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基于DSSAT模型模拟气候变化对江西双季稻生长期和产量的影响

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作物学报 2024年第10期50卷 2614-2624页

作者：张方亮刘文英田俊汪建军刘丹杨军李迎春章毅之江西省气象科学研究所江西南昌330096 江西省农业气象中心江西南昌330096

江西是中国双季稻的主要种植地区。气候变化严重影响了双季稻生产。基于江西省1981—2022年逐日气象资料和双季稻作物资料,对DSSAT模型进行调参验证;利用验证后的DSSAT模型,分析江西省双季稻生长期和产量空间分布和时间变化趋势;采用t... 详细信息

江西是中国双季稻的主要种植地区。气候变化严重影响了双季稻生产。基于江西省1981—2022年逐日气象资料和双季稻作物资料,对DSSAT模型进行调参验证;利用验证后的DSSAT模型,分析江西省双季稻生长期和产量空间分布和时间变化趋势;采用t检验方法,明确气候变化对江西早稻和晚稻的影响差异。结果表明:(1)江西早稻(晚稻)播种期至开花期天数、播种期至成熟期天数和产量模拟值与观测值的归一化均方根误差分别为1.87%(1.86%)、2.05%(2.36%)和6.05%(7.30%),D指标分别为0.97(0.98)、0.96(0.96)和0.95(0.94);(2)固定播期和品种条件下,1981—2022年江西早稻和晚稻生长期均呈显著缩短趋势,平均每10年分别减少2.22 d和1.61 d;研究期间江西早稻和晚稻潜在产量均呈显著下降趋势,平均每10年分别减少181.30 kg hm^(-2)和276.16 kg hm^(-2);(3)t检验表明,江西早稻生长期气候倾向率极显著地小于晚稻,而江西早稻潜在产量气候倾向率极显著地大于晚稻。DSSAT模型可较好的模拟江西双季稻生长发育和产量。气候变化对江西早稻生长期和晚稻潜在产量影响更加明显。本研究为江西双季稻作物模型研究、产量预报和气候变化评估提供了科学依据。

关键词： DSSAT 早稻晚稻生长期水稻潜在产量

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基于有效积温法改进婺源油菜花期预报模型

中国农业气象 2024年第3期45卷 281-292页

作者：李春晖张晓芳蔡哲陶瑶田俊江西省农业气象中心南昌330096 江西省婺源县气象局婺源333200 江西省上饶市气象局上饶334000 江西省气象科学研究所南昌330096

基于1995-2022年婺源油菜观测资料和气象资料,分别以油菜现蕾、抽薹为起点,利用多元线性回归方法对基于有效积温法的油菜花期预报模型进行改进,建立了基于有效积温法模拟预报的普花期与实际日期误差天数的气象因子模型,以提高婺源花期... 详细信息

基于1995-2022年婺源油菜观测资料和气象资料,分别以油菜现蕾、抽薹为起点,利用多元线性回归方法对基于有效积温法的油菜花期预报模型进行改进,建立了基于有效积温法模拟预报的普花期与实际日期误差天数的气象因子模型,以提高婺源花期预报模型的精确度。利用模拟精度、均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)对改进前后的模拟效果进行对比和评价。结果表明:(1)以0℃为有效积温阈值,以平均有效积温值为有效积温指标对油菜普花期进行初步预报,随普花期临近预报精度提高。(2)相关分析表明,气温是影响油菜普花期的主要气象因子,以2月中旬平均气温、最高气温和最低气温为自变量,以基于有效积温法模拟预报的普花期与实际日期的误差天数为因变量,建立的气象因子改进模型具有统计学意义且通过显著性检验。(3)分别对改进前后的预报模型进行检验和评价,两种方法建立的预报模型效果均较好,气象因子改进模型的模拟结果更优,提高了油菜普花期预报的准确度。以抽薹为起点的气象因子改进预报模型在油菜普花期预报方面精确度最高,可有效应用于油菜普花期预报。

关键词：油菜花期预报模型有效积温法多元线性回归

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江西省柑橘生育期内高温热害时空分布特征

中国农业气象 2024年第7期45卷 786-797页

作者：张方亮金国花杨军李翔翔李迎春江西省气象科学研究所南昌330096 江西省农业气象中心南昌330096

利用江西省1981-2022年逐日气象资料和柑橘生育期资料,选取日平均气温、日最高气温和热害持续天数作为柑橘高温热害指标,明确柑橘生育期内高温热害空间分布特征和时间变化趋势;采用配对t检验方法,对比柑橘不同生育期内高温热害时空差异... 详细信息

