气候变暖背景下江苏省水稻热害发生规律及其对产量的影响

根据江苏省1960-2009年常规气象资料和1980-2009年水稻生育期观测数据,利用温度距平、气候倾向率和M-K检验法研究江苏省不同区域的气候变暖特征,并分析江苏省水稻热害的时空分布规律及其对产量的影响,探讨气候变暖对江苏省水稻热害发生的影响。结果表明:(1)江苏省水稻热害主要发生在拔节-孕穗期和抽穗-乳熟期,苏南地区发生频次最高,淮北和苏北沿海最少。(2)江苏省水稻热害发生频次有明显的13a和3a周期,前者为主周期,后者为副周期。(3)1960-2009年,江苏省平均气温倾向率为0.2775℃.10a-1(P<0.01),气候变暖明显;20世纪60年代气温开始下降,80年代达最低值,之后开始变暖,21世纪前10a达最高值;江苏省水稻热害发生趋势与气温变化基本一致,80年代发生次数最少,21世纪前10a发生次数最多。(4)7-8月平均气温高的年代,热害发生次数则多,淮北地区20世纪60年代气温最高,热害发生次数也最多,其它地区近10a气温最高,热害次数最多。(5)从年际变化看,气候偏暖的年份,水稻热害多,产量相应低,说明气候变暖是造成水稻热害频次上升、产量下降的重要原因。

江苏省褐飞虱迁入量的中长期预测模型

根据1983-2010年江苏省褐飞虱灯诱资料及1982-2010年全球海温场资料和美国国家环境预测中心(NCEP)气象再分析资料,对江苏稻区代表站高邮、通州和宜兴的褐飞虱迁入量与前一年1月-当年6月太平洋海温场、前一年12月-当年6月中南半岛近地表气温场和前一年7月-当年6月北半球大气环流特征量的相关关系进行分析,并运用逐步回归方法建立一系列褐飞虱年总迁入量的预测预报方程。结果表明:(1)高邮、通州和宜兴3站的褐飞虱迁入量在不同时空阈限内与太平洋海温场、中南半岛气温场和北半球大气环流特征量之间存在不同程度的相关性。3站褐飞虱迁入量的对数值与前一年海温场呈负相关,其中与通州和宜兴站褐飞虱迁入量对数值相关显著的海温区主要分布在北、中太平洋,高邮站则在南太平洋;高邮站褐飞虱迁入量的对数值与前一年12月和当年4月中南半岛西南部的近地表气温场呈正相关,通州站与前一年12月和当年2、3月中南半岛北部的近地表气温场呈负相关,宜兴站与当年1、3月中南半岛西南部的近地表气温场呈正相关、与当年4月中南半岛大部的近地表气温场呈负相关;3站褐飞虱迁入量的对数值主要与前一年7月-当年6月的各副高指数、各极涡指数、大西洋欧洲环流型、亚洲纬向环流指数、东亚槽强度、冷空气强度、西太平洋编号台风强度、南方涛动指数等相关显著。(2)从上述海温场、气温场和环流特征量中筛选出显著相关(P<0.05)的因子作为预测因子,建立褐飞虱年迁入量的预测模型,并筛选出回检正确率70%以上、预检正确率66.7%以上模型17个,适用性评估表明,各模型的预报结果与实测值基本吻合,表明模型可应用于单站褐飞虱年迁入量的预测。

江苏省一季稻生长季气候适宜度及其变化趋势分析

为分析气候变化对水稻气候生态的影响,结合江苏省气候资源条件与一季稻的生育特性,建立了江苏省一季稻气候适宜度模型,并计算1970—2012年江苏省9个站点一季稻不同生育期的气候适宜度。结果表明:江苏省各地的温度适宜度普遍较高,降水适宜度普遍较低,降水量是限制江苏省一季稻生长发育的主要因子;除温度适宜度整体呈增加趋势外,降水适宜度、日照适宜度、气候适宜度整体均呈下降趋势。江苏省一季稻气候适宜度可分为不同适宜程度区域,降水适宜度、温度适宜度、日照适宜度分区与实际降水量、温度、日照的分布特征大致一致。

