京津冀地區(qū)極端高溫發(fā)生對夏玉米產(chǎn)量的影響

韋 丹 曾曉豪 羅 寧 王麗君 孟慶鋒 王 璞

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，北京 100193)

玉米是全球第一大作物, 在我國糧食作物中總產(chǎn)和種植面積均居第一位, 對保證國家糧食安全起著重要作用。1980年以來全球氣候變化, 尤其是玉米生育期高溫天氣的出現(xiàn)對玉米生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響[1-8]。聯(lián)合國氣候變化政府間專家委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change)第五次評估報(bào)告預(yù)計(jì)到21世紀(jì)末, 全球地表氣溫將比21世紀(jì)初升高0.3～4.8 ℃[9-10]。與全球平均水平相比, 我國氣溫上升速度更快, 1953—2002年, 我國地表平均溫度每年上升1.1 ℃[11]。隨著溫度不斷升高, 極端高溫出現(xiàn)頻率增大, 對農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)的不利影響也將進(jìn)一步加劇。Lobell等[3]研究表明極端高溫(≥34 ℃)對作物生長發(fā)育和最終產(chǎn)量的影響遠(yuǎn)大于普通高溫, 研究極端高溫的發(fā)生規(guī)律及其對玉米生產(chǎn)的影響具有重要意義。

已有研究開始關(guān)注高溫并發(fā)現(xiàn)極端高溫對玉米產(chǎn)量的不利影響。1960—2010年玉米產(chǎn)量隨生育期內(nèi)高溫(≥32 ℃)天數(shù)的增加而減少, 生育期高溫尤其是極端高溫對玉米產(chǎn)量造成了嚴(yán)重的影響。針對美國玉米帶的研究表明, ≥29 ℃高溫累積導(dǎo)致玉米產(chǎn)量顯著下降[4]。高溫平均使產(chǎn)量降低14%, 在美國南部極端高溫的高發(fā)地區(qū)玉米產(chǎn)量下降超過50%[12]。當(dāng)溫度≥30 ℃時(shí), 撒哈拉以南非洲地區(qū)的玉米產(chǎn)量損失1.0%～1.7%[13]。我國一些地區(qū)的研究表明, 氣溫≤29 ℃時(shí)，玉米產(chǎn)量隨溫度增加而升高, ≥32 ℃的氣溫對玉米的生長會產(chǎn)生脅迫[14]。極端高溫天氣在未來發(fā)生會更頻繁, 持續(xù)時(shí)間也越來越長[15], 但極端高溫的發(fā)生規(guī)律及對夏玉米產(chǎn)量影響方面的研究鮮有報(bào)道。

本研究以京津冀地區(qū)夏玉米‘鄭單958’為研究對象, 分析1954—2015年玉米生育期內(nèi)極端高溫發(fā)生的規(guī)律(天數(shù)和強(qiáng)度), 并通過APSIM-MAIZE模型模擬其對玉米產(chǎn)量的影響, 旨在解析極端高溫天氣對京津冀地區(qū)夏玉米產(chǎn)量的影響，以期為選育耐高溫的玉米品種和栽培管理措施提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 地區(qū)概況

京津冀地區(qū)位于華北平原北部, 北面是燕山山脈, 西北和北面地形較高, 南面和東面地形較為平坦, 整體呈現(xiàn)出西北高東南低的地形特點(diǎn)。2018年, 京津冀地區(qū)玉米種植面積為366.5萬hm2, 占全國玉米種植面積的8.7%, 產(chǎn)量為2 078.9萬t, 占全國玉米產(chǎn)量的8.1%[16]。

本研究選取京津冀地區(qū)3個典型的氣象站點(diǎn)：北京市-北京氣象站(39.48 N,116.28 E)、天津市-天津氣象站(39.05 N,117.04 E)、河北省泊頭市-泊頭氣象站(38.08 N,116.55 E)。這3個站點(diǎn)處在京津冀地區(qū)的中部偏東南, 典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。3個站點(diǎn)的位置，見圖1。

圖1 京津冀3個氣象站點(diǎn)位置圖Fig.1 Location map of 3 meteorological site in Beijing, Tianjin and Hebei

1.2 數(shù)據(jù)來源

北京市、天津市和河北省泊頭市3個站點(diǎn)的逐日氣象數(shù)據(jù)皆來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://www.cma.gov.cn)， 分析對象主要包括最高溫、平均溫、最低溫、降水量和日照時(shí)數(shù)。

1.3 高溫計(jì)算方法

以日最高溫30、32 和35 ℃的天數(shù)和高溫累積度日(Extreme growing degree days, EDD)作為評價(jià)玉米生育期極端高溫風(fēng)險(xiǎn)的2個指標(biāo)。具體計(jì)算方法如下：

