利用黄河流域1963-2013年59个站点日最高和最低气温资料，结合线性拟合、M-K检验、Morlet小波分析、主成分分析及相关性分析等方法，研究了该流域极端气温的时空变化特征。结果表明：(1)整体上看，黄河流域冷日、冷夜、冰日、霜冻、冷持续日数分别以1.06、1.93、2.40、3.36、1.12d·10a-1 (P＜0.001)的趋势减少，而暖日、暖夜、夏日、热夜、暖持续日数、生物生长季分别以1.56、2.22、2.66、1.56、1.48、3.47d·10a-1 (P＜0.001)的趋势增加，日最低气温极小（大）值、日最高气温极小（大）值及气温日较差的变化率分别为0.25(0.4)、0.18(0.27)、-0.09℃·10a-1 (P＜0.05)。(2)研究区内6个子区域的极端气温指数的变化趋势相一致，宁夏中北部、内蒙古中南部极端气温事件变化趋势最为显著。(3)夜指数（暖夜、冷夜）变化幅度大于昼指数（暖日、冷日），冷指数（极端最低、最高温度极小值）变化幅度小于暖指数（极端最低、最高温度极大值）。(4)黄河上中游比下游地区对极端气温变化更敏感。(5)WMO发布的16个指数均有3a、7a左右的短周期和26a左右的长周期，而暖（冷）持续日数、气温日较差、生物生长季还拥有一个16a左右的中长周期。(6)除日最低气温极小值、气温日较差、冷持续日数外，其余各项指数的突变年份均发生在20世纪90年代。

明确影响作物产量的土壤水分阈值，对作物水分亏缺诊断及非充分灌溉实施具有重要意义。本文通过设置不同灌水次数形成土壤供水差异，在河北省衡水试验站开展2011/2012年度冬小麦田间试验，探讨冬小麦产量与7个生育期不同深度土层的土壤水分之间的关系，分析影响冬小麦产量的土壤水分阈值及其动态。结果表明，6个亏水处理与充分供水对照在土壤浅层的水分差异最大，且差异随着土层深度的增加而减小，在0.4、0.8、1.2m土层深度的差异分别为19.7%～36.5%、9.3%～21.7%和2.9%～9.7%。6个亏水处理与对照之间不同土层土壤水分的变异程度随着土层深度增加而减小。不同生育期、不同深度土壤水分含量与小麦籽粒产量之间为二项式函数关系，且呈开口向下的抛物线形式，其显著程度随生育期推进及土层深度而变化。其中0.4m土层深度水分含量与产量关系最密切。影响小麦产量的土壤水分阈值随着生育期推进总体呈下降趋势。自拔节孕穗期至乳熟期，0.4、0.6、0.8、1.0、1.2以及1.6m土层深度的水分阈值由田持的83.1%～95%降至72.3%～90.0%。依据对照与亏水处理之间的土壤水分动态差异、全生育期平均土壤水分差异、不同土层土壤水分变异程度、土壤水分与小麦产量动态关系显著性程度4个方面的分析，提出0.4m为适宜的水分亏缺诊断深度，相应地拔节孕穗、抽穗、开花、灌浆初期、灌浆中期、灌浆后期、乳熟期的土壤水分阈值分别为95.0%、98.4%、79.9%、73.7%、88.6%、79.6%和75.7%.

为了确定并揭示西洋参(Panax quinquefolium)适生区温度特征，于2012年5月-2014年4月分2期在陕西省留坝县留侯镇枣木栏村(海拔1236m)和闸口石村(海拔1722m)的4个西洋参棚内测定地上15cm高处(2a生幼苗冠层附近)的气温和地下10cm深处(参根附近)的土温，并将有效观测日温度数据分为数组：平均气温(AMT)、最低气温(AMIN)、最高气温(AMAX)、气温日较差(RAT)、平均土温(SMT)、最低土温(SMIN)、最高土温(SMAX)和土温日较差(RST)。分别以这8组温度为依变量(Y)，以观测日傅里叶变换值为自变量(X)，开展逐步回归分析，组建了16个多元方程。结果表明：依变量AMT、AMIN、SMT、SMIN和SMAX对入选X的拟合效果优良，R=0.933～0.985(P＜0.001)；所得周期性温度曲线低谷和高峰大都出现于1月和7月。由AMT回归方程估算的年均值、低谷值、高峰值和≥10℃、≥6℃积温分别为：枣木栏，11.2、-0.9、21.1℃和1475、2403℃·d；闸口石，8.3、-3.5、18.7℃和957、1736℃·d。由SMT方程估算的对应值为：枣木栏，11.2、0.1、20.3℃和1338、2292℃·d；闸口石，8.8、-1.7、17.8℃和872、1710℃·d。冬季日最低气温均值及其下限为：枣木栏，-5.6，-10.3℃；闸口石，-8.8，-14.5℃。夏季日最高气温均值及其上限为：枣木栏，27.6，37.8℃；闸口石，25.3，34.3℃。冬季日最低土温均值及其下限为：枣木栏，0.1，-2.1℃；闸口石，-2.2，-4.4℃。夏季日最高土温均值及其上限为：枣木栏，21.3，24.8℃；闸口石，18.9，22.1℃。本研究组建了与当地参棚内温度变化趋势相配的回归模型，确定了许多温度特征值，有利于指导西洋参种植实践并为其它涉及田间温度的科学研究和应用提供参数。

