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基于SWAT模型的西辽河流域自然湿地演变过程及驱动力分析

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农业工程学报 2020年第22期36卷 286-297页

作者：于成龙王志春刘丹赵慧颖宫丽娟田宝星黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 内蒙古自治区赤峰市气象局赤峰024000

该研究基于SWAT模型模拟、景观转换分析、地理探测器计算等方法,使用气象观测、数字高程模型、土地利用遥感监测、植被指数等数据,以西辽河流域为研究对象,划定流域边界,分析1980—2015年西辽河流域的面积变化和景观动态变化特征,研究... 详细信息

该研究基于SWAT模型模拟、景观转换分析、地理探测器计算等方法,使用气象观测、数字高程模型、土地利用遥感监测、植被指数等数据,以西辽河流域为研究对象,划定流域边界,分析1980—2015年西辽河流域的面积变化和景观动态变化特征,研究自然和人为因素对湿地变化的驱动效应。结果表明:1980—2015年西辽河流域湖泊和沼泽面积均呈下降趋势,多数土地利用类型侵占过沼泽和湖泊,其中耕地侵占的面积最大;1980年以来西辽河流域经历了干-湿-干的变化过程,大部分时间为干生生境;2000—2015年西辽河流域沼泽湿地生长季NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)平均为0.30,年GPP(Gross Primary Productivity)平均为257.73 g/(m^2·a),均呈极显著上升趋势;湖泊面积、沼泽湿地面积和径流深度的变化与降水量和蒸散量的相关关系极显著,NDVI和GPP与生长季积温的相关关系极显著;自然因素对湿地变化的影响要大于人为因素,降水量是西辽河流域湿地变化的主要控制因子,降水量和蒸散量的协同作用对湖泊、沼泽和径流深度变化的驱动能力q>0.70。该研究可为湿地农业综合开发和可持续发展提供科学参考。

关键词：土地利用模型 NDVI 湿地气候变化 SWAT 西辽河

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黑龙江省土壤冻融期气象要素变化特征

冰川冻土 2021年第6期43卷 1764-1772页

作者：王萍赵慧颖闫平朱海霞翟墨李秀芬黑龙江省气象科学研究所黑龙江哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室黑龙江哈尔滨150030

黑龙江省春季土壤冻融剧烈,土壤湿度和温度受土壤冻融影响较大,利用黑龙江省64个气象观测站1961—2018年的逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量、地温资料及34个农气观测站人工观测的1981—2018年的土壤湿度资料,分析土壤冻结期... 详细信息

黑龙江省春季土壤冻融剧烈,土壤湿度和温度受土壤冻融影响较大,利用黑龙江省64个气象观测站1961—2018年的逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量、地温资料及34个农气观测站人工观测的1981—2018年的土壤湿度资料,分析土壤冻结期间的气象要素变化,研究春季土壤冻融过程中湿度和温度的变化。结果表明:土壤冻结期从北向南缩短,且逐年缩短,冻结期平均气温从北向南升高,逐年上升,降水量西部少、东部和北部多,逐年增加;春季冻融次数平原少、山区多,逐年减少。春季融雪开始日期由北向南提前,并且呈现逐年提前的趋势,融雪期升温速率北部、东部低,中部、南部高;在春季冻融过程中,土壤湿度随着土壤深度的增加而增多,东部土壤湿度受土壤融冻影响最大;在整个冬季土壤冻结期间,北部、中部及东部土壤湿度是增加的,且随着土壤深度的增加,土壤湿度增加的越多,而西部土壤湿度是减少的,且随着土壤深度的增加,土壤湿度减少的越少;春季土壤冻融期间,0cm平均地温全省平均在-17.3~22.1℃之间,南部与全省变化趋势基本一致,升温趋势明显,而北部升温速度明显慢于南部。

关键词：冻融降水气温土壤湿度黑龙江省

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黑龙江省热量资源变化及其对作物生产的影响

中国生态农业学报 2018年第2期26卷 242-252页

作者：杜春英宫丽娟张志国赵慧颖吴双田宝星赵放黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 宁夏大学农学院银川750021

气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971—2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性... 详细信息

