河北省棉花连阴雨灾害的时空分布特征及其未来变化趋势的研究

利用1971-2020年河北省棉花种植区气象资料和棉花生长观测资料,采用线性分析、Mann-Kendall分析、重标极差分析(R/S)、非周期循环分析等方法,分析了棉花连阴雨灾害的时空分布特征和未来的变化趋势。结果表明:连阴雨危害河北省棉花生长的主要时段为6月下旬-9月上旬,其中,以7月上旬-8月中旬的危害最突出;棉区以花铃期连阴雨的站次和强度最大,现蕾期和吐絮期次之,播种期最小,其中,保定南部、衡水西部、石家庄、邢台、邯郸棉区以花铃期和吐絮期的连阴雨为主,其他棉区以花铃期和现蕾期的连阴雨为主;以邯郸、邢台、衡水南部、石家庄西部、保定中西部、唐山和秦皇岛两市北部棉区连阴雨的站次较多,其他棉区连阴雨的站次相对较少;连阴雨日数和阴雨日的日照时数在1989年出现明显的突变,之后,阴雨日数进入高值期、阴雨日的日照时数进入低值期,这导致了连阴雨的站次在1990年之后明显增多;近50年来的阴雨日数显著上升、阴雨日的日照时数显著下降,未来10年的变化趋势与过去50年的基本一致,并存在一个9~11 a的循环周期,这导致了棉花连阴雨的站次在近50年来显著上升和未来10年左右仍呈上升趋势。因此,随着未来连阴雨灾害风险的增加,应加强防御措施的准备工作。

气候变暖背景下河北省冬小麦冻害变化分析

利用河北省冬麦区23个农气观测站1981-2007年冬小麦冻害观测资料和逐日气象资料,应用数理统计方法,分析了气候变暖背景下河北省冬小麦冻害发生规律及变化趋势。结果表明:河北省冬麦区冬季平均气温、小麦越冬期最低气温显著升高;最低气温出现时过程降温幅度无明显减小趋势;冬小麦越冬期负积温明显减少。冬小麦冻害发生率自1986年起逐渐下降,1995-2000年没有冻害出现,2000年后中南部地区冻害发生率又呈现上升趋势,且多以入冬剧烈降温型冻害和融冻型冻害为主。气候变化的不确定性、冷暖交替突变、弱冬性品种小麦的引入、抗寒锻炼时间缩短和强度减弱及栽培管理不当是导致冬小麦冻害发生率回升的重要原因。因此,虽然气候变暖,但冬小麦冻害防御仍不容忽视。

基于SPI的近41年(1965-2005)河北省旱涝时空特征分析

河北省是旱涝频发地区之一。本文基于1965-2005年河北省84个气象站的逐月降水数据,采用标准化降水指数(SPI)、正交经验分解函数和旋转正交经验分解函数等方法,分析了近41a河北省旱涝时空变化分布特征。结果表明:河北省旱涝总体上呈阶段性变化特征,1965-1972年和1997-2005年干旱比较频繁,1973-1996年干旱频率较低;20世纪70年代和90年代前中期为雨涝比较频繁阶段。春秋季干旱呈减轻趋势,夏季干旱呈加剧趋势(不显著),冬季旱涝变化趋势不明显,但90年代以来河北省极端季节旱涝事件比较频繁。在空间上,河北省旱涝分布可分为东部、北部、南部和西部四个不同的区域,四个区域的旱涝总体上具有相对一致的大趋势,但在某些时段也表现出一定的南北差异和东西差异。河北省全省20世纪90年代后期旱涝变率最大,70年代前期和末期变率也较大,80年代变率最小;四个区域总体上表现出与全省大致相同的趋势,只是2000年以后南部地区旱涝变率持续较高。

河北省冬小麦气候适宜度及其时空变化特征分析

为定量评价气象要素对作物生长的影响,采用逐日气象要素和统计方法,建立了河北省冬小麦各生育期气候适宜度评价模型,并分析了1981-2010年逐年冬小麦各生育期气温、降水、日照和气候适宜度的时空变化特征。结果表明:冬小麦生育期内日照和气温适宜度较高,降水适宜度最低且变异系数最大。日照适宜度以冬小麦分蘖期最小,变异系数最大;降水适宜度以拔节-抽穗期最小,变异系数最大;气温适宜度以越冬-返青期最小,分蘖期变异系数最大。全麦区气温适宜度高值区分布在西北部,低值区分布在东南部;降水适宜度高值区分布在东北部,低值区分布在东南部;日照适宜度高值区分布在北部,低值区分布在南部。多年气候适宜度变化趋势为:全生育期日照适宜度显著下降,气候适宜度缓慢下降,气温和降水适宜度无明显变化趋势。气候适宜度下降主要由各生育期日照、越冬期和灌浆期气温适宜度下降引起。