以早稻品种“陵两优268”为材料，于2014年5月水稻幼穗分化期遭遇低温过程期间（15-19日），在稻田设置3种水层深度即浅水层 (CK，水层为0-1cm)、中水层（ZH，水层为3-4cm）及深水层处理（SH，水层为8-10cm）进行对比试验，每2d测定各处理的叶温、叶片光合色素含量、净光合速率、蒸腾速率以及叶片抗氧化系统酶活性，以探究低温期间水层深度的调温效果。结果表明：（1）在幼穗分化期遭遇低温期间，各处理的叶温普遍低于气温，但相对而言，中水层（ZH）和深水层（SH）处理中早稻叶温较CK高，且随着时间延长，高于CK的程度加大。说明一定的水层深度有助于保持叶片温度。（2）低温期间，各处理水稻叶片叶绿素含量均明显降低，但ZH处理叶绿素含量降低程度最小，SH处理降低程度最大。说明ZH处理有利于早稻在低温期间叶片体内叶绿素含量的维持。（3）低温期间，早稻叶片净光合速率Pn、蒸腾速率Tr和水分利用率WUE均显著降低，但ZH处理能有效缓解净光合速率和蒸腾速率的降低，从而提高早稻在幼穗分化期遭遇低温影响时的水分利用率；低温期间，CK处理叶片的净光合速率和蒸腾速率均较高，而ZH处理叶片的水分利用率最高。SH处理叶片净光合速率低而蒸腾速率高，水分利用率为3个处理中最低。（4）低温期间，各处理早稻叶片体内过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）含量均明显降低，而超氧化物歧化酶（SOD）活性升高缓慢，过氧化物酶（POD）活性则显著升高。其中3个处理中对早稻叶片体内CAT含量和MAD含量下降的抑制作用表现为ZH＞CK＞SH。ZH处理的叶片体内POD含量变化最小，而SOD含量对温度变化不太敏感，3个处理中SOD含量变化差异不大。3个以水灌溉调温处理均能达到抵抗低温以减缓早稻叶片抗氧化酶活性变化的效果，而ZH处理效果尤为显著。

采用1961-2010年华北平原地区379个加密台站（325个一般台站及54个基准台站）的气象数据，分别计算并分析基于加密台站(即所有气象台站)和基准台站的冬小麦生育期降水量、参考作物蒸散ET0、作物水分亏缺率的时空分布状况。结果表明：（1）应用两种不同密度的气象资料计算所得近50a华北平原冬小麦生育期降水量变化趋势较一致，但基于加密台站的结果低于基准台站10%左右；计算所得生育期降水量在空间分布上整体趋势较为一致，均大致呈纬向分布，由北向南降水量逐渐增大，但在河南西部和南部多山地带存在较明显的差异。（2）参考作物蒸散ET0在1961-2010年整体均呈明显下降趋势，但基于基准台站数据所得ET0大于加密台站6%左右，且差异随时间推移逐渐增大，20世纪90年代差异达11%左右；基于两种台站数据所得生育期ET0空间分布趋势较为一致，均随着纬度的升高而增大，但基于加密台站数据所得ET0高值区（＞650mm）与低值区（＜450mm）普遍小于基准台站，且加密台站所得ET0普遍小于基准台站，在河南西部、山东西部、河北中部等区域其差异尤为明显。（3）基于两种气象资料得到的近50a作物水分亏缺率整体变化趋势较为一致，相关系数高达0.947，但数值上存在一定差异，在1980年以前加密台站得到的结果大于基准台站，而1980年之后则相反，两个阶段的平均差异均在12%左右；生育期作物水分亏缺率的空间分布趋势基本一致，除河北东北部外，大致趋势为随纬度升高而增大，但加密台站得到的作物水分亏缺率普遍小于基准台站，且以燕山山脉、太行山山脉等山前平原以及泰山周围的差异更为突出。研究说明，目前利用基准台站所进行的华北冬小麦水分时空分布特征分析结果基本可靠，但实际农业生产决策时，华北山前平原及泰山附近区域的研究结果应谨慎参考。

