基于格點積溫指標的黃淮海冬麥區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力預估

李 萌，申雙和，褚榮浩，李 楠，呂厚荃

(1.南京信息工程大學氣象災(zāi)害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室/氣象災(zāi)害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室/南京信息工程大學應(yīng)用氣象學院，江蘇南京 210044；2.山東聊城市氣象局，山東聊城 252000；3.中國氣象局國家氣象中心，北京 100081)

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基于格點積溫指標的黃淮海冬麥區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力預估

李 萌1，申雙和1，褚榮浩1，李 楠2，呂厚荃3

(1.南京信息工程大學氣象災(zāi)害教育部重點實驗室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室/氣象災(zāi)害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室/南京信息工程大學應(yīng)用氣象學院，江蘇南京 210044；2.山東聊城市氣象局，山東聊城 252000；3.中國氣象局國家氣象中心，北京 100081)

為宏觀了解冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量穩(wěn)定度的變化規(guī)律，基于1991-2013年黃淮海冬麥區(qū)91個有冬小麥種植的農(nóng)業(yè)氣象站點的冬小麥發(fā)育期及對應(yīng)年份100個氣象站點逐日氣象資料，采用格點積溫指標劃分生育期，通過逐步訂正法對冬小麥的氣候生產(chǎn)潛力及其變異系數(shù)進行估算，之后結(jié)合國家氣候中心RegCM3模式模擬A1B情景下1951-2100年0.25°×0.25°格點氣象資料，對未來情景下冬小麥氣候生產(chǎn)潛力及其變異系數(shù)進行預估。結(jié)果表明，從年際變化看，黃淮海冬麥區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力總體呈現(xiàn)波動下降的趨勢，且該波動逐漸趨穩(wěn)；各時段氣候生產(chǎn)潛力基本介于6 277～7 044 kg·hm-2，除2011-2040年有21.94 kg·hm-2·10 a-1的上升趨勢外，其余時段均呈明顯下降趨勢。冬小麥氣候生產(chǎn)潛力在空間上總體呈北部低、四周高，在時間上主要呈先平穩(wěn)后逐漸降低的趨勢；其變異系數(shù)在空間上總體呈北高南低，在時間上呈北部先增后減、南部先減后增的變化趨勢。在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)更加注重冬小麥生長發(fā)育過程中光、溫、水的匹配程度。

格點積溫；冬小麥；氣候生產(chǎn)潛力；未來氣候情景；變異系數(shù)

