气候变化下东北春玉米品种熟型分布格局及其气候生产潜力

利用1971～2000年东北三省101个气象站逐日气象资料以及国家气候中心发布的未来气候变化情景(A1B)下区域气候模式(RegCM3)模拟的东北地区1951～2100年0.25°×0.25°格点气象资料,结合东北玉米生长发育对气候条件的需求,分析了气候变化下东北三省农业气候资源的变化趋势以及气候变化对东北三省玉米品种熟型布局、玉米气候生产潜力的影响,并通过调整播种期来寻求提高玉米气候生产潜力的有效途径.农业气候资源要素包括:≥10℃初日、初霜日、生育期日数、≥10℃活动积温、生育期内总辐射及降水量.结果表明:(1)气候变化使未来100年东北地区≥10℃初日逐渐提前、初霜日延后、生育期日数延长、≥10℃活动积温显著增多、生育期内总辐射有所增加、降水变化不明显.(2)气候变化使东北地区适宜种植的玉米品种熟型由早熟型向晚熟型过渡,不同品种的种植界限不断北移东扩.(3)气候变化使东北玉米气候生产潜力发生了显著变化,其高值区将逐渐向东北方向移动.(4)适当的调整播种期是一种提高玉米气候生产潜力的有效途径.     

基于环境危险要素的中国霍乱分区预测

霍乱的发生与流行受降水量、气温、高程等多种气候地理环境要素的影响.本文利用最大熵生态位模型,基于地理、气候环境要素对中国霍乱弧菌的适生度进行分析,并根据适生度分布图选取合适的阈值对中国发病风险进行分区预测.结果表明,中国东南部沿海地区、中部地区及西部四川盆地的霍乱弧菌适生度相对较高,而东北和西北部地区的霍乱弧菌适生度较低,在西北部地区,新疆盆地的霍乱弧菌适生度要比周边地区略高.降水量、气温、高程是影响我国霍乱分布的3个主要环境危险要素;相对湿度、与海洋的距离和气压对霍乱分布也有一定的影响,但日照时数及河网密度对其影响不大.利用ROC曲线对预测模型进行评价,训练样本和测试数据的曲线下面积值在0.9以上,表明模型预测结果具有较高的精度.     

基于模型模拟气候变化对农业影响评估的不确定性及处理方法

模型模拟是研究气候波动对作物影响的重要手段, 也是评估未来气候变化对农业可能影 响的主要途径. 由于科学认识和模拟技术上的不确定性, 当前的气候变化对农业潜在影响评估结 果一致性很差, 为农业应对气候变化的决策制定带来了极大困难. 基于不同层次的影响评估中不 确定性, 本文从气候预估、影响评估建模过程及气候模式与作物模型的连接3 个方面, 系统总结 了气候变化对农业影响评估中不确定性的来源及传播过程; 并介绍了针对多层次、多样化的不确 定性源及不确定性传播的处理技术与方法, 指出了当前不确定性处理中的缺陷与不足. 最后对如 何准确地实施气候变化对农业影响的评估, 进一步减小气候变化对农业影响评估潜在的不确定 性也提出了改进的建议.     

