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[硕士论文] 张轶
气象学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:水稻是东北地区最重要的粮食作物,东北稻米品质优良,市场需求大,随着气候变暖为东北地区水稻扩种提供了一定的热量条件。为明确基于热量资源的东北水稻潜在扩种区域,评估可种植区域低温冷害风险,探索低温冷害保险产品研发方法,开展本项研究。本研究采用1981-2010年东北地区104个站点的气象数据和5km×5km格点气象数据,基于80%气候保证率,分析了1980s、1990s和2010s水稻热量资源空间变化、水稻潜在种植范围变化及水稻熟型空间转化。在水稻潜在种植范围内,依据水稻低温冷害指标,结合32个农气站点生育期和格点气象数据,研究水稻延迟型冷害的典型年份转移矩阵、发生频率空间分布和各省份年际波动变化;在推算最近邻K分类算法(K-Nearest Neighbor,KNN)水稻孕穗期和开花期的基础上,分析了障碍型冷害风险。以吉林省蛟河市为例,设计了障碍型冷害指数保险。主要结果如下:
  (1)1981-2010年,东北地区≥10℃积温整体呈上升趋势,平均增速为104.4℃·d/10a;除辽宁省南部和中部及黑龙江省漠河站,水稻生育期长度变短外,其余地区延长。由于积温增加和生育期延长,2000s与1980s相比,水稻可种植区域扩大了4.70%;不可种植区域缩小了59.45%,同时,水稻潜在种植区内极早熟和早熟范围减少,中晚熟和晚熟种植区向北向西扩大。
  (2)东北地区水稻延迟型冷害发生频率和发生强度整体呈下降趋势,然而有些年份部分地区仍存在冷害加重的现象,其中1981、1990、1999和2010年冷害等级转移矩阵显示,部分格点从无冷害转变为轻度冷害、中度冷害甚至是重度冷害。30年中,轻、中、重度3个等级的延迟型冷害,以重度延迟型冷害发生的频率最高且范围最大,1980s重度冷害发生频率达到100%发生的区域占1.78%,2000s所有等级冷害发生范围最小且频率最低。
  (3)东北地区水稻障碍型冷害风险水平整体呈下降趋势,且开花期冷害风险高于孕穗期。按照冷害风险水平从0到5依次加重,1980s、1990s、2000s水稻孕穗期和开花期平均风险水平分别为2.60、2.50、2.11和2.79、2.68、2.42。各省份障碍型冷害风险由大到小依次为内蒙古东部>黑龙江省>吉林省>辽宁省。
  (4)选择冷害风险较大的蛟河市,设计障碍型冷害指数保险。基于冷害发生频率与减产率的关系,按照水稻单位面积产量售价,孕穗期和开花期障碍型冷害保险的合理费率应分别为1.5%~2.3%和4.8%~6.9%。
  基于积温和生育期长度定义的潜在种植区,可以基本满足水稻生产的热量需求,同时扩大种植时应考虑延迟型和障碍型冷害风险导致的产量和收入损失。为了转移风险和降低收入损失,冷害保险也是一项重要的减灾策略。未来有关东北地区水稻扩种的研究不仅仅要考虑总体热量资源和冷害风险,还应考虑水资源、耕地和环境容量多重约束下,开展进一步的研究。
[硕士论文] 岳焕然
农业生态学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:干旱是影响玉米生产的重要灾种,创新玉米旱情监测预警途径,意义重大。本研究基于玉米表型特征和BP神经网络对玉米干旱进行识别,以探究玉米干旱识别新方法,为提高玉米干旱监测识别水平奠定基础。本研究利用可见光成像方式采集不同干旱胁迫下的玉米图像,通过编程从玉米图像中提取表型特征变量,以多个BP神经网络集成学习的方法构建玉米不同生长发育阶段的干旱识别模型,识别不同程度干旱胁迫下的玉米植株。研究结果表明:玉米形态特征是识别干旱的最有效特征,颜色和纹理特征在玉米生长中后期是识别干旱的重要特征。不同程度干旱胁迫下,玉米表型特征差异性明显,无旱和特旱胁迫下玉米的表型特征最具独特性,因而模型对玉米无旱和特旱程度的识别度高。玉米出苗-拔节、拔节-抽雄和抽雄-成熟3个生长发育阶段的干旱识别模型识别玉米干旱的准确率均在90%以上,出苗-拔节、拔节-抽雄2个生长发育阶段的模型识别玉米不同干旱程度的误差在0.015以下,而抽雄-成熟生长发育阶段的模型识别玉米不同干旱程度的误差相对较高,在0.02~0.05之间。出苗-拔节生长发育阶段的模型识别玉米不同干旱程度的精度均在97%以上,拔节-抽雄生长发育阶段的模型识别玉米不同干旱程度的精度在92%~95%之间,抽雄-成熟生长发育阶段的模型识别玉米不同干旱程度的训练精度在90%~95%之间,验证精度在88%~95%之间。采用集成学习的方法构建玉米干旱识别模型相比传统的单分类器模型在降低训练误差、提高准确率和精度方面具有明显优势,能够有效降低识别玉米不同干旱程度的差异性。综合研究结果可知,利用玉米表型特征识别玉米干旱,具有良好的效果,但不同表型特征对玉米干旱识别的贡献不同,以BP神经网络集成学习的方式构建模型识别玉米的不同干旱程度,识别结果存在一定差异性,但总体识别效果良好。
[硕士论文] 史萍
气象学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:冬小麦晚霜冻害是指由寒冷季节向温暖季节过度时,大幅降温使植株体温降到冰点以下,冬小麦原生质受到破坏,导致植株受害或死亡的低温灾害。晚霜冻害主要发生在小麦拔节期至抽穗期(3月下旬至4月中旬),这一时期小麦若发生冻害可能造成减产甚至绝产。与冻害对产量性状影响的复杂性相比,株高变化对冻害的响应最为一致和明显,因此本文将以株高为突破点。通过2013、2014和2016年低温霜冻试验,研究冬小麦发生霜冻时小麦冠层光谱变化特征与株高变化的关系,分别基于特定位置的光谱特征参数,基于波长组合的窄波段光谱指数和基于敏感光谱波段构建霜冻小麦株高模型,通过比较模型的Adj.R2(调整R方)和RMSE(均方根误差)选择最优模型作为冬小麦霜冻株高变化模型。
  通过研究,本文得出以下结论:
  (1)雌雄蕊到药隔期是小麦幼穗发育的低温敏感时期,在这一时期随着霜冻温度的降低株高逐渐降低,且株高的降低存在突变性。在雌雄蕊时期小麦株高降低的突变温度在-11℃左右,而到了药隔期,突变温度上升为-7℃。
  (2)霜冻小麦冠层光谱标准化反射率的变化规律:在可见光波段400-750nm,反射率的值都是随着温度的降低而降低,其中在540-550nm黄边范围内出现一个较小的反射峰,在近红外波段750-1300nm,反射率曲线先后出现三个峰;在短波红外波段1500-1769nm出现一个峰。
  (3)霜冻小麦冠层一阶微分光谱的变化规律:随着温度的降低,反射率值越低。在680nm左右是红光强烈吸收导致的红谷。在710-760nm波段范围内,开始出现红边效应,且随着温度降低,红边向短波方向移动即出现红边“蓝移”,温度越低反射率的值越小。
  (4)相关分析结果表明,在试验1(2013试验)与试验2(2014试验)中混合样本中,株高变化率与λr(红边位置),SDr(红边面积),Dr(红边振幅),Drmin(最小振幅),Dr/Drmin(红边振幅/最小振幅),Dr/SDr(红边振幅/红边面积)共计6个光谱特征参数的相关性达到了极显著水平((P<0.01)。在试验3(2016试验)中,与株高达到显著相关的有2期试验敏感窄波段光谱指数有:SR555(Simple Ratio750/555),PSSRa(Pigment specific simple ratio),TVI(Triangular vegetation index),SR735(Simple Ratio1075/735),RMCARI/ROSAVI(Ratio of revised MCARI/revised OSAVI),WI(Water index),SRWI(Simple ratio water index),SR1096(Simple ratio1187/1096),NWI-1(Normalized water index-1),NWI-3(Normalized water index-3),AI(Aphid index),HI(Healthy index),共计12个。在株高与全波段光谱相关分析中,430~485nm,523~564nm,732~904nm,1123~1334nm与株高达到了极显著相关的水平(P<0.01),其中在762nm处达到极显著最大相关,相关系数为0.423。