潜在蒸散量是确定作物需水量的重要依据和基础，客观分析其时空变化及气候成因具有重要意义。本文以国家气象局整编的黄淮海平原40个站点近53a（1961-2013年）逐日气象资料，将黄淮海平原分为6个农业亚区，分别计算潜在蒸散量（ET0）及其对气候要素（气温、相对湿润度、太阳辐射和风速）的敏感系数，并分析其变化特征。结果表明：从各区年、季ET0的平均值看，黄淮海平原各亚区都是夏季ET0最高，秋季和冬季以鲁西平原鲁中丘陵水浇地旱地二熟区（Ⅳ区）最高。从各区年、季ET0变化倾向率看，6个农业亚区夏季ET0均呈显著递减趋势，其中南阳盆地水浇地旱地二熟区（Ⅴ区）减幅最大，而春季ET0表现为燕山太行山山前平原水浇地二熟区（Ⅱ区）和江淮平原丘陵麦稻两熟区（VI区）呈显著递增的变化趋势、冬季Ⅱ区ET0呈现显著递增的变化趋势；从各区年、季ET0敏感系数的平均值和变化倾向率看，春、秋、冬季和年ET0对相对湿度最敏感，夏季ET0对太阳辐射最敏感；ET0对太阳辐射和相对湿度分别呈正向和负向敏感，且敏感性在时间序列上呈减弱趋势；相对湿润度和风速在环渤海山东半岛滨海外向型二熟农渔区（Ⅰ区）、太阳辐射和气温在VI区形成高值区，说明ET0在黄淮海平原Ⅰ区对相对湿润度和风速、在VI区对太阳辐射和温度较敏感。

通过人工气候箱模拟中国南方稻区湖北荆州地区大气CO2浓度和温度同时升高的3种气候情景,即在背景温度为24～29℃的人工气候箱中设置以CO2浓度为400molmol?1、升温0℃为对照（CK），以550molmol?1、升温2℃为中强度处理（M），以700molmol?1、升温4℃为高强度处理（H），将催芽后的稻种于各气候箱中处理10d，观测水稻种子萌发和幼苗生理特性的变化。结果表明，（1）水稻幼苗苗高、根长、根数（根长大于1cm）、根苗干重及活力指数均随着CO2浓度和温度的同时升高而上升，其中H处理下幼苗苗高比CK长5.78cm，根长比CK高12.91%，根苗干重为CK的2.6倍，活力指数为CK的3.1倍，种子发芽率、发芽势和发芽指数表现为M处理最高；（2）随着CO2浓度和温度同时升高，稻苗丙二醛（MDA）含量和可溶性糖（SS）逐渐降低，脯氨酸（Pro）含量先增加后减小，可溶性蛋白（SP）含量和过氧化氢酶（CAT）逐渐升高。说明在目前温度和CO2浓度条件下未来升温2～4℃同时CO2浓度增至550molmol?1和700molmol?1对湖北荆州稻区水稻种子萌发和幼苗生长不会产生明显不利影响，但此生长期稻苗营养元素累积受到制约。

2013年7-10月进行复播大豆滴灌量的田间试验，以研究不同滴灌量（3000、3600、4200和4800m3hm2，分别用W1、W2、W3、W4表示）对复播大豆冠层透光率、温度、空气相对湿度及光合特性的影响。结果表明：（1）在开花期和结荚期，大豆群体冠层不同层次的透光率均随着滴灌量的增加而减小，并均以距地面20cm处的透光率最小，且各处理群体冠层透光率均与株高呈极显著负相关关系（R=-0.98，P＜0.01）。（2）随着滴灌量的增加，大豆群体内部距地面40cm处冠层的空气温度降低而湿度增加，且温度与湿度呈相反的日变化趋势。（3）开花期和结荚期，复播大豆叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和气孔限制值（Ls）均随着滴灌量的增加呈“先增后降”的变化趋势，均以W3处理最高。（4）大豆产量也以W3处理最高，为3741.23kghm2，分别较W1、W2和W4处理增产30.42%、13.98%和8.44%，且达显著差异水平（P＜0.05）；灌溉水利用效率（IWUE）随着灌水量的增加而降低。本试验条件下，滴灌量为4200m3hm2(W3)时复播大豆群体生态环境较好，光合效率最高，达到了高产和节水的统一。

