湖南省油菜开花结荚期湿渍害指标研究

【目的】研究得出湖南省油菜开花结荚期湿渍害指标,为油菜湿渍害监测预警业务提供科学依据。【方法】根据湖南省南县、怀化市、益阳市、衡阳市4个农业气象观测站多年油菜产量实测资料,结合同年开花结荚期气象数据,分析油菜相对气象产量和减产年开花结荚期气象因子关系,得到油菜湿渍害的致灾气象因子;对油菜减产年相对气象产量和同期致灾气象因子数据进行聚类分析,得到油菜湿渍害指标,再用独立数据对该指标进行检验。【结果】过程降水量和过程降水天数是湖南省油菜开花结荚期湿渍害的主要致灾因子。湖南省油菜开花结荚期轻度湿渍害指标是:40 mm≤降水过程雨量<75 mm,降水过程持续天数为5 d;中度以上湿渍害指标是:降水过程雨量≥75 mm,降水过程持续天数≥6 d。【结论】经独立数据检验,本研究提出的油菜湿渍害指标基本准确,可用于农业气象灾害监测预警业务。

基于关键气象因子的油茶种仁含油率预测模型构建

含油率是油茶重要的经济性状,构建油茶含油率预测模型对于茶油产量预报有重要的意义。本研究以普通油茶为研究对象,通过分析油茶种仁含油率与不同气象因子的关系,确定影响油茶种仁含油率的关键气象因子,然后用回归分析法构建基于关键气象因子的油茶含油率预测模型,并用独立资料检验预测模型效果。结果表明:8月平均气温、8月最高气温、9月最高气温、油脂转化积累高峰期最高气温与含油率呈显著的负相关关系。通过逐步回归分析法拟合得到了3个油茶含油率预测模型,用独立资料检验后,发现基于9月降水量(x_(1))、9月最高气温(x_(2))和油脂转化积累高峰期最长连续无降水天数(x3)的油茶种仁含油率(y)预测模型(y=79.46-0.03x_(1)-0.86x_(2)-0.30x3)效果好,平均相对误差为4.6%,可应用于普通油茶种仁含油率预测。

湖南夏秋季持续性区域气象干旱的时空特征

基于逐日气象干旱综合指数和持续性区域干旱识别方法,对1961—2017年湖南夏秋季持续性区域干旱事件进行识别,在此基础上分析干旱事件发生频率、持续时间、强度等时空特征。结果表明:近57 a来,湖南夏秋季持续性区域干旱平均每年发生1.4次,其年代际变化特征明显,21世纪00年代干旱频次虽少,但累积强度最大、持续日数最长,而20世纪90年代干旱事件相对偏少、偏弱。持续性区域干旱事件以夏秋连旱为主,7月28日至10月14日是高发时段。干旱持续时间主要集中在15~30 d,最长可达183 d,且持续时间少于40 d的多为一般干旱,重度及以上干旱一般持续110 d以上。持续性区域干旱事件主要表现为全省型、西北部型和南部型3种空间分布形态,全省型的干旱最多,且多为较重及以上等级。持续性区域干旱事件呈北少南多的空间分布特征,累积强度由西北向东南逐步增强,湘西北区域干旱程度较轻,洞庭湖区、湘中和湘南大部干旱程度较重。

三种聚类分析方法在湖南省气温和降水分区中的应用

利用1961-2015年湖南省90个台站的逐月气温、降水资料,用旋转经验正交函数(REOF)方法提取年平均气温和年总降水量的特征向量。在此基础上,采用K均值聚类法、样品系统聚类法、模糊C均值聚类法3种聚类分析方法进行分区,综合选出最合理的分区结果。结果表明,湖南省年平均气温分为4个区,分别为湘东北、湘西北及湘西、湘中、湘南及湘西南;年总降水量分为6个区,分别为湘西北、湘东北、湘西、湘西南、湘中、湘南。