江苏地区不同参考作物蒸发蒸腾量估算模型

为了研究不同参考作物蒸发蒸腾量ET 0估算方法在江苏地区的适用性,收集了江苏省徐州市、高邮市和昆山市1957年1月至2019年12月的气象数据,采用12种不同模型估算了各站点的ET 0,其中模型Priestly-Taylor,Hansen,Jensen-Haise,Makkink是基于辐射数据的模型;MC-Cloud,1985 Hargreaves,Thornthwaite是基于温度数据的;Copais,Valiantzas 1和Valiantzas 2是综合法模型;XGBoost和SVM是机器学习模型.12种ET 0的估算模型计算值分别与Penman-Monteith模型(PM)计算值进行比较,结果表明:各站点的综合评价指数GPI最高的为机器学习模型中的SVM模型;在输入参数相同的情况下,机器学习模型模拟精度优于综合法和温度法以及辐射法中的Pristley-Taylor和Makkink模型;机器学习模型随着输入参数减少,模拟精度依次降低.研究结果可以为江苏地区气象数据不完善时估算ET 0提供科学依据.

花生产量相关性状与气象因子多环境相关性分析

花生(Arachis hypogea L.)是重要的经济和油料作物,提高花生产量对保障油料安全和农民增收具有积极作用。2013—2016年,本研究利用11个花生品种共77环境的花生产量相关性状数据和气象数据,分析了花生产量相关性状与气象因子的相关性。研究发现,主茎高和侧枝长与平均气温、全生育期光照时数、平均昼夜温差和平均风速极显著相关;分枝数与全生育期≥10℃活动积温和平均昼夜温差极显著相关;单株结果数和单株饱果数与全生育期光照时数和全生育期降水量极显著相关;荚果产量与全生育期≥10℃活动积温、全生育期降水量、平均昼夜温差和平均气温极显著相关。本研究对指导各地规划花生种植期、提高花生产量具有重要指导意义。

气候模拟数据订正方法在作物气候生产潜力预估中的应用——以江苏冬小麦为例

利用全球气候模式BCC_CSM1.1(Beijing Climate Center Climate System Model version 1.1),耦合区域气候模式Reg CM4(Regional Climate Model version 4)输出的1961-1990年(基准时段)气候模拟数据,并根据同期实测资料,确定模拟值和实测值之间的非线性传递函数与方差订正参数,构建气候模拟数据的误差订正模型。利用1991-2005年(验证时段)模拟数据与实测资料验证该模型的有效性,并对RCP(Representative Concentration Pathway)情景下2021-2050年(未来时段)气候模拟数据进行订正,同时通过潜力衰减方法预估未来江苏冬小麦气候生产潜力格局。结果表明:将气候模拟数据订正方法应用到作物气候生产潜力预估是有效的。以均值传递函数和方差信息建立的模型可以较好订正江苏逐日气候模拟数据。订正后的秋冬季气温、辐射量、蒸散量和冬春季降水量模拟偏差明显减小。在此基础上研究发现,冬小麦的成熟期在RCP4.5和RCP8.5情景下介于153~175和153~174,较基准时段均明显提前。两种情景下冬小麦气候生产潜力分别介于10335~14368kg·hm^(-2)和9991~13708kg·hm^(-2),较基准时段呈下降趋势。其变异系数分别介于7.6%~14.6%和7.5%~13.6%,较基准时段呈增大趋势,表明江苏冬小麦气候生产潜力总体趋于不稳定。未来时段,徐州中北部、连云港东北部、宿迁西部以及盐城东南部冬小麦在RCP4.5和RCP8.5情景下可以保持相对较高的生产潜力(≥12501kg·hm^(-2)),该省应确保这些地区的冬小麦种植用地。研究建议,作物气候生产潜力预估应考虑利用研究区实测资料对气候模拟数据进行订正,以提高预估可信度。