利用南疆地区52个气象台站1961-2013年逐年≥10℃积温、无霜冻期和最热月（7月）平均气温资料，使用线性趋势分析、累积距平和t检验以及基于ArcGIS的混合插值法对各热量要素的时空变化进行分析；结合新疆棉花种植气候区划指标，对比分析了1997年前后南疆棉花种植气候区划的变化。结果表明：南疆地区热量资源的空间分布总体呈现平原和盆地多，山区少的特点。全球变暖背景下，近53a，南疆地区≥l0℃积温、无霜冻期和7月平均气温分别以56.64℃d10a1、3.15d10a1和 0.15℃10a1 (P＜0.05)的倾向率呈显著上升趋势，并分别于1997、1997和1994年发生突变，受其影响，1997年后较其之前，南疆地区中熟棉、中早熟棉区面积分别扩大17682km2 和43033km2，早熟棉区面积变化不明显，特早熟棉区和不宜棉区分别减少4940km2和56589km2。

在大田人工防雨棚下小麦田中，设置充分灌溉（CK，土壤相对湿度为80%）、干旱处理1（T1，土壤相对湿度为40%）和干旱处理2（T2，土壤相对湿度为60%）3种供水条件，研究不同程度干旱对冬小麦叶片各生育期光合作用相关生理指标、渗透调节物质、膜脂过氧化以及抗氧化系统的影响。结果表明，与CK相比，T1处理组气体交换参数、光合色素含量随发育期的推进均表现为先略升高后大幅下降。同时，干旱条件下冬小麦启动自身保护机制，具体表现为可溶性糖、丙二醛含量持续升高，可溶性蛋白、游离脯氨酸以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性等则呈现先升高后下降的变化趋势；T2处理组各参数变化趋势总体上与T1处理一致，但其升高和降低幅度有所减弱。可见，不同程度干旱条件下，冬小麦通过增加渗透调节物质含量在一定程度上减缓了水分散失，但至生育后期已不能满足自身对水分的需求；通过增强抗氧化系统酶活性消除了部分活性氧，但活性氧含量仍不断增加，最终造成膜脂过氧化加剧、膜透性增加、叶绿素降解、光合速率降低、叶片衰老加速。

“两晚”技术即冬小麦播期适当推迟，夏玉米适当晚收，是华北平原冬小麦-夏玉米生产体系适应气候变化的有效措施。本文应用APSIM模型模拟了充分灌溉和雨养条件下“两晚”技术对河北、山东和河南冬小麦-夏玉米轮作体系产量的影响。结果表明：与传统方式相比，气候变暖后（2000-2009年）如果采用“两晚”技术，雨养条件和充分灌溉条件下都会使小麦轻微减产，而玉米较大幅度增产，小麦-玉米轮作体系的产量增加，但各地增加的幅度会有不同。具体表现为：雨养条件下，河北、山东和河南小麦平均减产率分别为7.8%，5.1%和2.5%，玉米平均增产率分别为19.8%，14.5%和13.4%，三地小麦-玉米体系平均增产率分别为10.7%，3.2%和4.8%；充分灌溉条件下，河北、山东和河南小麦平均减产率分别为1.8%，0.5%和0.9%，玉米平均增产率分别为14.2%，8.0%和8.5%，三地小麦-玉米体系平均增产率分别为4.5%，3.4%和2.8%。说明华北平原冬小麦-夏玉米轮作方式中采用“两晚”技术能够适应当前气候变暖特点，实现总产量增加，其中河北省北部地区为增产高值区。