河北省玉米生长季干旱特征及成因分析

干旱是影响河北省玉米生长的重要农业气象灾害。利用玉米种植区1971-2018年气象资料和1981-2018年玉米(Zea mays)生长观测资料,以有效降水量代替实际降水量计算水分亏缺指数,对河北省玉米生长季干旱分布特征、变化趋势和变化成因进行了分析。结果表明,(1)干旱概率和干旱强度分布特征基本一致,春玉米区由高到低依次为播种期>拔节-抽雄期>抽雄-乳熟期>出苗-拔节期>乳熟-成熟期,夏玉米区依次为播种期>抽雄-乳熟期>乳熟-成熟期>拔节-抽雄期>出苗-拔节期。(2)春玉米区4月下旬至5月上旬(播种期)和6月下旬至8月上旬(拔节-乳熟期)、夏玉米区6月上中旬(播种期)和8月上中旬(抽雄-乳熟期)受干旱影响较大,其中春玉米区以张家口和承德北部干旱最重,夏玉米区以石家庄东部、衡水西部和邢台东北部干旱最重。(3)春玉米区5月上中旬受需水量减少、降水量增加趋势影响,干旱强度和范围随年代显著下降,8月中下旬受需水量增加趋势影响,干旱强度和范围随年代显著上升;夏玉米区6月下旬受需水量减少趋势影响、9月下旬受需水量减少和降水量增加趋势影响,干旱强度均随年代显著下降。需水量减少与日照时数减少和风速减小密切相关,而需水量增加与气温上升、风速增大、空气湿度减少密切相关。

河北省棉花连阴雨灾害定量化评估指标与风险分析

利用河北省棉区1981—2015年40个气象站逐日气象资料、农业气象观测站棉花农情、连阴雨灾情、棉花产量资料,分析连阴雨过程特征及其对棉花生长的影响,修订和完善连阴雨灾害指标;采用数理统计方法获取历史连阴雨产量灾损率、筛选关键致灾因子,采用权重系数法构建连阴雨强度指数,并建立基于强度指数的灾损评估模型;利用有序样本聚类分析法划分连阴雨强度等级;依据风险分析原理,构建连阴雨风险指数并进行风险区划。结果表明:建立的强度指数能够客观反映连阴雨灾害强度,灾损评估模型评估效果较好。棉花播种出苗期连阴雨发生概率低(0.076)、造成的损失小(平均产量灾损率0.09%);现蕾至吐絮期连阴雨影响较大,发生概率和造成的灾损率由大到小依次为花铃期(0.447,17.1%)>现蕾期(0.394,11.7%)>吐絮期(0.237,7.2%)。近年来,现蕾期连阴雨发生站次减少,对棉花影响减弱,花铃期和吐絮期发生站次增加,尤其是吐絮期增加明显,成为连阴雨灾害影响棉花生长的主要时期。现蕾期和花铃期连阴雨高风险区主要分布在非主棉区,其中现蕾期高风险区分布在保定北部及以北棉区,花铃期高风险区分布在保定北部及以北棉区和石家庄、邢台、邯郸三市西部棉区;吐絮期高风险区分布在保定西南部、衡水西部、石家庄及其以南棉区,部分地区为主棉区。

河北省玉米高温热害的时空特征及变化趋势分析

利用河北省玉米种植区1971—2020年的气象资料和玉米生育期观测资料,采用线性分析、M-K分析、R/S分析、非周期循环分析等方法,分析了玉米拔节—灌浆期高温热害的时空演变规律和未来变化趋势。结果显示:春玉米区以抽雄期高温热害的概率和强度最大,拔节期次之,灌浆期最小,夏玉米区以拔节期高温热害的概率和强度最大,抽雄期次之,灌浆期最小;春玉米区6月下旬—7月下旬为高温热害的主要发生时段,张家口、承德2市的中部为高温热害多发区;夏玉米区7月中旬—8月中旬为高温热害的主要发生时段,邯郸和邢台2市的中东部、衡水西部和南部、石家庄东南部为高温热害多发区;6月下旬—9月上旬大部分时段高温热害的致灾因子随年代的变化而显著上升,导致玉米拔节—灌浆期高温热害的致灾因子显著上升,高温热害的站次和强度也呈上升趋势,以夏玉米区上升较为明显;致灾因子在1996年出现明显的突变,之后进入高值期,导致高温热害的总站次在1996年之后明显上升;致灾因子的未来变化趋势与过去变化趋势一致,即呈上升趋势,且存在10 a左右的平均循环长度,致使拔节—灌浆期的高温热害的站次和强度在未来10 a左右表现为上升趋势,由此导致高温热害的风险增加,因此,对高温热害的防御工作不容忽视。