气象条件对南通地区棉花生长的影响

采用南通市2005—2009年的棉花试验资料和气象资料,使用SPSS软件,分析各个生育期的气象条件(温度、光照、降水)对棉花产量及其构成因素的影响。结果表明,温度对棉花产量及其构成因素无显著影响;花铃期降水量与棉花产量及其构成因素呈负相关,其中花铃期降水量与单株铃数呈极显著负相关;花铃期日照时数与籽棉产量呈极显著正相关,与单株铃数呈显著正相关。

近30年中国农业气候资源分布及其变化趋势分析

研究结合20世纪全球气候变暖特征,主要选取20世纪80年代以来全球变暖加剧的30年作为研究时段,利用其中536个地面气象站点逐日气象资料,分析中国近30年农业气候资源变化的总体特征,为合理利用农业气候资源、应对气候变化、制定相应耕作措施和种植制度提供宏观建议。结果表明:气候变化背景下,我国热量资源随时间呈现出显著上升趋势,空间上由东南向东北、西北逐渐减少;其中,无霜期由东南向西北逐渐缩短;东北、中南大部、西北局部地区水分资源随时间呈减少趋势,其中,降水量由东南沿海向西北内陆逐渐减少,参考作物蒸散呈现出南部及西北内陆偏多的趋势,水分从东南向西北总体呈现出由盈余到亏缺的分布规律;光能资源呈现出由西南中部向四周逐渐增加的趋势,且向西北内陆地区增加尤为明显。

气象水文模型耦合研究及在西苕溪流域的模拟试验

为了提高洪水预报的精度,延长洪水预见期,利用WRF模式和HEC-HMS水文模型对太湖西苕溪流域2009年8月的一次典型暴雨洪水过程进行了降雨模拟和流量耦合预报,并与实测降雨和径流过程进行了对比分析。(1)WRF模式能够较好模拟出位于天目山的强降水中心,位置较实况略偏北;预报子流域面雨量时空分布与实况较一致,定量检验合格率达50%左右。(2)HEC-HMS模型对西苕溪流域日径流过程和场降雨洪水过程均有较好的模拟效果,模型参数验证和率定期间,确定性系数、洪峰流量相对误差和峰现时差等指标均小于业务预报许可误差。(3)采用单向耦合法,将WRF模式(5 km网格)48 h预见期的滚动预报降雨场输入HEC-HMS水文模型进行流量滚动预报,耦合预报结果明显优于不考虑预见期内降雨的传统预报方法,在保证精度的前提下,有效延长了洪水预见期。

华东地区台风气候特征及危险性分析

基于2001-2020年影响华东地区的90个台风资料,利用统计学方法,分析台风年际、月际及登陆分布特征,采用信息扩散理论方法,统计风和雨2个主要致灾因子发生概率,在此基础上,开展台风致灾因子危险性评价。结果表明:影响华东地区的台风以强台风和台风为主,年均4.5个,主要集中在7-9月,8月最多,登陆中国台湾省频次最多,其次为福建省和浙江省;台风的最大风速在30~40 m/s的概率较大,最大降雨量在200~400 mm的概率较大;福建省、浙江省和江西省的台风致灾因子危险性较大,为台风严重影响区;山东省和安徽省的台风致灾因子危险性中等,为中度影响区;江苏省和上海市的台风致灾因子危险性较小,为轻度影响区。

不同灌溉方式对稻田微气象特征及水稻生长的影响

为研究不同灌溉方式对稻田微气象特征及生长的影响,于2020年在南京信息工程大学农业气象试验站内,对稻田生育期设置5种不同灌溉处理:保持田间土层湿润[对照(CK)];喷灌处理,保持田间水深5 cm(A1);喷灌处理,保持田间水深10 cm(A2);漫灌处理,保持田间水深5 cm(A3);漫灌处理,保持田间水深10 cm(A4)。对比分析生育期内不同灌溉处理对稻田土壤温度、冠层内气温、相对湿度和能量平衡的影响以及水温和气温、土温的Pearson相关系数。结果表明,A2和A4处理的土壤温度最低,A1和A3处理次之,CK最高,灌溉可有效降低土壤温度,灌水量越多,降温越明显,土温的日最高值和日变幅也越小,灌溉对土壤深处的影响不明显;灌溉降低了冠层内空气温度,提高了相对湿度,减小了日变幅,灌水量越多,其效果越明显,喷灌的效果优于漫灌。灌水量的增加会减小稻田的潜热通量。用Pearson相关系数方法得到水温和土温的r值为0.99,水温和气温的r值为0.84,水温和气温、土温有着极显著相关关系(P<0.01);适当灌水可提高水稻净光合速率、气孔导度、蒸腾速率,适当灌水可提高水稻产量。