據(jù)IPCC報告，19世紀以來，全球平均地表溫度呈現(xiàn)上升趨勢，預計在1990-2100年全球平均地表溫度將上升1.4～5.8 ℃[1]。這將給農(nóng)業(yè)發(fā)展、社會經(jīng)濟、生態(tài)系統(tǒng)等方面造成極大的影響，而首當其沖的是農(nóng)業(yè)，尤其是作為農(nóng)業(yè)主體的糧食生產(chǎn)與糧食安全[2-3]。農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力是評價農(nóng)業(yè)氣候資源優(yōu)劣的依據(jù)之一，其大小取決于光、溫、水三要素的數(shù)量及其相互配合協(xié)調(diào)的程度[4]。最初的作物生產(chǎn)潛力研究是定性地分析單個環(huán)境因子對作物產(chǎn)量的影響，隨著科學技術(shù)的進步，研究方法已從單純考慮自然因素轉(zhuǎn)向自然因素與社會經(jīng)濟技術(shù)因素相結(jié)合[5]。近年來，國內(nèi)對農(nóng)作物生產(chǎn)潛力的研究已取得不少研究成果。王素艷等[6]采用“逐步訂正法”探討非灌溉自然條件下，干旱對作物氣候生產(chǎn)潛力的影響；鐘新科等[7]采用GIS技術(shù)和AEZ模型結(jié)合的方法，模擬了30年中國玉米生產(chǎn)潛力變化趨勢；高浩等[8]基于Miami和Thornthwaite Memorial氣候模型，分析研究區(qū)域不同草原類型草地生產(chǎn)潛力和影響氣候生產(chǎn)潛力的氣候驅(qū)動模式；王濤等[9]基于WOFOST模型對京津冀地區(qū)冬小麥生產(chǎn)潛力進行評價。上述作物生產(chǎn)潛力研究結(jié)果都是基于歷史氣候數(shù)據(jù)并結(jié)合作物模型得出的，而對未來情景下作物生產(chǎn)潛力的預估研究并不多見。龐艷梅等[10]選取區(qū)域氣候模式PRECIS輸出的未來A2和B2情景及基準氣候資料，采用侯光良法[11]對冬小麥氣候生產(chǎn)潛力時空變化特征進行分析；趙俊芳等[12]應(yīng)用農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域(AEZ)模型，對未來B2氣候情景下黃淮海地區(qū)冬小麥、夏玉米氣候生產(chǎn)潛力時空變化進行預測；Yuan等[13]采用“作物生長動態(tài)統(tǒng)計”模型，對RegCM3模式模擬A1B情景下東北春玉米氣候生產(chǎn)潛力進行預估。目前在關(guān)于作物生產(chǎn)潛力的研究中，研究區(qū)域劃分生育期大多采用同一積溫指標，由于不同區(qū)域作物生育期存在一定差異，同一積溫指標容易造成生育期劃分不嚴謹、研究結(jié)果不精細、不具有區(qū)域代表性等問題。因此，本研究基于1991-2013年黃淮海冬麥區(qū)91個農(nóng)業(yè)氣象站點冬小麥生育期資料和對應(yīng)年份100個氣象站點的逐日氣象資料，精確計算出各氣象站點冬小麥生育期積溫，插值至全區(qū)域，提取出冬小麥分生育階段的格點積溫指標，之后采用逐步訂正法對冬小麥氣候生產(chǎn)潛力及變異系數(shù)進行估算，同時結(jié)合國家氣候中心RegCM3模式模擬A1B情景下1951-2100年0.25°×0.25°格點氣象資料，對未來情景下冬小麥氣候生產(chǎn)潛力及其變異系數(shù)進行預估，從宏觀上探討冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量穩(wěn)定度的變化規(guī)律，以期為應(yīng)對氣候變化、合理利用農(nóng)業(yè)資源、調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1　資料與方法

1.1研究區(qū)域概況

黃淮海冬麥區(qū)位于我國東部31°5′～41°N，110°25′～122°25′E區(qū)域，覆蓋河北、山西南部及京津地區(qū)(圖1)、河南、山東、安徽及江蘇境內(nèi)淮河流域以北地區(qū)，屬半干旱、半濕潤地區(qū)，土層深厚，土壤肥力較高，光熱資源充足，降水多集中在夏季，7、8月份降水量約占全年的45%～65%。全年水分支出大于收入，虧缺水分約400 mm[14]。黃淮海地區(qū)總耕地面積占全國總耕地面積的25%，是我國幾大農(nóng)業(yè)區(qū)中耕地面積最多的地區(qū)，冬小麥是該區(qū)主要糧食作物之一，其種植面積占該區(qū)種植作物之首。

1.2資料來源

(1)國家氣候中心RegCM3模式模擬A1B情景下1951-2100年0.25°×0.25°格點的氣象資料日值，包括日平均氣溫、日最高和最低氣溫、日降水量、氣壓、日總輻射、日平均風速和日平均相對濕度。

圖1　黃淮海冬麥區(qū)

(2)國家氣象信息中心發(fā)布的1971-2000年黃淮海冬麥區(qū)100個氣象站點逐日氣象資料，包括日平均氣溫(℃)、日最高和最低氣溫(℃)、日降水量(mm)、日總輻射(W·m-2)、日平均風速(m·s-1)和日平均相對濕度(%)。

(3)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)1991-2013年黃淮海冬麥區(qū)91個有冬小麥種植的農(nóng)業(yè)氣象站點冬小麥發(fā)育期及對應(yīng)年份100個氣象站點日平均溫度(℃)資料(為避免下文各生育期積溫的計算受海拔因素影響，其中已剔除掉海拔>1 000 m高山氣象站點資料)(圖2)。