  (5)用多元逐步回归分析的方法构建冬小麦晚霜冻株高变化模型,模型拟合效果最好的是用窄波段光谱指数构建的回归模型,模型Adj.R2=0.581**,RMSE=5.393,参与建模的窄波段光谱指数是PSSRa。
[硕士论文] 包阿茹汗
产业经济 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:宁夏自治区地处我国西北内陆,降水稀少且时空分布不均,有“十年九旱”之说。旱灾已成为影响宁夏农业粮食生产最严重的自然灾害,给农民带来了巨大的财产损失,阻碍了宁夏农业产业经济的发展。随着气候变化与人类活动的影响加剧,宁夏干旱形势不容乐观。对农业旱灾风险的综合评价,有利于掌握宁夏农业旱灾风险的时空分布差异,明确抗旱工作的努力方向,进而加强农业旱灾风险管理。本文针对宁夏两大粮食作物玉米和小麦,基于成灾综合评价法,利用1981-2016年气象数据资料及生育期资料、1993-2016年产量和面积数据、地理数据、灾情数据等资料,从玉米和小麦生育期内发生干旱的危险性、玉米和小麦种植在干旱胁迫下的脆弱性、玉米和小麦种植对孕灾环境的敏感性以及各县农业抗旱能力四个方面选取评价指标,构建宁夏玉米和小麦干旱风险评价模型,得出宁夏玉米和小麦干旱风险时空分布图,探讨各地区的干旱风险成因及关键作用因子,综合评价了宁夏各地区的玉米和小麦的干旱风险。结果表明:
  (1)宁夏玉米和小麦干旱危险性均呈中部高南北低的空间分布格局,玉米和小麦干旱危险性高值区均分布在同心、中卫两县,危险性指数分别达到0.5和0.55以上。北部玉米干旱危险性高于小麦,中南部玉米干旱危险性低于小麦。在灌溉条件相当的前提下(北部引黄灌区),玉米与小麦相比生育期更长,潜在蒸发量更大,因而干旱危险性相对较高。而雨养农业区(中南部各县),作物水分主要依赖自然降水,玉米生育期与雨季重合,小麦生育期内降水较少,因而小麦干旱危险性更高。
  (2)宁夏玉米和小麦干旱低敏感区主要分布在黄河沿岸的冲积平原,呈连续性分布,该地区土壤肥沃、地势平坦,利于耕种。高敏感区主要分布在贺兰山地和以丘陵、平原为主的中部地区,该区土壤类型多为灰钙土、风沙土与粗骨土,玉米和小麦暴露性较高。综合考虑坡度、土壤类型和玉米、小麦的暴露性三个因素的影响,玉米和小麦干旱敏感性的高低主要取决于其暴露性指标的大小。
  (3)宁夏玉米和小麦干旱脆弱性低值区集中分布在黄河沿岸的水作地,该区灌溉条件良好,适宜发展现代农业。玉米和小麦干旱脆弱性高值区主要包括海原、同心、固原、西吉、泾源、隆德、彭阳等宁夏中南部各县,该区玉米和小麦减产率较高,单产变异系数大,干旱威胁下的脆弱程度最高。
  (4)宁夏各县农业抗旱能力较强的地区主要分布在引黄灌区周边县市,抗旱能力指数达到0.5以上,该区农业经济发展水平较高,农民收入水平较高、机械化水平相对较好,因而抗旱能力较高。抗旱能力较低的地区是中卫、西吉中部以及平罗西北部等地区,抗旱能力指数在0.4-0.45之间。宁夏各县(市)抗旱能力指数时间序列分布呈显著上升趋势,至2016年各县平均抗旱能力指数达到了0.8。
  (5)宁夏1990-2016年玉米和小麦干旱风险值在30%-45%之间,其中玉米干旱风险较高,呈逐渐上升趋势,小麦干旱风险趋势较平缓。玉米和小麦干旱风险空间分布较为一致,干旱风险低值区主要分布于北部引黄灌区各县(市),干旱风险均小于20%,该区经济发展较快、灌溉条件良好、土壤肥沃。干旱风险较高的地区主要集中在中南部地区,干旱风险值均达到50%以上,该区域土壤持水力较差,土壤结构松散,经济发展落后、农业设备老旧,严重影响作物产量。作物干旱风险评价的四个指标中,危险性指数的权重最大,干旱风险与干旱危险性的空间分布规律较一致,宁夏地区玉米和小麦的干旱危险性较大程度上决定了干旱风险的分布。
  本文利用较为完备的数据资料,运用综合评价方法,构建了宁夏作物干旱风险评价模型,分析了宁夏玉米和小麦干旱风险时空分布情况及主要成因,为宁夏地区农业生产、抗旱规划和旱灾风险管理提供科学依据。
[硕士论文] 陈志鹏
水利工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:旱灾自古以来都是中国和全球面临的重大自然灾害之一,随着全球气候变化以及人类活动加剧,旱灾带来的危害也呈现加重的趋势。旱灾的影响因素众多,旱灾自身的脆弱性是产生风险的关键。基于此,论文将旱灾风险评估的基本理论与实际应用相结合,确立试验指标,构建BP神经网络模型,定性的图表分析与定量的计算相结合,探讨基于BP神经网络的旱灾脆弱性研究方法。研究区域选取淮北平原,研究对象选择淮北平原夏大豆,建立基于BP神经网络的旱灾脆弱性研究方法并开展应用研究,取得如下结论:
  (1)根据安徽省淮河水利委员会水利科学研究院的蚌埠新马桥农水综合试验站夏大豆盆栽受旱试验的数据,统计和计算出试验指标,并将各指标与产量建立关系,制出关系图和表,进行相关性分析。结果表明:各生育期的干旱历时、干物质量、干旱强度指标与产量的相关性都较好。其中,干旱强度和产量的关系好,说明了干旱强度对受水分胁迫的大豆产量的影响很大。
  (2)用BP神经网络的方法建立模型,测算不同受旱条件下不同生育阶段的夏大豆产量。通过不同模型间对比,分析各指标在不同生育阶段对产量的影响程度,确立影响因子。结果表明指标和产量的相关性较好,各生育期产量的影响因子均有干旱历时、干旱强度、干物质量,不同的是,前三个生育期的影响因子还包括叶面积指数,最后一个生育期的影响因子包括千粒重、实荚率。指标和产量相关性很好且拟合误差、验证误差较小。
  (3)通过BP神经网络模型求得产量的拟合值(预测值),与实测值一同建立轻旱、重旱减产率。结果表明:不管是在同生育期不同处理条件下,还是在不同生育期同处理条件下,轻旱、重旱的减产率预测值和实测值之间的相对误差不大,因此对于轻旱、重旱减产率的预测较为准确。
  (4)从灾害学与自然灾害风险形成机制的角度出发,研究干旱历时、干旱强度对夏大豆减产率(损失率)的影响以研究脆弱性,作出脆弱性曲线并进行相关性分析。同时,研究干旱历时、干旱强度对营养物质的影响,作关系图进行相关性分析,从另一角度研究脆弱性。结果表明:各生育期的干旱强度、干旱历时与干物质量、减产率的相关性都较好,即水分胁迫下的脆弱性显著。四个生育期的干旱强度和减产率的关系都很好,说明了受水分胁迫的大豆脆弱性里干旱强度的作用很大。
  (5)用BP神经网络的方法建立模型,测算不同干旱强度、干旱历时条件下的脆弱性和营养物质。不同模型间对比,研究脆弱性,还研究干旱强度、干旱历时对营养物质的影响。最终得出脆弱性显著,对减产的影响较大的结论;同时还发现脆弱性和全生育期营养物质的关系很好,误差也小的结论,也从侧面说明受水分胁迫下脆弱性显著。
[硕士论文] 朱虹晖
农业资源利用 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:晚霜冻害是冬小麦整个生长发育过程中遭遇的最严重的农业灾害之一。晚霜冻害严重时,会使冬小麦大面积小穗受伤甚至死亡,降低产量。对晚霜冻害的准确评估是有效风险区划、高效防灾减灾的工作基础。本文研究目的是揭示气象因子对晚霜冻害的影响规律,从而建立更客观准确的晚霜冻害评估模型,为高效防灾减灾奠定基础。
  本文以河南省为研究区域,以1964-2014年统计年鉴收录的实际霜冻害为基础,结合相关性分析、K-mean聚类分析等方法,探究实际霜冻害的气象影响规律。利用现有的草面温度数据及实际霜冻害相关气象因子,利用向前逐步回归方法建立基于多气象因子草面温度模型。模型结合最低叶温霜冻害指标,可以对尚未普及草面温度观测的地区进行更为准确、客观的晚霜冻害评估。本文主要结果与结论如下:
  (1)现普遍使用的以最低气温为标准的评估气象霜冻害指标准确度较低,对晚霜冻害的评估效果较差。
  (2)基于实际霜冻害分析,轻度实际冻害对前期热量因子较为敏感,冻时天气条件为日较差大,日照时数较大,相对湿度较小,风速较低,为辐射型冻害特征。重度实际冻害则对前期水分因子较为敏感。其冻时天气条件有两种,一种为相对湿度偏高,气温日较差和日照时数皆偏低,平均风速偏小,为混合型霜冻特征,另一种与轻度实际霜冻害的冻时气象条件相同。总体上,前期气象条件对实际霜冻害的影响较弱,实际霜冻害的发生以冻时天气条件为主。