防护林对农田生产力的影响是一个复杂的过程，需要对多种网格进行综合监测。遥感技术为多网格、同步定量评价防护林体系对作物产量的影响提供了有力支持。本研究以黄淮海平原为例，使用增强型遥感图像时空融合方法（ESTARFM）融合多源遥感影像，通过基于遥感的光能利用效率模型，模拟黄淮海防护林网内农田总初级生产力（gross primary producivity，GPP）。结果表明：（1）冬小麦GPP实测值与模拟值具有显著的线性相关性，平均相对误差为15.62％，决定系数（R2）达0.8596。可见，建立的GPP模型具有较高的模拟精度；（2）从遥感获取的10个网格冬小麦GPP情况来看，网格间农田生产力存在较大的空间变异性。本研究初步揭示了基于遥感影像融合方法，定量估算防护林网内农田GPP的可行性，为进一步探讨防护林对农田生产力的影响提供了重要手段。

利用湖北西部及邻近地区65个气象站1961-2010年的常规观测资料，参考气象学指标，应用专家打分、层次分析法和灾害危险性评估模型，借助GIS平台对湖北西部烟草种植气象灾害危险性的区域分布进行分析。结果表明：影响湖北西部烟草种植的主要气象灾害是干旱、低温冷害、连阴雨、暴雨和高温热害，其干旱危险性分布表现为北高南低、东高西低；连阴雨和暴雨危险性南高北低；低温冷害危险性南北分布较均匀，东部小于西部；高温热害危险性北高南低。总体看来，鄂西北烟草种植区气象灾害危险性表现为东高西低，南北向无明显规律，而鄂西南地区则为南高北低。气象灾害危险性区划结果与烟草种植适宜性区划结果相辅相成，可为烟草种植合理布局及防灾减灾提供依据。

通过分析历年小麦白粉病病情指数随时间的变化特点，将河南省南阳市的病情资料统一内插处理为以周为时间尺度的资料序列，将河北省正定县、辛集市、馆陶县和磁县的资料统一内插处理为以候为时间尺度的资料序列。利用2001-2010年小麦白粉病观测资料及相应时段的气象资料，采用秩相关分析和通径分析方法筛选分析影响白粉病发生等级的关键因子及因子贡献，基于Bayes准则建立南阳市和河北4县的区域小麦白粉病等级预测模型。结果表明：小麦白粉病病情指数随时间的变化符合Logistic曲线特点，内插处理效果较好；影响南阳市小麦白粉病发生的关键因子是前1周的病害发生等级、前1周至当周的相对湿度、前2周至当周的日照时数和前3周至当周的降雨系数，影响河北4县的关键因子是前1候的病害发生等级、前3候至当候的平均温度、前3候至当候的降水量和前3候至当候的降雨系数。利用指标模型对南阳市和河北4县病害发生等级进行检验，达到完全“一致”的准确率超过85%，“基本一致”的准确率超过90%，说明模型预警效果较好，可以用于相应区域小麦白粉病短时临近预报。

利用松嫩平原36个气象站点1961-2013年气象数据，选用相对湿润度指数作为干旱指标，探讨年尺度和季节尺度干旱的时空分布特征，并分析其与气候要素间的关系。结果表明：（1）从年尺度来看，1961-2013年松嫩平原年平均相对湿润度指数呈极显著递减（P＜0.01）趋势，说明干旱逐年加重，且中旱级别以上干旱的发生范围逐年扩大；（2）春季和秋季相对湿润度指数呈极显著递减趋势（P＜0.01），干旱加重的速度秋季大于春季，干旱范围存在扩大的趋势，近30a冬季相对湿润度指数呈显著递增趋势，存在干旱减缓和发生范围缩小的变化趋势。各季相对湿润度指数均呈现从西南向东北递增的变化趋势，西南部是重旱区域和高发生频率的重叠区；（3）相对湿润度与气温、太阳辐射呈负相关，与相对湿度、风速、降水量呈正相关。年尺度的相对湿润度与降水量、风速和气温呈极显著相关，各季相对湿润度与降水量、太阳辐射和相对湿度也表现出较强的相关性。

2015年夏季（6-8月）全国农区大部气温接近常年同期，降水呈南多北少态势。光温水匹配较好，利于农作物生长发育和产量形成。初夏，北方夏收区多晴少雨，夏收进展顺利，夏播区大部墒情较好，降水较为及时，夏收夏种进度接近常年同期。7-8月全国大部地区光热充足，利于玉米、一季稻开花授粉和灌浆结实。夏季全国未出现大范围持续性夏伏旱，低温冷害和高温热害影响程度偏轻，仅辽宁南部、内蒙古中西部等地部分地区阶段性干旱较重，南方部分地区遭受暴雨洪涝灾害，长江中下游和西南地区南部阶段性阴雨寡照天气影响一季稻、玉米等作物扬花授粉和灌浆。