气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971—2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性倾向率、累计距平、M-K检验和经验正交函数(EOF)方法等统计方法,分析了热量资源变化特征及突变特征,以及对农业生产的可能影响。结果表明:≥10℃积温和≥0℃积温分别以86.7℃?d?(10a)-1和80.5℃?d?(10a)-1的速率显著增加,无霜期呈延长趋势[倾向率为3.8 d·(10a)-1];≥10℃积温和无霜期在1993年发生突变,突变后二者初日提前,终日延后。≥10℃积温和≥0℃积温的增加幅度西部大于东部,无霜期延长幅度中西部大于东北部,农业热量资源变化幅度大的地区亦是热量敏感区域。热量资源增加对农业的影响,表现在农作物适宜生育期延长;适宜水稻和玉米种植的区域向北、向西扩张,大豆种植重心北移;原适宜种植极早熟、早熟品种的区域逐步被中熟、中晚熟品种替换。热量增加使水稻、玉米和大豆三大作物产量的进一步提高成为可能。

关键词：气候变化积温无霜期热量资源作物种植带作物生育期作物产量黑龙江

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黑龙江省大豆不同生育阶段干旱时空特征

应用气象学报 2020年第1期31卷 95-104页

作者：宫丽娟李秀芬田宝星王萍姜蓝齐赵慧颖黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030

干旱是黑龙江省农业生产中的主要自然灾害之一,影响大豆生长发育和产量形成。利用1981-2017年黑龙江省32个农业气象观测站土壤水分资料和26个站大豆生育期资料,采用中国气象局2018年发布的气象行业大豆干旱等级中大豆干旱指标,分析黑龙... 详细信息

干旱是黑龙江省农业生产中的主要自然灾害之一,影响大豆生长发育和产量形成。利用1981-2017年黑龙江省32个农业气象观测站土壤水分资料和26个站大豆生育期资料,采用中国气象局2018年发布的气象行业大豆干旱等级中大豆干旱指标,分析黑龙江省5个区域大豆各生育期干旱发生频率、强度和干旱风险指数的时空变化特征,并对黑龙江大豆干旱风险进行评估与分区。结果表明:大豆轻旱发生频率高于重旱和特旱,西区为干旱多发区域,中区次之,其他区域相对少发;中区干旱发生强度最高,西区次之,北区最低,东区、北区和中区大豆三真叶至鼓粒期干旱发生强度高于前期和后期,而西区和南区在大豆鼓粒至成熟期干旱发生强度高于前期;西区干旱风险最高,中区次之,北区最低,大豆开花-结荚期干旱风险最高,播种-出苗期最低,干旱中等以上风险区域集中在松嫩平原西部和三江平原西南部,其他大部地区为次低或低风险区。

关键词：黑龙江大豆干旱时空特征

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高寒区大豆苗期低温多雨对产量的影响

生态学杂志 2024年第10期43卷 3040-3046页

作者：曲辉辉李秀芬朱海霞王晾晾曲秉阳王秋京吕佳佳纪仰慧姜丽霞黑龙江省气象科学研究所中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 黑龙江省气象数据中心哈尔滨150030

探究大豆苗期低温多雨对产量的影响,为大豆防灾减灾提供依据。基于黑龙江省大豆生长发育观测资料及已有研究成果,对WOFOST模型进行本地化与适应性检验;利用研究区内15个代表站点1971—2020年逐日气象资料、分区作物参数与土壤参数,模拟... 详细信息

探究大豆苗期低温多雨对产量的影响,为大豆防灾减灾提供依据。基于黑龙江省大豆生长发育观测资料及已有研究成果,对WOFOST模型进行本地化与适应性检验;利用研究区内15个代表站点1971—2020年逐日气象资料、分区作物参数与土壤参数,模拟不同低温多雨情景下大豆产量,定量评价苗期低温多雨对大豆产量的影响。结果表明:WOFOST模型在黑龙江省本地化应用效果较好,可用于该地区大豆产量的模拟;在设定情景中,低温、多雨及二者叠加效应均会造成大豆减产,减产率存在极显著差异,叠加效应持续天数是导致产量降低的最主要因素;t-3.5情景持续6 d未对大豆产量造成显著影响,部分t-3.5处理持续12 d与大部分持续18 d情景则会造成大豆产量显著或极显著下降;在灾害持续时间和发生程度相同的前提下,低温与多雨叠加发生比二者单独发生对大豆产量影响更大。