粮食作物产量对气候变暖的响应

玉米、小麦和水稻是主要粮食作物,总收获面积和总产量分别占全球禾谷类作物的79%和90%.气候变暖导致主要粮食作物减产.玉米对气候变暖的敏感性高于小麦,温度升高1℃导致全球玉米减产3%~12%,小麦减产3%~9%;温度升高有利于中、高纬度地区水稻生产,但导致低纬度地区水稻减产.作物产量对气候变暖的响应呈非线性,当温度高于作物生长的适宜温度时,产量对气候变暖的敏感性随温度升高的幅度进一步增强.热带地区作物产量对气候变暖的敏感性高于温带地区;雨养农业区作物产量对气候变暖的敏感性高于灌溉农业区,灌溉可有效降低高温对作物产量的负面影响.大气CO_2浓度升高促进作物生长,CO_2施肥效应能在一定程度上补偿由于气候变暖导致的粮食作物减产.气候变暖导致粮食作物减产以及CO_2浓度升高促进作物生长已有共识,但对气候变暖下CO_2施肥效应的认知存在极大的不足,其主要原因是自然状态下CO_2浓度升高和增温对作物生长的交互作用的实验研究太少.未来研究重点应拓展FACE(free-air CO_2 enrichment)条件下的增温实验,通过不同CO_2浓度梯度下的增温实验,结合其他因子(水分、氮素等)的调控,精细量化不同条件下的CO_2施肥效应,并据此发展和完善作物模型,进而客观评估未来气候变暖情景下CO_2的施肥效应及其对作物减产的补偿作用.     

中国葡萄气候区划Ⅱ:酿酒葡萄品种区域化

葡萄酒的品质主要取决于葡萄(Vitis vinifera L.)品种,而一定的品种只有在与之相适应的生态条件下种植才能发挥出其潜力.本研究以中国2294个气象站点1982~2011年30年平均气象数据和中国全境90 m分辨率数字高程模型数据为基础,在ArcGIS平台支持下,建立了无霜期和活动积温的多元逐步回归模型.并分别以普通克里金法和反距离权重法对无霜期和活动积温空间回归残差进行插值,将模拟值栅格图层和残差值栅格图层叠加,分别得到无霜期、活动积温栅格图层;以普通克里金法对干燥度进行空间内插得到干燥度栅格图层.在此基础上绘制了高精度的中国酿酒葡萄气候区划图和品种区域化图,将酿酒葡萄适宜栽培划分为4区12亚区,对各亚区气候特点和分布范围进行了描述,并根据不同熟性葡萄品种对活动积温需求的不同对各亚区进一步划分,分别绘制了12亚区的酿酒葡萄品种区域化图.研究结果显示,中国酿酒葡萄栽培区类型多样,在不考虑土壤等其他因素的情况下,中国酿酒葡萄适宜区类型多达36种.本研究结果具有高分辨率,对不同葡萄产区的栽培品种建议更有针对性,对全国各地葡萄种植品种的选择及相关产业发展有着重要的指导意义.     

一个经济-气候新模型的构建

将气候变化研究和农业经济研究相结合, 构建了一个经济-气候新模型, 用来评价全球气候变化对粮食产量影响的问题. 提出在经济模型C-D生产函数中添加气候变化因子, 建立一个新的评价模型, 作为连接气候变化因素和经济变化因素的桥梁, 并对该模型的性能及合理性进行了初步的模拟和验证.     

中国地区1~3℃变暖的集合预估分析

有关气候变化的生物地球化学影响、关键脆弱性和风险性评估研究表明, 如果年平均地表气温在现有的水平上继续升高1℃, 2℃和3℃, 那么由于人类活动而引发的全球气候变化将会对极端天气和气候事件、粮食产量、淡水资源、生物多样性、人口死亡率等产生不同程度的重要影响. 为此, 基于17个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1, A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟结果, 通过多模式集合方法评估了以上3个变暖值在中国的时空分布特征. 结果表明: 中国年平均地表气温的上升速度存在着很大的地域差别, 低(高)排放情景下各变暖值出现的时间相对较晚(早), 低(高)变暖值的发生时间在各排放情景之间差别相对较小(大); 就地域分布而言, 各变暖值在中国北方和青藏高原地区出现的时间要明显早于江淮流域及其以南地区.     