  (3)利用晴天草面温度模型、阴雨天草面温度模型及最低叶温霜冻害指标,建立多气象因子晚霜冻害评估模型。本文利用自动观测站的最低草面温度及相关气象数据,以x1日较差、x2降水、x3日照时数、x4日平均风速、x5日相对湿度和x6日最低气温为模型自变量,分别建立晴天和阴雨天多气象因子草面温度模型。模型具体如下:
  晴天草面温度模型:y=-755-0.102x1+0433x4+0055x5+096x6
  阴雨天草面温度模型:yrain=-806+098x4+055x5+094x6
  两个模型都通过F检验且回归结果显著。多气象因子晚霜冻害评估模型结果表明,模型报对次数占实际次数百分比的871%。区分晴、阴雨天的多气象因子晚霜冻害评估模型的报对次数相对于最低气温指标有了明显提高,评估准确率提高了93%。可见,利用区分晴天、阴雨天的草面温度模型可以提高草面温度估算精度,结合最低叶温的晚霜冻害指标,能有效提高晚霜冻害评估精度。
[硕士论文] 李翔翔
气象学 中国农业科学院 2017(学位年度)
摘要:黄淮海平原是我国最大的冬麦区,但由于区域降水时空分布不均,冬小麦生长季降水稀少,因此干旱缺水是该区域冬小麦生产的主要限制因子。同时,黄淮海平原也是气候变化敏感区与脆弱区,气候变暖导致降水变异程度加大,加之地表水时空分布不均、地下水超采严重,农业干旱风险趋向不稳定。本文利用英国Hadley中心在HadGEM2-ES模式驱动下的RCP8.5气候预估情景与CERES-Wheat模型耦合模拟的方法,比较未来不同时段(近期:2010-2039年、中期:2040-2069年、远期:2070-2099年)与基准期(1976-2005年)模拟输出结果的差异,分析了未来气候变化对黄淮海平原冬小麦产量的可能影响,剥离了温度、辐射、降水和CO2浓度变化对冬小麦产量变化的相对贡献;并结合农业干旱灾情数据,对多种气象干旱指标进行适用性比较和验证的基础上,探明了RCP8.5气候预估情景下气象干旱的演变特征;最后,明确了未来干旱对冬小麦的潜在影响,并结合产量提升效率,评价了不同灌溉适应措施对冬小麦的补偿能力,以期为区域农业适应气候变化提供科学参考。本文得出主要结论如下:
  (1)未来RCP8.5情景下,黄淮海平原冬小麦生育期内各气象要素变化表现为光、热资源增多,降水量增加;气候变暖将导致冬小麦整个生育期缩短,但对粒重形成至关重要的开花-成熟天数无明显影响。
  相比于基准期(1976-2005年),未来近期(2010-2039年)、中期(2040-2069年)和远期(2070-2099年)冬小麦生育期内最高温度将分别升高0.55℃、2.17℃和3.86℃,最低温度将分别升高0.31℃、1.62℃和3.56℃;生育期内太阳辐射量将分别升高1.69%、4.24%和2.36%,降水量将分别升高16.73%、28.64%和50.09%;冬小麦播种-成熟天数在近期、中期和远期分别缩短了4d、15d和25d,播种-开花天数分别缩短了4d、15d和24d,由此可知气候变暖对开花-成熟天数无明显影响。
  (2)未来RCP8.5气候情景有利于黄淮海平原冬小麦生产,其中降水量增加和CO2浓度升高(基准期设定为380ppm,近、中、远期分别为423ppm、571ppm和798ppm)带来的肥效作用起主导作用,但干旱缺水仍是该区域冬小麦生产的主要限制性因素。
  在不考虑CO2肥效作用下,RCP8.5气候预估情景将使区域平均产量在近、中和远期分别增加13.14%、14.88%和29.10%,温度、辐射和降水的贡献比在近、中、远期分别为-0.3∶0.4∶0.9、-0.4∶0.3∶1.1和-0.2∶0.2∶1.0,未来降水量增加对冬小麦产量增加起主导作用。具体来说,未来三个时段降水量的单独变化使冬小麦产量提高11.74%、16.38%和27.78%;增温对冬小麦产量的影响表现为南正北负,但在整体上使区域冬小麦产量分别减产3.64%、5.87%和5.81%。进一步分析表明,由于增温导致潜在蒸散量加大,增温后黄淮海平原特别是北部地区水分亏缺加重,而平原南部自然降水基本满足冬小麦需水,因此增温对区域北部为负效应,南部为正效应。辐射量增加将使冬小麦产量分别增产5.04%、4.37%和7.14%,但辐射量的增加也通过提升蒸散量使区域水分亏缺状况加剧。因此,干旱缺水仍是该区域冬小麦充分利用未来增加的光、热资源的限制性因素。CO2肥效分析表明,RCP8.5情景下CO2浓度升高将使区域冬小麦的产量将分别增产3.68%、17.47%和41.87%,因此综合而言,降水量增加和CO2浓度肥效作用是未来气候变化影响冬小麦产量的主导因素。
  (3)尽管未来RCP8.5预估情景下降水量有较大幅度提升,但由于温度和辐射量的增加导致潜在蒸散量增加,且速率大于降水增加速率,因此黄淮海平原气象干旱将呈不断加重的演变态势。
  基于统计的农业干旱受灾面积、成灾面积和绝收面积等指标,对标准化降水指数(SPI)、基于Penman-Monteith蒸散模型的标准化降水蒸散指数(SPEI-PM)和基于Thomthwaite蒸散模型的标准化降水蒸散指数(SPEI-TH)在黄淮海平原的区域适用性分析表明,SPEI-PM较其他两种干旱指标对农业旱情面积具有更好的相关性和适用性,因此本文采用SPEI-PM表征未来黄淮海平原干旱风险变化趋势。在RCP8.5情景下(2010-2099),尽管自然降水量预估以1.88mm·yr-1增加,但由于温度和辐射量的增加导致潜在蒸散量也以3.58 mm·yr-1不断增加,增加速率大于降水,因此基于SPEI-PM指数的气象干旱分析表明未来黄淮海平原干旱呈加重趋势,具体表现为干旱事件发生频次增加,单次干旱的持续性和严重性亦呈增加趋势。
  (4)尽管RCP8.5气候预估情景对黄淮海平原冬小麦生产有积极作用,但伴随着未来气象干旱加重,干旱对冬小麦造成的潜在减产率也不断加大,单次灌水以拔节水对干旱影响的补偿能力最为明显,两次灌水以拔节和灌浆水组合最佳。
  黄淮海平原冬小麦的干旱减产率(雨养产量与潜在产量之差)在基准期、近期、中期和远期分别为41.58%、47.31%、53.54%和50.92%,呈逐年代上升趋势。关于不同灌溉措施适应补偿能力研究表明,拔节水的产量补偿能力最为明显,未来各年代的补偿能力分别为16.30%、18.67%和16.66%;其次是灌浆水,单独浇灌浆水的产量补偿能力为6.11%、5.12%和5.89%,而拔节水和灌浆水二水处理下各年代的补偿能力分别为23.64%、25.17%和23.77%;越冬水的产量补偿能力和产量提升效率最小。
  因此在黄淮海平原,特别是北部地区水资源日趋紧张的背景下,应首先满足拔节水的需求;在有条件满足两水灌溉区域,拔节水和灌浆水组合产量补偿能力最大。同时,尽管作物模拟表征的越冬水对产量的补偿能力最小,产量提升效率不高,但在实际农业生产中,越冬水是足墒培育壮苗、夺取小麦高产的关键,小麦的安全越冬也与入冬前土壤水分含量和苗情有关,因此在干旱减产率较重的黄淮海北部地区,在保证拔节水和灌浆水的灌溉外,应在冷冬年份注重越冬水的灌溉,确保冬小麦安全越冬。
[博士论文] 佘宝
农业遥感与信息技术 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:油菜在我国位居油料作物之首,我国油菜的播种面积和产量均居世界第二位,其中约90%为冬油菜。越冬期是冬油菜必然经历的物候阶段,因而具有发生冻害的风险。传统意义上的油菜冻害监测与评估都是由工作人员到田间实地调查得到冻害指数,不仅耗时、成本高,且代表性差。遥感是及时获取大范围地表信息的有效有段,在作物灾害监测与评估领域具有明显的优势。本研究选取传统的冬油菜主产区—安徽省作为研究区域,基于中等分辨率成像光谱仪MODIS/MERIS、国产环境减灾卫星HJ-CCD/IRS等多种遥感数据源,以明确记载有油菜冻害发生的典型年份作为研究案例,探索针对油菜冻害的多角度评估方法,研究时相包括2003-2004、2009-2010和2010-2011三个生长季。主要的研究内容以及取得的主要成果包括以下几个方面:
  (1)基于日最低气温指标的油菜冻害发生区域判断
  本文从油菜冻害的致灾因子—日最低气温出发,综合利用MODIS遥感数据、地面气象观测资料和基础地理数据,采用星地多源数据相结合的解决思路,依据各等级油菜冻害的致灾温度国家标准,对于可能会有冻害发生的区域进行判断。以2004年1月下旬及2月上旬发生的油菜冻害为例,论文分晴空与云覆盖两种情况讨论了对研究区域全覆盖的日最低气温分布数据的获取方法。
  对于晴空条件,本文通过建立日最低气温与晴空下LST、NDVI及儒略日(DOY)之间的多元线性回归方程来估算其空间分布,以2000-2014年间冬季三个月每日获取的数据为输入用于建模及验证。结果显示对于日最低气温的估算效果,基于前一天夜间所获取的Terra-LST建立的估算方程具有最佳的表现,其次为当日白天获取的Terra-LST、白天Aqua-LST和夜间Aqua-LST。对于阴天条件,本文采用旬低温(旬内平均日最低气温)背景网格推算+冻害年份低温距平调整+残差空间化方法逐步拟合云下的最低气温分布场,该方法首先基于经度、纬度、海拔、坡度和坡向等地理要素数据来推算安徽全省冬季各旬(12月上旬至次年3月上旬)常年低温水平的空间分布。在HANTS滤波的支持下基于8天合成的LST产品(MOD11A2)来模拟冻害发生年份指定旬与常年(2000-2014年)同时期低温程度的距平,而后利用安徽省78个县级气象站的气温观测数据将各低温日期的最低气温与灾害年份旬低温水平之间的残差进行空间化。本文以地理要素数据为输入分别考查了多元线性回归以及随机森林非线性回归方法对低温残差的估算效果,结果显示随机森林模型对残差的估算精度明显要优于多元线性回归方法,故采用该方法将各站点处的低温残差扩展到整个研究区域。
  以晴空下的最低气温估算结果为主体,利用云下的推算结果作为补充,从而得到每个低温日期上对研究区域全覆盖的1km分辨率的最低气温分布。由于国家标准中尚未对低温的持续时间进行定义,本文采用冷积温指标,即低温时段内每日最低气温的累加值来判断可能会有油菜冻害发生的区域。结果显示冷积温能够捕捉到出现在皖北地区(主要是宿州市一带)以及江淮地区(主要为合肥及滁州地区)的低温分布状况,且通过与各气象站的观测值进行比较(相关系数r=0.810,P<0.01,RMSE=8.6℃),冷积温的估算取得了较好的效果。
  (2)油菜的遥感识别与提取
  油菜从始花期到盛花期绿度出现下降,在植被指数时间序列剖面上呈现为“谷”的特征,区别于同时期生长的其他冬季作物(主要为冬小麦),基于这两个物候时期油菜所特有的绿度变化趋势可以实现其种植区域的提取。考虑到不同地区生长的油菜物候期并不同步,本文基于8天合成的MODIS-NDVI时间序列数据,在S-G滤波平滑的基础上,通过识别不同地区始花期和盛花期的开始时间从而分区域提取出安徽全省油菜的分布,并且依据统计年鉴所记录的市级油菜种植面积数据对提取结果进行了检验。
  当冻害较为严重时,受冻后的油菜在花期时植株趋于低矮、花朵稀疏,在30 m像元分辨率尺度上与冬小麦容易混淆,极易造成对实际种植面积的低估,此外农业灾害评估又具有现势性要求。结合合肥当地油菜生产的实际情况,针对该问题本文提出了基准种植区域+越冬作物掩膜调整方法,采用相邻正常生长季(未有冻害发生)的油菜分布作为基准,基于越冬作物从出苗到越冬前生长的特性建立掩膜来调整基准种植区域,将得到的结果用来表示冻害发生年份越冬时期的油菜分布,并且依据油菜播种面积统计数据对其进行检验。
  (3)油菜冻害灾情的遥感评估
  对于2004年发生的油菜冻害,在MODIS像元尺度上借助于时间序列剖面分析了4种广泛采用的植被指数对于冻害的敏感性。结果显示,NDVI和GNDVI的表现要优于EVI和SAVI这两个植被指数,相比之下NDVI对于冻害影响的表现更为充分。MODIS数据具有较长的时间序列连续性,适合采用植被指数距平法评估冻害灾情。选取相邻几个正常生长季(2001-2006不含2004年)同时期的平均长势水平作为基准,采用NDVI年际标准差来表示长势的正常年际波动,将冻害影响后的长势水平相对于基准水平的百分比差异用来描述冻害的灾情程度。由于缺乏田间实测的灾情数据,本文选取全省47个油菜主产县区的平均冻害程度与相应的冷积温进行相关性分析,结果表明二者之间具有显著的相关性(r=0.378,P<0.01),从而一定程度上支持了灾情的评估结果。
  MODIS空间分辨率较低,适合开展大范围油菜冻害的筛查,但对于市(县)区域的油菜冻害遥感监测与评估,需要采用更高空间分辨率的数据进行研究。综合考虑现有遥感资料的空间和时间分辨率,对于2010年和2011年初发生的油菜冻害,本文尝试采用国产环境减灾卫星数据进行冻害评估。选取由HJ-CCD的4个工作波段构建的8个常用的植被指数作为候选的冻害评估指标。利用2009-2010生长季灾后相对于灾前时相各植被指数的变化量较正常生长季(2008-2009)同时期变化量的归一化差异直方图曲线来判断不同植被指数对于冻害的敏感性。结果表明在30m空间分辨率尺度上,NDVI和GNDVI较其他植被指数同样具有更高的敏感性,相比较而言GNDVI的敏感程度更高,因而适合作为冻害的评估指标。基于灾后时相相对于基准水平的GNDVI百分比差异来判断冻害发生年份的灾情等级,对于2011年1月份发生的油菜冻害,本文选取合肥市9个苗情监测点实测的田间冻害指数对结果进行了验证,分析表明遥感评估得到的冻害程度与田间实测冻害指数之间具有较高的相关度(r=-0.698,P<0.05)。采用灰色关联分析方法和统计分析方法,本文考查了一些自然因素和作物自身条件对冻害灾情程度的影响,结果显示南坡向和西坡向种植的油菜灾情相对更为严重,几个因素对灾情影响程度的大小由高到低依次为:灾前长势、土壤湿度、最冷日期的地表温度和海拔高度。
  (4)新的冻害敏感指数的构建
  本文基于中等分辨率成像光谱仪MODIS和MERIS波段所构建的几个生理变量敏感植被指数,在1km级分辨率尺度上考察了这些指数对于低温胁迫的响应模式及其冻害敏感性差异。所选取的指数包括MODIS-PRI(表征光合速率)、NDWI(表征冠层湿度),以及MERIS-MTCI(表征冠层叶绿素含量)、REP(红边位置)与LAI(叶面积指数)。结果显示PRI对于低温胁迫响应非常强烈,间接表明光合作用对于冻害敏感;油菜受冻之后NDWI呈现为异常上升的趋势,据此推测冻害导致了冠层失水;LAI对于冻害响应迟钝,其数值不仅降幅较小且低温过后迅速恢复;低温过程并未引起MERIS-MTCI与REP的降低或者削弱,推测冻害可能并未引起叶绿素水平的降低。低温显著地抑制了MTCI数值水平的上升,而REP几乎未受到低温的影响,引入红边波段构建的红边NDVI对于低温胁迫的敏感程度要低于标准NDVI。
  基于上述发现,本文选取MODIS-L1B级数据中对植被光合作用以及冠层湿度较为敏感的7个波段,在不同冻害等级的随机分层抽样样本的支持下,通过最佳指数(the optimalindex factor,OIF)分析方法筛选出其第5、11和12波段组合构建并且提出了新的冻害敏感植被指数MFISI(MODIS Freezing Injury Sensitive Index)。该指数能够同时响应植被的光合作用与冠层湿度参数,具有明确的生理学意义;且由于两种生理指标在遥感水平上对于冻害均敏感,新指数能够明确地展现冻害的影响,其数值的空间分布图具有丰富的地物细节信息;新指数在冻害灾情的预判以及冻害发展趋势的预测方面,其表现要优于广泛应用的NDVI。
[硕士论文] 王斌
水文学及水资源 长安大学 2017(学位年度)
摘要:干旱灾害作为影响区域水资源安全的主要因素,是全球范围内频繁发生的一种慢性自然灾害,它对社会生活和经济发展的影响之大、范围之广、持续之久、危害之深,超出了其他任何自然灾害,成为了影响世界发展的严重不稳定因素和影响国民经济可持续发展的瓶颈因素。特殊的地理条件和气候特征决定了我国是一个干旱及旱灾频繁发生的国家,干旱问题已成为我国社会经济可持续发展、水资源可持续利用和管理所面临的重大问题和难题。近年来受全球气候变化的影响,我国干旱事件出现的频率呈现增长趋势,且干旱程度日趋加剧,缺水矛盾凸显,严重制约了我国的社会经济和谐发展,并威胁国家安全。可见,当前阶段的干旱问题对国家发展的影响已远高于历史任何时期,其研究也到了刻不容缓的地步。有关干旱的话题,一直是近年来国际学术界研究的热点,其内容主要涉及干旱规律、干旱指标与评估、干旱预警和干旱管理等四个领域,部分成果已被推广于生产一线,对区域抗旱减灾起到了积极的作用。但由于旱灾本身的学科交叉性和复杂性,使得以往的研究成果在应用过程中还有很多有待研究和完善的地方,如干旱指标体系不完善、基础性研究不足、重预警轻应变、重应急轻防御、决策支持系统实用性不强等。