圖2　黃淮海冬麥區(qū)氣象站點(▲)及冬小麥

1.3模擬氣候數(shù)據(jù)的訂正

采用雙線性插值法將RegCM3模式下黃淮海區(qū)域1951-2100年格點數(shù)據(jù)(包括逐日平均氣溫、日最高和最低氣溫、日降水量、日總輻射、日平均風速、日平均相對濕度)插值到站點位置，然后利用1971-2000年100個氣象站點逐日氣象資料對其進行誤差訂正[13]。

1.4研究方法

1.4.1小麥生育期的確定

采用5 d滑動平均法確定逐年平均氣溫穩(wěn)定通過15 ℃的終日作為冬小麥適播期[15]，冬小麥生長的終止日期根據(jù)積溫(≥0 ℃)指標進行確定，即冬小麥達到一定積溫便進入或結(jié)束某生育期。本研究先利用91個農(nóng)業(yè)氣象站點1991-2013年冬小麥各生育期年平均日序資料(圖3)，通過反距離加權(quán)法(IDW)插值到整個黃淮海冬麥區(qū)，根據(jù)站點經(jīng)緯度提取出100個氣象站點所對應(yīng)的冬小麥各生育期日序，再結(jié)合1991-2013年日平均氣溫資料，推算出100個氣象站點冬小麥各生育階段積溫，最后插值到整個黃淮海冬麥區(qū)，根據(jù)模式數(shù)據(jù)經(jīng)緯度提取出冬小麥各生育階段格點積溫指標(圖4)。

1.4.2氣候生產(chǎn)潛力估算模型

本研究冬小麥氣候生產(chǎn)潛力估算模型采用逐步訂正法建立[6]，按光合、光溫和氣候生產(chǎn)潛力三級訂正來計算，將冬小麥全生育期分為播種-出苗、出苗-分蘗、分蘗-越冬、越冬-返青、返青-拔節(jié)、拔節(jié)-抽穗、抽穗-成熟7個時段，采用1.4.1中的積溫指標計算未來情景下冬小麥各生育期起止日期，分別計算不同時段冬小麥生產(chǎn)潛力，進行累加得到全生育期生產(chǎn)潛力[13]。

(1)光合生產(chǎn)潛力(Yppp)[16]

Yppp=C·f(Q)

f(Q)=ΩεФ(1-α)(1-β)(1-ρ)(1-γ)(1-ω)(1-η)-1(1-ξ)-1sq-1f(L)∑Q

(1)

a：播種期; b：出苗期; c：分蘗期; d：越冬期; e：返青期; f：拔節(jié)期; g：抽穗期; h：成熟期。

a：Seeding; b：Emerging; c：Tillering; d：Wintering; e：Reviving; f：Jointing; g：Heading; h：Maturity.

圖3黃淮海冬麥區(qū)冬小麥各生育期日序

Fig.3Julian day of each winter wheat growth period in Huang-Huai-Hai winter wheat region

a：播種-出苗; b：出苗-分蘗; c：分蘗-越冬; d：越冬-返青; e：返青-拔節(jié); f：拔節(jié)-抽穗; g：抽穗-成熟。

a：Seeding-emerging; b：Emerging-tillering; c：Tillering-wintering; d：Wintering-reviving; e：Reviving-jointing; f：Jointing-heading; g：Heading-maturity.

圖4黃淮海冬麥區(qū)冬小麥各生育時段的格點積溫資料

Fig.4Grid accumulated temperature of each winter wheat growth interval in Huang-Huai-Hai winter wheat region

式中，C為單位換算系數(shù)，取10 000；Ω為作物光合固定CO2能力的比例，取0.85；ε為光合輻射占總輻射比例，取0.49；φ為光合作用量子效率，取0.224；α為作物群體反射率，取0.10；β為作物群體對太陽輻射漏射率，取0.07；ρ為作物非光合器官對太陽輻射的無效吸收，取0.10；γ為光飽和限制率，取0.05；ω為作物呼吸損耗率，取0.33；η為成熟谷物含水率，取0.14；ξ為作物灰分含量，取0.08；s為作物經(jīng)濟系數(shù)，冬小麥取0.40；q為單位干物質(zhì)含熱量(MJ·kg-1)，取17.58；f(L)為作物葉面積動態(tài)變化訂正值，取0.50；Q為各生育期太陽總輻射(MJ·m-2)。