湖南省植被覆盖度动态变化监测及影响因素分析

利用MODIS NDVI月平均数据及湖南省标准气象站的气象数据,采用像元二分模型对湖南省的植被覆盖度进行估算,并对其时空变化及影响因素进行分析。结果表明,湖南省植被每年3月进入生长季,9月结束。植被覆盖度总体呈上升趋势,上升趋势率为0.59%/a;湖南省89.16%的区域植被覆盖度呈上升趋势,仅1.29%的区域呈下降趋势。植被覆盖度减少最为严重的区域主要集中在长沙、岳阳等城市的周边地区;气温是影响植被覆盖度的主要气候因子。

湖南汛期区域持续性暴雨环流型与暴雨落区关系

利用1961~2016年湖南省内88个气象台站逐日降水资料和美国国家环境预测中心(NCEP)及国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,根据区域持续性暴雨定义,统计分析了湖南汛期发生区域持续性暴雨典型环流型特征及其与首日暴雨落区配置关系.结果表明:(1)湖南汛期发生区域持续性暴雨典型环流型有两槽一脊、两槽两脊、两脊一槽、纬向波动、台风低压和多涡旋型6类;(2)区域持续性暴雨主要发生在6、7月,其次是5、8月,4月和9月发生概率较小,各类环流型区域持续性暴雨日发生累计频次空间分布特征各异;(3)区域持续性暴雨典型环流型类内500hPa中高纬具有相似共性,均有利于持续引导北方冷空气南下至湖南,但因低纬西太平洋副热带高压强度与形态配置不同,低层850hPa西南季风北伸范围存在差异,导致区域持续性暴雨过程首日暴雨落区南北、东西空间差异明显.

湖南6月区域持续性暴雨的强信号及预报概念模型

基于湖南汛期区域持续性暴雨典型环流分型,利用1961—2016年NCEP/NCAR再分析资料和异常度方法对湖南6月区域持续性暴雨环流型进行客观识别,并结合动力和水汽输送条件,确定湖南6月区域持续性暴雨强信号并客观量化表征,建立湖南6月区域持续性暴雨预报定量化概念模型。结果表明:43次历史区域持续性暴雨过程的回报准确率达到81%,2017—2018年3次区域持续暴雨过程试报准确率为2/3,说明该概念模型有一定预报能力,能为湖南暴雨预报业务服务提供技术支持。将该概念模型与各类模式预报产品相结合,还可开展区域持续性暴雨的中期和延伸期预报。

近53年湖南高温变化特征及其对农业的影响

利用1961—2013年湖南74个气象观测站逐日高温观测资料,分析了湖南近53年的高温变化规律及其影响。结果表明,湖南大部分地区高温初日呈提前趋势,每10年提前2 d以上,并且呈现明显的年代际变化特征,21世纪以后高温初日提前明显;高温日数呈增加趋势,每10年增加2 d左右,湘北高温日数增加趋势显著;总体上湘中以南大部高温最长持续日数呈弱的减少趋势,每10年减少0.5 d左右,湘中以北则呈较强的增加趋势,每10年增加1 d左右。20世纪90年代以来,湖南高温天气显著增多、增强的同时,农业干旱灾害损失日趋严重。

2018年12月27日至2019年1月2日湖南低温雨雪冰冻灾害应对

2018年12月27日至2019年1月2日湖南出现大范围持续性低温雨雪冰冻天气,12月29日晚到30日的暴雪天气为2011年以来最强,由于应对科学,确保了交通安全、消防安全、能源安全、生产安全和民生安全,有效减轻了灾害影响。回顾分析整个灾害防范应对过程,总结出有5个方面的特点:一是灾害防范启动早,二是灾害应对措施科学,三是政府与民众、部门与部门间灾害信息及防范措施沟通到位,四是气象服务方式的创新真正发挥了“消息树”的作用,五是气象灾害预报预警精细准确为防灾减灾赢得了主动权。此案例可为灾害有效防御和应对提供示范。