  鉴于此,针对上述研究在干旱管理领域存在的缺陷及不足,本文拟从区域抗旱实务的角度出发,对旱灾危机评估、预警和应对过程中存在的机制问题和实用性问题进行深入地探讨,并以陕西省泾惠渠灌区为例展开案例研究。具体过程如下:首先结合灌区的多水源供给模式,提出并构建了考虑灌区供需双侧的旱灾危机诊断指标体系;耦合多水源二元水循环模拟模型和滚动修正模式,建立了面向灌区的旱灾危机滚动预警机制,可结合未来降水概率和地面的土壤熵情变化,不间断地发布旱灾危机的警示信息;以此为基础,进一步构建了面向灌区抗旱的诊断-预警-决策框架体系,可结合多水源二元水循环模拟模型实现模拟预警和决策推演,同时基于历史旱情信息,构建了旱灾危机应对方案库,可实现对旱灾从诊断、预警到决策的全过程支持;最后,以泾惠渠灌区为案例区,进行验证计算,分析本研究所建立的多水源供给模式下的灌区旱灾诱发危机诊断与预警体系的合理性与实用性。具体研究内容和所得结论如下:
  (1)泾惠渠灌区现状及抗旱能力分析
  通过对泾惠渠灌区的现状调查,发现灌区降水量及径流量年际变化较大,年内分布不均,同时泾河旱涝兼存,灌区蒸发较为强烈;渠首引水量缩减且含沙量大,而灌区需水量却在逐年上升,地下水超采问题日益严重;灌区所在地区旱灾频发,同时面临着水资源严重不足、渠系工程年老失修、节水管理和灌溉技术不成熟、地下水超采及水污染问题并存等问题,抗旱压力大。
  (2)灌区旱灾危机诊断指标体系
  提出基于二元水循环理论的灌区旱灾危机诊断指标体系。该指标体系涵盖了灌区干旱状态和灌区抗旱能力(水源情势)的双重表征,可回答干旱过程中实时旱情和水情两个层面的问题。同时,体系将干旱状态指标D及抗旱能力指标S进行综合,构建了旱灾危机诊断指标DAI。透过该体系,决策者可实时掌握灌区的旱情发展、抗灾能力变化以及成灾的危机程度,即在准确反映灌区当前的旱情状态的情况下,进一步结合未来来水和当前决策方案,模拟灌区未来可能遭受的旱灾威胁。
  (3)多水源二元水循环模拟模型的实现
  诊断指标体系具有实时获取性,但是其阈值设定和预警机制则要求以二元水循环模型作为支撑。结合灌区的多水源供给模式,构建了泾河流域分布式水文模型和水资源配置模型相耦合的灌区引水模型,并与灌区地表水与地下水联合调配模型、墒情预测模型和灌区地下水均衡模型结合,建立了灌区多水源二元水循环模拟模型,以保证指标获取、预警与决策模拟功能的实现。校验结果表明,该模型可较好地模拟干旱事件演变过程中的灌区二元水循环过程,为合理利用地表水与地下水,发挥最大抗旱潜力,有效降低干旱成灾风险提供支持。
  (4)灌区滚动式旱灾危机预警机制及决策体系框架
  以多水源二元水循环模拟模型为基础,将灌区旱灾危机诊断体系与滚动预警机制和决策支持机制相融合,建立了灌区旱灾危机诊断-预警-决策框架体系。在滚动预警机制和决策模拟机制下,可实现对灌区旱灾危机的“预警—预决策—预决策效果分析—预决策修正—决策—预警”的全过程滚动式的旱灾预警及决策支持,弥补干旱演变过程中常规旱情评估体系对干旱应对过程支持的缺位问题。
  (5)实例验证分析
  以陕西省泾惠渠灌区2013-2014年的实测资料为基础,进行灌区旱灾危机预警及决策模拟,并以官方监测结果进行对比分析,验证旱灾危机诊断体系与应对机制的合理性。同时,与单因素指标降水量 SPI、土壤墒情指标进行同期验证,从侧面印证本研究所建立的旱灾预警体系的科学性与合理性。结果表明,本文建立的诊断与预警体系综合考虑了灌区干旱状态及水源情势等因素,从旱情与水情(即需和供)两个层面表征了干旱事件的发展走势,相对SPI和土壤墒情指标包含了更多有关抗旱能力的信息,故其对抗旱实践过程更具有指导意义。从比对结果看,旱灾危机诊断与预警体系是一个更加科学合理、综合完善的体系,并可通过该系统仿真模拟制定科学合理的抗旱预措施和应急措施,有效缓解灌区未来干旱旱情,具有较强的应用价值。
[硕士论文] 刘用
农业遥感与信息技术 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:区域汛期洪水预报一直是摆在水文工作者及科研者面前的一道难题,及时有效、精确地进行洪水预报对国家民生安全和经济发展都具有重要的意义。深入研究洪水形成的物理规律特性,探讨水文三要素即降雨、流量和水位与洪水形成的关系,发挥计算机、物理和地理信息等多学科交叉优势,将是洪水预报理论及方法技术突破的关键结合点。
  本研究基于浙江省重大科技专项重点社会发展项目—“星陆双基汛情监测与防汛减灾辅助分析系统研究与应用”的成果,围绕水文三要素展开了进一步的防汛抗洪辅助分析研究。主要研究内容和相关结论如下:
  (1)传统水文监测站点的降水数据精度高质量好,但由于站点数量有限,很难精确表征区域面雨量信息。卫星遥感降水数据可以大面积同步观测区域面雨量,但空间分辨率低,精度不高。本文采用地理加权回归算法,基于高空间分辨率的NDVI、DEM和LST等环境因子,将原始空间分辨率为25km的TRMM卫星遥感降水数据降尺度至1km,且多年平均TRMM值与地面站点实测数值的相关系数由降尺度前的0.64提高到降尺度后的0.77。
  (2)传统径流量的估算大都基于经验函数,很难从物理、水文等基础原理上来进行解释。本文采用SWAT分布式水分模型对曹娥江上游地区的新嵊流域开展径流模拟研究,经过参数敏感性排序分析和率定,验证期纳什效率系数ENs和确定性系数R2分别达到了0.847和0.901,完全符合模型精度要求。
  (3)引入模糊聚类算法,开展基于历史洪水数据的实时洪水水位模糊匹配研究。首先将研究区多年历史水文数据进行整编入库,建立一套标准化的历史水雨情数据库;基于降雨量、暴雨中心等相关洪水特征因子,采用模糊K-mean聚类算法对长时间系列历史暴雨信息进行挖掘分析。最后基于该聚类结果,为实时洪水水位的模糊匹配和辅助预报分析提供参考。
  (4)基于区域面雨量遥感估算、径流量模拟和历史数据挖掘等洪水辅助预报关键技术的研究,采用HTML5与GeoServer等主流开源技术,集成开发了一套基于WebGIS平台的防汛抗洪辅助分析决策系统。系统界面美观、功能实用且操作简单,为相关水文部门工作者开展防汛抗洪的辅助分析工作提供了极大方便。
[硕士论文] 黄路梅
地图学与地理信息系统 贵州师范大学 2017(学位年度)
摘要:农业旱灾脆弱性评价是农业生产系统中防旱抗灾的一个重要环节,已经在很多地区有所探索和实施。针对贵州省,虽然有局部地区在展开关于农业旱灾脆弱性评价的相关研究,但是目前还没有形成统一的旱灾脆弱性评价的理论和方法。
  本文分区评价通过构建关于农业旱灾脆弱性的层次分析法数据库模型,把农业旱灾脆弱性分为A(目标层)层,把敏感性因素和恢复力因素各分为 B1层和 B2层(准则层),把指标分为 C层,构建A(目标层)—C(指标层)的总排序矩阵并通过一致性检验计算出脆弱度数值。运用SPSS19.0软件利用K-均值聚类统计分析把脆弱度值等级划分为五个等级,利用 GIS软件做出基于脆弱度值的空间分布图。毕节市、遵义市、六盘水市在多个年份处于极重脆弱度区和重脆弱度区,主要与该地区旱地面积比重大,人均水资源量少,地表水资源量少,相对湿度大,农民人均纯收入少,农用水泵少,水利设施条件差有关,且与该地区岩溶地貌广育,土层薄,植被少,保水能力差,生态环境脆弱,抗旱能力小(自然地理的因素)有关。黔东南州、铜仁市和黔南州农业旱灾脆弱度与同时期其他地区相比较低,主要与该地区旱地面积比重较小,降水量较多,相对湿度较小,地表水资源量较多,人均水资源量较多,农民人均纯收入多,农用水泵多,水利设施条件好,抗旱能力强有关,与该地区非岩溶地貌多,植被好,土层相对较好,抗旱性好有关。极重脆弱度区面积比重与重脆弱度区面积比重之和在26.13%~43.59%,多数年份均为38.33%,比重大,表明从整体上看贵州省农业旱灾脆弱性严重。各等级脆弱度区面积比重差异很大,呈现“两头多,中间少”分布。
