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2015年 第36卷 第03期    刊出日期:2015-06-20
论文
封面
2015, 36(03):  1. 
摘要 ( 4388 )   PDF (1364KB) ( 477 )  
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2015, 36(03):  2. 
摘要 ( 4255 )   PDF (146KB) ( 469 )  
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河北省主要极端气候指数的时空变化特征
曹祥会,龙怀玉,张继宗,雷秋良,武淑霞,刘宏斌
2015, 36(03):  245-253.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.001
摘要 ( 12796 )   PDF (1729KB) ( 1202 )  
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根据河北省142个气象站点1961-2010年逐日平均气温、最高气温、最低气温和降水量等基础资料,采用线性倾向估计法及Kriging插值法,研究河北省极端气温事件的时空变化特征。结果表明:(1)在极端气温指数的空间分布方面,极端最高气温和夏日均呈从南至北逐渐降低的趋势,高值中心分别位于邯郸、邢台、石家庄、衡水和邯郸、邢台、石家庄、衡水、廊坊、沧州等地,而霜日则呈北高南低的空间变化规律,高值中心主要位于张家口北部地区,极端最低气温、暖日指数及持续冷期无明显的空间分布规律;从变化趋势的空间分布特征来看,全省夏日、暖日指数、极端最低气温及大部分地区的极端最高气温呈增加趋势,全省霜日则呈下降趋势,持续冷期的变化不显著。(2)极端降水指数无明显的空间分布规律。日最大降水量、强降水量、暴雨日数、连续干日及连续湿日均呈零星分布,降水强度从东南至西北大体呈降低趋势;从变化趋势的空间分布特征来看,在1961-2010年河北大部分地区的日最大降水量、强降水量、降水强度、连续湿日及暴雨日数均呈下降趋势,而连续干日呈增加趋势。从极端气温及降水指数的变化趋势可以看出,河北省具有干暖化倾向,农业生产上应采取相应的适应对策。
1961-2013年黄淮海平原降蒸差的时空变化特征
李翔翔,居辉,严昌荣,刘勤,李迎春
2015, 36(03):  254-262.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.002
摘要 ( 14170 )   PDF (6889KB) ( 924 )  
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基于黄淮海平原41个气象站点1961-2013年逐日气象数据,利用Penman Monteith公式计算潜在蒸散量,采用降水量与潜在蒸散量差值即降蒸差表征区域水分盈亏状况,结合ArcGIS地统计分析、趋势分析及Morlet小波分析,探讨黄淮海平原各季降蒸差的时空变化特征。结果表明:黄淮海平原降蒸差呈南北差异分布,在-650~100mm区间变化,南部高于北部。夏季降蒸差最高,秋、冬季次之,春季水分亏缺最严重,多年平均亏缺量为210.61mm,远高于其它季节。站点季节降蒸差的年际变化总体呈上升趋势。各农业亚区蒸散量差异不大,降蒸差差异主要由降水导致,鲁西平原鲁中丘陵水浇地旱地二熟区(Ⅵ区)降蒸差最高,为-21.63mm,海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区(Ⅲ区)最低,为-560.42mm。6个亚区春季水分亏缺量分别占区域年总亏缺量的56.4%、51.7%、40.6%、59.7%、59.3%和66.1%。周期分析表明,黄淮海平原Ⅰ-Ⅳ各农业亚区春季降蒸差变化主周期皆为28a,黄淮平原南阳盆地水浇地旱地二熟区和江淮平原丘陵麦稻两熟区(Ⅴ和Ⅵ区)为10a,未来一段时间春季降蒸差将处于偏低期。黄淮海平原水分亏缺量季节性差异较大,干旱发生风险较高,尤以春旱发生频率较高。
土壤湿度驱动WOFOST模型及其适应性
王锐,李亚飞,张丽娟,王建林,王志伟