湖南油茶花期低温阴雨灾损评估模型构建

【目的】为油茶花期低温阴雨灾损的客观评估提供方法,为油茶气象防灾减灾提供参考。【方法】利用2006—2016年湖南31块油茶样地的油茶测产资料和同期临近格点的气温、光照和降水等资料,采用相关分析、方差分析和SHAP值分析相结合的方法,筛选湖南油茶花期低温阴雨关键气候影响因子,并利用筛选出的关键因子采用XGBoost算法建立油茶花期低温阴雨灾损评估模型。【结果】在16个油茶花期低温阴雨灾害气候影响因子中,极端最低气温、平均最低气温、日平均气温小于10℃积温和寡照时间是造成油茶花期灾损的关键影响因子,这4个因子与油茶产量相关性较好,在增产与减产样本间的差异显著,在模型构建中的贡献较大。通过分析4个关键影响因子对增产或减产的贡献,发现当日平均气温小于10℃积温超过150℃,或寡照时间多于25 d,或平均最低气温不大于9℃时,往往会伴有低温阴雨灾害出现,这些临界值可用于低温阴雨灾害的监测,对油茶花期是否有灾损的发生具有一定的指示意义。所构建油茶花期低温阴雨灾损模型的预测准确率较高,为82.4%,受试者工作特征曲线下面积(AUC)值高达0.82,说明该模型具有较好的预测能力。2020年湖南油茶花期低温阴雨的灾损模型评估结果与花期气象条件综合分析的结果相吻合。【结论】所构建湖南油茶花期低温阴雨灾损模型具有较好的预测能力和较好的适用性,可用于油茶花期低温阴雨灾损评估业务工作中。

城市化进程对湖南长株潭地区气温变化的影响

利用1961~2012年湖南省长株潭地区8个气象站的逐日气温观测数据,以郊区站作为背景场,分析了长株潭地区城市化对年和季平均气温、最高气温、最低气温的影响,在此基础上结合1990年代后长沙市人口、GDP及建成区面积,探讨了城市化进程与城乡温差的关系。结果表明：近52 a来长株潭地区呈现增温趋势,年平均气温、最高气温、最低气温的城市化影响贡献率分别为24.0%、21.2%、15.2%,城市化对长株潭地区年平均气温影响最大,年最高气温次之,年最低气温影响最小。城市化贡献率的最大值都出现在夏季,而其最小值平均气温和最低气温出现在冬季,最高气温出现在春季。城乡温差与长沙市人口、GDP呈显著正相关,相关系数分别为0.69、0.41,表明城市化进程对城区的气温变化有显著影响。

太平洋海温异常对湖南冬季雨凇的影响

基于1961—2018年湖南89个气象观测站雨凇资料、NCEP/NCAR再分析资料及Hadley中心月平均海温资料等,分析太平洋海温异常对湖南冬季雨凇日数的影响。结果表明,前期7—9月太平洋海温南正北负的偶极子分布型与湖南冬季雨凇日数存在显著的正相关关系。当海温指数偏高时,后期冬季200 hPa长江以北西风急流偏强,500 hPa乌拉尔山附近位势高度偏高,东亚中高纬位势高度偏低,西伯利亚海平面气压偏强,寒潮活动偏多,湖南冬季雨凇日数偏多;反之,湖南冬季雨凇日数偏少。