控制大田和自然大田稻纵卷叶螟危害水稻生理生态参数估算模型

为了准确监测和客观评估稻纵卷叶螟对水稻生长发育和产量形成的危害,利用ASD Field Spec3地物波谱仪和SPAD-502叶绿素仪分别采集控制大田试验(2015年和2019年)和自然大田试验(2020年)在各生育期(拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期)水稻的冠层高光谱数据和SPAD值,调查采集样点的虫量和水稻卷叶率,对比分析两种试验中稻纵卷叶螟的虫害发生特征、水稻冠层光谱特征和水稻生理生态参数特征,建立基于高光谱参数的水稻受稻纵卷叶螟危害的生理生态参数估算模型。结果表明,(1)两种试验的水稻SPAD值和冠层的红边至近红外波段的反射率均随着稻纵卷叶螟虫害程度的加重而降低,而可见光波段的反射率则相反;(2)自然大田试验的SPAD值和红光至近红外波段的冠层反射率在水稻生长发育前期要显著低于控制大田试验,而到了后期则反而要略高于控制大田试验;(3)综合分析筛选出自然大田试验和控制大田试验中的多个虫害特征参数和植被指数分别构建出了SPAD的单因子和多因子估算模型,各模型均达到了较好的估算效果,在单因子模型中EVI的二项式函数模拟效果最好,而多因子线性回归估测模型的模拟效果优于所有的单因子模型;(4)通过2021年对这些模型的应用检验发现:这些模型中基于虫量、卷叶率、OSAVI、EVI和DVI的单因子估算模型的SPAD估算值与实测值拟合度很高,其Rv 2均超过了0.8,达到了比较理想的估算效果,这为稻纵卷叶螟危害下的水稻SPAD值估测提供了一种精度较高且可行的估算方法。

梅雨季节高温高湿环境下调亏灌溉对设施番茄生产的影响

2021年6-7月梅雨期间在南京信息工程大学日光温室开展田间试验,以充分灌溉(100%ET_(0))为对照(CK),在番茄开花结果期设置T1(90%ET_(0))、T2(75%ET_(0))和T3(50%ET_(0))3个调亏灌溉处理,测定不同灌溉水平下番茄的生长指标、营养品质、感官品质和产量。结果表明,番茄的株高、叶面积、根茎叶干物质积累量等生长指标均随灌溉量的减少呈现先增加后减少的趋势,T1处理各项指标均最大,T2处理次之,显著高于CK和T3处理。番茄产量表现为T1>T2>CK>T3,T1和T2处理分别比CK增产23.21%和9.33%,而T3处理则比CK减产19.36%。番茄可溶性蛋白、可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸含量以及糖酸比等营养品质指标,果实颜色、光泽、气味、果皮厚度、甜度等感官品质指标也随灌溉量的减少呈现先增加后减少的趋势,T2处理可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、果实颜色、气味、甜度和果皮厚度为各处理最大,T1处理次之。采用隶属函数法评价各处理果实营养品质和感官品质,结果均表现为T2>T1>T3>CK。综合番茄植株的生长状况、果实的营养品质、感官品质和产量认为,T1处理可显著促进番茄植株生长,提高产量并改善品质,为南京梅雨季节高温高湿环境条件下设施番茄开花结果期的推荐灌溉量。