(2)光溫生產(chǎn)潛力

經(jīng)溫度訂正函數(shù)訂正后，冬小麥生育期內(nèi)逐日光溫生產(chǎn)潛力(Yltpp)計算公式如下：

Yltpp=Yppp×S(t)

(2)

冬小麥各生育時段的溫度訂正函數(shù)S(t)是在文獻[17]的基礎(chǔ)上對文獻[16]修訂生成的：

(3)

T為冬小麥各生育時段內(nèi)平均氣溫，T1、T2分別為冬小麥各生育時段內(nèi)生長發(fā)育的下限和上限溫度，T0l，T0h分別為最適溫度的下限和上限溫度。冬小麥三基點溫度[18-19]如表1所示。

(3)氣候生產(chǎn)潛力

光溫生產(chǎn)潛力Yltpp經(jīng)水分訂正函數(shù)S(r)訂正后[10]，冬小麥生育期內(nèi)逐日氣候生產(chǎn)潛力Ycpp計算公式如下：

Ycpp=Yltpp×S(r)

(4)

(5)

ET=Kc×ET0

(6)

式中，r為日降水量， ET為冬小麥日生理需水量，Kc為作物系數(shù)，黃淮海區(qū)域冬小麥各生育階段Kc[20-21]取值如表2所示。ET0為參考作物蒸散量，按照FAO推薦的Penman-Monteith估算模型計算[22]。

表1　冬小麥不同生育期內(nèi)下限(T1)、 最適(T0)和上限溫度(T2)Table 1　Lower limit temperature (T1),optimal temperature (T0) and upper limit temperature(T2) of different winter wheat growth period　℃

表2　冬小麥不同生育期的作物系數(shù)(Kc)Table 2　Crop coefficient (Kc) in each growth period of winter wheat

2　結(jié)果與分析

2.1基本氣候要素變化趨勢

由圖5可以看出，年平均氣溫總體呈現(xiàn)出明顯上升趨勢，氣候傾向率達0.494 ℃·10 a-1，1951-1980年間氣溫呈波動逐漸下降趨勢(-0.33 ℃·10 a-1)，1981年以后呈波動上升趨勢(0.56 ℃·10 a-1)；且由其箱線圖可以看出年平均氣溫整體波動較小，增溫趨勢較穩(wěn)定。年降水量年際間波動較大，總體呈現(xiàn)出緩慢增加趨勢，氣候傾向率達16.906 mm·10 a-1，其中1951-1980年和2011-2040年兩個時段降水量呈減少趨勢，氣候傾向率分別為-46.916 mm·10 a-1和-35.57 mm·10 a-1，且由其箱線圖可以看出年降水量波動區(qū)間隨時間增加呈擴大趨勢，尤以高值區(qū)最為明顯。年太陽輻射總體呈現(xiàn)出波動下降趨勢，氣候傾向率為-10.208 MJ·m-2·10 a-1，其中2011-2040年和2041-2070年太陽輻射呈略微上升的趨勢，氣候傾向率分別為16.016 MJ·m-2·10 a-1和17.412 MJ·m-2·10 a-1，由其箱線圖可以看出年太陽輻射波動區(qū)間隨時間增加也呈緩慢擴張趨勢。

