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Evaluation and Projection of Population Exposure to Temperature Extremes over the Beijing−Tianjin−Hebei Region Using a High-Resolution Regional Climate Model RegCM4 Ensemble

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Advances in Atmospheric Sciences 2024年第6期41卷 1132-1146页

作者： Peihua QIN Zhenghui XIE Rui HAN buchun liu State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics(LASG) Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture Chinese Academy of Agricultural Sciences(CAAS)Beijing 100081China

Temperature extremes over rapidly urbanizing regions with high population densities have been scrutinized due to their severe impacts on human safety and *** of all,the performance of the regional climate model RegCM4 with a hydrostatic or non-hydrostatic dynamic core in simulating seasonal temperature and temperature extremes was evaluated over the historical period of 1991–99 at a 12-km spatial resolution over China and a 3-km resolution over the Beijing−Tianjin−Hebei(JJJ)region,a typical urban agglomeration of *** of spatial distributions of temperature extremes over the JJJ region using RegCM4 with hydrostatic and non-hydrostatic cores showed high spatial correlations of more than 0.8 with the *** a warming climate,temperature extremes of annual maximum daily temperature(TXx)and summer days(SU)in China and the JJJ region showed obvious increases by the end of the 21st century while there was a general reduction in frost days(FD).The ensemble of RegCM4 with different land surface components was used to examine population exposure to temperature extremes over the JJJ *** exposure to temperature extremes was found to decrease in 2091−99 relative to 1991−99 over the majority of the JJJ region due to the joint impacts of increases in temperature extremes over the JJJ and population decreases over the JJJ region,except for downtown ***,changes in population exposure to temperature extremes were mainly dominated by future population ***,we quantified changes in exposure to temperature extremes with temperature increase over the JJJ *** study helps to provide relevant policies to respond future climate risks over the JJJ region.

关键词： CMIP6 convection-permitting population exposure RegCM4 temperature extremes

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中国两大苹果主产区积冷量时空变化特征

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中国农学通报 2024年第9期40卷 106-116页

作者：邱美娟刘布春刘园王一舟天津农学院农学与资源环境学院天津300384 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 中国地震局地质研究所北京100029

落叶果树需要一定的低温累积才能打破休眠,正常开花结果。研究苹果主产区积冷量变化情况,为苹果安全生产提供参考依据。利用中国黄土高原和环渤海湾地区两大苹果主产区34个气象站1961-2017年逐日气温数据,基于国际上常用的0~7.2℃、犹... 详细信息

落叶果树需要一定的低温累积才能打破休眠,正常开花结果。研究苹果主产区积冷量变化情况,为苹果安全生产提供参考依据。利用中国黄土高原和环渤海湾地区两大苹果主产区34个气象站1961-2017年逐日气温数据,基于国际上常用的0~7.2℃、犹他、正犹他、改进的犹他和动力学等5种模型,计算两大苹果主产区积冷量,分析对比其时空变化特征及影响因素,以及未来果树生产的安全性。5种模型得到的积冷量空间上具有相同的分布特征,均呈南高北低。最高值位于山东省青岛,分别为1717CH、1690CU、1730CU、1576CU和76CP,最低值位于河北省围场,分别为533CH、423CU、426CU、390CU和29CP;时间上,大多数站点近56年均呈显著增加趋势(P<0.05);与冬季气温普遍呈显著的正相关关系(P<0.05);与纬度均呈极显著的负相关关系(P<0.01),并且在纬度、经度和海拔高度3个影响因子中,纬度对积冷量的贡献最大,其次是海拔高度。在气候变化背景下,当前区域仍然有利于苹果树的安全稳定生产。

关键词：落叶果树苹果积冷量犹他模型动力学模型气候变化

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ENSO事件对山东苹果生产的影响Ⅱ:不同ENSO年型下农业气象灾害变化及对苹果产量的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2023年第6期31卷 928-942页

作者：崔成刘园刘布春孙彦坤杨凡张晓男刘珊珊朱永昶贺金娜中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室/农业部农业环境重点实验室北京100081 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150036 新疆农业大学食品科学与药学学院乌鲁木齐830000 张家口机场有限公司航务管理部张家口075000