露地大白菜低温冻害气象指数保险费率厘定方法研究

【目的】为科学厘定露地大白菜低温冻害保险费率提供方法,为其他气象因子指数保险的保险费率厘定提供参考,为政策性农业保险的可持续发展提供助力。【方法】将1957—2018年每年初、终霜冻日期转化为儒历日,计算平均初、终霜冻日期,将平均初、终霜冻日期设定为低温冻害指数保险中的时间起赔阈值,并利用标准差分级法,对起赔阈值设置的合理性进行检验。精确统计大白菜各生长期投入成本,根据灾损率进行加权计算得出赔付比例。通过计算发生概率、灾损率与赔付比例3个因子综合得出露地大白菜低温冻害保险费率,并对种植区域进行加权计算,得出区域内的露地大白菜低温冻害保险费率。【结果】设计了露地大白菜低温冻害气象指数保险中时间和气温起赔阈值的计算方法,并制定了时间起赔阈值的检验方法。设计了低温冻害保险费率3个决定因子发生概率、灾损率和赔付比例的计算方法。【结论】经过检验,将平均初、终霜冻日期设定为丰宁满族自治县地区露地大白菜低温冻害气象指数保险的时间起赔阈值是合理的。露地大白菜在遭受轻、中、重三级低温冻害时的灾损率分别为0.3、0.7和1.0;发芽期赔付比例最高为45%,秧苗期赔付比例最高为75%,莲座期以后赔付比例最高为100%。各乡镇露地大白菜低温冻害气象指数保险费率为2%~3%,经过加权计算得出丰宁满族自治县地区低温冻害保险费率为2.14%。

基于气象因子的冬小麦发育期预报模型

冬小麦发育期预报是农业气象服务的主要内容之一。本文以光、温、水气象因子为基础,以位于河北省中南部冬麦区的南宫站为例,选取1991-2010年冬小麦全生育期农业气象观测数据和冬小麦生育期资料,分析光、温、水气象因子累积速率与冬小麦发育速率的相关性,建立各生育阶段冬小麦发育速率预测模型。结果表明:在研究区,光照和水分因子不是冬小麦发育速率的限制条件,不作为发育期预测模型的因子;温度因子是影响冬小麦发育速率的主导因子,返青至各阶段的有效积温累积速率与对应的发育速率的相关系数,较单一生育阶段的相关系数显著提高(P<0.05),冬前有效积温与返青-拔节、返青-抽穗阶段的发育速率显著相关(P<0.05);以相关显著的温度因子为自变量建立的4个阶段发育速率预测模型,模拟最大绝对误差为7d,返青-拔节平均绝对误差为3d,返青-抽穗为2.8d,返青-乳熟3.3d,返青-成熟2.2d,模型模拟精度较高,可以满足农业气象业务服务的需求。

基于遥感影像的区域景观变化及生态风险评价

区域景观变化及生态风险评价研究对区域生态安全的监测、维护和保障具有重要意义。因此利用ENVI5.3和ArcGIS10.2系统,对河北衡水湖国家级自然保护区1985-2020年8期Landsat卫星遥感影像资料进行区域景观变化分析,结果表明:衡水湖保护区生态系统类型主要包括耕地、水域、未利用土地、沼泽和建筑用地,共5种。其中耕地和水域分别为第一和第二大生态系统。1985-2020年间,衡水湖保护区内景观变化显著,主要表现为耕地和水域面积明显增加,未利用土地面积大幅减少,沼泽和建筑用地面积变化不大。35年来,各类型之间发生了一定程度的相互转移变化:未利用土地向耕地转移是第一大转移方式,未利用土地向沼泽和水域转移、耕地和沼泽向水域转移是主要转移方式;建筑用地和沼泽面积虽然变化不大,但是35年间也各自经历着和其他4种类型间的相互转移。根据引入的生态风险评估模型,对衡水湖国家自然保护区进行了生态风险评估,结果表明,衡水湖保护区景观生态风险总体上处于中、低位状态,但是,近10年来生态风险有增加趋势,应引起重视。