纵向岭谷区地表径流对气候变化的敏感性分析:以长江上游龙川江流域为例

由于受印度洋强势季风系统及当地复杂地形的影响,中国西南纵向岭谷区过去50年的气候变化显现出与中国南方其他地区不同步的变化趋势．为研究西南纵向岭谷区地表径流对气候变化的响应,以龙川江流域为例和研究区1960-2001年气候因子-径流关系为背景,在综合考虑全球环流模型(GCMs)预测结果及区域气候变化历史趋势的基础上,通过建立人工神经网络模型对气温变化-1,0,1,2和3℃以及降水变化0％, 10％和 20％共25个气候情景下的气候变化-地表径流响应关系进行了分析．结果表明,尽管总体上降水与径流呈非线性正相关关系,气温与径流呈负相关关系,但径流的年和季节的具体变化却取决于气温和降水变化的组合．冬春季的地表径流的趋势更多的受气温变化的影响,夏秋季则基本与降水变化的趋势一致(径流响应高于降水变化)．若如GCMs所预测,暖冬和湿润夏季为今后气候变化的趋势的话,岭谷区将面临更加严重的干旱和洪涝灾害．     

气候变化对华北农业水资源影响的研究进展

水资源是制约华北平原农业稳定和可持续发展的主要因素。气候变化对华北平原水资源和农业需水影响显著。1950年以来,华北平原气候总体趋向于暖干化,潜在蒸散呈下降趋势。近30年实际蒸散量呈现弱的上升趋势,与潜在蒸散有互补关系。未来气候变化情景下,区域水分盈余量下降,华北地区干旱化趋势加重。作物生育期耗水量和灌溉需水量增加,其中北部地区水量亏缺更为严重,南部地区水量盈余则减少。调整春季高耗水作物种植面积和空间布局,减少农业用水量,是适应气候变化的必要途径。     

我国东部土壤氮转化微生物的功能分子生态网络结构及其对作物的响应

农田土壤-植物系统的氮素循环影响了生产力和环境, 但土壤微生物之间的相互作用对氮素循环的影响机制仍不清楚, 同时这种相互作用如何响应种植作物等管理方式也不明确. 本研究在中国东部3个气候带, 选择3种典型的地带性土壤类型（寒温带黑土、暖温带潮土和中亚热带红壤）设置不种植（裸地, non-cropping）和种植玉米（cropping）的田间试验, 基于高通量基因芯片测定不同土壤共有的氮转化基因（核心氮转化基因）, 利用随机矩阵方法建立土壤核心氮转化基因的分子生态网络, 揭示种植玉米对土壤核心氮转化基因网络结构的影响. 研究表明种植玉米增加了土壤中大部分核心氮转化基因的丰度, 显著提高了核心氮转化基因网络的复杂程度. 网络拓扑结构的模块数由裸地处理的8个增加到种植玉米的28个. 裸地土壤核心氮转化基因网络有2个模块枢纽, 其关键基因为固氮基因（nifH）; 种植玉米后网络有9个模块枢纽, 其关键基因包含固氮（nifH）和反硝化基因（narG和nosZ）. 土壤核心氮转化基因的功能分子生态网络结构与植物、气候、土壤等因素显著相关, 说明农田管理和环境条件的变化可以通过改变微生物的分子生态网络结构, 影响其驱动农田养分循环的功能.     

影响南方农业干旱灾损率的气候要素关键期特征

我国南方地区是全国粮食主要产区,在全球气候变化背景下近年来该区域干旱灾害不断加剧,农业旱灾损失十分突出,异常特征也比较明显.然而,对于我国南方农业旱灾损失的变化特征及其受干旱致灾因素的影响机理至今并不十分清楚,这严重影响了对南方农业旱灾规律的深入认识及其影响程度的客观评估.鉴于此,利用我国南方农业干旱灾情实况、农作物种植面积、气象干旱监测指数和常规气象要素等相关资料,系统分析了中国南方地区近50年来农业旱灾综合损失率变化特征及其与气候致灾因子的关系.分析发现:南方地区近50年来农业旱灾综合损失率明显增加,西南比华南和东南增加更为明显.而且,由于农作物各个生长阶段对气候要素的依赖程度不同及气候要素的非均匀季节分布特征,农业旱灾损失率主要受关键期的气象干旱、降水和温度等气候要素变化的影响,而其他时段气候要素变化对农业旱灾损失率影响并不明显.因此,南方地区农业旱灾损失率与关键期气候要素的拟合关系要明显好于与全年气候要素的关系,并且与关键期气候要素的多因子拟合关系与单因子拟合关系相比更具有明显的优势.同时,对这种多因子关系建立的农业旱灾损失率评估模型进行交叉检验的相关性、误差水平、信度均比较理想,表明该模型对估算南方地区农业旱灾损失率具有较好的效果.该文研究结果对于发展我国南方农业干旱灾损评估方法具有重要科学参考意义.     