冻滴微物理过程的分档数值模拟试验研究

霰和冻滴是深对流降水的主要来源。由于二者密度差异造成的不同下落末速度必然会导致云微物理过程的变化以及降水时空分布的改变。我们在以色列特拉维夫大学二维轴对称对流云全分档模式的基础上,将水成物粒子从34档增加到40档,修改了霰和雪的密度,加入冻滴分档处理的微物理过程,发展了一个包括液滴、冰晶、雪、霰和冻滴更为详细的云微物理分档模式。利用改进后的模式模拟了一次理想的强对流天气过程,分析了改进模式与原模式模拟的云微物理量场以及水成物粒子的时空分布特征,模拟结果表明:(1)由于冻滴的产生,较大的下落末速度导致在云内-3°C至-8°C较早地出现了冻滴,并造成了大量的冰晶繁生。(2)冻滴形成前期,液态水中心区域位于垂直上升速度大值中心上方,形成液态水累积区;冻滴形成期,液态水累积区位于0°C层以上,雨滴冻结生成冻滴,霰与半径大于100μm的液滴碰并生成冻滴;冻滴增长期,在垂直上升气流的支撑下,冻滴碰并过冷水增长,导致冻滴含量增大,液态水含量减小。因此,改进模式能较好的模拟冻滴的形成过程,可以将该分档处理的微物理方案耦合到三维WRF(Weather Research and Forecasting model)模式中,更深入地研究强雷暴风切变在冰雹生成过程中的作用。

油茶开花期冻害分级指标构建

为构建普通油茶开花期冻害指标,以普通油茶品种“铁成1号”为试验材料,分别于2020年和2021年在湖南省常德市油茶基地开展人工控制试验。以自然状态为对照,利用低温冻箱设置-6~3℃(或-8~2℃)多个不同强度低温处理,以非离体的方式将开花期油茶树枝条置于冻箱处理4h,处理结束后7d观察油茶树枝条冻害症状,测定油茶落花(果)率和光合作用参数。结果表明:低温对油茶形态、落花(果)率和光响应参数均有明显影响。温度越低,冻害症状越明显,落花(果)率越大,最大净光合速率、表观量子效率和光饱和点越低。根据冻害症状和上述生理指标对不同低温的响应,确定-2℃为开花期油茶遭受冻害的上限,-6℃是冻害明显加重的临界温度,-8℃是严重冻害的临界温度,进而建立油茶开花期轻度冻害指标为,-6℃<日最低气温≤-2℃,中度冻害指标为,-8℃<日最低气温≤-6℃,重度冻害指标为,日最低气温≤-8℃。

移栽期对湘西中海拔地区云烟87烤烟生长·产量和化学成分的影响

找出湘西自治州中海拔地区烤烟云烟87的最佳移栽期,为烤烟生产提供重要决策依据。于2019—2021年连续3年在湘西中海拔地区开展大田试验,设置5个移栽期作为5个不同处理:处理1(4月12日)、处理2(4月19日)处理3(4月26日)、处理4(5月3日)和处理5(5月10日),研究移栽期对烤烟农艺性状、经济性状和化学成分的影响。结果表明,4月19—26日移栽的烤烟在株高、中部叶面积和上部叶面积等关键农艺性状指标上表现最好;从产量、产值等关键经济性状指标看,4月19—26日是中海拔地区的云烟87最佳移栽期。从糖碱比和氮碱比等关键化学成分指标看,4月19日移栽的烤烟糖碱比和氮碱比最大,化学性状最优。≥10℃有效积温等气象因子与株高、茎围、叶长、叶面积等农艺性状以及产量、产值等经济性状存在显著正相关关系。因此,移栽期对湘西中海拔地区烤烟品种云烟87农艺性状、经济性状和化学成分有明显的影响。4月19—26日是湘西中海拔地区云烟87的最佳移栽期。

湘西中海拔地区主栽烤烟品种的比较

比较分析湘西自治州中海拔地区主栽烤烟品种的优劣,为烤烟生产提供重要的决策依据。2021年,课题组在湘西中海拔地区大田开展湘烟7号和K326对比观测试验,均设置5个不同移栽期,对2个品种烟苗进行移栽,测定2个品种烤烟的农艺性状、经济性状和烟叶化学成分等指标。通过比较上述指标,确定2个品种的优劣。结果表明:湘烟7号的株高、叶数、中部叶面积和上部叶面积比K326更大,产量、产值、上等烟比例比K326更高,湘烟7号的农艺性状、经济性状比K326更好。但湘烟7号的总糖、还原糖、糖碱比和氮碱比均偏高,而K326上述指标在适宜范围内或接近适宜范围,因此湘烟7号的化学成分略差。综合来看,湘烟7号更好,适宜在湘西中海拔地区种植。