利用江西省1981-2022年逐日气象资料和柑橘生育期资料,选取日平均气温、日最高气温和热害持续天数作为柑橘高温热害指标,明确柑橘生育期内高温热害空间分布特征和时间变化趋势;采用配对t检验方法,对比柑橘不同生育期内高温热害时空差异。结果表明:(1)柑橘开花-果实膨大期高温热害发生频率、发生次数和发生强度均值分别为87.73%、2.23次·a^(-1)和5.28d·次^(-1),高值区主要分布在江西东南部。柑橘果实膨大-果实着色期高温热害发生频率、发生次数和发生强度均值分别为56.43%、1.15次·a^(-1)和2.74d·次^(-1),高值区主要分布在赣北和赣中地区。(2)研究期内柑橘开花-果实膨大期高温热害站次比、发生次数和发生强度均呈下降趋势,平均每10a分别减少0.90个百分点、0.02次和0.06d·次^(-1)。柑橘果实膨大-果实着色期高温热害站次比、发生次数和发生强度均呈上升趋势,平均每10a分别增加6.80个百分点、0.26次和0.50d·次^(-1)。(3)配对t检验结果表明,柑橘开花-果实膨大期高温热害发生频率、发生次数和发生强度均极显著大于果实膨大-果实着色期;而柑橘开花-果实膨大期高温热害发生次数和发生强度的气候倾向率均极显著小于果实膨大-果实着色期。江西柑橘开花-果实膨大期是高温热害高发时期。目前,需加强对柑橘开花-果实膨大期高温热害的防御;未来应提高对柑橘果实膨大-果实着色期高温热害的预防。

关键词：柑橘生育期高温热害空间分布时间变化

基于高分辨率数值预报和深度学习的地面气温预报研究

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高原气象 2024年第2期43卷 464-477页

作者：李浙华肖安郑丽君江西省上饶市气象局江西上饶334000 江西省气象台江西南昌330096 江西省气象局天气预报开放实验室江西南昌330096

基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年... 详细信息

基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年预报结果进行了检验评估。结果表明,在研究范围内,MT-Cunet在3~9 h时效订正效果最好,平均MAE和平均RMSE分别降低42.4%、40.89%;10~24 h时效的订正效果较好,平均MAE和平均RMSE分别下降26.7%、26.3%。低温(≤0℃)和高温(≥35℃)事件检验评估表明,MT-Cunet在高温预报整体表现为正偏差,而低温整体为负偏差,但误差幅度远低于CMA-SH3;空间尺度上,MT-Cunet能较大幅度减少复杂地形下的T2m预报误差,降低CMA-SH3的MAE离散度,使预报误差分布较为稳定。通过对2022年2月和3月的区域性增温、寒潮过程分别进行检验评估发现,MT-Cunet能较好预报出增(降)温转折时间和增(降)温幅度。在增温和寒潮过程中,MT-Cunet的MAE比CMA-SH3分别降低28.9%和33.8%,表明MT-Cunet模型在转折性天气过程中同样具有较好的预报能力。因此,利用可以快速增加预报样本数量的快速更新循环数值预报,经过语义分割深度学习模型客观方法订正,就能较大幅度降低数值模式预报误差,解决常规数值预报由于数据量太少,深度学习训练效果较差的问题,这对充分利用国产模式资源,更广泛地开展国产模式后处理和应用提出了一个新的思路。

关键词： CMA-SH3 CLDAS 2 m地面温度偏差订正深度学习

气候变暖背景下江西省稻油轮作模式中的水稻种植结构变化

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中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：刘丹田俊段里成江西省气象科学研究所气候变化风险与气象灾害防御江西省重点实验室江西省农业气象中心

为解决江西省在大力发展油菜过程中出现的稻油争地问题，本文利用江西省85个气象站1961—2022年气象资料研究了气候变暖背景下稻油轮作模式中水稻种植结构和双季稻熟性搭配的变化特征，重点关注了2011年后水稻种植结构和双季稻熟性搭... 详细信息