2.2冬小麥氣候生產(chǎn)潛力的時間變化

2.2.1年際變化

黃淮海冬麥區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力總體上呈現(xiàn)波動下降的變化趨勢(圖6)，整體減幅達-75.52 kg·hm-2·10 a-1，而由箱線圖可以看出，隨著時間的推移，冬小麥氣候生產(chǎn)潛力波動區(qū)間呈逐漸縮小的趨勢，即在未來時段，該區(qū)域冬小麥氣候生產(chǎn)潛力的波動逐漸趨穩(wěn)。由于本研究采用逐步訂正函數(shù)對冬小麥氣候生產(chǎn)潛力進行預估，冬小麥各時段氣候生產(chǎn)潛力的變化特征可能與該時段冬小麥生長發(fā)育過程中光、溫、水的匹配程度有關(guān)[12]。而從上文對該區(qū)域基本氣候要素的分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的逐漸升高，熱量資源不斷增加，但過高的溫度可能會超出冬小麥生長發(fā)育的最適宜溫度，尤其在冬小麥抽穗-成熟階段，日平均氣溫若超過該階段冬小麥產(chǎn)量形成的最高溫度，便會導致此階段冬小麥氣候生產(chǎn)潛力明顯下降。理論上過高的熱量資源能夠滿足冬小麥生長發(fā)育的基本要求，但過高的熱量資源對于氣候生產(chǎn)潛力往往會產(chǎn)生負效應(yīng)[13]。年降水量總體上雖呈緩慢上升趨勢，但年際間波動較大，其變率對冬小麥氣候生產(chǎn)潛力影響也較大[6]。而太陽輻射年際間的波動下降趨勢對冬小麥光合生產(chǎn)潛力也將產(chǎn)生一定的負效應(yīng)，進而影響冬小麥氣候生產(chǎn)潛力。因此該區(qū)域應(yīng)適當調(diào)整冬小麥播種期或選育新品種來實現(xiàn)該地區(qū)熱量資源的高效利用，以提高產(chǎn)量；趁墑及時播種，避免降水量波動較大帶來的負面影響；通過培育和引進高光效品種、改革種植制度、合理密植、灌水及施肥來提高作物光能利用率。

圖5　未來情景下黃淮海冬麥區(qū)基本氣候要素的變化趨勢(左為散點圖，右為箱線圖)

圖6　黃淮海冬麥區(qū)1951-2100年冬小麥氣候生產(chǎn)潛力的年際變化(左為散點圖，右為箱線圖)

2.2.2年代際變化

黃淮海冬麥區(qū)冬小麥各時段氣候生產(chǎn)潛力的變化范圍為6 277～7 044 kg·hm-2，年代平均值隨時間的推移呈先減后略升的趨勢，各時段變異系數(shù)均在40%以上(表3)，說明氣候生產(chǎn)潛力年代際波動較大，這與上述年際變化趨勢基本吻合。從傾向率來看，氣候生產(chǎn)潛力在2011-2040年有略微上升趨勢，傾向率為21.94 kg·hm-2·10 a-1；其余時段氣候生產(chǎn)潛力均呈明顯下降趨勢，傾向率均低于-180 kg·hm-2·10 a-1，尤以2071-2100年最為明顯，達-204.45 kg·hm-2·10 a-1。

表3　黃淮海冬麥區(qū)1951-2100年冬小麥氣候生產(chǎn)潛力的年代際變化Table 3　Inter-decadal variation of winter wheat climatic potential productivity in Huang-Huai-Hai winter wheat region from 1951 to 2100

2.3冬小麥氣候生產(chǎn)潛力的空間變化特征

黃淮海冬麥區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力在空間上呈北部低、四周高的分布趨勢，時間上呈先平穩(wěn)后逐漸降低的趨勢(圖7)。1951-1980年黃淮海冬麥區(qū)氣候生產(chǎn)潛力介于2 770～11 000 kg·hm-2，最低值區(qū)主要位于河北、天津、北京大部、山東北部(2 770～5 000 kg·hm-2)，最高值區(qū)主要位于河南、江蘇、安徽境內(nèi)南部(>11 000 kg·hm-2)，河北、山西及河南東北部、山東中部氣候生產(chǎn)潛力為5 000～6 500 kg·hm-2，山西大部、河南、山東中部、安徽境內(nèi)北部氣候生產(chǎn)潛力為6 500～9 500 kg·hm-2，其余均高于9 500 kg·hm-2；與1951-1980年相比，1981-2010年黃淮海冬麥區(qū)氣候生產(chǎn)潛力整體變化較小，主要表現(xiàn)為山西境內(nèi)6 500～8 000 kg·hm-2區(qū)域有所縮小，冬麥區(qū)南部11 000 kg·hm-2以上區(qū)域略微向北部擴張。與1981-2010年(基準年)相比，2011-2040年山西中南部、北京北部、河北東北部、河南中部、安徽境內(nèi)、江蘇境內(nèi)全部冬小麥氣候生產(chǎn)潛力均有所下降；2041-2070年黃淮海冬麥區(qū)南部8 000 kg·hm-2以上區(qū)域進一步向南縮小，低值區(qū)氣候生產(chǎn)潛力最低值上升至3 500 kg·hm-2；2071-2100年氣候生產(chǎn)潛力高值區(qū)(>8 000 kg·hm-2)已縮小至河南最南端、山東東部、江蘇境內(nèi)東南部，河北西南部氣候生產(chǎn)潛力有略微上升趨勢。

