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[硕士论文] 徐洋
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:在全球气候变暖的背景下,农业生产的可持续性受到影响。过去20年中,观察到的气候变化对农业的影响反映在作物种植系统和布局上。因此,开展关于成都市猕猴桃的气候适应性研究,满足种植面积的要求,以避免盲目扩大种植面积,可以有效减少由此产生的负面市场价格波动的影响。
  本研究基于对成都市猕猴桃的生长影响条件,如光、温、水,对该地区猕猴桃生长所需的气候条件进行了相关的需求分析,找出了限制猕猴桃生长的因素。在区划指标的基础上,利用决策树法,得到成都市猕猴桃种植适宜性综合区划图。国内外将GIS技术成功运用于农业气候资源研究中,对其现状进行了分析探讨,发现农业气候资源信息系统具有十分重要的价值,我们在进行探讨时不可忽视该系统的作用,其次,在Arc GIS软件开发集成环境下,开发完成了对成都市猕猴桃气候区划系统进行了设计和开发,设计出了人性化且具有实际应用价值的用户界面,开发出了较为完善和全面的系统功能;最后以该系统为背景,结合数学分析技术的相关知识,将成都市基础地理数据和13个气象台站的气候资源数据库作为数据源,建立了专题农业气候区划模型,全面揭示了全市猕猴桃农业生产气候资源的空间分布规律。在设计该系统中主要分为数据的采集和分析、结果的显示和发布等,并且针对第三方软件,分析和解决其出现的混合编程的问题,基于所使用的操作系统,对其潜在功能进行充分有效的利用,和软件功能向配合,更好的完成数据库、表格、图层的设计和实现,有效的集成了气候统计分析、数据信息和用户管理、猕猴桃气候区划查询、结果输出等功能,进而设计实现了整个系统。
[硕士论文] 陈晗
水利工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:蒸散发作为一种自然界中水的物理过程,不仅是生态圈水循环重要的组成部分,同时也是陆地以及大气之间能量循环的重要组成部分。准确的测定与模拟蒸散量,对优化区域水资源配置,评估气候和人类活动对生态系统的影响具有重要意义。本研究通过利用闭路式激光分析仪对湖南省岳阳市郊区的一片蔬菜农田实际蒸散发进行的高精度连续两年的野外观测,分析了研究区域不同时间尺度的蒸散量特点和变化规律;结合对作物生长和农田管理等的观测和调研,利用数字模拟和相关性分析,研究了农业活动和环境因子对蒸散发的影响。
  本研究根据获得的高精度原始水汽浓度和风速数据,利用EddyPro软件得到了实验地2014年10月至2016年9月的实际蒸散量,水汽通量,以及潜热通量(LE)。通过分析比较研究区域实际蒸散量在不同时间尺度的变化趋势,得到该区域蔬菜地蒸散量在时间尺度上的特征:春夏季较高,秋冬季较低;种植季较高,非种植季较低;晴天较高,阴雨天较低;正午达到峰值,夜晚接近于零。结果表明,实验地在2015年蒸散量为730mm,每日平均蒸散量2.0mm/day;2016年蒸散量为803mm,每日平均蒸散量2.2mm/day。此外,本文利用高分辨率的实测数据观察到了不同的农业活动对实际蒸散的影响,其中种植引起蒸散发上升而作物收割引起蒸散发下降,同时收割使蒸散发下降的幅度要明显高于种植使蒸散发上升的幅度;而灌溉也对于蒸散发起到促进的作用但是幅度较低,施肥对于蒸散的影响从实测数据看尚不明确。
  RZWQM(Root Zone Water Quality Model)也称根系水质模型,具有物理模块、化学模块、养分模块、杀虫剂模块、作物模块和管理模块等六个模块,可以对水量,水质,作物生产和田间管理等进行模型模拟。本文根据野外观测的气象因子数据,土壤数据,站点初始数据和田间管理数据作为RZWQM2模型的驱动变量,利用环境因子数据对模型进行了率定,运用率定后的RZWQM2根系水质模型模拟了研究区域蒸散量并与实测数据进行了对比验证。验证结果表明,模拟蒸散量R2和RMSE分别为0.79和0.013,模拟地下水位高度、土壤剩余水分、叶面积指数和作物高度R2依次为0.71、0.77、0.98、0.97。总体来说RZWQM2模型对于蒸散和各项环境因子的模拟效果良好。此外,本文利用模型研究了不同的农业活动对植物蒸腾的影响,其中,影响最大的是作物种植密度,其次依次为灌溉量和施肥量。
  最后,为了进一步了解实际蒸散的影响因子,针对研究区域种植季和非种植季做了关于气象因子的影响性分析,对蒸散发影响因子的研究表明空气温度的相关性最高,其后依次为土壤温度,太阳辐射,土壤湿度,降雨,风速,相对湿度;除水平风速和相对湿度呈负相关外,其余均为正相关。种植作物的株高与蒸散发虽然在95%的置信度上显著相关,但上半年种植季的相关性远高于下半年种植季的相关性;这在一定程度上,与上半年种植季,随着作物生长,空气与土壤温度,太阳辐射等气候因子处于升高趋势,而下半年种植季,随着作物生长,这些气象因子处于降低的趋势有关。
  本研究有如下创新点和发现:
  1、在国内首次采用闭路式激光分析仪对农田的蒸散发进行测定,解决了传统涡动相关法在雨天无法观测的问题。
  2、本文利用高分辨率的实测数据观察到了不同的农业活动对实际蒸散的影响。
  3、利用长历时,高精度的实际蒸散发观测数据,利用RZWQM2数值模拟方法研究了作物种植密度,灌溉量和施肥量等农业活动对蒸散发的影响。
[硕士论文] 郭佳宁
农业工程 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:中国是一个农业大国,高效的灌溉利用率可以有效地提高农业产量、充分发挥灌溉作用,产生较大的经济效益。利用少数重要的气象因子,对作物蒸发蒸腾量(ET)进行精确估算,根据其蒸发蒸腾量来进行灌溉,从而达到节约水资源和作物高产量的双收益。这对于中国农业发展,水资源的利用都有着非常重要的意义。
  本文以河北农业大学机电工程学院温室为试验场所,针对北方日光温室内作物的蒸发蒸腾规律和环境因子特点,从基质含水率和环境参数两个方面对作物蒸发蒸腾量ET进行研究。根据此内容进行了试验的整体设计,包括传感器的选型、数据采集与传输以及硬件系统的调试等。通过此方案,可以对试验所需数据进行实时记录和保存,为试验的深入研究打下基础。
  本文采用无土栽培,以椰糠为基质,作物在栽培槽内生长,利用栽培槽内不同深度的三个水分传感器含水率来估算栽培槽的整体含水量。由于温室内作物的主要失水来自于作物本身的蒸发蒸腾,利用基质含水率估算ET时,含水量的减少即为作物蒸发蒸腾量。以灌水后传感器的含水率变化值为自变量,灌水量为因变量,分别建立多元线性回归模型和BP神经网络模型来估算栽培槽整体含水量,经校验发现BP神经网络模型精度更高。应用此模型,以当日灌水后三个水分传感器的含水率与次日灌水前三个水分传感器的含水率差值作为输入量,可得基于基质湿度的ET预测值。
  利用环境温湿度估算ET时,由P-M公式可知,环境参数如温度、湿度、辐射等对作物的蒸发蒸腾量影响很大,对这几个参数做Pearson相关性分析,发现辐射与温度相关性为0.829,与湿度相关性为-0.821,用温度、湿度来替代辐射这一项。以此建立以温室内日平均环境温度、日平均环境湿度为输入量,电子秤当日和次日同时刻的重量差值为输出量的多元线性回归模型和BP神经网络模型,经校验,得出BP神经网络具有更高的建模精度。为了进一步优化环境参数模型,采用日平均环境温度、日平均环境湿度、日最高环境温度、日最低环境温度四个量为输入,电子秤当日和次日同时刻的重量差值为输出,建立多元线性回归模型和BP神经网络模型,经校验,发现BP神经网络模型精度更高。对以上建立的两因子模型和四因子模型进一步比较分析,四因子模型精度更高。