关键词：大豆低温多雨叠加效应 WOFOST模型产量苗期

寒地大豆气候生产潜力特征及其对气候变化的响应

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应用生态学报 2024年第6期35卷 1615-1624页

作者：李秀芬吴双赵放朱海霞宫丽娟姜丽霞王萍赵慧颖黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 黑龙江省生态气象中心哈尔滨150030 哈尔滨市气象局哈尔滨150000

全面掌握黑龙江省大豆气候生产潜力演变及其对气候变化的响应特征,可为进一步挖掘高寒地区大豆生产潜力、实现大豆稳产高产提供参考和依据。基于黑龙江省80个气象站1961—2020年的气象资料,采用逐步订正法估算大豆光合、光温和气候生产... 详细信息

全面掌握黑龙江省大豆气候生产潜力演变及其对气候变化的响应特征,可为进一步挖掘高寒地区大豆生产潜力、实现大豆稳产高产提供参考和依据。基于黑龙江省80个气象站1961—2020年的气象资料,采用逐步订正法估算大豆光合、光温和气候生产潜力,利用空间插值、统计分析方法研究其时空特征,分析辐射、气温、降水等气候要素变化对气候生产潜力的影响。结果表明:研究期间,黑龙江省大豆光合、光温和气候生产潜力平均值分别为7533、6444和3515 kg·hm^(-2),时间变化上均表现为显著增加趋势,其增幅分别为125.9、182.9和116.1 kg·hm^(-2)·(10 a)-1;在空间分布上均表现为平原高山地低、由西南向东北逐渐减少。与1961—1990年相比,1991—2020年大豆气候生产潜力高值区扩大7.1%,低值区缩小5.1%。大豆气候生产潜力对气候变化响应明显,气候变暖致使黑龙江省大豆的潜在温度生长期延长。热量资源持续增加,配合相对充足的降水,有效减缓了光能资源下降对黑龙江省大豆生产的负面影响。未来“暖湿型”气候有利于全方位提高黑龙江省大豆气候生产潜力。

关键词：高寒地区大豆气候生产潜力气候变化响应暖湿气候

黑龙江省玉米干旱与低温冷害复合逆境对产量的影响

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气象 2021年第1期47卷 94-105页

作者：姜丽霞赵慧颖曲辉辉闫平李秀芬翟墨于瑛楠黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 黑龙江省气象院士工作站哈尔滨150030

利用1981—2016年黑龙江省玉米农业气象观测站的资料,引入中华人民共和国气象行业标准中水分亏缺指数(K CWDI)、≥10℃积温距平(H)指标,分别对玉米出苗—乳熟期干旱、低温冷害进行判识,规定同一站、同一年内干旱、冷害均有发生为两种灾... 详细信息

利用1981—2016年黑龙江省玉米农业气象观测站的资料,引入中华人民共和国气象行业标准中水分亏缺指数(K CWDI)、≥10℃积温距平(H)指标,分别对玉米出苗—乳熟期干旱、低温冷害进行判识,规定同一站、同一年内干旱、冷害均有发生为两种灾害复合发生,并分析其时空分布特征,以数理统计方法构建K CWDI和H与玉米产量的关系模型,同时应用比较方法探讨两种灾害单一发生及复合发生的温水逆境对玉米产量的影响。研究结果表明:1981—2016年,研究区玉米出苗—乳熟期K CWDI、H的变化较好表达了研究区水资源空间配置特征及气候变暖趋势;分析期内,研究区玉米出苗—乳熟期累计发生单一干旱242站年,单一冷害76站年,干旱、冷害复合发生91站年;干旱、冷害复合发生随时间呈减少趋势,20世纪90年代中期以前密集发生,之后发生频率下降,空间上呈西多东少趋势,松嫩平原西部为频发区;玉米出苗—乳熟期H和K CWDI与玉米单产存在显著或极显著的相关关系(P<0.05或P<0.01),在一定温度、水分范围内,H减少、K CWDI增大,玉米单产呈下降趋势;总体上,存在干旱、低温冷害单一发生或复合发生程度愈重则单产愈低的趋势。比较干旱、低温冷害复合发生和单一发生对玉米单产的影响可见,复合发生中干旱(低温冷害)的时间、日数、程度等与单一发生的干旱(低温冷害)相当时,则干旱(低温冷害)与低温冷害(干旱)复合发生对玉米单产的影响呈加重趋势。