为解决江西省在大力发展油菜过程中出现的稻油争地问题，本文利用江西省85个气象站1961—2022年气象资料研究了气候变暖背景下稻油轮作模式中水稻种植结构和双季稻熟性搭配的变化特征，重点关注了2011年后水稻种植结构和双季稻熟性搭配。研究结果表明: 在保证油菜正常生长的情况下， 1) 油菜收获日期(水稻移栽)南北差异大，南部收获(水稻移栽)早，北部收获(水稻移栽)晚。在气候变暖条件下，油菜收获日期(水稻移栽)整体呈提前的趋势， 2011年后较20世纪60年代提前13 d，赣南地区油菜收获时间为4月上旬，九江为5月上旬，其他地区为4月中下旬; 赣南大部分地区水稻移栽时间为4月中旬，赣北赣中大部为4月下旬—5月上旬; 2) 1961—1990年，一季稻、再生稻和双季稻种植区域变化不大; 1991年开始，一季稻、再生稻和双季稻种植北界往北推进，一季稻种植范围逐渐缩小，再生稻和双季稻种植范围逐渐扩大; 2011年之后，吉安南部和赣南可种植双季稻，赣北南部和赣中大部可种植再生稻，其余地区可种植一季稻; 3) 从1991年开始，双季稻各熟性搭配的北界一直向北推移， 2011年之后，早熟+早熟品种搭配种植区域分布在吉安南部和抚州南部边缘，早熟+中熟品种搭配区域分布在赣南北部，早熟+晚熟品种搭配或中熟+中熟品种搭配的区域分布在赣南中南部。本研究结论可为江西省水稻和油菜的均衡发展提供决策参考，同时也利于气象部门针对性的做好稻油轮作生产模式下的气象服务。

关键词：稻油轮作种植结构水稻气候变暖

基于LightGBM机器学习算法的江西气温短期预报模型研究

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高原气象 2024年

作者：孙康慧肖安夏侯杰江西省气象台江西省气象局天气预报开放实验室

为进一步提高站点气温的预报精度，增强对极端气温的预报能力，本研究利用2017-2019年江西省91个国家站地面观测数据和ECMWF模式高空和地面预报数据，基于LightGBM机器学习算法和MOS预报框架，建立了江西省24 h国家站日最高（低）气温... 详细信息

为进一步提高站点气温的预报精度，增强对极端气温的预报能力，本研究利用2017-2019年江西省91个国家站地面观测数据和ECMWF模式高空和地面预报数据，基于LightGBM机器学习算法和MOS预报框架，建立了江西省24 h国家站日最高（低）气温预报模型。2020年评估结果表明：LightGBM模型日最高（低）气温预报和观测变化趋势一致，年平均预报效果优于ECMWF、 CMA-SH9、 CMA-GFS三家数值模式、 RF和SVM两种机器学习产品以及主观订正产品。从预报误差的时空分布来看，模型冬、春季日最高（低）气温预报误差略大于夏、秋季；日最高气温预报误差呈现“南大北小、周边大于中心”的空间分布特征，日最低气温则与之大致相反。从重要天气过程来看，在高温过程中，LightGBM模型在七种产品中预报效果最优；在强冷空气过程中，LightGBM模型预报效果仍优于三家数值模式产品和另外两种机器学习模型，但日最低气温预报效果不如主观订正产品。针对强冷空气过程中低温预报误差进行简单经验订正后，模型低温预报效果与主观订正产品接近。模型重要性分析显示临近地面观测特征对模型建立也有较大贡献，该结果可以为模式改进和气温预报产品研发提供参考。目前，LightGBM模型气温预报产品已应用于江西省气象业务。

关键词：气温预报 ECMWF 机器学习 LightGBM 预报效果评估

不同播期下高温对江西早稻灌浆结实及产量的影响

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中国农业气象 2024年第6期45卷 584-593页

作者：段里成郭瑞鸽蔡哲杨军龚琦张崇华江西省农业气象中心南昌330096 江西省气象科学研究所南昌330096 南昌国家气候观象台南昌330200

以江西主栽常规籼稻品种为试验材料,于2022年在南昌县进行分期播种试验,4个播期分别为3月11日(B1)、3月24日(B2,常规播期)、4月5日(B3)和4月15日(B4),分析大田高温对早稻抽穗、灌浆及产量的影响,以历史气象数据(1961-2022年)对不同播期... 详细信息

