湖附近较强高压脊影响,山西上空整体受高度场正距平控制;西太平洋副热带高压较常年偏西偏南,不利于水汽向我国北方地区输送;南亚高压较常年偏大、偏强、偏东超10个经度,有利于山西降水偏少。(2)低空850 hPa风场上,山西上空为弱北风异常,多支越赤道水汽和西太平洋水汽汇合到达我国长江以南地区,较强的水汽输送偏南,山西水汽条件不充沛。(3)赤道中东太平洋总体呈现中性偏暖状态,印度洋海温呈现全区一致偏暖模态,北大西洋三极子海温呈现正位相,有利于山西降水偏少。另外,事件前期2019年冬季海温异常特征亦有利于山西2019年5-8月降水偏少。总体而言,此次旱期的大气环流异常特征和海温异常特征符合山西典型降水偏少年份的大气环流和海温异常特征。

基于DEM的山西省农业气候资源集的建立

为了全面了解山西省的农业气候资源现状,利用1961—2010年山西省气象观测资料和站点的地理信息资料,通过采用小网格推算加残差订正的方法,基于DEM建立了山西省农业气候资源集,并以4个气候资源要素为例进行了分析。结果表明:年平均温度、≥0℃的积温、年日照时数和年降水量的多元线性回归复相关系数分别达到了0.9811、0.9855、0.8725和0.8917,再经过残差订正得到的农业气候资源集结果详尽且符合实际,能够详细描述山西省不同地形条件下气候资源的空间分布特征。此结果可以为农业的合理布局和规划提供科学的方法和决策的依据。

山西忻州地区植物物候与气候变化特征分析

为进一步完善山西省气候变化的生物学响应机制,结合忻州市、五台县的气象和物候资料,运用距平分析法、回归分析法、M-K突变分析法,分析其变化特征。结果显示:1)两地的年平均气温均呈现冷暖交替变化,而年降水量均呈逐年减小的趋势;2)所观测植物的秋季物候期表现不一致,忻州市整体趋势表现为推迟;五台县整体趋势表现为提前;3)从植物物候期突变时间可看出,物候期的突变时间与气温、降水突变时间同步或紧随其后。年平均气温没有达到突变水平的小幅变化也会导致物候期发生突变,充分说明植物物候是气候变化的最直观表达。

山西运城雷暴气候特征

用1971-2000年雷暴资料分析了运城市雷暴的时空分布特征;应用奇异谱分析、最大熵谱方法对运城建站较早的8个测站年平均雷暴日数时间序列进行了诊断分析,结果表明:运城年雷暴日数具有显著的长期趋势变化特征,还有3.6 a和2.8 a的显著振荡周期。还对年雷暴日数进行了预测。

山西省省级气候影响评价现状与发展

本文介绍了山西省省级气候影响评价工作的基本状况,气候影响评价系统和气候影响评价中所采用的指标、方法、模式。对山西省气候影响评价现状与发展进行了分析,并提出了今后工作的初步设想。

气候变暖对晋北黄土高原半干旱区马铃薯适播期的影响

以气候变暖为主要特征的气候变化对马铃薯物候期、生长发育及产量都产生很大影响,研究马铃薯生长季热量资源和适播期变化特征,对调整品种布局和合理利用气候资源具有重要意义。利用1981—2016年晋北地区地面气象观测站和农业气象观测站资料,通过趋势分析和相关分析,研究晋北马铃薯气候资源变化特征及对马铃薯产量的影响;基于积温稳定性原理,建立气象产量预测模型,得出最高气象产量对应的适播期,并分析适播期的年代变化特征。结果表明,晋北马铃薯生长季气温以0.32℃·10a^(-1)速率呈升温趋势,≥5℃积温以47.0℃·d·10a^(-1)速率呈增加趋势。气候变暖背景下对晋北马铃薯产量影响显著的气候因子主要是出苗~分枝期的平均气温,全生育期的积温、日照时数、需水量,出苗~分枝期、花序形成~可收期及全生育期的最高气温≥30℃的日数。气温和日照基本为负效应,降水在营养生长期为负效应,生殖生长期为正效应。晋北马铃薯适播期随着气候变暖有提前的趋势,20世纪80年代适播期在5月上旬末至5月中旬,90年代适播期在5月上旬,21世纪最初10 a适播期在4月下旬至5月上旬初,2010年以后马铃薯适播期提前到4月中旬末至4月下旬。建议晋北黄土高原半干旱区盆地地区种植中晚熟品种,尽量选择早播,可以选择4月中旬末至4月下旬,高海拔地区建议种植中熟品种或采取地膜覆盖提早播期来种植中晚熟品种,可以在4月下旬末至5月上旬播种。

山西省地表温度时空变化及其与地质灾害的关系分析

利用山西省107个国家气象站1981—2018年0 cm地表温度及崩塌、滑坡地质灾害的资料,采用线性回归、M-K检验、滑动t检验和经验正交函数(EOF)时空分离等方法,对山西省0 cm地表温度时空变化以及与地质灾害的相关性分析得出:山西省年际及四季地温均呈增温上升趋势;地温在1999年春季、2002和2004年夏季、2004年秋季、1993年冬季分别发生由冷转暖的突变,年均地温无突变。利用EOF经验正交分析得出:年和四季第一模态空间变化具有较好的一致性特征,时间序列年和四季都是从2004年之后一致表现为以正位相为主;第二模态南部和北部具有反位向变化的特征。春季崩塌、滑坡地质灾害与年、春季和秋季地温呈正相关(通过95%的检验),即年、春季和秋季地表温度由冷变暖时,春季地质灾害的发生会由少变多。夏季降水量与年和夏秋季地质灾害呈正相关(通过90%和95%的检验),但年和夏秋季地质灾害的发生略滞后于夏季降水的发生,由此也可推断夏季降水是年、夏秋季崩塌和滑坡地质灾害的主要诱发因素。