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河南省夏花生生产潜力时空变化特征及提升

生态学杂志 2024年

作者：郭康军李春艳张溪荷李彤霄余卫东东北农业大学农学院鹿邑县气象局中国气象局/河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室河南省气象科学研究所

为了合理利用气候资源，明确河南省夏花生生产潜力、产量差和主要限制因子，本文利用河南省112个测站1991－2020年气象资料和2011－2020年正阳县气象局夏花生实际测产数据，采用气候因子逐步订正法，计算了1991－2020年河南省夏花生光... 详细信息

为了合理利用气候资源，明确河南省夏花生生产潜力、产量差和主要限制因子，本文利用河南省112个测站1991－2020年气象资料和2011－2020年正阳县气象局夏花生实际测产数据，采用气候因子逐步订正法，计算了1991－2020年河南省夏花生光合、光温和气候生产潜力，分析了光合与光温生产潜力、光温与气候生产潜力、气候生产潜力与实际产量3种产量差的变化特征，并基于DNDC模型探索了缩小夏花生产量差的措施。结果表明：1991－2020年河南省夏花生光合生产潜力均值为15821.4 kg·hm-2，年际间呈显著下降的变化趋势，空间分布整体呈由东北向西南的递减趋势；光温生产潜力均值为13206.2 kg·hm-2，空间分布整体呈由东向西逐渐递减趋势；气候生产潜力均值为10135.9 kg·hm-2，空间分布整体呈由东向西、由南向北逐渐递减趋势；整体来说，水分对河南省夏花生产量的限制较温度更为显著；1991－2020年河南省夏花生光合与光温生产潜力差值及气候生产潜力和实际产量差值分别为2615.2和3071.5 kg·hm-2，且年际间均呈显著下降趋势，光合与光温生产潜力差值空间分布整体呈由西向东递减趋势；光温与气候生产潜力差值空间分布整体呈由北向南递减趋势；DNDC模型对正阳县夏花生产量有较好的模拟效果。以正阳县2013年为例，夏花生产量与荚果期灌溉量、播期变化之间均呈现先增加后减少的抛物线的关系，灌溉量为19.1 mm时及播期推迟6.0 d产量最佳。

关键词：夏花生生产潜力产量差 DNDC模型

基于土壤水分的旱田灌溉用水量估算——以河南省鹤壁市为例

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扬州大学学报(农业与生命科学版) 2024年第5期 31-37页

作者：朱黎明张文杰张家豪田桂治魏庆伟扬州大学水利科学与工程学院中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室鹤壁市气象局

及时、准确地掌握区域灌溉用水量,对水资源管理及其优化配置具有重要的意义。然而,如何有效地获取区域灌溉用水量,仍是农业、水利及地理信息等学科亟需解决的重要问题。鉴于灌溉与土壤水分变化的联系,提出一种利用土壤水分估算灌溉用水... 详细信息

及时、准确地掌握区域灌溉用水量,对水资源管理及其优化配置具有重要的意义。然而,如何有效地获取区域灌溉用水量,仍是农业、水利及地理信息等学科亟需解决的重要问题。鉴于灌溉与土壤水分变化的联系,提出一种利用土壤水分估算灌溉用水量的方法。以鹤壁市16个土壤水分监测站点为研究对象,分别建立线性模型、对数模型和土壤水量平衡模型表达降水量与土壤水分的定量关系。首先,获取站点上的6年逐日气象数据(温度、降水、气压、风速、日照时长)和土壤水分数据,前4年数据用于建模,后2年数据用于模型验证。然后,在每个站点上建立基于土壤水分估算降水量的模型,并利用验证数据进行验证。结果表明:线性模型计算降雨量的RMSE为10.55 mm,对数模型计算结果的RMSE为10.3 mm,土壤水量平衡模型计算结果的RMSE为8.62 mm,基于土壤水量平衡原理的模型能更好地表达土壤水分与降水量之间的定量关系。最后,利用土壤水量平衡模型估算田间的灌溉用水量。与实测的灌溉用水量数据对比,采用水量平衡模型估算的灌溉用水量偏小约14.19%。综上,建立的利用土壤水分估算灌溉用水量方法,对准确获取灌溉用水量具有重要意义。

关键词：灌溉用水量线性模型对数模型土壤水量平衡模型土壤水分降雨量

授粉期高温胁迫对夏玉米植株形态、叶片光合及产量的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第1期32卷 106-118页

作者：穆心愿马智艳卢良涛吕姗姗刘天学胡秀丽李树岩蒋寒涛范艳萍赵霞唐保军夏来坤中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点实验室郑州450003 河南省农业科学院粮食作物研究所/河南省玉米绿色精准生产国际联合实验室郑州450002 河南农业大学郑州450046 河南滑丰种业科技有限公司滑县456400