河北省玉米高温热害监测与定量化评估指标研究

高温热害是影响玉米(Zea Mays)生产的重要农业气象灾害。文中利用河北省1981-2020年26个农气站玉米观测资料(包括品种、发育期、灾情、土壤墒情、产量要素)和逐日气象资料,采用秩和检验法,依据Bayes判别准则,建立了玉米拔节至灌浆期高温热害指标;基于致灾因子与减产率之间的相关关系,采用权重系数法构建灾情指数,并建立灾损评估模型;有序样本聚类分析法结合高温年减产率,划分灾情等级及等级阈值;依据风险分析原理分析玉米高温风险。结果显示:玉米拔节至灌浆期高温显著影响因子和指标主导因子为32℃以上气温累计出现时间和积温,建立的高温指标准确率在96%以上;灾情指数与减产率显著正相关(P<0.01),能够反应高温对产量的影响;灾损评估模型准确率在86%以上;灾情划分为轻度、中度、重度、特重度四个等级,等级阈值判断结果与实际情况相符;夏玉米区高温风险明显大于春玉米区,以夏玉米拔节和抽雄期风险较大,其中,邢台和邯郸两市中东部、衡水西部和南部、石家庄东南部地区为高风险区。

河北省冬小麦春季霜冻害发生规律及风险分析

根据河北省1971-2010年冬小麦春季霜冻害灾情资料、逐日气象资料,建立了以气温稳定通过12℃为临界期的冬小麦霜冻害判别指标;分析了霜冻害时空变化特征;根据灾害风险分析原理,建立了霜冻害风险指数,进行了相应的风险区划,并初步探讨了霜冻害对冬小麦产量的影响。结果表明:河北省霜冻害以轻度为主,90年代以后发生霜冻害的站点数年际间变化幅度较90年代以前明显增大,站点数量明显增多;霜冻害总站点数存在明显的4a、7a和11a周期,90年代中期以后7a周期消失,11a周期逐渐缩短为8a周期;霜冻害高发区分布在邯郸、邢台、保定西北部以及沧州和衡水两市的部分地区,低发区分布在唐山、秦皇岛地区;霜冻害风险以中度和低度为主,中度风险区分布在邯郸西部、邢台大部、沧州南部、保定西北部,其它麦区大部为低风险区。霜冻害影响冬小麦产量的形成,发生强度与冬小麦气象产量呈负相关(r=-0.346)、与减产率呈正相关(r=0.342)。

基于气候和土壤水分综合适宜度指数的冬小麦产量动态预报模型

利用河北省16个农气观测站1981-2010年逐日气象资料、土壤水分观测资料、冬小麦生育期观测资料、灌溉记录和8个冬小麦主产市产量资料,根据土壤水分平衡原理和模糊数据理论,建立了综合反映冬小麦生长期气象条件和土壤水分状况的气温-日照-土壤水分适宜度评价模型,并以旬为时间步长,建立了基于气温-日照-土壤水分适宜度指数的冬小麦产量动态预报模型。结果表明,气温-日照-土壤水分适宜度指数克服了气温-日照-降水适宜度指数仅考虑水分状况中降水条件的不足,能够客观反映冬小麦生长期的气象条件和土壤水分状况,与冬小麦产量变化量呈极显著相关(P<0.01),相关性高于气温-日照-降水适宜度指数;动态产量预报模型对1981-2008年历史拟合检验和2009-2010年预报试验的平均相对误差分别为6.1%和1.2%,误差较小,表明建立的冬小麦产量动态预报模型能够满足业务需求,具有较高应用价值。

石家庄地区主要农作物需水规律及种植结构现状分析——以藁城区为例

以石家庄市的藁城区为例,根据气象资料和主要农作物的生育期特点,分析了农作物的需水规律与自然降水的关系,得出如下结论:(1)实际降水远不能满足冬小麦生育期对水分的需求,实施补充灌溉是藁城区确保冬小麦稳产、高产的重要措施之一;(2)即使实际降水量不能满足夏玉米对水分的需求,但实施补充灌溉所需的降水量远比冬小麦要少;(3)实际降水量一般情况下均能满足油葵对水分的需求,即使个别年份不能满足,但实施补充灌溉所需降水量远比冬小麦要少得多;(4)实际降水量不能满足棉花对水分的需求,实施补充灌溉需要20~120mm,因此,小麦被视为农业用水大户。夏玉米、油葵、棉花、夏谷子生育期,大部分时段正好处于夏季,尤其是夏玉米和油葵,是全年降水量最多的时段,即时实际降水量不能满足其对水分的需求,实施补充灌溉需要较少的水量即可。