无人机多光谱影像在稻纵卷叶螟危害监测中的应用

为探讨利用无人机多光谱影像监测稻纵卷叶螟危害的可行性,本研究于2021年6-10月开展了无人机对稻纵卷叶螟危害和田间水稻生育状况的同步观测试验,分析了15种植被指数与卷叶率(虫害指标)之间的相关关系;分别采用普通最小二乘法、多项式拟合、多元逐步回归法和偏最小二乘法建立了水稻分蘖期、拔节期和孕穗期的卷叶率反演模型;在此基础上,筛选出最优模型并分析卷叶率与水稻生理生态参数之间的关联。结果表明,(1)3个生育期的大部分植被指数与卷叶率存在极显著的相关性,每个生育期卷叶率与均一化植被指数(NDVI)的相关性都是最高的。(2)分蘖期的卷叶率反演模型效果最好,孕穗期的模型较好,拔节期的模型效果稍差。(3)在分蘖期,稻纵卷叶螟对水稻的危害反映在叶绿素浓度的下降和叶色的变化;在拔节期,虫害会引起水稻的补偿反应,导致叶绿素含量和叶面积增加;在孕穗期虫害对水稻生长的危害主要表现为叶绿素含量下降。本研究结果可为无人机遥感技术在区域范围内精确识别稻纵卷叶螟危害提供重要的参考。

玉溪山地气温空间分布的DEM分辨率影响及应用

基于玉溪地区23个站点2010—2019年的常规气象观测资料,采用4种不同空间分辨率的DEM数据与反距离权重插值方法,构建起伏地形下的有效气温模型,实现热量资源的小网格地域分布。结果表明,气温的空间分布与海拔、相对湿度呈负相关,与长波有效辐射呈正相关。随着DEM空间分辨率的减小,月平均气温空间差异性降低,12.5 m×12.5 m、30 m×30 m、90 m×90 m分辨率的月平均气温分布空间差异性不明显。玉溪地区气温空间分布均呈现出西南部高、东北部偏低且东西部温差较大的特征。

南方塑料大棚冬春季温湿度的神经网络模拟

利用浙江省慈溪市草莓塑料大棚和南京信息工程大学农业气象试验站番茄塑料大棚的小气候观测数据及气象站资料,建立3个以棚外辐射、温度、相对湿度和风速为输入变量,棚内温度和相对湿度为输出变量的BP神经网络预测模型。结果表明,3个模型气温训练值与实测值的均方根误差(RMSE)都在2℃以内,相对误差都在4%左右;相对湿度训练值的RMSE都在7个百分点以内,相对误差不超过7%。利用此模型得到的气温预测值与实测值的RMSE都在2℃左右,冬季气温的相对误差较大,春季通风和不通风模型气温的相对误差不超过6%;相对湿度预测值的RMSE都在7个百分点以内,相对误差不超过9%。说明所建BP神经网络模型对于不同季节、不同通风条件、不同作物的大棚温湿度模拟都有较高的精度,能够满足棚内温湿度的预测要求,且对温度的模拟精度高于对相对湿度的模拟。

冬小麦气孔导度模型的比较

为评估不同模型模拟冬小麦气孔导度的适用性,从常用的Jarvis模型和Ball-Berry模型中分别选择两种,根据试验资料估算模型参数,并对模型预测效果进行检验和比较。结果表明:运用Jarvis模型1、Jarvis模型2、Ball-Berry模型1和Ball-Berry模型2预测冬小麦气孔导度时预测值与实测值之间的相关系数分别为0.854、0.777、0.751、0.784,均方根误差分别为0.149、0.247、0.183、0.169mol.m-2.s-1,据此可确定4种模型的预测精度为Jarvis模型1>Ball-Berry模型2>Ball-Berry模型1>Jarvis模型2。研究结果可为现有的基于Jarvis模型和Ball-Berry模型的农田蒸散、陆面过程和生态系统模型提供参考。