针对黄淮海地区花期高温影响夏玉米安全生产的问题,本研究以热敏感型品种‘先玉335’为试验材料,以大田常温为对照(CK),设置授粉期高温处理(HT),研究授粉期高温胁迫对夏玉米植株形态、叶片光合特性、干物质积累与分配及产量形成的影响... 详细信息

针对黄淮海地区花期高温影响夏玉米安全生产的问题,本研究以热敏感型品种‘先玉335’为试验材料,以大田常温为对照(CK),设置授粉期高温处理(HT),研究授粉期高温胁迫对夏玉米植株形态、叶片光合特性、干物质积累与分配及产量形成的影响。结果表明:2021年和2022年,HT处理的冠层最高温度超过40℃的天数分别为7 d和8 d,高温处理期间冠层最高温度分别较CK高1.7~6.8℃和1.5~4.6℃。HT处理显著提高了夏玉米株高和穗位高,对茎粗和叶面积无显著影响,但延缓了生育后期叶片衰老,2021年和2022年成熟期的叶面积较CK分别显著提高34.69%和163.72%。高温处理期间,HT处理的玉米叶片气孔导度、蒸腾速率和胞间CO_(2)浓度显著升高(P40℃时)则显著降低(P<0.05),反之则显著升高(P<0.05)或无显著变化,叶片整体光合性能下降。高温胁迫解除后,HT处理的叶片光合性能相关参数逐渐与CK趋于一致。经授粉期高温胁迫处理后,玉米茎秆、叶片、苞叶、穗轴和单株干重降低,其中穗轴干重降幅最大,而雄穗和花丝干重增加,使得干物质向茎秆、叶片、雄穗、花丝等部位的分配比例增加,而向穗轴的分配比例显著减少(P<0.05)。至成熟期,HT处理造成玉米籽粒和单株干重显著减少48.32%和16.71%(P<0.05),而玉米茎秆和叶片干重显著增加35.01%和9.48%(P<0.05)。HT处理的结实率和穗粒数分别显著下降54.43%和53.19%(P<0.05),百粒重显著提高10.13%(P<0.05),但籽粒产量显著降低46.82%(P<0.05)。综上,授粉期高温胁迫增强了玉米叶片气孔蒸腾,增加了胞间CO_(2)浓度,降低了叶片羧化效率和水分利用效率,导致植株整体光合性能下降,制约了光合同化物积累及向穗部的转移分配,导致结实率显著下降,穗粒数显著减少,制约了花后光合同化物从“源”(茎秆和叶片)向“库”(籽粒)的转运,最终导致籽粒产量大幅下降。

关键词：夏玉米授粉期高温胁迫光合性能干物质积累与分配产量

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基于改进的YOLOv3农作物目标检测算法

农业大数据学报 2024年第1期6卷 40-47页

作者：郭蓓王贝贝张志红吴苏李鹏胡莉婷中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室郑州450003 河南中原光电测控技术有限公司郑州450047

农作物图像在进行目标检测时,由于作物种植较密集、成像质量不佳等原因严重影响目标检测算法的检测精度。针对存在的问题,提出一种基于YOLOv3的改进算法优化在农作物目标检测的检测性能:对YOLOv3的主干特征提取网络进行优化,利用原网络... 详细信息

农作物图像在进行目标检测时,由于作物种植较密集、成像质量不佳等原因严重影响目标检测算法的检测精度。针对存在的问题,提出一种基于YOLOv3的改进算法优化在农作物目标检测的检测性能:对YOLOv3的主干特征提取网络进行优化,利用原网络中输出的4倍降采样特征图对目标进行检测,并且在算法原网络残差块的基础上增加残差单元,以检测目标较小的农作物位置信息;提出高斯衰减函数,对图像中高度重叠的农作物候选框的衰减较强,在有效抑制冗余框的同时也可以有效地降低漏检率;对回归损失函数进行优化改进,用CIOU Loss作为损失函数,使得目标检测过程中最终的目标定位更加精确。将改进的YOLOv3算法和原YOLOv3算法、Faster R-CNN算法在实拍的玉米作物图像数据集上进行对比实验,结果表明改进后的YOLOv3算法能有效检测农作物小目标,算法检测的平均准确率均值和检测速度都有明显的提升。

关键词：目标检测 YOLOv3算法特征提取网络损失函数

用逐步趋近法确定台州金桂开花日最高气温低温预报指标

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气象与环境科学 2024年第5期47卷 55-61页

作者：朱寿燕林万春王宇翔陈聪林健仙居县气象局浙江仙居317300 舟山海洋气象广播电台浙江舟山316000 南阳市气象局河南南阳473000 台州市椒江区气象局浙江台州317800 临海市苗圃浙江临海317000