苹果作为山东优势果品之一,其生产受农业气象灾害影响较大。探究厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件下山东农业气象灾害演变规律及其对山东苹果产量的影响,对指导当地苹果生产具有重大意义。本文基于山东1991-2019年逐日气象观测数据、地市级... 详细信息

苹果作为山东优势果品之一,其生产受农业气象灾害影响较大。探究厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件下山东农业气象灾害演变规律及其对山东苹果产量的影响,对指导当地苹果生产具有重大意义。本文基于山东1991-2019年逐日气象观测数据、地市级苹果种植统计数据及ENSO事件数据,利用数理统计分析和ArcGIS空间表达,得出以下结论:1)1991-2019年不同ESNO年型下农业气象灾害发生情况区域差异显著。6-8月果实膨大期厄尔尼诺年干旱灾害发生较为频繁,共计78次,干旱频率最高约50%;中性年雨涝灾害较为严重,高达60次。鲁西、鲁中等热量资源充足地区,干旱发生较为频繁;鲁南降水资源较为充沛地区,雨涝灾害发生频繁。鲁东、胶东半岛等地3-5月苹果花期极端低温灾害发生较为频繁,发生日数约7~9 d·a^(-1),频率约为60%-100%。鲁西等地是6-8月苹果果实膨大期高温热害的高发区,发生天数11~15 d·a^(-1)。2)不同ESNO年型下,干旱与厄尔尼诺年呈正相关,与拉尼娜年呈负相关。3-10月苹果可生长期厄尔尼诺年南方涛动指数与雨涝呈正相关,拉尼娜年、中性年南方涛动指数与雨涝呈负相关。3-5月苹果花期低温灾害与厄尔尼诺年南方涛动指数呈负相关;与拉尼娜年、中性年南方涛动指数呈正相关。3)3-10月苹果可生长期,厄尔尼诺年,胶东半岛地区干旱加剧,导致苹果减产率上升;中性年,雨涝灾害使得苹果减产减收的影响加重。6-8月苹果果实膨大期,拉尼娜年、中性年,鲁西地区干旱与苹果减产率呈正相关;中性年,山东大部分地区雨涝与苹果减产率呈正相关。厄尔尼诺年苹果减产率受极端低温灾害影响较小,高温热害影响较大;拉尼娜年、中性年山东大部分地区低温冷害、冻害天数增加,导致苹果减产率上升,风险加大。苹果生产中谨防厄尔尼诺年高温、干旱,拉尼娜年、中性年应预防低温、雨涝灾害对苹果产量、品质的损害,确保苹果产业健康可持续的生产。

关键词：苹果产量山东 ENSO事件旱涝灾害极端温度

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葡萄表型组高通量获取及分析方法研究进展

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园艺学报 2022年第8期49卷 1815-1832页

作者：王勇健孔俊花范培格梁振昌金秀良刘布春代占武中国科学院植物研究所葡萄科学与酿酒技术北京市重点实验室中国科学院北方资源植物重点实验室北京100093 中国农业科学院作物科学研究所北京100081 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081

表型组学是后基因组学时代的研究热点,植物表型组研究需要高通量表型获取方法支撑。以葡萄为主要对象,围绕面向栽培生产的智慧果园建设和面向育种的精准表型分析两个主题,概述了表型组高通量获取方法,结合当前图像、光谱、点云等数据获... 详细信息

表型组学是后基因组学时代的研究热点,植物表型组研究需要高通量表型获取方法支撑。以葡萄为主要对象,围绕面向栽培生产的智慧果园建设和面向育种的精准表型分析两个主题,概述了表型组高通量获取方法,结合当前图像、光谱、点云等数据获取方式及三维重建、机器学习等数据分析方法,从冠层、植株、器官等不同尺度对葡萄产量、品质、生长状态等表型研究进展进行综述,对未来基于功能结构模型的动态表型和三维表型在葡萄栽培及育种中的应用提出展望。

关键词：葡萄表型组高通量智慧果园育种

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强冷空气过程中3种柑橘光合生理特性的变化及抗寒性综合评价

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果树学报 2022年第12期39卷 2309-2318页