2015, 36(03):  263-271.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.003
摘要 ( 11131 )   PDF (1142KB) ( 1107 )  
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WOFOST作物生长模型是以日降水量表征降水输入参数,通过推算土壤相对湿度实现作物生长模拟。由于日降水量随机性较大,很难通过控制日降水量实现不同土壤干旱等级情景设置,限制了WOFOST作物生长模型在不同水分胁迫下对作物生长的模拟,也影响了模拟试验的精度。本文提出以土壤相对湿度直接驱动WOFOST作物生长模型,并以Compaq Visual Fortran 6.5为开发平台,采用Fortran语言对WOFOST作物生长模型的源代码进行修改,将驱动模块中的日降水量文件替换为土壤相对湿度驱动文件。以2013年山东省夏津农业气象试验站玉米出苗-拔节期和抽雄-成熟期水分胁迫和整个生育期自然降水处理(对照)的试验数据为例,对修改后的WOFOST作物生长模型进行了模拟试验。结果显示,采用修订后的模型输出的实测鲜叶干重、鲜茎干重、营养器官干重、地上物质总重和叶面积指数等生物量指标均较原模型输出结果,不仅精度明显提高,而且,由于土壤湿度变化较平稳,较容易地实现了不同水分胁迫情景设置,进而实现不同土壤干旱等级条件下玉米生长的模拟,为分析不同程度干旱对玉米生长的影响及确定其生长发育指标提供了便利条件。
屋顶全开启型Venlo式温室的采光性能
齐振宇,丁文雅,吴运荣,周强
2015, 36(03):  272-277.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.004
摘要 ( 12179 )   PDF (600KB) ( 642 )  
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不同天气(晴天和阴天)和开窗比例条件下,对屋顶全开启型Venlo式温室(温室A)白天室内、外光合有效辐射量子通量密度(PAR)进行测试。以屋顶通风窗型Venlo式温室为对照(温室B),研究屋顶全开启型Venlo式温室的采光性能。结果表明:屋顶全开启型Venlo式温室在晴天条件下的平均透光率为53.7%,阴天条件下为52.1%,均高于对照。且屋顶全开启型Venlo式温室的透光率随着(屋面)天窗开启比例的增加而提高,而对照透光率无明显变化,表明开启的天窗减少了对太阳辐射的阻挡,提高了温室透光率。同时,屋顶全开启型Venlo式温室晴天条件下PAR分布均匀度均值为0.893,阴天条件下为0.916,均低于对照。不同天气条件下,随着天窗开启比例的增加,屋顶全开启型Venlo式温室PAR分布均匀度不断降低,而对照无明显变化,且屋顶全开启型Venlo式温室在晴天条件下PAR分布均匀度变幅大于阴天,表明开启的天窗集中阻挡了温室天沟附近太阳辐射的直射,从而导致其PAR分布均匀度较低。
日光温室内气温观测的适宜频次初探
高祺,魏瑞江,王鑫,朱慧钦
2015, 36(03):  278-286.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.005
摘要 ( 10643 )   PDF (579KB) ( 828 )  
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根据河北省高邑县2008-2010年温室作物生长季的外界气温特征,将2008、2009和2010年度分别定为偏暖、偏冷和正常年型。以高邑县2008-2010年温室作物生长季采集周期为10min的小气候气温观测资料为基础,将一日内每10min的气温资料的算术平均值作为实际日平均气温,分别取每20min、30min、1h、2h、3h、4h的观测数据进行算术平均计算日平均气温,分析不同年型下计算结果与实际值之间的平均绝对误差MAE、标准差SD和积温相对误差R,并采用成对t检验进行显著性检验;以P<0.05作为显著性检验指标,确定日光温室气温观测的适宜方法和频次。将MAE、SD和R作为评价计算方法优劣的主要因子,MAE、SD和R越小,表示计算效果越好。