  本文从基质含水率和环境温湿度两个方面入手来估算ET,并分别建模,对这两个方面挑选出来的模型再进行比较分析,发现基于基质湿度的BP神经网络模型相对误差在10%以下。基于日平均环境温度、日平均环境湿度、日最高环境温度、日最低环境温度四个因子建立的BP神经网络模型相对误差均在5%以下,精度更高,可以更精确的预测ET,在实际应用中具有推广应用的价值。
[硕士论文] 黄杰飞
软件工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:随着气候环境对农业生产的影响日益密切,如何高效处理海量增长的气象数据,提高农业气象灾害预警的科学性成为农业气象灾害研究的热门。由于气象数据具有数据量大、类型繁多、冗余度高、价值密度低等特点,所以传统的数据分析方法往往达不到很高的处理效率。本文的主要工作就是针对气象大数据的特点,结合数据分析的研究成果,进一步研究了更加高效的大数据处理技术并应用于农业气象灾害预警。
  本文介绍了气象大数据的处理架构,概述了大数据处理技术,分析了现有大数据预处理技术、分类技术及各自性能。概述了自适应增强技术和分布式处理架构,分析了组合分类器和并行化技术在大数据处理中的作用,为进一步研究农业气象灾害预警提供准备工作。
  针对气象数据类型复杂、属性繁多的特点,结合粗糙集理论和并行化处理技术,本文首先提出一种基于信息熵的并行化属性约简算法。通过信息熵属性约简算法消除重复、冗余的气象数据,实现对知识的压缩和再提炼,并利用MapReduce架构将任务进行划分,实现算法的分布式处理。仿真结果表明,该并行化算法能够有效的运用于气象大数据约简,且具有更快的处理速度。
  针对农业气象灾害分类预测效率低下的问题,本文提出了基于MapReduce的K最近邻组合分类预测模型。该模型在自适应增强思想的基础上,将K最近邻(k-Nearest Neighbor,KNN)分类算法进行融合,通过寻找最优的KNN基分类器个数,构造KNN组合分类器,并利用MapReduce并行化架构,实现算法的分布式处理。仿真结果表明,该并行化组合分类模型,准确率更高,处理速度更快。
  最后,利用本文提出的大数据处理技术,以低温、寡照气象灾害等级指标为例,对农业气象灾害的等级进行分类预测,实现农业气象灾害的评估与预警。
[硕士论文] 王丽莉
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:青海省东部农业区气候属大陆性高原气候,降水稀少,干旱频发,加上海拔高,气温低,使得当地农业发展极受自然条件限制。农业气象干旱为制约青海农业发展的首要气象灾害,研究其时空变化特征,进行干旱风险性评估非常重要。本文以青海省东部农业区为研究区,根据研究区12个气象站长期的气象资料与生物气象资料,运用最大熵模型及ArcGIS对研究区降水量、干燥度、综合气象干旱指数等气象变量进行了分析,对研究区农业气象干旱进行了风险性评估,得到了青海东部春小麦种植的脆弱性分布。主要研究结果如下:
  (1)研究区降水量呈现出向东南和西北方向变异发展的趋势,整体降水量由西北向东南逐渐减少。在研究时段内,各年降水量变化范围在295-570mm之间,呈现出随时间增加不断减少的发展趋势。而降水量年内分布极不均匀,降水主要集中在7月份和8月份,11月份到3月份的降水量较少。
  (2)研究区东南和西北位置的干燥度呈现出先增加后减小的趋势,各年干燥度变化较大,数值变化范围在1.5-3.1之间,呈现出随时间增加不断增加的发展趋势。从干燥度逐月变化情况来看,研究区在7月份-9月份三个月内的干燥度相对较小,在11月份-3月份之间干燥度较大。而研究区中部的干旱强度要比其它地区高,南部地区发生干旱的持续时间则较长,特旱为研究区历年日干旱能够达到的最高程度。
  (3)研究区春季干旱有较大强度,随着季节的推移出现了强度和持续时间逐渐增加的趋势,研究区中部地区更易发生春季干旱事件。夏季研究区的干旱强度相对较小,在连续年份会出现大强度干旱事件,研究区南部更容易发生夏季干旱事件。秋季研究区的干旱强度呈现出逐年增加趋势,干旱发生频率较高,研究区南部更容易发生秋季干旱事件,并且干旱持续时间较长。冬季研究区的干旱强度较小,呈现出大强度干旱事件发生可能性逐年增加的趋势,研究区中部更易发生冬季干旱,并且中部和南部发生干旱的持续时间较长。
  (4)青海省东部农业干旱风险性南北差异显著,中部地区最高。其中泽库人均收入较低,有效灌溉面积少,加之年降水量少,干旱发生频率高,使得当地干旱风险性高;同德中度干旱发生频率较高,且集中在农作物生育期,而且当地对农业依赖性较高,所以同德农业干旱风险性也很高;河南蒙古族自治县的农业干旱脆弱性较低,且降水较少,干旱发生频率高,所以风险性较高;贵南的耕地所占比重较大,但是农业发展水平较高,水浇地比较多,农业干旱风险性相对较低;兴海的农业干旱脆弱性较高,但是其极度和重度干旱发生频率都比较低,使得总体的风险性小一些;共和农业干旱脆弱性和危害性都很低,风险性自然较低。
  (5)青海东部农业区春小麦的气候脆弱性很大程度受当地的降水条件影响。分析认为民和、贵德和共和地区春小麦气候脆弱性较高,应对气候变化的能力较差,发生农业气象灾害的风险增加。在春小麦的种植方面应着重考虑春季干旱带来的不利影响,创新农业灌溉措施,提高农业灌溉水平。
[硕士论文] 张露洋
公共管理学;土地资源管理 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来气候变化显著,气候变化通过改变耕地的水热条件进而对耕地种植界限、物候期、生产潜力和种植结构布局影响深远。三江平原作为我国重要的商品粮基地,气候变化和耕地布局变化显著。因此,分析近年来三江平原气候变化特征、耕地变化特征以及气候变化对耕地的影响较有科研意义和实践意义。本文利用2000-2015年间三江平原耕作期(5月-9月)的均气温和降水量数据分析耕作期气候月间差异、年际差异、空间分布差异、距平和累积距平特征以及气候趋势系数差异,以期对研究区气候现状及变化进行简要分析;利用2000、2005、2010以及2015年的土地利用数据分析研究区耕地数量与规模的变化、内部结构变化、空间差异与演变以及景观特征,以期对研究区耕地的变化与现状进行简要分析;进而分析不同气候条件下耕地的分布特征以及气候变化对耕地及其内部结构的影响。
  本研究主要内容包括:⑴耕作期气候因子变化分析。2000-2015年三江平原耕作期均温平均值为18.05℃,温差最大为1.62℃,气候倾向率为0.075℃/10a,长期形成偏冷期—波动期—偏暖期的变化趋势。时间差异小而空间差异大,低温区主要集中在高程较大的区域。气候趋势系数和倾向率在空间上呈现较为明显的经向地带性,同时呈由东向西递减的规律。农区和垦区耕作期均温变化趋势相似,且垦区的均温优势随着时间的推移呈增长态势。2000-2015年三江平原耕作期降水量平均值为428.25mm,差值最大为198.51mm,气候倾向率为88.12mm/10a,长期形成少雨期—多雨期的变化趋势。空间差异显著,有较明显的经向地带差异。农区和垦区耕作期降水量均值变化趋势相似,农区降水量优势随着时间的推移呈减少态势。抚远县、富锦市部分区域、饶河县部分区域和宝清县部分区域的增加趋势较为明显。⑵耕地利用变化分析。2000-2015年间耕地面积略有增加,但内部结构快速调整。耕地总面积由568.35万hm2增至579.91万hm2,旱地面积持续减少同时水田面积持续增加,二者比例由3.8∶1变至1.2∶1,同时水田的变化较旱地和耕地总量相比更为显著。