作者：徐超苏敬王雨亭万水林胡新龙胡钟东刘布春江西省农业科学院园艺研究所南昌330299 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所·作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室·农业农村部农业环境重点实验室北京100081 生态环境部南京环境科学研究所南京210046

【目的】探明一次强冷空气过程对柑橘植株生长影响的生理机制,并以此进行品种间抗寒性评价。【方法】以江西地方特色柑橘品种南丰蜜橘(Citrus reticulata‘Nanfengmiju’)、金沙柚(***‘Jinshayou’)和纽荷尔脐橙(***‘Newhall Navel Or... 详细信息

【目的】探明一次强冷空气过程对柑橘植株生长影响的生理机制,并以此进行品种间抗寒性评价。【方法】以江西地方特色柑橘品种南丰蜜橘(Citrus reticulata‘Nanfengmiju’)、金沙柚(***‘Jinshayou’)和纽荷尔脐橙(***‘Newhall Navel Orange’)为试材,研究强冷空气过程对3个柑橘品种叶片的叶绿素含量、光合荧光特性、活性氧物质含量和抗氧化酶活性的影响,并对上述生理参数进行主成分分析,最终确定3个柑橘品种的抗寒性强弱。【结果】强冷空气过程初期,随着空气温度的降低,3个柑橘品种的叶绿素含量(Chla和Chlb)、最大光合速率(P_(max))、表观量子效率(AQY)、PSII原初光能转化效率(F_(v)/F_(m))和光饱和点(LSP)均呈现下降趋势,在气温回升期间,叶绿素含量、P_(max)、AQY、F_(v)/F_(m)和LSP的值随温度的回升而增加,整个强冷空气过程中南丰蜜橘的值均最大;3个柑橘过氧化氢(H_(2)O_(2))和丙二醛(MDA)含量在整个强冷空气过程中,表现为先上升后降低的趋势,且H_(2)O_(2)和MDA含量的平均值以纽荷尔脐橙最大,金沙柚次之,南丰蜜橘最小;抗氧化化酶(SOD和POD)的活性在整个降温和升温过程中也呈现先上升后降低的趋势,但整体活性仍处在较高水平,且SOD和POD活性的平均值南丰蜜橘最小,纽荷尔脐橙最大。【结论】空气温度的骤然降低是柑橘生理生化参数变化的主要原因,3个柑橘品种的抗寒性强弱依次为南丰蜜橘>金沙柚>纽荷尔脐橙。研究结果可为柑橘的引种、生产布局及栽培管理提供理论依据。

关键词：柑橘强冷空气光合作用保护酶活性主成分分析耐寒性

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我国大豆种植时空分布与风险费率研究

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中国农业资源与区划 2021年第1期42卷 106-115页

作者：杨晓娟刘布春刘园白薇中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室北京100081 农业农村部农业环境重点实验室北京100081

[目的]在我国大豆种植锐减、进口攀升和自然灾害加重的背景下,摸清我国大豆种植时空分布特征、风险费率对制定大豆种植和保险政策,保障大豆粮食安全有重要意义。[方法]文章依据1978—2016年全国省级大豆播种面积、产量、单产及进口等数... 详细信息

[目的]在我国大豆种植锐减、进口攀升和自然灾害加重的背景下,摸清我国大豆种植时空分布特征、风险费率对制定大豆种植和保险政策,保障大豆粮食安全有重要意义。[方法]文章依据1978—2016年全国省级大豆播种面积、产量、单产及进口等数据,基于风险损失和产量分布模型,运用数理统计、直线滑动平均模拟法和单产分布模型模拟推导法,分析全国大豆种植的时空分布变化,评估相应的生产风险并厘定各地大豆农业保险费率。[结果] 1978—2016年我国大部分省份都有大豆种植,1998年后,仅青海未种植大豆,东北和黄淮海地区一直是我国大豆主产区。2005年全国大豆达到最大播种面积959万hm2,随后锐减,2015年仅为2005年的67.8%;产量变化趋势和面积变化趋势一致;平均单产为1 153 kg/hm2,呈现出上升趋势。大豆进口逐年增加,2016年大豆进口总量8 391万t,创历史新高。全国大豆发生灾害风险的平均频率为27.24%,西藏、宁夏、陕西发生灾害风险的频率较高,各地呈现出轻灾(18.24%)>中灾(5.74%)>重灾(1.95%)>巨灾(1.30%)的特征。全国大豆种植的平均费率为4.40%,陕西、河南、安徽、辽宁、吉林和内蒙古大豆种植大省的费率较高,而黑龙江大豆种植的费率则较低,为3.72%。[结论]我国大豆种植结构需要调整,在大豆种植大省,如陕西、河南、安徽等,降低种植面积;在保持黑龙江大豆种植优势的同时,发展河北、山东等低风险地区的大豆种植;在开展大豆农业保险时,实行地区差异化费率。