关键词：干旱和低温冷害复合逆境水分亏缺指数 ≥10℃积温距平玉米产量

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基于植被指数的春玉米干旱响应遥感监测

农业工程学报 2019年第20期35卷 152-161页

作者：刘丹冯锐于成龙唐权郭春玲中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 黑龙江省气象院士工作站哈尔滨150030 黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 凌海市生态建设发展中心凌海121200

东北地区是中国主要的玉米种植区,同时也是中国易发生干旱的地区,干旱常态化严重制约着该地区玉米生产的稳定发展。以辽宁省春玉米为研究对象,在明确春玉米不同发育期干旱变化特征的基础上,基于FY-3A/MERSI、Terra/MODIS、春玉米发育期... 详细信息

东北地区是中国主要的玉米种植区,同时也是中国易发生干旱的地区,干旱常态化严重制约着该地区玉米生产的稳定发展。以辽宁省春玉米为研究对象,在明确春玉米不同发育期干旱变化特征的基础上,基于FY-3A/MERSI、Terra/MODIS、春玉米发育期和土壤相对湿度观测等数据,建立春玉米干旱遥感监测指标集,构建各发育期不同土层深度的土壤相对湿度遥感监测模型,并以2000年为例开展了辽宁省春玉米干旱监测的应用研究,结果表明:1993-2012年辽宁省春玉米在各个发育期均有干旱发生,其中1999-2002年为干旱高发期,乳熟期干旱最为严重;多指数协同配合能提高遥感手段对土壤相对湿度的监测能力,其中陆表水分指数对土壤相对湿度监测能力较强,其次是水分指数;利用构建的春玉米各发育期土壤相对湿度遥感监测模型,监测2001-2004年部分发育期和土层深度的干旱状况,总体监测准确率为73.32%;实现了2000年辽宁省春玉米发育期干旱等级动态监测,所得监测结果与当年农业气象观测记录在发育阶段和空间上都有很好的一致性,遥感监测结果正确。因此,此项研究对于大范围准确跟踪监测春玉米干旱,以及提高春玉米生产的防灾减灾能力具有重要意义。

关键词：遥感干旱植被春玉米发育期

基于当量积温对寒地水稻生长季低温冷害年的判定

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中国农业气象 2019年第6期40卷 380-390页

作者：朱海霞吕佳佳闫平曲辉辉王萍于瑛楠王秋京李秀芬李百超中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室/黑龙江省气象院士工作站/黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 黑龙江省气象局哈尔滨150030

基于水稻生物学性质,根据气温昼夜节律和水稻温强系数研究成果,从热量影响水稻发育的多种角度出发,设计当量积温、负当量积温、热量匹配累积指数三种水稻生长季热量表征指标,研究寒地水稻低温冷害的判识方法。采用21a滑动平均法,获得黑... 详细信息

基于水稻生物学性质,根据气温昼夜节律和水稻温强系数研究成果,从热量影响水稻发育的多种角度出发,设计当量积温、负当量积温、热量匹配累积指数三种水稻生长季热量表征指标,研究寒地水稻低温冷害的判识方法。采用21a滑动平均法,获得黑龙江省1971-2016年水稻生长季各热量指标的距平百分率,分析其对低温冷害的判识能力。结果表明:各热量指标距平百分率取值越低,对冷害的指示能力越高;利用加权隶属度模型构建三者综合距平百分率冷害判定模型,距平百分率>-5%为无冷害,-10%局地冷害年。

关键词：延迟型冷害当量积温距平百分率冷害年冷害程度