桂花作为台州市市花,观赏和采摘需要进行开花始期预报。利用2006-2023年台州金桂开花期和日最高气温数据,用逐步趋近法确定金桂开花前低温日指标,按照低温日指标统计低温过程,对第1批次开花前的多个低温过程进行全排列组合,计算第1批次... 详细信息

桂花作为台州市市花,观赏和采摘需要进行开花始期预报。利用2006-2023年台州金桂开花期和日最高气温数据,用逐步趋近法确定金桂开花前低温日指标,按照低温日指标统计低温过程,对第1批次开花前的多个低温过程进行全排列组合,计算第1批次开花始期与各组合低温过程开始日的相关系数,找出相关最显著的低温过程组合确定为有效低温过程,对比有效低温过程和无效低温过程,确定低温过程有效性指标。分析结果表明:(1)台州金桂开花前低温日指标为日最高气温<24.4℃。(2)有效低温过程分为2类:第1类低温过程中连续低温日数≥2天;第2类低温过程中最长连续低温日数=1天,低温过程后1日最高气温≤27.3℃,且前1日最高气温≤28.8℃。(3)无效低温过程分类指标:低温过程中最长连续低温日数=1天,低温过程后1日最高气温≥27.5℃,或者前1日最高气温≥29.9℃。(4)第1个有效低温过程后6-9 d金桂出现第1批次开花始期,金桂各批次开花始期与有效低温过程开始日为极显著正相关。

关键词：金桂开花期预报逐步趋近法日最高气温低温日指标低温过程有效性指标

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自动观测气温质控方法研究

气象与环境科学 2024年第4期47卷 105-111页

作者：李鹏飞河南省气象探测数据中心郑州450003

利用河南省121个国家级地面气象观测站的气温资料,分析了河南省极端最高气温(40.0~44.6℃)、极端最低气温(-23.6~-13.1℃)的空间分布和气温的变化规律,并归纳出气温数据质量控制的方法:(1)检查数据是否在合理范围之内;(2)检查数据是否... 详细信息

利用河南省121个国家级地面气象观测站的气温资料,分析了河南省极端最高气温(40.0~44.6℃)、极端最低气温(-23.6~-13.1℃)的空间分布和气温的变化规律,并归纳出气温数据质量控制的方法:(1)检查数据是否在合理范围之内;(2)检查数据是否符合变化规律;(3)检查数据与相关要素是否具有关联性;(4)检查数据是否符合时间一致性规律;(5)检查数据是否具有空间一致性;(6)若瞬时值60 min无变化,小时值24h无变化,则数值有误;(7)对数据进行临界值检查;(8)检查气温变化异常是否由天气事件引起。

关键词：气温质控方法研究

春小麦生理指标对土壤水分持续减少的响应特征分析

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气象与环境科学 2024年第5期47卷 17-23页

作者：张新刚杜子璇赵福年李慧萍王媛徐林泽焦作市气象局河南焦作454003 河南省气象科学研究所郑州450003 中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020

为研究春小麦生理指标对土壤水分变化的响应特征,以春小麦品种定西40为试材,于2019年进行春小麦盆栽试验,在拔节初期设置对照(CK)和干旱(DR)两个水分处理,分析春小麦旗叶水势(LWP)及光合生理参数等对土壤水分变化的响应特征。结果表明:... 详细信息

为研究春小麦生理指标对土壤水分变化的响应特征,以春小麦品种定西40为试材,于2019年进行春小麦盆栽试验,在拔节初期设置对照(CK)和干旱(DR)两个水分处理,分析春小麦旗叶水势(LWP)及光合生理参数等对土壤水分变化的响应特征。结果表明:随着土壤水分的减少,LWP显著下降,07时LWP较11时LWP对土壤水分变化更敏感;随着土壤水分的减少,春小麦叶片净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))、胞间CO_(2)浓度(C_(i))快速下降,平均降幅分别为64%、76%和70%。LWP、P_(n)、T_(r)、R_(s)(气孔阻力)、C_(i)与土壤相对湿度(RSM)呈指数函数关系,决定系数为0.310~0.874,水分利用效率(WUE)与RSM呈幂函数关系(R^(2)=0.212)。该研究可为黄土高原半干旱区春小麦水分的高效利用提供理论依据。

关键词：春小麦生理指标干旱水势土壤水分

2023年河南麦收连阴雨的形成和环流异常分析

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气象与环境科学 2024年第1期47卷 10-19页

作者：司福意徐林泽宋自福闫晓珍中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室郑州450003 焦作市气象局河南焦作454000