2.4冬小麥氣候生產(chǎn)潛力變異系數(shù)的分布

由圖8可知，黃淮海冬麥區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力變異系數(shù)總體呈空間上北高南低的分布趨勢，時間上北部先增后減、南部先減后增的變化趨勢。1951-1980年冬小麥氣候生產(chǎn)潛力變異系數(shù)基本介于20%～60%的范圍，山西大部、河南西南部、山東東南部、安徽境內(nèi)南部、江蘇境內(nèi)大部為變異系數(shù)低值區(qū)，變異系數(shù)為20%～40%，河北中部、山東西部、河南東北部為變異系數(shù)高值區(qū)，變異系數(shù)為50%～60%；相對于1951-1980年，1981-2010年冬小麥氣候生產(chǎn)潛力變異系數(shù)高值區(qū)逐步向東北轉(zhuǎn)移，山東、河北大部、山西南部、安徽境內(nèi)中部變異系數(shù)基本在40%以上，尤以河北中東部最為明顯，達60%～70%。與1981-2010年(基準年)相比，2011-2040年冬小麥氣候生產(chǎn)潛力變異系數(shù)40%以上區(qū)域已擴張至山西大部、河南中北部，60%以上區(qū)域已擴張至河北大部，與之相反，河南、安徽境內(nèi)、江蘇境內(nèi)南部變異系數(shù)有所下降；2041-2070年，變異系數(shù)40%以上區(qū)域擴張至山西境內(nèi)東南部、河南中北大部、安徽境內(nèi)北部、江蘇境內(nèi)西北部，變異系數(shù)50%～60%區(qū)域擴張至河北境內(nèi)大部、山東西北部，60%以上區(qū)域也略微向南擴張；2071-2100年冬小麥氣候生產(chǎn)潛力變異系數(shù)變化較小，主要表現(xiàn)為變異系數(shù)50%以上區(qū)域向南擴張至山東西北部，40%～50%區(qū)域擴張至河南中北部，安徽境內(nèi)中部、江蘇境內(nèi)東南部變異系數(shù)有所下降。

a:1951-1980;b:1981-2010;c:2011-2040;d:2041-2070;e:2071-2100

3　討 論

在氣候變化背景下，作物氣候生產(chǎn)潛力的研究一直是全球的熱點。本研究基于精細化格點積溫指標，采用逐步訂正法分析了黃淮海區(qū)域歷史時段的氣候生產(chǎn)潛力及其變異系數(shù)，結(jié)合RegCM3模式下黃淮海區(qū)域1951-2100年的氣象數(shù)據(jù)，對未來情景下黃淮海區(qū)域冬小麥氣候生產(chǎn)潛力及其變異系數(shù)進行了預估，對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量穩(wěn)定度變化規(guī)律進行研究，為該區(qū)域應(yīng)對氣候變化、合理利用農(nóng)業(yè)資源、調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。李克南等[23]利用華北地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象觀測站作物資料，驗證了APSIM-Wheat作物模擬模型在華北區(qū)域尺度上有較好的適用性，且表明華北地區(qū)冬小麥各層次產(chǎn)量在時間上總體呈下降趨勢；Tao等[24]通過WOFOST作物模型研究江蘇省冬小麥發(fā)現(xiàn)在使用當下播期及栽培品種下其產(chǎn)量呈下降趨勢；上述研究結(jié)論均與本研究得出的結(jié)果(黃淮海冬麥區(qū)歷史階段冬小麥氣候生產(chǎn)潛力從年際、年代際變化來看呈現(xiàn)下降趨勢)一致；李克南等[23]采用的華北地區(qū)冬小麥播種及成熟日期區(qū)域分布圖與本研究冬小麥各生育期日序基本一致，這也進一步印證了本研究基于冬小麥生育期日序建立的格點積溫指標的可行性；趙俊芳等[12]應(yīng)用農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域(AEZ)模型，預測的B2氣候情景下黃淮海冬小麥氣候生產(chǎn)潛力在2011-2030年呈明顯增加趨勢，這也與本研究在未來情景下得出的黃淮海冬麥區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力在2011-2040年有上升趨勢結(jié)論基本一致，且其基準氣候時段東南高、西北低的分布趨勢與本研究西北低、四周高的分布趨勢基本一致。在基準氣候時段，本研究所計算的黃淮海冬麥區(qū)冬小麥的氣候生產(chǎn)潛力的最低值偏低，這可能是因為本研究將積溫指標格點化，每個格點根據(jù)具體物候資料計算具體的積溫指標，與前人研究中整個區(qū)域粗略采用一個指標相比，格點積溫指標更加精細化，故該結(jié)果在理論上應(yīng)更接近該區(qū)域?qū)嶋H情況。由于本研究RegCM3模式的不確定性、未來農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的不可預見性、相關(guān)研究的不斷深入、未來新氣候情景的出現(xiàn)以及作物本身應(yīng)對氣候變化的變異性等不確定因素，本研究給出的未來情景下的冬小麥生產(chǎn)潛力預估結(jié)果仍具有不確定性，今后的研究可以在模式不斷完善的基礎(chǔ)上結(jié)合田間模擬試驗進行進一步的深入探討。