关键词：大豆时空分布单产分布模型风险评估费率

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基于自然灾害系统理论的辽宁省玉米干旱风险分析

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农业工程学报 2012年第8期28卷 186-194页

作者：单琨刘布春刘园杨晓娟乐章燕王健中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部农业环境与气候变化重点开放试验室/农业部旱作节水农业重点开放实验室北京100081 廊坊市气象局廊坊065000

为了减轻旱灾对辽宁地区玉米生产的影响,该文通过对辽宁省23个气象站点46 a气象数据和气象站点所在县玉米产量、种植面积的分析,用实际干旱发生频率、农业气象干旱发生频率、玉米生产相对暴露率和单产水平等4个因素构建了辽宁地区玉米... 详细信息

为了减轻旱灾对辽宁地区玉米生产的影响,该文通过对辽宁省23个气象站点46 a气象数据和气象站点所在县玉米产量、种植面积的分析,用实际干旱发生频率、农业气象干旱发生频率、玉米生产相对暴露率和单产水平等4个因素构建了辽宁地区玉米干旱风险指数,用社会科学统计程序(statistical program for social sciences)和地理信息系统(geographic information system)对辽宁地区玉米干旱进行了风险分析和风险区划。结果表明,辽宁省有30%的站点处于玉米干旱较高或高风险区,主要分布于辽西山地丘陵和辽南沿海地区;玉米干旱中等风险区主要分布在辽西走廊和辽中平原及渤海湾附近地区;玉米干旱低风险区主要分布在辽东山地丘陵地带。经检验50%以上站点的干旱风险指数与玉米相对气象产量显著相关。所构建的辽宁地区玉米干旱风险指数能客观地反应干旱对玉米生产的影响。该研究为玉米避灾和减灾管理提供科学依据。

关键词：干旱风险分析地理信息系统风险指数风险区划玉米

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基于远程监控的农业气象自动采集系统设计

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农业机械学报 2010年第10期41卷 174-179页

作者：武永峰宫志宏刘布春李茂松陆明中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 中国农业大学资源与环境学院北京100193 农业部农业环境与气候变化重点开放实验室北京100081 南京信息工程大学应用气象学院南京210044

针对传统农业气象观测和当前传感器技术系统、方法存在的不足,设计了一套基于远程监控的农业气象自动采集系统,其硬件设备由农田小气候信息采集前端、视频图像信息采集前端、数据采集装置、数据传输装置和供电设备组成。该系统实现了农... 详细信息

针对传统农业气象观测和当前传感器技术系统、方法存在的不足,设计了一套基于远程监控的农业气象自动采集系统,其硬件设备由农田小气候信息采集前端、视频图像信息采集前端、数据采集装置、数据传输装置和供电设备组成。该系统实现了农田小气候和视频图像信息参数采集与传输的高度集成,自动采集降水量、气温、空气湿度、风速、风向、光合有效辐射、土壤温度、土壤湿度和农作物视频图像信息,并通过远程客户端软件实现各要素信息的实时动态显示和远程监控。通过在郑州市、鹤壁市、温江市和荆州市开展的采集试验和系统试运行表明,系统显示出较好的稳定性,农田小气候和视频图像要素数据的采集、传输、动态实时显示与远程监控等各项功能均可满足各级用户需求。

关键词：农业气象采集系统远程监控

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基于探地雷达的田块尺度下不同深度土壤含水量监测

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智慧农业（中英文） 2022年第1期4卷 84-96页

作者：张文瀚杜克明孙彦坤刘布春孙忠富马浚诚郑飞翔东北农业大学资源与环境学院黑龙江哈尔滨150030 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081