  综合性评价通过构建熵值—定量评价模型研究得出贵州连续12年的农业旱灾脆弱度特征值均为高值.脆弱度值均大于0.5,但各年份间脆弱度值也有一定的浮动,大致浮动在0.647附近,表明整体上看贵州省农业旱灾脆弱性严重。
  本文等级评定通过构建可变模糊—灰色关联分析模型,计算出4(人口占全省百分比、GDP占全省百分比、地表水资源量占全省百分比、喀斯特分布面积占各区百分比)个因素和样本综合评价级别特征值均值的灰色关系系数和关联度。4个因素都对贵州农业旱灾脆弱性具有一定的影响,但影响力不同,且4个因素在不同的地区可以有不同的组合方式,组合方式不同,对农业旱灾脆弱性的影响也不同。其中人口、GDP、地表水资源量占全省百分比是其决定因素,喀斯特的影响程度在减小。
[硕士论文] 王锦杰
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:水稻是重要粮食作物,随着全球气候变暖,水稻高温热害的发生愈加频繁。因此,监测、预警及抗热逆研究对实现水稻的稳产高产尤为重要。在尚无任何水稻高温热害大区域监测和评估研究的情况下,本文在前人研究成果的基础上,开展了水稻高温热害监测和评估模型研究。首先提取水稻种植区域并判别其是否在高温热害的关键期——抽穗开花期。同时利用卫星遥感数据反演逐日最高气温和平均气温,云覆盖区域则以相应站点处的气温数据插值后补充,生成“卫星—插值”气温时间序列数据。然后基于以上数据,依据水稻高温热害指标展开水稻高温热害监测和评估,对热害进行等级划分与统计。模型可在研究区域范围内,选择任意时段,对这段时间内正处于抽穗开花期水稻的高温受害情况进行监测和评估。主要研究结果如下:
  (1)利用经过S-G滤波的时间序列植被指数,较好的提取了江苏、安徽两省的水稻种植区域。江苏省种植水稻211.22万hm2,安徽省种植早稻和一季稻共203.04万hm2,与统计年鉴数据对比江苏、安徽两省整体偏差为8.2%。
  (2)水稻抽穗开花期识别采用常用的EVI最大值对应算法,利用经过HANTS滤波后的光滑时序EVI,较好的识别了江苏、安徽两省的水稻抽穗开花期;对比江苏、安徽两省共11组农业气象试验站实测数据,有8组数据在±4天以内。
  (3)最高气温反演过程中,对比了多元回归法和温度—植被指数法;平均气温反演过程中,对比了多元回归法和DTVX法。最终多元回归法在两个过程中精度都最高,因此最高气温和平均气温反演采用多元回归方程进行。
  (4)以2013年8月5日-8月12日持续高温时段为例,运用模型表明,在此阶段处于抽穗开花期并受灾的水稻面积为78.94万hm2,处于抽穗开花期但未受灾的面积仅0.71万hm2,由此可见,当年该时段的高温热害极为严重。
  (5)对2013年度全研究区抽穗开花期水稻高温热害监测与评估表明,江苏、安徽总受灾面积为247.96万hm2,未受灾面积为163.49万hm2,水稻受灾率达60.3%,可见,2013年水稻抽穗开花期高温热害极为严重。
[硕士论文] 吴越
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:水稻是我国重要的粮食作物,对于国家粮食安全稳定具有重要意义,但当前水稻面临着不同气象灾害的影响,尤其是高温热害。适宜播期的选择能有效地降低水稻遭受高温危害的程度,从而实现水稻的高产和稳产。因此,本文以两个高温指标(连续3d及以上最高气温(Tmax)≥35℃和均温(Tave)≥30℃)对江苏7个站点1966~2015年高温热害的情况进行时间和空间上的分析;继而基于2012和2013年两年的试验数据,分析播期对水稻生长发育及产量的影响,为适宜播期的选择提供理论上的支撑;在上述基础上,对原ORYZA2000模型进行光合、呼吸和穗干物质分配系数部分温度因子上的改进;最后,运用改进后的模型对南京和吴县东山两个高温发生比较严重的站点进行4个播期1966~2015年高温情况的模拟和评估,为适宜播期的选择提供参考。得到的主要结论如下:
  (1)1966~2015年间,江苏地区Tmax≥35℃和Tave≥30℃两个临界温度可能出现的时间基本都处在125~250d之间,其中175~225d之间Tmax≥35℃发生概率主要以低于Tave发生概率为主,并且除徐州站外,其余站点越接近210d,Tmax≥35℃发生概率与Tave≥30℃相差越大;过去50年水稻生长季内(4~10月)各月连续3d及以上Tmax≥35℃和Tave≥30℃的天数及积温的各月均值在同一站点的情况基本一致,最高值出现在7月;多年变化趋势整体以增温为主,但均温指标更明显。两个高温中心多年均处在江苏的西南部,并随着时间推移向东南方向移动,但最高气温对应的高温中心多年移动范围更大。
  (2)播期的差异造成了生育阶段与气象因子配置的不同。两个高温指标显示各播期受高温危害的程度基本一致。在水稻高温敏感阶段内,2012年第1播期出现1次轻度高温热害,2013年第2和3播期均出现1次重度,第4播期出现1次轻度;而抽穗开花期仅2013年第2和3播期出现连续7d的中度高温。而不同播期各生育阶段对应气象因子的差异又造成了生育阶段长度及产量的不同。相关分析结果表明,2012年和2013年前两个播期产量均与后三个播期产量差异达到显著性水平(p<0.05)。分析各生育阶段长度和产量与各阶段平均日最高气温、均温、降水和辐射的关系发现,与温度因子的关系相对最紧密,尤其是平均日最高气温。
  (3)调整最大光合速率与温度的关系,改进呼吸速率计算过程中的叶温和穗温,同时对穗干物质分配系数进行高温订正,以此对模型进行改进,并分别对改进前后模型的模拟结果与实际值进行比较。相比改进前,改进后模型模拟穗生物量、绿叶生物量、枯叶生物量、LAI和产量与实测值的均方根误差(RMSE)和归一化均方根误差(NRMSE)都有所减小,其中产量和穗生物量的NRMSE减小较为明显,分别减小和2.23%和1.83%;而从模拟值和实测值的1∶1图来看,改进后模型对2013年地上部分总生物量的模拟效果有所提高,模拟值和实测值的线性回归系数更接近1。运用改进后的模型分别对南京和吴县东山两个站点1966~2015年120d、130d、140d和151d四个播期在实际气象条件和常年气象条件下的产量进行模拟。从整个50年高温对产量的影响来看,两个站点均表现为120d播期受高温影响造成的减产年份最多,产量减少总体最明显;而151d播期产量变化率波动最小,且减产都不明显,因此,认为选择151d左右作为这两个站点的播期更有利于获得产量的稳定。
[硕士论文] 高松阳
生态学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:玉米是黑龙江省主要粮食作物之一,而干旱是黑龙江省玉米生产面临的最重要的气象灾害。本文以黑龙江省1965-2014年的降水量、最高气温等气象资料以及玉米产量数据为基础,通过数据整理,采用降水距平百分率、Mann-Kendall突变检验、标准化降水指数和相关性分析等方法研究黑龙江省近50年玉米生育期降水、高温等气候因子的变化规律,并探讨典型干旱年份降水、高温的变化特点及其与玉米相对气象产量的关系。以期为农业应对气候变化、作物布局结构调整和抗旱减灾提供参考。主要研究结果如下:
  (1)黑龙江省玉米产区较为严重的干旱灾害主要发生在20世纪70年代中期至80年代初以及21世纪初,特别是2000年以来连续且频繁的干旱对黑龙江省玉米生产造成了重大损失。
  (2)黑龙江省近50年玉米生长季降水量主要在400-500mm之间,平均值为434.8 mm,比较适宜玉米种植;西部地区是唯一低于全省平均值的区域,生长季降水量平均值仅402.6mm,区域内的齐齐哈尔、泰来、肇源、杜蒙和林甸等地甚至低于375 mm,不能满足玉米对水分的基本需求,属于特别干旱的地区,必须依靠灌溉来维持玉米正常的生长发育。降水距平百分率的结果显示,黑龙江省西部地区和三江平原地区玉米生长季降水量的年际变化较大,表明这些地区的降水很不稳定,容易发生水旱灾害。根据Mann-Kendall突变检验和标准化降水指数的模拟结果,黑龙江省降水在近50年中主要发生了两次突变,分别在20世纪80年代初和90年代中后期,且20世纪70年代至80年代初和本世纪初处于相对少雨的时期,这也与干旱灾害严重的时段吻合。对黑龙江省不同区域玉米生长季月均降水量变化趋势结合玉米需水规律的分析表明,黑龙江省玉米生长季降水分布规律与春玉米生育期需水规律大体一致;此外,黑龙江省中南部地区、北部地区和三江平原地区玉米缺水的时段主要集中在6月和7月,西部地区在整个玉米生长季都处于比较缺水的状态。