耕地重心变化较小,旱地大之,水田重心变化最大。2000-2015年垦区垦殖指数均值约为农区的1.75倍。农区旱地与水田的比例由6.35减至2.43,垦区旱地与水田的比例由2.32减至0.50。2000-2015年间垦区旱改水面积约为农区的1.85倍,水改旱面积差异不大,其中建三江管理局和牡丹江管理局旱改水趋势明显。对垦区而言,水田较旱地比更为聚集,人为干扰程度更低,但是斑块面积差异更大,而农区则相反。⑶气候变化对耕地利用的影响分析。气温对耕地分布优势度的影响要大于降水对其的影响,降水量的缺失可以通过灌溉进行弥补,同时降水过量不利于耕作,气候条件较差(低温少雨)的地区耕地面积较少。降水和气温的变化对旱地的优势种植影响较小,气温变化对水田的优势种植影响较大。垦区不论在气候变化幅度还是耕地变化幅度上都高于农区,但是耕作期气温升高幅度对农区耕地(旱地和水田)面积变化幅度影响的效率高于垦区,耕作期降水量升高幅度对农区和垦区耕地(旱地和水田)面积变化幅度影响的效率相差不大。随着耕作期降水量增加(增温)幅度的增加,耕地和水田动态度表现出增加的趋势,同时水田动态度的增加幅度较大,而旱地动态度表现出减少的趋势。耕作期气温变化幅度对耕地、旱地和水田动态度的影响在强度和程度上大于降水量对其的影响。随着区域耕作期降水量增加(增温)幅度的升高,旱改水面积变化度表现出增加的趋势,而水改旱面积变化度表现不显著。
[博士论文] M Imran Khan
农业工程;农业水土工程 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:降水、温度和农业气象干旱时空变化分析在区域水资源可持续管理方面发挥重要作用。在本研究中,运用熵理论,气候趋势统计,干旱指数和预测等方法来分析时空气象变化与干旱异常行为,目的是为特定地区的研究人员和决策者提供全面的参考。该研究以中国黑龙江省松花江流域11个气象站为研究对象。
  本研究主要内容包括:⑴通过熵理论分析了降水的时空变化规律。利用样本熵测度各气象站月度,季度,年度,十年的雨天数量和降水数据。利用强度熵计算数据的个体差异,利用分配熵来计算年代际变化。样本紊乱指数的结果表明,2月份(平均1.09,最大1.26和最小0.80)和7月份(平均1.10,最大1.20和最小0.98)的降水贡献明显更高。同样地,十年降雨变异性的平均分配紊乱指数比1964-1973和1973-2003年分别增长了0.023和0.053。⑵通过使用Spearmen's Rho和Mann-Kendall趋势测试,以5%的检验水准研究其历史降水和温度数据系列的长期气候趋势(月/季节和年度)。冬季(11月和12月)期间,月降水量分析呈现显著的(p<0.05)增长趋势。同样地,流域的季节和全年气温的结果显示,在过去49年(1965-2013年),气温从1℃增加到1.5℃,增长量较大。根据Sen's斜率估计量结果,季节性温度斜率和降水量的增长率大于年平均气温和降水。⑶将标准降水指数(SPI),干旱侦测指数(RDI),标准降水蒸发干旱指数(SPEI)和有效干旱指数(EDI)四个干旱指数应用于历史时间序列数据,据此在不同时间步长(3,6,9和12个月)上确定气象干旱。此外,应用5%显著水平的Mann-Kendall趋势试验来评价流域的干旱趋势。干旱结果表明,松花江流域12个月的数据适用于干燥状况的评估和干旱指数的比较。干旱指数结果和气象变量之间的Pearson相关分析显示,对于干旱评估,SPI是更好的干旱指数(r=0.99)。在1990年和2001年期间,研究区域存在严重极端的干旱条件。此外,通过干旱开始时间、终止时间和诸如频率,严重性,强度和持续时间的统计特性来计算干旱事件的干旱指数,实际上是估计和监测干旱事件对该区域的影响策略。同时本研究也通过标准土壤水分指数(SSI)来调查农业干旱趋势及其特征。此外,多变量标准干旱指数(MSDI)也被应用于评估农业和气象干旱的综合效应。结果表明,2004-2005年间出现了最极端和最特殊的干旱。时空分析表明,研究期间在该研究区域中发现了年度干旱频率(ADF,1.20~2.70),平均干旱持续时间(MDD,5~11个月),平均干旱严重程度(MDS,-0.30~-9)和平均干旱强度-0.2~-0.70)。结果还表明,与SSI相比较,MSDI能较早发现干旱的出现。总的来说,MSDI可以作为评估和监测农业和气象干旱事件的替代工具,该方法可以提供合适的时间步长和干旱指数来确定特定识别特定区域的干旱严重程度。⑷通过利用CMIP3和CMIP5方法来统计缩减气象数据,对未来气象干旱预测分析进行了评估。CMIP3使用来自政府间气候变化专门委员会的排放情况,而在CMIP5中使用了代表性浓度途径(RCP)。CMIP5使用三个代表性浓度途径,即RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5。干旱侦测指数(RDI),有效干旱指数(EDI)和标准降水指数(SPI)用于精确预测研究区域未来干旱事件的发生。干旱指数利用由CMIP3和CMIP5全球气候模型产生的气象数据(温度,降水)计算。此外,将Mann-Kendall趋势测试用于评估研究区域中未来气候和干旱趋势。干旱预测期分为三类:早期(1916-2030),中期(2031-2060)和晚期(2061-2099)。未来干旱的发生也根据其强度(轻度,中度,严重和极端干旱)进行排列。基于干旱结果,预计在2070-2090年期间将发生强度为(最小EDI值)-4.00的更极端干旱。最严重的干旱预计将发生于2030-2050年期间和2085-2090年期间,强度分别为(最低EDI-3)-1.93以及(最低EDI-3)-1.87。同样地,大多数中度干旱预计在2080-2090年期间发生,强度为(最小RDI)-1.47。多年研究预测显示第一和第二个月呈现变暖趋势,而第七、第八以及第九个月呈现湿润趋势。最后,在严重和极端干旱条件下EDI呈现出干旱年份的高百分比,而RDI在干旱频率分析中的轻度和中度干旱评估中显示出良好的性能。CMIP5的结果表明,研究区域中,在严重干旱条件下,RCP8.5和RCP4.5可预测更多的年数,而RCP4.5中度和轻度干旱条件下可预测更多的年份。
[博士论文] 尹朝静
农业经济管理 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:受自然因素和人类活动的共同影响,全球气候变暖已成为不争的事实。2014年政府间气候变化专门委员会(IPCC)第5次评估报告再次指出气候变暖是明确无误的,过去的130年全球升温0.85℃,且从上世纪50年代开始,极端天气气候事件开始增多,包括干旱、洪涝、高温等灾害,严重威胁着人类的生产和生活。事实上,气候变化对环境、生态和社会经济系统已产生日益严重的影响。农业是受气候变化最为敏感和最为脆弱的领域之一,大量研究证实气候变化对农业生产有着显著影响。中国作为一个农业大国,气候变化对中国农业生产的影响已经逐渐显现。《气候变化与贫困》(2009)中指出,如果不采取适应性措施,到2030年,中国种植业生产能力在总体上因气候变暖可能会下降5%-10%。其中,小麦、水稻和玉米三大粮食作物均以减产为主。到21世纪后半期,小麦、水稻、玉米等几种作物的单产将最多下降24%-37%。