海拔高度对烤烟湘烟7号性状的影响

为了研究海拔高度对烤烟湘烟7号农艺性状、经济性状和化学成分的影响,找出湘烟7号适宜种植的海拔高度,以湘烟7号为材料,于2021年、2022年连续2年在湘西自治州4个海拔高度(520、720、810、1080 m)开展对比观测试验。结果表明,海拔高度对烤烟株高、茎围、有效叶数和叶面积有显著影响,在海拔高度720 m处其农艺性状最佳;海拔高度对烤烟产量、产值和均价影响较小;海拔高度对烤烟总糖、还原糖、烟碱等化学成分也有影响,化学成分在海拔高度520~720 m较好。

湘西中海拔地区湘烟7号适宜移栽期的筛选

【目的】确定湘西自治州中海拔地区烤烟品种湘烟7号的最佳移栽期,为烤烟生产提供重要决策依据。【方法】于2019年和2020年在湘西中海拔地区开展大田试验,设置5个移栽期处理:处理1(4月12日)、处理2(4月19日)、处理3(4月26日,当地常规期)、处理4(5月3日)和处理5(5月10日),研究移栽期对烤烟农艺性状、经济性状和化学成分的影响。【结果】4月12日移栽的烤烟株高和叶面积最大,农艺性状最佳,产量、产值、均价和上等烟比例均较大,经济性状最佳;5月10日和4月12日移栽的烤烟常规化学成分综合评价得分较高,化学性状最好。气象因子与株高、茎围、叶长、叶面积等农艺性状及均价、上等烟比例等经济性状均存在显著相关关系。【结论】湘烟7号适当提前移栽,有利于增大其株高、叶面积,提高产量和产值,改善烟叶化学性状和工业可用性。4月12日是湘西自治州中海拔地区湘烟7号的最佳移栽期。

基于HJ-1卫星数据反演长沙市气溶胶光学厚度

利用HJ-1卫星可见光相机(CCD)和红外相机(IRS)数据,采用扩展暗像元法,经过辐射定标、像元提取、云像元剔除、6S辐射传输模式查算等过程,反演了长沙市气溶胶光学厚度(AOD)。结果表明,长沙市AOD分布河东高于河西,市区及周边大部分地区在0.7以上,但也存在典型低值区,远郊大部分地区AOD分布在0.3~0.5。AOD分布的3处典型高值区分别为望城区湘江北路与湘江之间的霞凝港学校-新塘冲-长塘(AOD为1.4~1.6)、四方坪立交桥与鸭子铺路之间的区域(AOD为1.3~1.5)、雨花区长沙火车南站北侧区域(AOD为1.5~1.8);3处典型低值区分别为岳麓区岳麓山-梅溪湖-桃花林公园、谷山林场、雨花区湖南省林业厅-湖南省林业科技示范园-天际岭公园-湖南省植物园。将AOD与观测得到的PM10、PM2.5浓度进行对比发现,AOD分布与PM10浓度分布具有较好的一致性。

低纬高原干季降水与印缅槽的联系

基于1979—2012年GMAO/GES DISC提供的1979—2012年大气环流月平均再分析资料和同期低纬高原及周边地区148个气象观测台站降水数据,运用相关分析、合成分析等统计方法对低纬高原干季降水与印缅槽的可能联系进行诊断分析。结果表明,印缅槽是影响低纬高原地区干季降水的重要因子。印缅槽槽前暖湿偏南风向低纬高原地区输送水汽,槽前的强烈上升运动使暖湿空气在上升过程中有利于发生CISK物理过程,在青藏高原偏北角干冷气流共同作用下,水汽凝结发生降水。印缅槽的发展形成了有利于大气斜压性不断在高原南北侧积累的正反馈机制以及不利于该系统斜压性向下游频散的经向环流形势,从而影响了低纬高原地区各气象要素场的配置,进而影响该地区的干季降水。