  (3)黑龙江省西部地区玉米在生育期期间面临较为严重的高温胁迫。1965-2014年黑龙江省各地区玉米生育期内日最高温度大于30℃积温(AT)多年平均值为7.4-58.6℃·d。其中黑龙江省西部地区AT普遍偏高,区域内的泰来县AT多年平均值高达58.6℃·d;另外齐齐哈尔、龙江、林甸和安达四个市县的玉米生育期AT多年平均值也超过40℃·d。黑龙江省日最高温度大于30℃天数(AD)分布情况与AT分布情况相似,省内最高值同样出现在西部地区的泰来县(26.5天),此外这一区域内的齐齐哈尔、林甸等地AD值也较高。
  (4)对典型干旱年份气候因子特征分析的结果表明,不仅少雨和高温会导致严重的干旱,即使在降水量充足的年份,降水分布的严重不均也会导致干旱的发生;当多种不利因素共同作用时,干旱造成的损失会更加严重。黑龙江省西部地区兼具高温少雨及降水不规律等易导致干旱的气象条件,所以也是我省干旱风险最高的地区。黑龙江省玉米产区的干旱主要表现为春旱或春夏连旱,主要发生在玉米生育前期,这一时段高温胁迫一般较轻,以降水对干旱的影响最为直接和显著。
[硕士论文] 谢晓燕
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:苏皖两省作为长江中下游稻区一季稻的主要产出省,在一季稻关键生长时期,常受到高温热害的危害。本文基于1961-2015年气象数据及1993-2013年生育期数据,根据高温热害等级指标,通过提取苏皖地区一季稻孕穗-抽穗期高温热害发生的站次比及高温热害发生频率,分析该区域内高温热害时空分布规律及周期变化特征。通过各台站高温热害发生次数构建高温热害危险性模型;以各市县一季稻种植面积与耕地面积之比作为暴露性评价指标;利用水稻生长模型ORYZA2000,模拟了一季稻实际产量和常年产量,通过减产率变异系数,构建承灾体脆弱性模型;通过农民人均纯收入、农业机械总动力及农业化肥施用量作为一季稻防灾减灾评估模型因子。通过构建高温热害“四因子”模型,基于ArcGIS平台,将其分为低值区、次低值区、次高值区和高值区,对苏皖地区进行高温热害风险区划。主要结论如下:
  (1)55年来,苏皖地区一季稻孕穗-抽穗期内不同等级高温热害发生的影响范围大小表现为轻度>中度>重度。苏皖地区高温热害存在周期波动特征,以13a时间尺度为其第一主周期。不同等级高温热害发生频率及高温热害发生平均日数总体呈由西南向东北方向逐级递减,低值区位于江苏沿海地区。进入21世纪后,苏皖地区一季稻孕穗-抽穗期高温热害发生更加频繁。
  (2)一季稻在苏皖地区具有一定的暴露性,高温热害危险性、脆弱性由沿海向内陆逐渐增加,而防灾减灾能力则表现相反的趋势。
  (3)一季稻高温热害风险由沿海地区向内陆逐渐增加,不同等级风险区域具有连续性与成片性。风险高值区和次高值区主要位于安徽西部、西南部分地区及安徽南部,风险次低值区主要位于安徽中部、东部地区及江苏西部区域,低值区主要位于江苏省内。
[硕士论文] 张礼春
生态学 石河子大学 2017(学位年度)
摘要:授粉受精和果实发育是林果生产过程中最为关注的核心问题,它们是果树形成产量和品质的决定因素。南疆享有得天独厚的光热资源,孕育了众多特色林果产业,近年来,已成为我国乃至世界重要的优质红枣生产基地,面积已占全国1/3以上。然而,该地区风沙活动频繁,是目前枣树生产中主要的自然灾害之一。风沙对枣树授粉受精和果实发育是否产生危害?危害的原因和风沙特征是什么?目前很少有研究。因此,本文以南疆枣树主栽区和田皮—墨垦区的骏枣(Z. jujuba Mill. cv. Junzao)为研究对象,根据园中风沙强度趋势,选择4个试验区,对不同特征风沙影响枣树授粉受精和果实发育的方式和程度进行调查观测。由此分析风沙对南疆枣树授粉受精和果实发育的主要影响机理,为南疆红枣产业发展及防护林建设提供理论参考依据具有重要的意义。主要研究结论如下:
  1)研究区枣树生长季,每次风沙事件旷野2m高处10min平均风速都超过临界起沙风速(5m/s),表明存在就地起沙现象;风速正面经过枣园第一道防护林后,迅速降低,在枣园中随着远离防护林风速逐渐增大,而降尘量一直呈持续下降趋势,表明枣园第一道防护林起到重要的防风沙作用。
  2)通过对比No.1和No.3不同强度的风沙事件对枣树授粉特性的影响,表明枣树的花粉活性和柱头可授性对风速和降尘极为敏感,进而导致低的花粉原位萌发;其中,降尘对枣树花粉活性的影响比风速更大;风速和降尘对枣树柱头可授性的影响程度相当。
  3)枣树鲜花掉落与风沙持续时间、最大风速和极大风速呈极显著的正相关;柱头膨大与风沙持续时间、最大风速、极大风速、降尘量、平均温度呈极显著负相关,与风沙发生时间呈极显著正相关;分别通过对枣树鲜花的掉落和柱头的膨大与各主要相关气象要素的逐步回归,表明以落鲜花率为因变量,风沙持续时间和极大风速为自变量,构建的二元线性模型能够解释风速对枣树鲜花掉落影响的77.9%;以柱头膨大率为因变量,其中5个风沙气象要素(持续时间、极大风速、降尘量、平均温度和平均相对湿度)为自变量,成立的线性回归方程能够解释风沙对枣树柱头膨大影响的82.2%。
  4)通过对比分析枣园各区不同时期的坐果,表明风速、降尘对坐果都有较大的影响;风速有利于花期提前坐果,但容易引起迅速生长期的果实落果;降尘延后坐果时间,对落果的影响较弱。
  5)通过分析对比枣园各区果实生长发育状况,表明果实迅速生长期果皮受伤程度与平均风速呈显著正相关,裂果与平均风速具有显著正相关性,所以风速是引起果实迅速生长期果皮损伤和果实白熟前期裂果的主要原因。
  综上所述,风沙对枣树授粉受精和果实发育产生严重危害;枣树花粉活性和柱头可授性对风速和降尘极为敏感,风速对落花、落果、果皮损伤和白熟前期的裂果有极大的影响;在枣园防护林体系建设中,要考虑控制就地沙源;根据当地枣树生长季风沙气候特征,以枣树对风沙最为敏感的花果期为依据设计防护林林带间距,使得生产经济效益达到最佳。
[硕士论文] 周立威
农业资源利用 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:针对黑龙江省玉米作物低温冷害的相关问题,本文利用1960-2009年50年间黑龙江省十五个玉米农业气象观测站点的5-9月温度数据、1960-2009年50年间黑龙江江省的玉米产量数据,并基于5-9月平均气温之和(T5-9)前提下的冷害指标T5-9的距平值(△T5-9),对玉米低温冷害进行判别和分类。采用趋势性分析、变异系数、ArcGIS空间插值分析方法,得出黑龙江省玉米一般低温冷害和严重低温冷害的时空分布特征,运用SPSS相关性分析、Mann-Kendall突变性检验,分析黑龙江省玉米低温冷害对玉米产量的影响。
  本研究主要内容包括:⑴1960-2009年间黑龙江省玉米作物低温冷害的发生随时间呈减少态势,上世纪60年代和70年代温度整体偏低,且波动较大不稳定,低温冷害屡次发生,对农作物的影响较大。80年代依然有温度波动但幅度明显小很多,期间有几次较严重的低温冷害年,但整体频次有所下降。进入1990年后玉米低温冷害发生的次数、危害程度均呈降低和减轻的态势。2000-2009年间有且只有黑龙江省勃利县发生过一次一般低温冷害。⑵上世纪70年代黑龙江省玉米种植区热量资源变化不稳定,冷害的风险最大。空间上,东部冷害的风险性明显高于西部,南部地区冷害风险性最小。进入21世纪后温度波动时有发生,冷害风险依然存在,尽管全球持续升温,但低温冷害的防御工作依然必不可少。⑶1960-2009年这50年间,各地区在不同年代一般和严重低温冷害发生的频率总体呈减少趋势。时间上,前40年一般低温冷害较后10年严重,前30年严重低温冷害较后20年严重。60年代一般低温冷害出现次数最多,受灾面积最广,危害性最强,70年代次之,而严重低温冷害在这20年屡次出现。从空间整体性来说,发生一般低温冷害频率最高的是东部区域,南部和北部区域频率相对较低。严重低温冷害于东南西北四个方向均数次显现,东部和诬南地域较少发生严重低温冷害。特别指出,在这50年间,五常市多次出现严重低温冷害且频率波动较大,却未见一般冷害的发生。冷害具有区域性和群发性特点。部分区域在某些时期低温冷害呈增长趋向。⑷研究区73%的站点的玉米生育期的平均温度与玉米实际单产存在显著的相关关系,温度突变年份与玉米的单位面积产量明显下降年份基本一致,表明低温可以引起玉米减产。⑸积极应对黑龙江省玉米低温冷害,选择适应性较好的耐寒品种。做到预防与监测相结合,提早预报,尽早完成保温工作。结合区域受灾情况,调整农业结构和改进作物品种布局。提高玉米种植的抗低温技术,科学灌溉与施肥,必要时人工授粉,减少低温对玉米产量的影响。