  2015年中国水稻播种面积为30215.74千公顷,稻谷总产量达20822.52万吨,分列世界第二和世界第一。中国水稻生产的变化不仅会影响国内粮食供给,而且对国内外粮食价格和国际稻米市场也具有重要影响。目前,学术界关于气候变化对粮食安全的研究较多,但是针对具体粮食作物品种尤其是水稻生产影响的研究并不多见,缺乏微观基础,特别是关于气候变化对水稻布局变迁和生产率影响的研究还很少。在气候变暖和极端气候频繁的背景下,气候变化究竟会对中国水稻生产产生何种实质性影响?这需要进行综合系统研究。例如,气候变化对水稻单产的影响如何?这种影响具体又存在什么样的区域差异?又如,气候变化是否会对水稻播种面积及其表征的生产布局产生影响?气候变化与水稻全要素生产率之间又存在怎样的关系?另外,高温、旱涝等极端气候事件又呈现出怎样的典型特征?其对水稻单产会有怎样的影响?深入研究这些问题不仅有助于提高水稻生产应对气候变化的能力,对保障粮食安全和维护社会稳定也具有重要意义。
  基于上述问题,本文以气候变化对中国水稻生产的影响为研究对象,首先对相关概念进行界定,在进行理论逻辑推理的基础上,提出有待验证的研究假说,然后阐述本文的理论基础,对相关文献进行全面梳理述评。在此基础上,运用线性倾向估计和Mann-Kendall检验方法分析我国水稻生长期的典型气候变化特征。其次,将气候因素引入,构建扩展的C-D生产函数模型,实证分析生长期气候变化对水稻单产的影响,重点考察气候因素对水稻单产的非线性及区域差异性影响程度。接着,以水稻主产区湖北省为例,采用气温数据和Logistic曲线方程构造出高温热害综合指数,在分析该地区水稻生长期高温热害时空变化特征的基础上,建立水稻单产及其影响因素的分层估计模型,重点探讨温度、降水、极端高温等气候因素对湖北水稻单产的影响。然后,利用地理信息系统(GIS)可视化表达20世纪80年代以来我国水稻生产的空间布局变化,结合微观和宏观两方面因素,综合考虑自然因素及比较收益、非农就业等社会经济因素,分析气候变化对水稻生产布局变迁的实质影响。接下来,探讨气候变化对水稻全要素生产率的影响机理,分析水稻全要素生产率的时空变动特征,考察降水和气温对水稻全要素生产率的影响。最后,根据论文研究结论,从“减缓”和“适应”两个方面提出水稻生产应对气候变化的政策建议,以期对我国制定应对气候变化和促进水稻生产可持续发展的政策提供参考依据。通过上述系统研究,论文主要得出以下结论:
  (1)东北、华东、华中、华南和西南地区水稻生长期月平均气温均呈显著上升趋势,且地区间增幅不同;华东、华中和华南地区水稻生长期月平均降水呈增加趋势,而东北和西南地区水稻生长期月平均降水呈下降趋势,但各地区的降水变化趋势均不显著。
  (2)水稻生长期气候变化对大部分地区水稻单产的提高不利。其中,气温上升对华东地区、华中地区、华南地区以及西南地区水稻单产具有负向影响,而对东北地区水稻单产具有显著的正向影响。降水增加对东北地区、华东地区、华中地区以及华南地区水稻单产具有负向影响,而对西南地区水稻单产具有显著的正向影响。
  (3)高温热害对水稻单产表现出显著的负向影响。2003-2011年间湖北省高温热害灾害比较严重,呈现出先降后增的变化趋势。在空间上,高温热害在鄂西地区和江汉平原高温热害相对较轻,但在鄂中和鄂东地区比较严重。
  (4)气候因素与水稻生产布局变迁密切相关,特别是气温在水稻生产布局变迁中起着重要作用。具体来看,东北地区气温上升有利于增加水稻播种面积,而华东地区、华中地区、华南地区和西南地区气温上升导致水稻播种面积减少。另外,降水增加对水稻播种面积的影响并不显著。
  (5)气温上升对水稻全要素生产率具有显著的正向影响,而降水增加对水稻全要素生产率的影响并不显著。具体来看,东北地区气温上升促进了水稻全要素生产率增长,华东地区气温上升也显著提高了水稻全要素生产率,而华中地区、华南地区和西南地区气温上升对水稻全要素生产率均表现为负向影响。除西南地区外,东北地区、华东地区、华中地区和华南地区降水增加均不利于提高水稻全要素生产率。
  综上所述,论文研究发现气候变化对水稻生产的影响具有显著的地区性差异,这种差异性高度依赖于当地的具体自然资源禀赋条件和农业生产条件,也与各地区气候变化的适应能力有关。所以,在制定应对气候变化的政策时一定要因地制宜,因地施策,具体问题具体分析,针对不同地区的气候特征及自然资源禀赋,采取具有针对性的气候变化应对措施,不能搞“一刀切”,否则会适得其反。具体可从四方面着手:(1)合理安排水稻种植制度,优化水稻生产布局。一是根据各地区当地水稻种植制度和种植区域的变化情况,因地制宜,科学安排水稻的种植制度。二是根据各区域光热水资源的变化,优化水稻区域布局规划。(2)增加农业科研投入,研发和改良水稻新品种、新技术。增加农业科研投入,积极研发抗旱涝、耐高温、抗病虫害等抗逆新品种,加强开发新农药和实用病虫草害防控技术。(3)加强水稻生产管理。更加注重优化灌溉、控制施肥和病虫害防治,增强水稻生产适应气候变化的能力。(4)完善水利设施建设,做好气象灾害防御工作。加强气象灾害预报、预警系统建设及完善水利设施等举措,积极应对气候变化。
  本文可能的创新之处主要体现在三个方面:
  (1)论文构造出高温热害综合指数,从理论和实证层面考察了高温热害对水稻单产的影响。论文以高温热害积温和高温持续日数为基础,运用Logistic曲线方程构造出高温热害综合指数,对高温热害灾害进行有效数量化。已有文献在具体量化研究上尚未有效解决这一问题。论文从理论上探讨了高温热害对水稻单产的影响机理,在研究高温热害对湖北省水稻单产影响时,采用分层线性模型对影响水稻单产的因素进行估计。这不仅考虑了农户层面的要素投入因素,还可以控制不同地区的社会适应行为因素,将宏观与微观分析结合,从而有效解决了已有文献没有考虑空间异质性问题的不足,这使得研究结果更为准确和可靠。
  (2)论文利用历史气候数据和面板数据模型,在控制住社会经济、农业生产技术及政策引导等因素的基础上,实证检验了气候变化与水稻生产布局变迁之间的关系。目前经济学领域研究气候变化与水稻生产布局变迁关系的文献较少,而自然科学领域通常孤立地分析气候因子对水稻种植区域、播种面积的影响,较少考虑社会经济因子对水稻播种面积的影响,缺乏对水稻生产布局变迁影响的系统研究。因此,论文综合自然科学和经济学领域的研究成果,在综合控制自然因素和社会经济因素的情况下,建立面板数据模型,重点考察气候变化与水稻生产布局变迁的关系。相对已有研究文献而言,估计方法更为稳健,研究结论更为可靠。另外,论文引入GIS可视化表达这一新的方法,全面考察水稻生产布局变化特征,这相对已有文献而言,可以更加全面把握水稻生产布局的空间变化趋势。
  (3)论文从理论层面上分析了气候变化对水稻TFP的影响机理,在对水稻TFP增长进行系统研究的基础上,采用双向固定效应模型实证检验了气候变化对水稻TFP的影响,进一步厘清和认识气候变化在水稻生产中所扮演的角色。目前有文献涉及到气候变化与TFP关系的研究,但尚未发现有文献具体研究到农业某一作物品种层次,这在很大程度上可以有效丰富该领域的研究。其中,在测算水稻TFP时,论文克服了传统当期DEA方法因为前沿技术进步率经常小于1而产生的“技术退步”悖论。通过引入技术进步的“历史记忆”假定和序列DEA方法,在引入以前各期技术的基础上,有效克服了线性规划无解的缺陷以及“技术倒退”的悖论,准确地测度了技术进步。相对已有文献而言,更加具有经济学含义和理论基础。
[硕士论文] 杨兆睿
水利工程;水文学及水资源 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:如今,人口过快增加,经济过快增长,我们生存的环境遭到严重破坏,日渐缺乏的水资源越来越成为我们关注问题,由此带来的干旱问题显得越发突出,人们对干旱问题越深入研究,越意识到干旱已成为我们如今亟需解决的课题。龙头桥灌区地处三江平原腹地,寒温带大陆季风气候区,夏日气温高并且雨水多,冬日持续时间长并且干燥寒冷。春季经常出现干旱问题,使得该灌区生态环境遭到严重破坏,并且该灌区的农业发展受到直接打击,经济发展受到间接阻碍,因此深入分析龙头桥灌区干旱情势,有效的预测干旱等级,减少干旱灾害造成的损失,不仅为龙头桥灌区抗旱决策提供科学依据,而且对实现灌区多水源的高效综合利用、促进灌区水资源系统协调发展提供重要理论支撑。