气候转换函数中孢粉因子的气候敏感性分析

以神农架大九湖地区的地表和地层孢粉样本为例,采用经验正交函数(EOF)、多元回归和逐步回归方法对转换函数中孢粉因子对温度的敏感性进行了分析,讨论了孢粉因子的选取方法,并与其他相关研究工作进行了比较.结果表明,孢粉样本中乔本高等植物的孢粉含量较大,但对气候的敏感性相对较低、对气候环境的演变、特别是气候突变的响应较迟缓.而低等植物草本(蕨类)孢粉对温度变化的敏感性相对较高,对气候环境的突变响应迅速,能够较显著地同步记录气候变化过程中的极端事件.不同区域的孢粉样本所反映出的气候敏感性,在转换函数中的最优组合是不同的.逐步回归方法可以获得最大复相关系数和选出对气候环境变化最为敏感的孢粉因子及其组合,仍是建立孢粉气候因子转换函数的最有效方法之一.     

近50年来天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度对气候变化的响应

冰川平衡线高度是反映气候变化最直接的参数之一. 基于1959~2008年天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度观测资料和河源区气候变化资料, 建立了过去50年冰川平衡线高度与夏季气温以及降水量变化之间的关系模型, 并揭示出暖季气温是该冰川平衡线高度变化的主导气候因素. 1号冰川平衡线高度在1959~2008年时期呈上升总趋势, 并在2008年达到最高值(海拔4168 m), 接近该冰川的顶部. 近50年来该冰川平衡线高度上升了约108 m. 对1号冰川平衡线高度的气候敏感性研究表明, 如果暖季(5~8月)气温升高(降低)1℃, 那么冰川平衡线高度将上升 (下降)约61.7 m; 如果年降水量增加(减少)10%, 那么冰川平衡线高度将下降(上升)约13.1 m. 如果河源区气候保持过去50年的平均升温趋势(斜率为0.019℃/a), 平衡线将以2.16 m/a的速率继续升高; 如以2000~2008年的速率升温(斜率为0.059℃/a), 平衡线高度将以6.5 m/a的速度上升直至达到稳定态. 冰川平衡线的升高, 使得积累区面积比率减小, 而消融区面积比率增加, 将对气候变暖背景下冰川的进一步消融产生重要影响.     

DEMETER 耦合气候模式对西北太平洋台风活动及其影响因子的预测效能

利用耦合气候模式实现一步法预测是气候预测的重要发展方向之一. 该研究基于欧洲多模式短期气候集合预测计划(DEMETER)6 个耦合气候模式1974~2001 年回报试验结果, 首先探讨了耦合气候模式对夏季(6~10 月)西北太平洋台风发生密切相关的6 个主要气候因子的预测性能, 在此基础上, 利用这6 个气候因子与台风发生频次的统计关系, 研究了耦合气候模式对西北太平洋台风频次变化的预测技巧. 结果显示, DEMETER 6 个耦合气候模式可以较好地预测影响台风频次的主要气候因子及台风频次本身的变化特征. 进一步的对比研究发现, 这种统计降尺度与耦合模式相结合的预测方法明显好于耦合气候模式的直接预测效能. 此外, 多模式集合平均表现出最优的预测性能. 可见, 采用多模式集合与统计降尺度相结合的预测方法可以大大提升耦合气候模式的预测技巧, 它将成为未来台风预测的重要方向.     