结果表明:(1)当观测间隔小于4h时,所计算的日平均气温与实际值无显著差异,MAE≤0.19℃,SD≤0.24℃,R≤1.1%,观测数据能满足温室环境日平均气温的计算,且观测间隔时间越短,观测频次越高,检验效果越好;观测间隔达到4h时,计算结果的准确性存在一定风险;(2)6个每日4时次的组合所计算的日平均气温与实际值存在显著差异,观测试验中不宜采用;(3)用日极值法计算的日平均气温较实际值显著偏高,不能代表实际气温,观测试验中亦不宜采用;(4)采用改进后的7:00、10:00、13:00、16:00、19:00和23:00气温组合计算的日平均气温与实际值无显著差异,MAE≤0.24℃,SD≤0.30℃,R≤1.4%,计算结果可以代表实际气温,且减少了夜间观测次数,观测时间更符合工作生活习惯,能够在实际生产中应用。总体来讲,每日观测应不少于6次,所计算的日平均气温才可能代表实际日平均气温。
利用室外冷源空气的植物工厂降温节能效果分析
辛敏,仝宇欣,杨其长,魏灵玲,王君,卞中华
2015, 36(03):  287-295.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.006
摘要 ( 8415 )   PDF (862KB) ( 1018 )  
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通过利用室外冷源空气协同空调进行植物工厂降温,以仅利用空调降温的植物工厂为对照,同时结合零浓度差CO2施肥方法使植物工厂内外CO2浓度保持一致,调查引进室外冷源空气对植物工厂内空气温度、饱和水汽压差、CO2浓度、降温设备的节能率、性能系数(COP,coefficient of performance)及奶油生菜产量和光合色素含量的影响。结果表明:(1)引进室外冷源空气的降温方法可以将试验植物工厂内温度控制在目标范围:明期23~27℃、暗期18~22℃,外界温度越低,温度变化幅度越大;同时段试验植物工厂内的空气饱和水汽压差(明期1.3~2.7kPa,暗期1.2~1.9kPa)高于对照(明期0.3~1.3kPa,暗期0.3~0.5kPa);配合零浓度差CO2施肥法基本能将明期大部分时段的CO2浓度控制在与外界浓度相同范围内(400~500μmol·mol-1)。(2)试验期间,与仅使用空调的降温方法相比,引进室外冷源空气的方法能使植物工厂总耗电量节省10.8%,其中试验植物工厂降温系统比对照节省了66.2%的耗电量。(3)在外界温度-4~5℃以及显热比0.4~0.9的条件下,引进室外冷源空气的风机性能系数为19.3~28.9,高于空调降温的COP值(试验植物工厂为5.3~14.7,对照植物工厂为5.8~14.9)。(4)引进室外冷源空气的降温方法未对生菜产量和光合色素含量造成显著影响。因此,采用引进室外冷源空气的控制方法不仅可以节省植物工厂的降温耗电量,还能提高降温设备的性能系数,取得显著的节能效果。
不同施氮水平对烤烟叶片δ13C值、生理特征及化学成分的影响
杨金汉,倪霞,易克,陈旭,郑武,余海涛,陆文林,查宏波,龚舒静,杨湉,王娟,陈宗瑜
2015, 36(03):  296-305.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.007
摘要 ( 12771 )   PDF (1589KB) ( 811 )  
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以烤烟品种K326、云烟87、云烟97、红花大金元为试验材料,自然环境下种植。每个品种设置3个不同供氮水平进行品比试验,对生理成熟初期-工艺成熟期第11叶位烟叶δ13C值、比叶重、光合色素和化学成分进行分析研究。结果表明:同一气候环境不同施氮处理条件下,K326、云烟97两品种的δ13C均值均高于云烟87和红大,尤其是云烟97在3个处理中类胡萝卜素含量均偏高、比叶重最大。在低氮和中氮条件下叶绿素a含量也以云烟97含量最高。化学成分分析表明,云烟97的烟碱含量与参考值相比,含量适宜且偏高,总糖、还原糖含量、糖碱比及氮碱比均在适宜范围内,化学成分协调性总体较好。以烤烟δ13C值表述的环境和生理特征的偶联程度,对各品种烤烟光合色素水平、比叶重和化学成分差异进行评估,表现为云烟97显著优于其它3个品种,且其适生能力最强,在中氮水平下种植,可相对提高其产量和品质。3个不同施氮水平下烤烟δ13C值、生理指标和化学成分在品种间表现存在的趋同或差异,可为烤烟种植施氮水平和品种筛选提供参考。
红蓝光质对香椿芽苗菜营养品质的影响