  本文利用龙头桥灌区近55年的降水量数据,首先,应用滑动平均法、累积距平法、M-K(Mann-Kendall)突变检验法和Morlet小波分析法刻画龙头桥灌区降水量变化特征,并利用加权马尔可夫链模型对龙头桥灌区的年降水量的丰枯状态进行预测。接下来,为了深入研究丰枯转移概率及连续丰、枯年的特征我们借用轮次分析方法、游程分析方法,以干旱强度、丰枯转移概率等指标,讨论了龙头桥灌区气象干旱特征,最后构建GM(1,1)模型对龙头桥灌区气象干旱等级进行预测。主要研究内容和结论如下:
  (1)降水量变化特征分析
  从全年角度分析,龙头桥灌区降水量呈下降趋势,降雨量在年内分配不均匀。其降水量在1961年发生突变。龙头桥灌区降水累积距平曲线整体呈先上升后下降趋势。1960-1983年龙头桥灌区降水量在0-10a的时间尺度上周期震荡明显。龙头桥灌区年降水量距平在95%置信水平条件下存在2个统计意义上的主周期,分别是3年和11年。
  (2)降水量预测模型构建
  依据龙头桥灌区1959-2012年的逐年降水序列建立了加权马尔可夫链降水量丰枯预测模型,并利用2013降水量实测数据对模型的有效性进行了验证,得出结论我们所建立的降水量预测模型是有效的。最后,利用所建模型预测了2014年的年降水量丰枯状态为平水年。
  (3)气象干旱特征分析
  龙头桥灌区在1959-2013年降雨量连续的年份是枯水与连续的年份是丰水相比出现的概率大,平均连续年份是枯水的与平均连续年份是丰水的年数大;偏枯、偏丰平稳的转移概率比较大,对用水有利;按出现的概率排序,首先是偏枯年,然后是偏丰年,其次是丰水年,最后是枯水年;龙头桥灌区持续枯水2-7年,不仅会经常性发生,而且也具有较强的干旱水平。
  (4)气象干旱预测模型构建
  依据龙头桥灌区1959-2013年的逐年降水序列建立GM(1,1)预测模型,并进行预测精度等级评价,符合预测精度要求,最后运用GM(1,1)模型进行干旱年预测。
  (5)气象干旱成因及抗旱减灾对策
  通过对龙头桥灌区干旱的原因进行研究,得出解决干旱灾害的方案。对如何缓解龙头桥灌区水资源不足提出解决的措施。
[硕士论文] 蒋景龙
自然地理学 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:农业是最易受气候影响的部门,其中旱涝尤为突出,加强气候变化背景下旱涝对农业的影响研究十分必要。根据东兴区和蒲江县近55年(1961~2015年)来逐月降水资料,以及两区县近33年(1983~2015年)来五种主要作物(水稻、玉米、甘薯、小麦和油菜)单产数据等。运用Z指数法、数理统计分析法、区域系统对比分析等方法,对两区县近55年来的旱涝动态和近33年来旱涝动态与气象产量、减产率和减产变异系数之间关系等进行县域尺度的比较研究。得到以下结论:
  (1)近55年来两区县降水具有以下特征:①蒲江县降水量(年、四季和各月份平均值)均大于东兴区;两区县年、四季、各月份降水量整体呈震荡下降趋势。②蒲江县五种主要作物生育期降水量均大于东兴区;受气候波动的影响,两区县大春作物(水稻、玉米、甘薯)生育期降水量呈震荡下降趋势;两区县小春作物中小麦生育期降水相对稳定,而东兴区油菜生育期降水量波动上升,蒲江县则为波动下降。
  (2)近55年来两区县旱涝具有以下特征:①蒲江县年旱灾频率(29.09%)、涝灾频率(29.09%)以及旱涝总频率(58.18%)均高于东兴区(23.64%、18.18%、41.82%);蒲江县有由涝变旱趋势,东兴区则是旱涝交替的变动。②蒲江县春、夏和秋三季旱灾频率(20%、27.27%、27.27%)、涝灾频率(20%、23.64%、23.64%)以及旱涝总频率(40%、50.91%、50.91%)均高于东兴区(旱灾频率:14.29%、23.64%、23.64%;涝灾频率:18.44%、18.44%、20%;旱涝总频率:32.73%、41.82%、43.64%);而蒲江县冬季旱、涝和旱涝总频率(分别为18.18%、14.55%和32.73%)均低于东兴区(分别为25.45%、23.65%和49.1%)。蒲江县各季节均有由涝变旱趋势,而东兴区则比较复杂。③两区县偏旱、偏涝以及旱涝相近的月份大体一致,偏旱以6、7和8月为主,偏涝以2和12月为主,其余月份旱涝相近,两区县近55年来各月份旱涝动态变化复杂。
  (3)近55年来两区县主要作物生育期旱涝具有以下特征:①东兴区五种作物旱涝总频率均值(44.10%)高于蒲江县(40.15%),其中旱灾频率均值(23.03%)高于蒲江县(18.49%),而涝灾频率均值(20.10%)低于蒲江县(21.67%)。②两区县大春作物旱灾频率相近(24.24%),蒲江县大春作物涝灾频率(27.88%)和旱涝总频率(52.12%)均高于东兴区(21.22%、45.46%),蒲江县大春作物有由涝变旱趋势,东兴区则是旱涝交替变动。③东兴区小春作物旱灾、涝灾和旱涝总频率(分别为21.82%、20.77%和42.73%)均大于蒲江县(分别为12.73%、16.36%和28.19%),两区县小春作物均呈旱涝交替变动。④两区县五种主要作物旱灾频率排序为:东兴区为水稻>甘薯>小麦、油菜>玉米,蒲江县为玉米、甘薯>水稻>小麦、油菜;两区县五种主要作物涝灾频率排序为:东兴区为水稻>玉米、油菜>甘薯、小麦,蒲江县为甘薯>水稻、玉米>小麦>油菜;两区县五种主要作物旱涝总频率频率排序为:东兴区为水稻>油菜>玉米、甘薯>小麦,蒲江县为水稻、甘薯>玉米>小麦>油菜。
  (4)近33年来两区县作物产量与旱涝关系具有以下特征:①东兴区水稻和蒲江县小麦的气象产量与旱涝存在较明显相关性。②东兴区水稻、小麦和蒲江县小麦的减产率与旱涝存在较明显相关性。③东兴区水稻、小麦和油菜减产变异系数与旱涝存在较明显相关性。④由于作物产量受多种因素影响,两区县其余作物的气象产量、减产率和减产变异系数与旱涝均无明显相关性。
[硕士论文] 秦溱
科学技术史 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:自古以来,农业气象谚语对我国人民的生产生活起着至关重要的作用。清代梁章钜撰写的这本《农候杂占》是一部月令式农书。本书共四万多字,分四卷:卷一包括十二个月逐月占候;卷二至卷四分列出天象、物象乃至草木虫鱼等天气现象和气候变化的谚语,大多是前人著述的摘录。主要根据南方农事活动摘引和注解,凡涉占验者,具旁征博引,并且还引用了一部分福建当地的谚语,独具特色。
  本文在《农候杂占》原文占谚的基础上结合现代科学理论,对相关谚语进行了科学证明,对本著进行了较为完整的天气预报方面的谚语研究。
  近现代对《农候杂占》的系统研究甚少,因此,本人在绪论部分分析了20世纪以来我国古代农业气象谣谚的研究,指出了近现代以来农业占验的总体研究情况。
  第一章考证了《农候杂占》的成书、作者简介以及版本流传,并介绍了此书的体例特点:即体例编排极大地继承了前人的优点,显得极为完备。可以说《农候杂占》的体例是农业占验类书籍中最为成熟的,代表着古人对于气象占候分类的巅峰,体现着人们对于气象的看法和观点。
  第二章对其中的物候占验进行了天气预报研究,包括鸟兽鱼虫、草木类、谷蔬类的相关占验的研究。从这些谚语的研究中可以发现,动植物的在某些特定时期的一些特殊表现是可以用来预测天气的,仔细观察其中特点可以给我们观测天气带来方便。