正在变暖的世界

最新的电脑模拟温室效应的研究显示:在今后30年内,全球的气温将上升5℃,而在近极地地区,气温则可能上升12℃。自上次间冰期以采,这个计算出的升温幅度是最大的。过去,绝大多数的全球气候模型仅仅基于这么一个推断,即大气中C0_2的浓度增大是时断时续的,而不考虑这一增大是持续的。因此,以往的模型就可能导致全球和地区性气候变化预测的错     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明:近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段.尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识.以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究简

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明：近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段. 尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识. 以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

青海都兰地区1835a年轮序列的建立和初步分析

历史时期气候变化研究的一个重要方面,是获取高分辨率的古气候数据资料,弄清气候变化的事实,并建立历史气候的长序列.在我国,竺可桢利用物候资料和历史资料恢复了过去5000a来我国东部地区的温度变化曲线.吴祥定等在拉萨利用不同时期树木年轮资料衔接的方法,恢复过该地区2000a来的气候变化历史.姚檀栋等根据古里亚冰芯资料,给出了青藏高原近2000a来气候和环境变化的证据.本文将根据青海都兰地区树木年轮资料来讨论这一地区1835a间的气候变化趋势.本研究是我国目前在树木年轮气候研究方面资料较为完整和时间序列最长的一个.     

中国黄土综合古气候指标的非线性反演

迄今,人们只是利用气候替代性指标与单个气候因子的线性关系估算古气候的,或者利用趋势面分析方法,建立了气候替代性指标与两个气候因子的非线性方程,而没能够真正用于古气候参数的估算.地质记录中物理的、化学的、生物的气候替代性指标是互相影响的.每一种气候替代性指标又会同时受到多种气候因子的控制.如果能找到它们之间在多种气候因子同时控制下的气候平衡点,就有希望解决利用不同气候指标单独恢复古气候时可能出现的矛盾.本文试图做这方面的努力:首先建立现代沉积环境中物理的、化学的、生物的气候指标同时与多个气候参数之间的非线性方程,只要方程数大于(或等于)变量(气候因子)数,在给定的初值条件下,代入相应的古气候指标,求解方程组,可以同时得到一组气候因子的解,从而完成综合古气候指标的非线性反演.1 材料与方法本文采用的黄土高原的现代表层土壤样品的磁化率值63个,全氧化铁样品12个(其中11个样品采用文献[4]的资料),蜗牛样品28个,分别作为物理、化学和生物的气候指标.对洛川坡头黄土剖面Sl以上的地层间隔10cm采样,同时做磁化率、全氧化铁和蜗牛化石分析.其中表层土壤和黄土剖面中蜗牛化石的采样利用筛析法(筛孔0.5mm)获取了包括大量小个体蜗牛的化石组合.     

“亚洲水塔”的近期湖泊变化及气候响应:进展、问题与展望

青藏高原分布的众多封闭湖泊是"亚洲水塔"的重要组成部分.最近几十年,青藏高原的升温速率是全球平均升温速率的2倍,并且呈现了明显的降水增长.作为中低纬度分布的最大冰冻圈系统,青藏高原的气温和降水变化对湖泊变化产生了深刻的影响.湖泊水量和盐度变化是气候变化下湖泊水量平衡形成的结果,是定量反映气候变化影响程度的重要指标,而变化的时空特征可能反映了西风季风环流对地表水循环的影响.湖泊水体的物理化学参数是影响湖泊生态系统的重要因素,其在气候变化下的改变深刻地影响着湖泊生态系统的组成与变化趋势.本文基于大量的青藏高原湖泊面积、水位、水量、水体物理化学参数与气候变化关系研究的分析,梳理了青藏高原湖泊变化对气候变化响应的研究进展,提出了第二次青藏高原综合科学考察研究任务中湖泊考察研究的主要目标和内容.