刘素慧,张立伟
2015, 36(03):  306-312.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.008
摘要 ( 10156 )   PDF (731KB) ( 817 )  
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以发光二极管(LED)精量调制光质(红光、蓝光和红蓝混合光),以白光(普通日光灯)为对照,研究红蓝光质对香椿芽苗菜营养品质(氨基酸、维生素C、硝酸盐、粗纤维、总黄酮、单宁)的影响。结果表明:与白光相比,蓝光和红蓝光处理显著提高了香椿芽苗菜氨基酸含量,而红光处理降低了香椿芽苗菜氨基酸含量;3种光质均有利于香椿芽苗菜维生素C 的形成和累积,其促进作用大小依次为蓝光>红光>红蓝混合光;各处理均抑制香椿芽苗菜硝酸盐的累积,其中红光的抑制作用最强;红光处理可提高香椿芽苗菜的粗纤维含量,而蓝光处理则降低香椿芽苗菜粗纤维含量;与对照相比,蓝光和红蓝混合光处理提高了香椿芽苗菜总黄酮的含量,同时降低了香椿芽苗菜单宁的含量。总之,蓝光和红蓝混合光处理可提高氨基酸、维生素C、总黄酮含量,同时可降低硝酸盐、粗纤维和单宁含量。因此,蓝光和红蓝混合光处理更有利于提高香椿芽苗菜品质。
基于非线性参数优化的水稻花前生育期参数估计
孙虎声,杨沈斌,王应平,胡凝,江晓东,王萌萌,李帅,姜丽霞
2015, 36(03):  313-322.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.009
摘要 ( 9149 )   PDF (701KB) ( 782 )  
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水稻生育期模型为复杂的非线性模型,其参数的合理标定是模型应用的重要环节。本文采用两种不同温度响应函数的花前生育期模型(MBETA和MBILN),利用基于GML(Gauss-Marquardt-Levenberg)算法的模型独立参数优化程序PEST(model-independent parameter estimation)对模型参数进行优化,并在优化中引入参数先验信息和参数初始值扰动方法,以提高参数优化结果的可靠性。结果显示,参数先验信息有效降低了待优化参数的不确定性。最优参数值的95%置信区间较初始值域显著缩小。在优化得到的参数相关系数矩阵中也未显现出高度相关的参数。从目标函数值(?)序列看,MBETA和MBILN的?值最终收敛至相当接近的最小值,分别为11.71和11.82。但该最小值下两个模型的温度、光周期效应等参数值存在一定差异。这种差异平衡了不同温度响应方程与模型其它方程对水稻生育期模拟误差的贡献。在最优参数值组合下,两个模型验证结果表现一致。其中,抽穗开花期模拟值与实测值的相关性均通过了0.01水平的显著性检验。模拟误差主要来自幼穗分化期,与缺少对水稻光周期敏感始期的观测有关。本文优化方法降低了待优化参数收敛于局部小值的几率,对稳定参数优化和提高优化结果的可靠性具有重要作用。
东北春玉米郑单958籽粒灌浆过程的模拟
郭春明,任景全,曲思邈,李忠辉
2015, 36(03):  323-330.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.010
摘要 ( 10166 )   PDF (531KB) ( 796 )  
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利用白城国家一级农试站2011-2013年春玉米田间试验观测数据,基于Richards方程建立和验证东北春玉米籽粒灌浆模型,并进行籽粒灌浆特性分析。结果表明:分别以相对开花后天数、相对活动积温和相对≥10℃有效积温为自变量,相对百粒重为因变量建立的籽粒灌浆过程普适模型(模型I、模型II和模型III)均通过了0.01水平的显著性检验(R2>0.98)。模型回代后模拟值与实测值的评价指标NSE(Nash-Sutcliffe指数)和RSR(均方根误差与标准差的比值)值均表现为“很好”的效果。模拟值与实测值散点均在1︰1线?10%范围内。模型I显示,东北春玉米籽粒灌浆活跃期为46d,整个灌浆过程平均速率为0.84g·d-1;籽粒灌浆速率在开花后32d达到最大,为1.23g·d-1,此时玉米百粒重为15.17g;灌浆中期对百粒重的贡献率最大,为65.60%,前期和后期贡献率分别为10.50%和23.90%。模型II和模型III显示,籽粒灌浆活跃期活动积温和≥10℃有效积温分别为1043.5℃·d和679.1℃·d;灌浆速率在开花后活动积温和≥10℃有效积温分别为782.8℃·d和473.3℃·d时达到最大值;中期灌浆贡献率为67.68%。3个模型均显示,中期灌浆贡献率较大,前期和后期相对较小,说明春玉米籽粒干物质积累主要在灌浆中期完成。