  第三章对书中与气象有关的占验进行了天气预报研究。不同的气象现象有着不同的特点,气象现象的产生都是有一定原因的,解开这些现象的原因并且科学手段加以证明,也可以使气象谚语为观测天气服务。
  第四章是有关天文的占验与天气预报研究。本章节中对“日”、“月”、“星”、“河汉”四种与天文有关的谚语进行了科学的解释和证明。
  以上这些章节中的占验都运用科学原理,对其进行了逐条论证、解释。
[硕士论文] 杨丹丹
公共管理学 黑龙江大学 2017(学位年度)
摘要:黑龙江作为农业大省,农业生产的顺利进行关系着国家的粮食安全和地区的经济社会发展,而做好农业气象应急服务是保证农业生产顺利进行的重要保障。但是农业气象应急服务需要多维度、多层次的要素、知识、管理、技术等,如果这些因素不能得到有效配置或者出现不足,农业气象应急服务效能就会出现问题。为此,本文围绕着黑龙江省农业气象应急服务的现实问题及产生根源,从应急管理和气象经济学的视角对黑龙江省农业气象应急服务过程中存在的问题进行深入分析,剖析当前黑龙江省在农业气象应急服务方面所做的探索以及出现的问题,并对今后黑龙江省如何提升农业气象应急服务的路径进行的设计。
  为了完成上述研究目的,文章按照“理论构建——对比分析——现状分析——结论展示”的思路展开。绪论从实践和理论层面综合分析当前研究农业气象应急服务的重要意义,并对本文的研究框架进行全面的构建。第一章从内涵、内容、特征三个角度对农业气象应急服务进行全面的描,对深入剖析了气象资源对农业生产的影响效应;第二章阐述基于对国内外农业气象应急服务构建经验阐释的横向对比分析,着重进行国内外农业气象应急服务对比,揭示出黑龙江省农业气象应急服务的可借鉴之处。第三章从三个阶段阐述黑龙江农业气象应急服务体系,并从服务效果、服务水平、服务类型、服务特点等四个层面阐释了黑龙江省农业气象应急服务的现实状态。第四章通过农业气象应急服务突发预警措施的缺失、农业气象应急服务管理监测体系的不足、农业气象应急服务技术水平的落后、农业气象应急服务保障体系的弊端深入分析,阐述黑龙江省农业气象应急服务出现一系列问题的原因。第五章在前面分析的基础上,根据黑龙江省农业气象应急服务出现一系列问题,提出黑龙江省农业气象应急服务的提升策略选择。结束语是对整篇论文所取得的成果的总结、解释与阐述,形成研究闭环。
  
[硕士论文] 李鑫
大气物理学与大气环境 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:感热和潜热通量是地表能量平衡的重要组成部分,对其的定量了解,不仅是大气动力热力过程分析的基础,也是农业生态等研究的核心内容。长江中下游农田以水稻和小麦为主要耕作物,对稻麦轮作田进行通量观测能够更好地理解长江中下游区域大气边界层能量交换特征。因此,本文基于2015年7月9日到2016年5月18日,江苏盐城东台市郊稻麦轮作田上方的通量观测数据,对稻麦轮作田下垫面的通量变化特征进行了分析,探讨了不同生长期,下垫面的平均通量和能量分配特征,重点分析了不同时期通量的日变化特征及下垫面温湿度和风速对能量分配的影响,最后,对比了大孔径闪烁仪和涡相关观测系统的观测数据,检验了仪器的可靠性。主要结论如下:
  (1)平均通量分析表明,在白天,小麦返青期的平均感热通量最大,而水稻拔节期的平均潜热通量最大。在夜间,下垫面仍然存在向上的潜热通量。在停耕期和小麦出苗期,整个下垫面接收到的能量要小于它向大气传递的感热和潜热通量。在整个观测过程中,各时期(H+LE)/Rn的平均值不超过80%,H/Rn的平均值不超过18%,农田下垫面主要以潜热通量的方式向大气传递能量。
  (2)日变化特征分析表明,水稻、裸地和小麦下垫面情况下感热通量的日变化特征十分接近,整个观测期间,感热通量的平均峰值为46.08Wm-2。对能量分配的平均日变化特征分析表明,在水稻的生长周期,(H+LE)/Rn和LE/Rn的日变化特征较为一致,它们在水稻各个时期的日变化趋势分别为:先减后增型(插秧期),逐渐增长型(拔节期),平稳波动型(抽穗期)和逐渐增长型(成熟期)。而H/Rn的值在整个水稻生长期内都为先增后减型,其最大值一般出现在10:00左右。在小麦的种植期,(H+LE)/Rn和LE/Rn的日变化特征也较为一致,都随着小麦的生长,由逐渐增长型(出苗期,越冬期和返青期)转变为起伏增长型(拔节期和成熟期)。H/Rn的日变化特征主要分为先增后减型(出苗期,越冬期和成熟期)和平稳波动型(返青期和拔节期)。当下垫面为裸地时,(H+LE)/Rn,LE/Rn和H/Rn的日变化特征均为波动型。
  (3)对土壤温湿度及地表风速的分析表明,在水稻种植期,各变量对能量分配的影响作用都较为独立,能量分配主要受土壤湿度和风速的影响。土壤湿度的增加,略微增大了H/Rn的值,降低了LE/Rn的值,而风速的增大,增大了LE/Rn的值。在小麦种植期,土壤温度和湿度共同影响了地表能量分配,随着土壤温度的增加,对应的土壤湿度减小,H/Rn的值减小,LE/Rn的值增大。在整个观测期间,H/Rn和LE/Rn的日变化同时受土壤温湿度及风速的日变化的影响,当土壤温度增大时,土壤相对湿度减小,风速逐渐增大且增长速度逐渐降低,LE/Rn的值逐渐增大,而H/Rn始终保持稳定。
  (4)对水稻抽穗期通量观测数据的分析表明,大多数情况下,LAS观测的感热通量都要大于EC所观测的值。结合源区模型,可以发现,仪器东侧的一片桑树园影响了两个仪器的观测结果。由于桑树园上方的感热通量大于水稻田上方的感热通量。当桑树园贡献较大时,HLAS的值总是会大于HEC的值。而当桑树园对两个仪器贡献较一致时,两个仪器观测得到的感热通量也较为接近。两种仪器观测的差异是由桑树园所引起的下垫面不均匀性造成的。
[硕士论文] 刘莹莹
农业信息化 河南师范大学 2017(学位年度)
摘要:对我国粮食产量进行预测是我国政府制定地区规划的重要基础工作之一。随着我国人口的快速增长和经济的飞速发展,确保粮食安全的任务将会变得更加重要。对粮食产量准确的预测,对于国民经济的宏观决策来说意义非凡。花生是我国重要的油料农作物之一,对花生的年产量进行准确的预测可为相关政策的制订提供有力的依据。
  科学的快速发展,促使预测技术的应用范围变得更为广泛,与此同时人们对预测精度的要求也随之变高。对粮食产量预测的模型中,现在使用比较广泛的有神经网络方法、支持向量机模型和灰色理论模型等,但是在现实预测中,研究学者们发现单项预测模型的模型预测精度已经不能满足需要,从而衍生出将多种预测方法组合使用;实践证明,组合预测模型方法的预测精度更高且更加具有科学性。鉴于组合预测模型方法的实际应用的有效性及其科学性,本文尝试运用组合预测模型方法来对河南省内黄县花生的产量进行预测,期望可以提高花生产量的预测精度。
  在本文中,作者选取两种方法对河南省内黄县花生产量进行单一模型的预测:指数平滑预测模型和GM(1,1)预测模型。指数平滑预测模型属于时间序列预测法,其特点是能够实时追踪数据的变化,然后对数据序列中所包含的趋势的变化随时进行调整且好操作,而且在短期预测中,由于即时信息少且信息不完整,所以指数平滑预测模型是比较理想的选择;GM(1,1)预测模型的优点是:可检验、运算方便、所需数据样本比较小且短期预测精度高等,它主要适用于对单一的指数增长序列进行预测。在两种预测模型的预测结果基础上对两种模型进行组合使用,对三种模型的预测结果与实际产量做对比发现,组合模型的预测结果均高于指数平滑预测模型和GM(1,1)预测模型,与实际产量有较好的拟合值,由此推出可以使用组合模型对内黄县花生产量进行预测。