2012年苏州地区PM_(2.5)和PM_(10)的时空变化特征分析

为了探明苏州地区大气污染物的时空分布特征,收集2012年苏州、昆山和太仓三个大气环境监测站的PM2.5、PM10等大气污染物观测资料及三站全自动气象观测数据,分析三站的PM2.5和PM10的时空分布特征;探讨气象条件对PM2.5和PM10的影响。结果表明:(1)苏州市区PM2.5和PM10的年平均值分别是42.5和85.5μg/m3,周边地区的年平均值是62.0和111.5μg/m3;一年中苏州地区PM2.5和PM10的最大值出现在春季,最小值出现在夏季。(2)一天中,苏州地区PM2.5和PM10的最大值出现在上午的8—9点。(3)降水、气温、风速、气压等气象条件对PM2.5和PM10高浓度污染变化有重要影响。降水对PM2.5和PM10具有明显的清除作用,风则有较好的稀释扩散效应;PM2.5和PM10的浓度随气温的上升而升高;在高压状态下,PM2.5和PM10的浓度上升。(4)苏州站PM2.5/PM10的变化范围和平均值都低于昆山站和太仓站,且PM2.5/PM10日变化存在明显的季节差异。

空气相对湿度对高温下番茄幼苗营养物质含量及干物质分配的影响

以番茄品种"金粉五号"为试材,于2016年4-9月在南京信息工程大学利用人工气候箱进行试验,设置温度为41℃(昼温)/18℃(夜温),空气相对湿度(白天)分别设置为50%、70%和90%(正负误差控制在5个百分点),并以28℃/18℃、45%~55%为对照处理(CK),测定不同处理对植株各器官营养物质及干物质分配的影响。结果表明:(1)高温条件下,番茄幼苗各器官的可溶性糖和游离氨基酸含量均显著高于正常温湿度条件下(CK),而蛋白质含量则显著低于CK(P<0.05);从不同空气湿度处理来看,增加湿度至70%以上时幼苗各器官可溶性糖含量降低,且湿度越高其含量越低,处理间差异显著(P<0.05);而游离氨基酸和可溶性蛋白含量表现为,随着空气相对湿度的增大,番茄幼苗各器官的游离氨基酸和可溶性蛋白含量明显上升。(2)高温条件下番茄幼苗叶片干物质分配比例增加,茎秆和根系干物质分配比例均降低,且湿度越低,其分配比例与CK差距越大,在50%湿度处理下,幼苗茎秆和根系干物质分配比例显著降低(P<0.05),对植株生长极为不利。(3)在高温胁迫解除后,70%和90%湿度处理的幼苗有更高的恢复能力,在恢复处理的第12天植株营养物质含量和干物质分配比例基本恢复至CK水平。说明41℃高温环境中增加空气湿度至70%以上有效提高了番茄植株的耐热性和胁迫解除后的恢复能力。

基于谐波法的塑料大棚内气温日变化模拟

依据浙江省慈溪市2006-2009年塑料大棚小气候数据进行季节和天气状况分类,以棚外气象要素为自变量进行逐步回归模拟得到棚内气温二阶谐波模型所需参数,据此构建冬春季晴、昙、阴3种天气状况下塑料大棚内24h气温谐波预测模型并进行验证.结果表明：晴天和昙天的气温预测值与实测值间拟合直线方程的决定系数均在0.92以上,预测值与实测值间的均方根误差（RMSE）在3.0℃以内,绝对误差在2.4℃以内;阴天气温预测值与实测值间拟合直线方程的决定系数均在0.79左右,RMSE在3.0℃以内,绝对误差在2.0℃左右.从均方根误差和绝对误差来看,昙天预测模型精度最高,阴天次之,晴天最低;相同天气状况下冬季预测模型精度均略低于春季,两季相差在0.1 ～0.4℃.棚内预测气温相位均略提前于棚外,晴、昙天比阴天明显,冬季比春季明显;棚内日最低气温始终低于棚外,以晴天尤其明显,昙天次之,阴天基本持平;相同天气状况下春季均明显低于冬季.本研究论证了谐波分析方法在特定条件的塑料大棚气温日变化模拟方面的可行性,可为大棚小规模种植管理工作提供参考.