基于风险价值方法的甘肃省农业旱灾风险评估
王芝兰,王静,王劲松
2015, 36(03):  331-337.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.011
摘要 ( 8632 )   PDF (516KB) ( 866 )  
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利用甘肃省农作物旱灾受灾面积、成灾面积、绝收面积、播种面积及单位面积产量数据,计算农业旱灾损失率,根据优度检验结果拟合旱灾损失率最优概率分布模型,并借鉴经济学风险价值(VaR)方法,强调在统计意义下不同等级旱灾的风险水平,实现对甘肃省农业旱灾风险的有效度量。结果表明:1950-2011年旱灾对甘肃省农业生产的影响相对有限,农业旱灾损失率均在30%以下,平均10%左右,损失率的年际变化呈增长趋势,1995年因旱致灾损失率最大,达26.8%;近62a甘肃省农业旱灾损失率的最优概率分布模型为广义极值(Gen. Extreme Value,GEV)分布模型;全省面临10a一遇的旱灾时农业损失率为18.8%,遭遇50a一遇的旱灾时农业损失率为25.7%,遭遇100a一遇的极端旱灾时农业损失率高达28.3%,即全省农业产量或粮食产量将面临减少近30%的风险,这将给甘肃省粮食生产带来严峻考验。
湖南双季晚稻寒露风初日的气候演变特征及其预测模型
罗伯良,李易芝
2015, 36(03):  338-345.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.012
摘要 ( 11157 )   PDF (477KB) ( 780 )  
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寒露风为9月日平均气温≤20℃且持续3d或以上的低温天气过程,是影响湖南双季晚稻生产的主要农业气象灾害。利用1961-2013年湖南19个气象站的日平均气温资料,将湖南分为湘北、湘中、湘南3个区域,统计各区历年第一次寒露风的开始日期,构建各区寒露风初日时间序列,分析其变化特征并利用均生函数方法建立各区寒露风初日预测模型。结果表明:近53a湖南各区域寒露风初日年代际变化特征显著,寒露风初日平均在9月下旬中后期;最早出现日期为:湘北、湘中在9月上旬初,湘南在9月上旬末;最迟出现日期为:湘北在10月中旬前期,湘中、湘南在10月中旬后期。影响双季晚稻产量的寒露风发生频率为:湘北约3a两遇、湘中约2a一遇、湘南约5a两遇。基于均生函数建立的湖南寒露风初日预测模型,历史拟合率为:湘北、湘中92%、湘南94%;2011-2014年预测结果表明模型对湖南寒露风初日具有较强的预测能力。
气候变化对东北玉米干旱指数保险纯费率厘定的影响
杨帆,刘布春,刘园,杨晓娟
2015, 36(03):  346-355.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.013
摘要 ( 11503 )   PDF (5054KB) ( 1248 )  
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基于东北三省68个气象站1961-2010年的逐日气象数据,利用Penmen Monteith公式计算玉米生育期内的逐日参考作物蒸散量,结合逐日降水量资料构建干旱指数(CWD);将整个分析期按照3个准30a周期(1961-1990、1971-2000和1981-2010年)进行统计,计算不同周期内东北地区CWD的理论概率分布函数,分别求得累积概率≤5%、≤15%和≤25%时各站的CWD值作为重旱、中旱和轻旱划分标准的阈值,并以不同时间尺度分别厘定保险纯费率;对3个时段的结果进行对比,以分析气候变化对干旱指数保险产品纯费率厘定的影响。结果表明,干旱指数CWD能很好地指示东北玉米干旱风险,1961-2010玉米生育期内全区干旱风险由东向西递增,西部为常年干旱区;各时段内多数站点表现为旱情加重;从重灾到轻灾,旱情加重的站点减少而旱情减轻的站点增多;基于CWD厘定的玉米旱灾保险纯费率与单产减产率的厘定结果近似(相关系数0.893),时间变化上表现为先增后降。这说明一种公平科学的保险纯费率应考虑气候变化的影响,随各时段灾害风险的不同作适当调整。