圖8　黃淮海冬麥區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力變異系數(shù)的分布

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Projected Climatic Potential Productivity of Winter Wheat Based on Grid Accumulated Temperature in Huang-Huai-Hai Winter Wheat Region

LI Meng1, SHEN Shuanghe1, CHU Ronghao1, LI Nan2, Lü Houquan3

(1.Key Laboratory of Meteorological Disaster,Ministry of Education(KLME)/Joint International Research Laboratory of Climate and Environment Change(ILCEC)/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters(CIC-FEMD)/Jiangsu Key Laboratory of Agricultural Meteorology/College of Applied Meteorology,Nanjing University of Information Science&Technology Nanjing, Jiangsu 210044,China;2.Liaocheng Meteorological Bureau of Shandong Province, Liaocheng, Shandong 252000,China;3.National Meteorological Center of China Meteorological Administration，Beijing 100081,China)

Based on winter wheat growth period data of 91 agricultural meteorological stations in Huang-Huai-Hai winter wheat region in 1991-2013 and daily meteorological data of 100 weather stations in the corresponding years, the stepwise correct method was adopted to estimated the winter wheat climatic potential productivity and its coefficient of variation by using the growth period divided from grid accumulated temperature, then the winter wheat climatic potential productivity and its coefficient of variation in the future period were projected based on daily 0.25×0.25 degree gridded meteorological data under A1B climate scenario(1951-2100)extracted from the regional climate model RegCM3 released by the National Climate Center. The results showed the winter wheat climatic potential productivity in Huang-Huai-Hai winter wheat region showed a fluctuant decrease trend from the inter-annual variation, and the trend gradually stabilized; the winter wheat climatic potential productivity varied between 6 277-7 044 kg·hm-2,except the rise of 21.94 kg·hm-2·10 a-1in 2011-2040, presented a downward trend during other periods in Huang-Huai-Hai winter wheat region; Winter wheat climatic potential productivity was lower in the north and higher in the surround from space, smooth before gradually reduce from time, the coefficient of variation showed a gradually increase trend from the south to the north from space, firstly increases and then decreases in northern and firstly decreases and then increases in southern from time. The match of water, light and temperature should be paid more attention during the growth period in the practical production process.

Grid accumulated temperature; Winter wheat; Climatic potential production; Future climate scenario; Coefficient of variation

2016-03-07

2016-04-07

國家公益性行業(yè)(氣象)專項(GYHY201106043;GYHY201306046)

E-mail:lm_nuist@163.com

申雙和(E-mail:yqzhr@nuist.edu.cn)

S512.1；S315

A

1009-1041(2016)09-1215-10

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-08-31

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160831.1651.026.html