以江西主栽常规籼稻品种为试验材料,于2022年在南昌县进行分期播种试验,4个播期分别为3月11日(B1)、3月24日(B2,常规播期)、4月5日(B3)和4月15日(B4),分析大田高温对早稻抽穗、灌浆及产量的影响,以历史气象数据(1961-2022年)对不同播期下的高温发生情况进行对比分析。结果表明:随着播期推迟,早稻产量、结实率和千粒重均呈下降趋势,高温日数与产量、结实率、千粒重呈显著负相关关系(P江西早稻高温易发区与早稻主要种植区高度重合。江西早稻种植区可适当提早播种,以减轻高温带来的不利影响。

关键词：高温早稻灌浆速率产量生育期

气候变化背景下未来黑龙江玉米生育期气候资源变化

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玉米科学 2024年

作者：刘兴丽初征陈畅王鑫楚巩敬锦王秋京吕佳佳黑龙江省气象数据中心黑龙江省气象科研所齐齐哈尔市气象局通河县气象局

玉米是我国重要的粮食作物，玉米的产量直接关系到我国粮食安全问题。黑龙江作为我国重要的玉米生产基地与输出基地，玉米产量与播种面积多年稳居全国第一。同时玉米受气候变化的影响复杂多变，对产量的影响具有不确定性玉米不同生育期... 详细信息

玉米是我国重要的粮食作物，玉米的产量直接关系到我国粮食安全问题。黑龙江作为我国重要的玉米生产基地与输出基地，玉米产量与播种面积多年稳居全国第一。同时玉米受气候变化的影响复杂多变，对产量的影响具有不确定性玉米不同生育期的气候资源变化是玉米生产的重要指标，因此，本研究客观的捕获了未来2021-2050年玉米各生育期的气候资源变化，揭示了气候变化影响玉米营养生长和生殖阶段的气候资源变化特征。结果表明：（1）未来玉米出苗-抽雄和抽雄-成熟期均呈缩短趋势，其中RCP8.5(RCPs，Representative Concentration Pathways，指未来辐射强迫上升至8.5W/m2)情景缩短更快。相同情景下，抽雄-成熟缩短的更多。（2）各生育期中，RCP8.5情景下温度更高，增温速率也更快。相同情景中，抽雄-成熟期温度普遍更高。（3）未来RCP4.5(指未来辐射强迫稳定在4.5W/m2)情景下水资源更为丰富，但时空分布也更为不均。本研究衡量了玉米生育期的气候资源变化，其间的气候资源变化对玉米播种收获、玉米品种布局具有重要的指示作用，为黑龙江省玉米稳产高产提供理论依据。

关键词：气候变化气候资源玉米生育期

鄱阳湖流域典型水源水库水华暴发成因及氮污染溯源

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湖泊科学 2024年第4期36卷 1014-1024,I0002页

作者：李荣富廖文成梁培瑜姚忠邓觅刘亚军刘丽贞吴永明江西省科学院微生物研究所南昌330096

富营养化导致的藻类水华是水源地水库面临的主要生态问题之一。探究水源水库中水华暴发成因并开展污染物溯源研究,是预防水华暴发的重要前提。本文选择鄱阳湖流域赣江水系吉安市某典型水源水库为研究对象,通过分析无水华期和水华暴发期... 详细信息

富营养化导致的藻类水华是水源地水库面临的主要生态问题之一。探究水源水库中水华暴发成因并开展污染物溯源研究,是预防水华暴发的重要前提。本文选择鄱阳湖流域赣江水系吉安市某典型水源水库为研究对象,通过分析无水华期和水华暴发期水环境特征及其演变规律,探讨了水华暴发的成因及其促发条件,并针对识别出的主要污染因子,开展了同位素溯源研究。结果表明:(1)水库水华暴发的主要原因为水体总氮浓度显著升高(由0.77 mg/L升高至1.57 mg/L),超出了国际公认的水华暴发总氮阈值(0.5~1.2 mg/L),加之夏季高温(32℃)、水库库容量较低,促进了水华暴发;(2)无水华期,水库表层水总氮主要赋存形态为硝酸盐氮(占比>90%),水华暴发期,表层水总氮主要赋存形态由硝酸盐氮转变为有机氮(占比~86%),氮赋存形态转化的主要原因为藻类同化吸收作用;(3)硝酸盐氮、氧同位素示踪结果表明,水库硝酸盐氮主要来源于上游稻田流失的氮肥(负荷贡献率64.45%),其次为上游山区土壤氮流失(14.08%)、大气沉降(12.35%)和农村生活污水(9.12%),因此水库总氮优先控制污染源为上游稻田流失的氮肥。

关键词：水华暴发氮赋存污染溯源同位素水源水库