宁夏枸杞蚜虫发生规律及其气象等级预报
刘静,张宗山,马力文,黄峰,卫建国,张玉兰
2015, 36(03):  356-363.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.014
摘要 ( 8232 )   PDF (566KB) ( 735 )  
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根据人工气候箱内不同温度条件下2次枸杞蚜虫饲养试验,确定枸杞蚜虫发育起始温度,建立蚜虫发育速率与温度的关系方程,以50℃作为枸杞蚜虫发育的起点温度,利用该方程对1991-2012年宁夏枸杞蚜虫繁衍动态和全年可繁殖世代数进行推算。根据2006-2008年田间蚜虫调查的虫口密度与气象因子建立的统计关系,确定枸杞蚜虫发生程度的气象指标和为害等级预报模型,并用2012年中宁田间调查情况进行验证。结果表明,宁夏枸杞蚜虫平均起始发生期为3月27日,终止时间为10月下旬,全年可繁殖21~25代,为害高峰时段为第3~12代,干旱、晴天条件下枸杞蚜虫更易发展,多雨、高湿环境抑制枸杞蚜虫的发展。预报模型回代准确率88.2%,异地检验准确率100%,效果良好,说明模型和气象指标可用于监测、预测枸杞蚜虫的繁殖世代数和为害的气象等级。
江西省稻瘟病发生潜势的气象预报模型
郭瑞鸽,刘文英,吴昊
2015, 36(03):  364-371.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.015
摘要 ( 7792 )   PDF (460KB) ( 877 )  
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基于1981-2010年江西省市(县)级稻瘟病监测资料和同期气象资料,利用符号相关法,分苗瘟、叶瘟、穗瘟分析各时期病害发生程度与气象因子的关系,并分别建立病害发生潜势气象预报模型。结果表明:与病害高峰同期的气象因子之间,早稻苗瘟与4月份的平均气温、雨量、日照时数呈正相关,与相对湿度呈负相关;早稻叶瘟与5月中旬-6月上旬的平均气温、雨量、日照时数呈负相关,与相对湿度呈正相关;早稻穗瘟与6月上旬-7月上旬的平均气温、日照时数呈负相关,与雨量、相对湿度呈正相关。晚稻苗瘟偏重发生的概率随着苗期高湿天数和雨日的增加而增大;晚稻叶瘟与8月中旬-9月上旬的平均气温、日照时数呈负相关,与雨量、相对湿度呈正相关;晚稻穗瘟与9月平均气温、相对湿度呈正相关,与雨量、日照时数呈负相关。通过相关关系和符号相同、相反的概率差值确定各气象因子距平值的量化值和权重系数,计算稻瘟病发生潜势气象指数,建立稻瘟病发生潜势气象预报模型。历史回代检验表明,模型准确率为60%~75%,且对偏重级别的准确率高于偏轻级别。
2015年春季气候对农业生产的影响
徐玲玲,谭方颖
2015, 36(03):  372-373.  doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.03.016
摘要 ( 9818 )   PDF (2123KB) ( 731 )  
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2015年春季全国气候特点是气温起伏大,南方遭遇倒春寒,北方出现极端高温和“5月雪”现象;华南入汛晚,雨势猛、旱涝转换快,强对流点多面广、强度大,但全国干旱总体偏轻。对农业生产而言,夏收作物产区大部光温水匹配良好,利于冬小麦、油菜生长发育和产量形成。北方和西南春播区大部气温偏高、降水较为充足,春播作物播种出苗顺利。但南方春播区出现低温阴雨寡照、倒春寒等不利天气,早稻播种育秧受到影响。5月江南、华南等地强降水频繁,局地暴雨洪涝灾害较重。西北、内蒙古、东北、黄淮等地出现低温霜冻、雪灾以及大风冰雹等灾害性天气,局地作物幼苗和设施农业等受灾严重。