[硕士论文] 毛洋洋
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:在地学、农学等领域,日总辐射量是一个很重要的参数,但相比常规气象观测站,全球辐射观测站的数量却很少,因此,太阳辐射的估算一直受到重视。本文在分析比较前人建立的太阳总辐射模型的基础上,选取较常见且有代表性的5个模型:Angstrom-Prescott模型(Ⅰ)、Ogelman模型(Ⅱ)、Bahel模型(Ⅲ)、日照百分率和气温日较差综合模型(Ⅳ)和刘可群等模型(Ⅴ)。用华北地区6个代表站点2001-2010年的逐日太阳总辐射观测数据,按照整个分析期(10a)、不同季节、不同天气3种情况,对5个模型模拟的效果进行对比与分析。综合分析可知,5个模型均可用于估算华北地区日太阳总辐射,但模型Ⅳ即日照百分率和气温日较差综合模型精度最高。
  辐射作为作物模型的必需的参数,目前在没有辐射观测地区使用作物模型,辐射参数都是依据辐射模型获取的,为了研究不同辐射估算模型对作物模型模拟效果的可能影响,本文以APSIM模型模拟华北地区玉米作物为例,在对APSIM模型在研究区域进行调参验证后,在确保APSIM模型能很好的模拟研究站点玉米生长过程和产量的基础上,以华北地区3个典型站点(山东省莒县站、河南省郑州和南阳站)为研究对象,分析计算玉米生育期Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、日照百分率和气温日较差综合模型(简称综合模型)和刘可群等太阳总辐射模型相对实际观测值的相对误差,分别将该5个模型模拟结果和太阳辐射实测值(依次命名为模拟方案1-5和模拟方案0)输入APSIM模型,计算各模型驱动APSIM玉米模型模拟产量的相对误差,分析由于太阳辐射估算误差对模型产量模拟结果造成的误差传输。结果表明,不同的辐射估算模型对APSIM模型的产量模拟结果有明显的影响,其中模拟结果最好的是模拟方案4,也就是说采用综合模型驱动APSIM模拟的玉米产量误差最小;五个辐射模型估算误差对APSIM模型模拟玉米产量的误差均有放大效应,Angstrom-Prescott模型、Ogelman模型、Bahel模型、综合模型和刘可群等模型辐射误差分别以2.23、2.28、1.63、1.85、1.90倍传输到APSIM玉米模型模拟的产量误差,可见一定要重视辐射模型的选取和辐射模型经验系数的确定;五个辐射模型的误差传输到产量的误差,要考虑辐射模型误差和辐射误差传输到产量误差中放大的效应两个方面的影响,整体来看是综合模型传输到产量的误差最小。因此,在华北地区没有太阳总辐射实测值的地区使用APSIM模型,本文推荐辐射方案4即综合模型太阳总辐射值估算的首选模型。
[硕士论文] 王腾飞
自然地理学 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:不同种植制度可以充分利用气候和土壤的水热条件,使土壤得到充分利用,同时可以增加经济收益,取得一举多得的效果,但不同种植制度条件下土壤环境质量变化仍是一个值得探讨的问题。本研究在重金属中轻度污染区湘潭开展田间试验,同时在实验室进行盆栽试验,在初步探明土壤重金属含量的基础上,研究不同种植制度(稻肥稻、稻油稻、稻闲稻)条件下土壤重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)全量、有效态含量、Cd形态分布和水稻各部位(根、茎、壳、糙米)中的Cu、Zn、Pb、Cd含量变化。主要研究结果如下:
  (1)经过近两年试验后,盆栽试验中,土壤pH较试验前有所提高,土壤有机质含量较试验前有所降低;稻肥稻和稻油稻处理中土壤重金属全量显著降低,其中稻肥稻处理土壤Cd含量较试验前降低了0.14 mg/kg,稻油稻土壤Cd含量较试验前降低了0.21 mg/kg,土壤重金属Cu、Zn、Pb较试验前无显著差异;稻肥稻处理土壤有效态Cd含量较试验前下降了0.11 mg/kg,土壤重金属Cu、Pb较试验前无显著差异,Zn较试验前显著上升。田间试验中,土壤pH与试验前相比无显著差异;土壤有机质含量较试验前有所降低;土壤重金属Cd全量与试验前相比无显著差异,土壤重金属Cu、Zn、Pb较试验前显著降低;三个处理的土壤有效态Cd含量较试验前均显著降低。综合盆栽试验和田间试验结果,稻肥稻和稻油稻可以降低土壤有效态Cd含量,稻肥稻处理对降低土壤有效态Cd含量效果更显著。
  (2)利用BCR法对土壤重金属进行形态分级,研究结果表明:盆栽试验土壤Cd酸可溶态占比范围为48.3%~80.8%,以稻肥稻变化幅度最小,不同生育期中酸可溶态土壤Cd含量无显著差异,占比范围为61.8%~70.0%;田间试验土壤酸可溶态Cd范围是59.6%~72.9%,以稻闲稻变化幅度最小,分蘖期到收获期土壤酸可溶态Cd无显著差异,占比范围为62.7%~72.9%,土壤Cd酸可溶态随水稻生长先降低后趋于稳定。
  (3)盆栽试验稻肥稻处理中,土壤重金属Cd的有效性在56.2%~66.8%之间,低于稻闲稻处理,三种处理土壤重金属Cu、Pb、Cd有效性与试验前比较无显著差异,土壤重金属Zn与试验前比较显著上升;田间试验稻肥稻和稻油稻处理土壤重金属Cd均低于稻闲稻处理,三种处理土壤重金属Cu与试验前相比无显著差异,土壤重金属Zn、Pb与试验前比较显著上升。
  (4)盆栽试验中,稻肥稻、稻油稻和稻闲稻糙米Cd平均含量为0.2 mg/kg、0.38 mg/kg、0.58 mg/kg;田间试验糙米Cd含量0.68 mg/kg;同一季中田间试验高于盆栽试验。
  试验条件下,稻肥稻和稻油稻处理可降低糙米Cd含量,尤其以稻肥稻处理效果更好。
[硕士论文] 李笑寒
生态学 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:农田植物群落是构成农田生态系统的重要组成部分,丰富的植物多样性是稳定农田生态系统的基础。农田植物群落又是一类脆弱的,依赖于人为干扰的植被类型。在城镇化进程不断加快,传统耕作方式发生改变的背景下,研究和认识这一过程中农田植物物种组成及多样性的变化对农村植物多样性的维持以及传统农业景观的保育具有重要意义。
  本研究选取重庆都市近郊区冬水田及其弃耕系列(季节性蓄水水田、弃耕旱化2年、6年和8年的水田)的5个用地类型和旱地及其弃耕系列(弃耕2年、5年和10年的旱地)的4个用地类型为对象,调查了重庆都市近郊区农田植物组成;分析了不同耕作模式下植物组成与植被类型的变化;探讨了冬水田和旱地弃耕后农田景观尺度上植物多样性的变化以及弃耕过程中减少的物种。以期为重庆都市近郊区植物多样性保护提供数据支持,同时对传统农业景观的保育以及农田植物群落的恢复重建提供理论支持。本研究主要结果如下:
  1)本研究记录到维管植物130种,分属于49科,112属。菊科和禾本科植物物种数最多,分别为24种和18种。从生活型组成看,陆生一年生植物、陆生多年生植物、树木、水生一年生植物和水生多年生植物种数分别占44.62%、36.15%、4.62%、8.46%和6.15%。从生长型组成看,矮生长型植物占54.20%,高生长型植物占45.80%。
  2)春、夏、秋三个季节中,水田和旱地两个系列的用地类型与植被类型之间存在较好的对应关系。水田弃耕后,随着弃耕年限的增加,其优势种组成逐渐由水生一年生植物过渡到陆生多年生植物,最后树木成为优势种;旱地弃耕后,其优势种组成逐渐由陆生一年生植物过渡到陆生多年生植物,最后有树木成为优势种。