为确定田块尺度下探地雷达对不同深度及相邻反射层间土壤含水量的反演精度、有效反演深度、最佳反演深度及最优反演模型,本研究采用1000 MHz中心频率探地雷达设备,分别在无降雨偏干旱土壤和降雨后湿润土壤两种条件下,在选定农田区域基... 详细信息

为确定田块尺度下探地雷达对不同深度及相邻反射层间土壤含水量的反演精度、有效反演深度、最佳反演深度及最优反演模型,本研究采用1000 MHz中心频率探地雷达设备,分别在无降雨偏干旱土壤和降雨后湿润土壤两种条件下,在选定农田区域基于共中心点法采集雷达波数据,提取有效地表波与反射波数据,通过双曲线拟合法分别获取不同深度反射层雷达波的传播速度,计算得出土壤的相对介电常数,最后根据土壤体积含水量和介电常数之间的经验模型计算获得不同深度的土壤体积含水量。通过Topp、Roth、Herkelrath和Ferre四种经验模型分别进行土壤体积含水量反演测定,同时以利用烘干法获取的代表性测定土壤含水量实测值为指标进行精度验证。田间试验结果表明,1000 MHz探地雷达的有效反演深度范围为0~50 cm;土壤偏干旱和偏湿润条件的最佳反演深度分别为50 cm和40 cm;Roth模型相关性最好,决定系数R2最高为0.750,且Roth模型反演土壤含水量值最稳定,在土壤偏干旱和偏湿润条件下均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)平均值分别为0.0401 m;/m;和0.0335 m;/m;相对误差(Relative Error,RE)最低为3.0%。探地雷达具备对定量深度田间土壤含水量快速、精准监测的能力,但其反演模型需根据不同土壤类型等条件进行相应参数校正。

关键词：探地雷达土壤含水量监测共中心点法最佳反演深度最优反演模型 Roth模型

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中国北方主产地苹果始花期模拟及晚霜冻风险评估

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农业工程学报 2020年第21期36卷 154-163页

作者：邱美娟刘布春刘园王珂依庞静漪张晓男贺金娜中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室/农业部农业环境重点实验室北京100081 营口市气象局营口115001 沈阳农业大学农学院沈阳110161

建立中国北方苹果主产地苹果始花期模型,分析苹果花期晚霜冻气候风险,为有效防御晚霜冻灾害对当地苹果生产的影响提供科学指导。该研究选取中国新疆的伊宁、阿克苏、黄土高原的万荣、白水、礼泉、陕州区和渤海湾的福山、熊岳分别代表中... 详细信息

建立中国北方苹果主产地苹果始花期模型,分析苹果花期晚霜冻气候风险,为有效防御晚霜冻灾害对当地苹果生产的影响提供科学指导。该研究选取中国新疆的伊宁、阿克苏、黄土高原的万荣、白水、礼泉、陕州区和渤海湾的福山、熊岳分别代表中国3大苹果产区,利用各区代表站的苹果始花期资料和同期气象数据,建立并检验了不同站点苹果始花期模型,并利用该模型模拟了1962-2019年苹果始花期,分析其时空变化特征。结合晚霜冻气象指标,对苹果花期晚霜冻气候风险进行评估。结果表明:1)苹果始花期模型能够在数据独立的情况下较准确地模拟各区代表站的始花期变化,新疆、黄土高原和渤海湾苹果产区内部检验的均方根误差分别为2.5~4.8、2.4~5.0、2.3~3.0 d,交叉检验的均方根误差分别为5.0~6.6、3.4~6.0和3.6~4.1 d。2)模拟得到的苹果始花期均呈显著提前趋势,趋势系数分别为-1.84^-1.04、-3.09^-2.62和-2.37^-1.88d/10a。3)不同区域苹果晚霜冻气候风险有着明显的差异。新疆和黄土高原果区苹果晚霜冻气候风险指数相对较大,其中伊宁最大达2.38,其次是万荣达1.81,而渤海湾果区的福山苹果晚霜冻气候风险指数为0。结果表明新疆和黄土高原果区苹果遭受晚霜冻的影响较大,渤海湾果区受晚霜冻影响最小。

关键词：模型风险评估晚霜冻气象指标致灾因子苹果始花期

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