2023年5月25—30日河南遭遇了1961年以来同期持续时间最长、影响最大的连阴雨天气过程。连阴雨天气导致小麦大幅减产,品质下降,豫南、豫中和豫东部分种子田失去种用价值,被评为“烂场雨”。利用常规观测资料、NCEP再分析资料和EC数值预... 详细信息

2023年5月25—30日河南遭遇了1961年以来同期持续时间最长、影响最大的连阴雨天气过程。连阴雨天气导致小麦大幅减产,品质下降,豫南、豫中和豫东部分种子田失去种用价值,被评为“烂场雨”。利用常规观测资料、NCEP再分析资料和EC数值预报产品,对这次连阴雨过程的大尺度环流形势和影响系统进行分析。结果表明:(1)该天气过程发生在异常大气环流背景下,西太平洋副热带高压显著偏强,脊线5天滑动平均位置偏北达8个纬度,越过25°N线;西伯利亚高压也显著偏强且频繁向南暴发。(2)乌拉尔山阻塞系统的形成导致我国新疆西北部长时间维持一深厚冷涡,从而在35°—40°N形成了稳定纬向环流,冷涡底部不断有冷空气分裂东移南下影响河南。远距离超强台风的逼近导致副热带高压迅速西伸北抬,在其外围形成了一条宽广、深厚的从南海伸向中纬度地区的暖湿气流输送带,最终在豫西北汇聚出低空急流。随着暖湿气流输送带向北扩展,在大风速区的前方,对流层中低部有明显的空气质量和水汽的辐合,从而引发上升运动的发生发展,导致多地暴雨、局部大暴雨的出现。(3)南北两个异常的天气系统的结合,促成了中纬度能量锋区的稳定维持,锋面抬升对暖区降水起到增幅和维持作用。(4)数值模式对中、短期环流趋势和影响系统均作出了较准确的预报,但对降水量级及其分布的预测还需要进一步推敲订正。

关键词：连阴雨环流异常超强台风阻塞系统

基于无人机高光谱的冬小麦LAI估算及LAI遥感产品检验

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生态学杂志 2024年

作者：李军玲李梦夏熊坤田宏伟张渝晨余卫东中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室河南省气象科学研究所商丘市气象局安阳国家气候观象台

冬小麦叶面积指数（LAI）的动态变化，可用于其长势监测和估产。针对目前地面观测数据和卫星数据的尺度不匹配易引起的尺度效应，以及常用的多光谱数据相对高光谱数据的弱敏感性，为有效利用高光谱信息，优选出最佳波段进而构建LAI估算... 详细信息

冬小麦叶面积指数（LAI）的动态变化，可用于其长势监测和估产。针对目前地面观测数据和卫星数据的尺度不匹配易引起的尺度效应，以及常用的多光谱数据相对高光谱数据的弱敏感性，为有效利用高光谱信息，优选出最佳波段进而构建LAI估算模型以提高LAI估测精度，本文引入无人机高光谱数据作为地面观测和卫星数据的桥梁进行相关研究，在获取冬小麦返青期地面实测LAI数据、无人机高光谱数据、高分一号卫星（GF-1）数据基础上，首先对高光谱数据进行不同形式的特征变量变换和计算，再通过建立感兴趣区，计算得到和地面观测尺度一致的无人机影像像元，进行同尺度下多个植被指数及光谱变换形式和LAI的相关性分析，筛选LAI敏感波段或指数，开展基于无人机和GF-1卫星的不同尺度下冬小麦LAI反演。结果表明：冬小麦LAI敏感波段或指数为635、655、693、704、714、721、724、763、806、813、900和936一阶导、714、717、763、767、784、806、813、900、903和936二阶导以及敏感光谱指数SDy、DVI、MSAVI2、NLI和SAVI，并利用多元逐步回归、偏最小二乘法、岭回归等构建无人机高光谱影像LAI反演模型，通过精度比较认为岭回归建模最优；基于升尺度方法建立了GF-1冬小麦LAI估算模型，并将模拟结果作为相对真值对LAI遥感反演产品进行了真实性检验，FY3＿1KM＿LAI产品和GF＿1KM＿LAI产品相关系数达到0.787，说明FY3＿LAI产品和相对真值有很强的相关性，可以用于日常业务服务和科研中。本文通过尺度扩展分析不同数据来源下反演模型精度，探讨不同遥感信息源在估算冬小麦LAI方面的能力，对作物管理提供科学指导，也为精准农业研究提供理论依据。

关键词：叶面积指数高分一号卫星无人机高光谱数据真实性检验岭回归