[硕士论文] 姜贯杨
农业信息化 安徽农业大学 2017(学位年度)
摘要:中国是一个传统的农业种植大国,耕地面积大约有1.35亿公顷。然而由于水资源的相对匮乏,使得作物旱情问题一直困扰着农民和农业科技工作者。每年由于旱灾给各地带来数以亿计的作物损失,有些相对落后的地区受灾更为严重,甚至造成作物绝收,严重制约各区域的经济发展和社会稳定。因此,对于作物旱情监测预警的研究显得尤为刻不容缓,在现代农业生产中将会发挥重要作用,具有重要的经济价值和社会价值。
  本文依托安徽省科技攻关项目,设计开发大田作物旱情监测与预警系统。该系统主要利用SSH框架技术,采用B/S架构,使用Eclipse开发工具进行程序设计,SQL Server2008进行数据库设计,实现五大功能模块,包括土壤水分监测、作物水分监测、旱情监测预警、系统管理和系统说明。
  本文的主要研究内容和成果如下:
  1、结合安徽省农业发展的实际情况和用户实际需要对系统的整体功能需求和非功能需求展开分析,确定土壤水分监测、作物水分监测、旱情监测预警、系统管理和系统说明五个功能模块。
  2、确定系统开发采用的技术方案,进行系统整体的架构设计。对每个模块进行详细的功能设计,画出结构设计图和功能类图,列举部分功能运行的时序图。对系统需要使用的数据库表结构进行详细的设计。
  3、完成大田作物旱情监测和预警系统的开发,初步实现了土壤水分监测、作物水分监测和旱情监测预警等功能。
[硕士论文] 赵晨心
植物病理学 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:由霜冻引发的低温冷害对农作物和植物造成很大的影响。国内外专家学者研究表明:冰核细菌的存在是诱发和加重植物霜冻灾害的重要因素,本文研究了贵州省冰核细菌的种类及分布情况,并且采集土壤,从土壤中分离能够防除冰核细菌的拮抗菌,田间防霜试验选取贵州大学基地试验田。主要得到以下实验结果:
  1、冰核细菌的分离鉴定
  2014年12月、2015年12月、2016年12月从贵州省贵阳市、遵义市、六盘水市、铜仁市、兴义市5个城市,采集了84种植物霜冻标本,用平板稀释分离法分离到1275株细菌,采用由Vali小液滴冻结法鉴定,获得11株冰核细菌,编号为:B-A、B-B、B-C、B-D、B-E、B-F、B-G、Z-A、Z-B、Z-C、Z-QCH。经形态学鉴定、生理生化反应和16s rDNA序列分析鉴定:菌株Z-A、Z-C、B-D为菠萝泛菌(Pantoea ananatis),寄主植物分别是瞿麦(Dianthus superbus)、茶树(Camellia sinensis)和茼蒿(Chrysanthemum coronarium),采集地点分别为遵义市凤凰山和六盘水市水城;B-E和Z-B为成团泛菌(Pantoea agglomerans),寄主植物为柑橘(Citrus reticulata)和鸢尾(Iris tectorum),采集地点分别是贵阳市小车河公园和遵义市植物园;菌株B-B为荧光假单胞(Pseudomonas fluorescens),寄主植物为白菜(B.pekinensis),采集地点为贵阳市高坡乡;菌株B-C和B-F是丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae),寄主为白花苜蓿(Trifolium repens)和白菜(Brassica pekinensis),采集地点分别为贵阳市黔灵公园和贵阳市高坡乡;菌株B-A、B-G、Z-QCH为绿黄假单胞菌(Pseudomonas viridiflava),寄主植物分别是八角金盘(Fatsia japonica)、矮牵牛(Petunia hybrida)和芭蕉(Musa basjoo),采集地点分别为六盘水市盘县水塘镇丹霞山、贵阳市景云山和铜仁市梵净山。
  2、冰核细菌拮抗菌的分离鉴定与筛选
  从贵州省贵阳市、遵义市5个地点采集了35份霜冻植物的根部土壤,采用平板稀释法、双层平板打孔法,获得对冰核细菌有拮抗作用的拮抗菌6株。编号为XF、XD、XH、XM、XL、F1。采用形态学鉴定、生理生化反应和分子鉴定3种方法对6株拮抗菌进行鉴定,鉴定出菌株F1为暗产色链霉菌(Streptomyces phaeochromogenes);菌株XF、XD、XH、XM为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),菌株XL为甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)。
  本文初步了解了贵州部分植物上冰核细菌的种类及分布特征,对贵州预防植物霜冻打下一定的基础。
[硕士论文] 庞鑫
测绘科学与技术 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:农业干旱是由于水分供应不平衡造成土壤缺水,影响农作物的生长发育,直接导致粮食减产,严重时影响粮食安全和社会稳定。干旱季节容易诱发各种其他自然灾害,如森林火灾、蝗灾、农作物减产、水资源短缺、土地沙漠化、地下水位下降等。准确监测农业干旱,长期以来都是学者们关注的重点,研究并掌握其发展特征是国家预防农业干旱及其他灾情发生的重中之重。本文在传统农业干旱监测及遥感干旱监测模型基础上,对地表温度(Land Surface Temperature,LST)进行数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和纬度校正得到修正后的LST,结合归一化植被指数(Normalized Difference VegetationIndex,NDVI)初步构建温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)模型;在此基础上进行拟合干边改进,形成具有区域特色的山西省农业干旱TVDI遥感监测模型。将其应用于研究区,得到1984-2016年山西省农业干旱监测结果,探讨并分析研究区33年间的干旱特征和演变特征,以及农业干旱动态变化与气候变化之间的响应。
  通过研究,得到以下主要结论:
  1.与改进前的模型相比,改进后的TVDI模型不仅修正了地区之间由于纬度差异带来的干旱监测误差,而且对提高高海拔地区的农业干旱监测精度效果显著。
  2.山西省农业干旱总体上呈减缓趋势,历年均有干旱发生,旱情由西到北呈现无旱到轻旱再到中旱的垂直分带现象;全省农业干旱普遍态势表现为2-4月北部重旱,其余地区轻旱或无旱,5-9旱情减缓,10月-次年1月区域内大部地区为轻旱或中旱;全省季际旱情除春季旱情呈现加重趋势外,其余三季均呈现出减缓趋势。
  3.1984-2016年间,山西省农业干旱的空间空间分布特征为:中旱或重旱区由西北部蔓延至西部,再到东部和中部,最后到西北地区;轻旱区由中部蔓延至中部和东部,最后到除中旱或重旱区的大多数区域。无旱区以运城大部为主,夏季面积达到最大。秋季旱情与DEM高程分布呈现出显著相关。
  4.分析TVDI与温度、降水的关系发现:年均TVDI与温度相关性不显著,正、负相关关系面积比例均衡,分别占全省总面积的57.3%和43.7%,相关系数绝对值东部高于西部;全省大部年均TVDI与降水呈现显著负相关关系,研究区内79%以上区域呈现负相关,60%以上范围相关系数绝对值达到0.5以上,且以吕梁山为界,东部相关性高于西部。
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