  3)水田和不同弃耕年限的水田相比物种组成相似性较低,Jaccard指数在0.04~0.25之间;耕作的旱地与不同弃耕年限的旱地相比物种组成相似性较高,Jaccard指数在0.20~0.67之间。
  4)冬水田弃耕8年后,有6种典型水田植物消失,保护水田这类农田景观更有利于农村植物多样性的保护。
[硕士论文] 常家东
生物学 浙江理工大学 2016(学位年度)
摘要:气候变化严重威胁着农业生产的可持续发展,目前它已成为一个至关重要的研究热点。然而,有关升高温度和增加CO2浓度对药用植物的生长、初生和次生代谢影响的研究国内外鲜有报道。本研究在温度(23/18℃和28/23℃)和CO2浓度((380±50)μmol mol-1和(760±50)μmol mol-1)处理条件下培养紫金牛(Ardisia japonica)植株90天。本研究通过传统的生理学研究手段,系统分析了增加CO2浓度和升高温度对光合作用、抗氧化活性物质、抗氧化能力及紫金牛新生成熟叶片中碳氮物质的影响。植物体内的代谢与调控是一个网络关系,植物体响应环境因子变化的调节过程不仅作用于单条代谢途径,也会影响整个代谢网络的平衡。因此,高通量的组学研究技术可以更系统的观察植物生理变化过程,具有发现新基因的更强潜质。本研究采用基于高分辨质谱的UPLC-Q-TOF/MS和RNA-seq等分析技术,结合Interactive Principal Component Analysis(iPCA)、ANOVA-SimultaneousComponent Analysis(ASCA)等化学计量学分析方法,从分子水平探究气候变化对碳代谢和次生代谢途径的影响。本研究工作的开展为研究气候变化对药用植物代谢生理影响提供了全新的认识且具有一定的推动作用。研究结果表明:
  生长在高浓度CO2(780μmol mol-1)栽培条件下的紫金牛植株,新生成熟叶片净光合速率会增加,气孔导度会出现适应性降低。温度的升高会使叶片的光合速率下降,而对叶片中的Rubisco活性影响不明显。同时升高温度和CO2浓度会增加叶片的Rubisco活性。提高CO2浓度能够有效提高Rubisco的羧化能力,抑制光呼吸的发生,提高植物的净光合速率。升高环境温度后,发现新生二轮叶片中Rubisco酶活性受到抑制,导致Rubisco的羧化能力减低。本研究中的新生叶片从发生到成熟经历的90天栽培处理过程中没有出现明显的光适应现象。
  增加CO2浓度具有明显的碳增益效益,升高环境温度和增加CO2浓度对叶片中非结构性碳的积累具有积极的促进作用。植物有效地获得更多的非结构性碳,为下游次生代谢产物的合成提供更多的碳骨架,使叶片中黄酮含量积累增加。同时本研究利用代谢组学和RNA-seq技术,获得了对温度、CO2浓度及其交互作用显著响应的基因和代谢产物。温度和CO2能显著影响碳同化过程和黄酮类生物合成途径中的基因表达,进而会改变植物叶片中非结构性碳的含量。CO2浓度的增加使能量代谢和碳代谢加强,进而光合作用固定更多的碳为下游黄酮类等次生代谢物的生物合成提供更充足碳骨架。
[硕士论文] 王文军
水利工程 南昌大学 2016(学位年度)
摘要:作物的生长与气候变化息息相关,当今地球变暖已是不争的事实,极大地影响着作物生长。随着世界总人口增长,经济发展,生活水平提高,一方面,人类增加粮食产量以满足人类基本生存需要,另一方面也要利用粮食来生产丰富多样的副食品提高生活质量。我国是个农业大国,但粮食自给率已不足90%。研究未来气候变化对作物生长与产量的影响,有助于进行社会生产规划和发展应对不利的措施,为确保我国粮食安全提供理论支撑。
  本文在分析宜春地区近20年间(1995-2015年)早稻和晚稻生育期的气象要素基础上,研究了气象要素变化对水稻生长的影响。并且应用AquaCrop模型模拟了宜春市早稻和晚稻在不同降水保证率下、未来气温与CO2浓度升高条件下的生长过程,并分析了气候变暖对水稻生物量和产量的影响。主要得出以下结果和结论。
  (1)1995-2015年研究期间,宜春地区早稻和晚稻生育期最高气温与最低气温都呈现出升高趋势,其中早稻和晚稻最高气温与最低气温分别升高0.538℃/10a、0.406℃/10a和0.555℃/10a、0.464℃/10a;而降水量与日照时数呈现下降趋势,其中早稻和晚稻降水量与日照时数分别下降3.42mm/a、6.77mm/a和4.72d/10a、11.12d/10a。
  (2)在全球气温升高的大背景下,随着气候变暖,水稻的生育期明显提前;并且我国水稻生长受气温升高影响显著,使水稻受高温胁迫的威胁越来越大。
  (3)通过AquaCrop模型模拟宜春市早稻和晚稻生产研究发现:
  ①早稻和晚稻生物量与产量随降水量的增加均有所提高,在枯水年、平水年和丰水年早稻产量分别达到7.659t/hm2、7.796t/hm2和8.401t/hm2,晚稻产量在3个典型年产量分别为6.481t/hm2、6.634t/hm2和6.647t/hm2。
  ②在气温不高的条件下,水稻生物量与产量随气温升高均有所提高,但气温达到了一定高度,生物量与产量均不再变化,甚至有所降低。其中早稻在10年后、20年后和50年后(以2015年为基准)模拟产量均为8.659t/hm2,晚稻在10年后模拟产量为4.684t/ hm2,在20年后和50年后产量不变均为4.775t/hm2。
  ③在CO2浓度升高条件下,水稻生物量与产量随CO2浓度的升高而升高。其中早稻模拟产量在10年后、20年后和50年后分别为8.976t/hm2、9.2262t/hm2和9.938t/hm2,晚稻模拟产量在10年后、20年后和50年后分别为5.333t/hm2、5.512t/hm2和5.908t/hm2。
  ④在气温与CO2浓度同时升高条件下,水稻生物量与产量的变化趋势基本与只有CO2一个要素升高的条件下变化相同。
[硕士论文] 伍秀莲
软件工程 电子科技大学 2016(学位年度)
摘要:桂林位于广西东北部,是广西重要的农业基地,也是自然灾害频发地区,常年受到各种自然灾害的影响,严重危害桂林市的农业生产;同时,由于桂林市农业气象服务手段和方式还不健全,存在气象资料分散、数据资料统计不齐全等诸多的问题。为此,结合桂林市农业气象服务的实际情况,研究建设一个符合桂林市特点的农业气象服务业务平台,一方面满足桂林市各级气象部门及时采集并更新气象数据的需要,另一方面能够进行有效的灾害监测和完善农气服务等功能。
  平台采用B/S系统结构,采用主流的.NET平台,用C#语言进行开发。整个平台都是采用开放式模块化设计,提高了各个模块的独立性。
  平台通过了全面测试,达到了以下设计要求:
  (1)建设了农业气象知识库、常规气象观测资料数据库、土壤水分观测资料数据库、农业气象指标库等8个基本资料数据库,能实现多项气象数据的查询和服务,满足了政府、气象部门、农户等各类人员的需求。
  (2)为桂林市各级气象部门的业务工作提供了便利。一方面,各级气象部门通过平台可以共享气象资料等信息,实现了气象资源的统一,有助于减少农气业务中出现的差错、漏报等情况;另一方面,为农业气象服务人员简化了繁琐的农业气象业务工作,大大提高了服务人员的工作效率。
  (3)提供了强大的农气信息服务和灾害监测功能,有利于降低由气象灾害造成的农业损失,提高桂林市各区县的农业生产水平。
  平台的建设综合利用了计算机技术、数据库技术和网络技术等智能信息化手段。研究从实际需求出发,采用软件工程的开发思想,实现了桂林市农业气象服务平台。平台对农气业务标准化、自动化、精准化提供了有用的工具,在农气业务工作中发挥了重要作用,为桂林市农业气象服务的开展提出了新思路。
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