式中：N為天數(shù),d；Tmax表示每日最高溫度，℃；Thigh表示高溫的臨界值, 取值為30、32 和35 ℃。

1.4 作物模型

APSIM(Agricultural Production Systems Simulator)是由隸屬于澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院和昆士蘭州政府的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)研究組開發(fā)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)模擬模型, 已被廣泛應(yīng)用于全球主要作物體系的模擬[17-18]。本研究利用課題組已調(diào)參校驗(yàn)過的APSIM-MAIZE模型對夏玉米產(chǎn)量進(jìn)行模擬[19]。供試品種為‘鄭單958’, 用APSIM UI模型進(jìn)行每一年的產(chǎn)量模擬, 輸出成Excel文件。模型設(shè)置具體參數(shù)如下：播種日期為 6 月 12 日, 玉米品種為‘鄭單958’, 密度為 75 000 株/hm2。

1.5 情景分析

為進(jìn)一步研究不同極端氣溫閾值對產(chǎn)量的影響, 開展3種情景的模擬研究。情景Ⅰ：最高溫度中≥30 ℃溫度統(tǒng)一設(shè)置為30 ℃, 其他氣象數(shù)據(jù)不變, 模擬結(jié)果為產(chǎn)量Ⅰ。情景Ⅱ：最高溫度中≥32 ℃ 溫度統(tǒng)一設(shè)置為32 ℃, 其他氣象數(shù)據(jù)不變, 模擬結(jié)果為產(chǎn)量Ⅱ。情景Ⅲ：最高溫度中≥35 ℃ 溫度統(tǒng)一設(shè)置為35 ℃, 其他氣象數(shù)據(jù)不變, 模擬結(jié)果為產(chǎn)量Ⅲ。不同高溫對產(chǎn)量影響的計(jì)算過程如下：

產(chǎn)量Ⅰ-產(chǎn)量Ⅱ=30～32 ℃高溫對產(chǎn)量的影響
產(chǎn)量Ⅱ-產(chǎn)量Ⅲ=32～35 ℃高溫對產(chǎn)量的影響
產(chǎn)量Ⅰ-產(chǎn)量Ⅲ=30～35 ℃高溫對產(chǎn)量的影響

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和R語言程序(R/3.6)對氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖；采用已校驗(yàn)的APSIM (7.9)模型進(jìn)行產(chǎn)量模擬。

2 結(jié)果與分析

2.1 3個站點(diǎn)高溫發(fā)生規(guī)律

2.1.1全年和玉米生育期內(nèi)溫度變化趨勢

1954—2015年北京市、天津市和河北省泊頭市3個站點(diǎn)全年氣溫(最高、最低和平均溫度)變化趨勢相同，都表現(xiàn)出遞增的趨勢(圖2和圖3)。玉米生育期內(nèi)氣溫變化與全年變化趨勢一致，其增加趨勢略小于全年。北京市玉米生育期內(nèi)最高氣溫上升速度0.4 ℃/10 年，天津市和河北省泊頭市玉米生育期內(nèi)最高氣溫上升速度均0.5 ℃/10 年。

圖2 京津冀地區(qū)3個氣象站點(diǎn)全年氣溫變化趨勢Fig.2 Trends of air temperature for years at the three stations

圖3 京津冀地區(qū)3個氣象站點(diǎn)夏玉米生育期內(nèi)氣溫變化趨勢Fig.3 Trends of air temperature for growth period of summer maize at the three stations

2.1.2夏玉米生育期內(nèi)各月份極端高溫發(fā)生天數(shù)和累積值(EDD)

玉米受精結(jié)實(shí)期對高溫最為敏感。北京市玉米受精結(jié)實(shí)期內(nèi)，8月中旬≥30 ℃天數(shù)和EDD 30 ℃均呈現(xiàn)增加的趨勢。由圖4可知，1954—2015年極端高溫發(fā)生天數(shù)平均增加 0.5 d/10年, 2006—2015年出現(xiàn)≥30 ℃的高溫達(dá)5 d/年。8月中旬的EDD 30 ℃平均增加2.2(℃·d)/10年，2006—2015年EDD平均19.5(℃·d)/年。當(dāng)溫度梯度上升到32 ℃時(shí),8月中旬EDD 32 ℃平均上升0.9(℃·d)/10年(圖5), 2006—2015年EDD平均7.7(℃·d)/年。當(dāng)氣溫梯度上升為35 ℃時(shí), ≥35 ℃的氣溫發(fā)生天數(shù)和EDD 35 ℃無升高趨勢(圖6)。此外,該站點(diǎn)≥30 ℃ 發(fā)生天數(shù)在9月中上旬, ≥32 ℃發(fā)生天數(shù)在9月中旬, ≥35 ℃發(fā)生天數(shù)在8月下旬、EDD 30 ℃在9月中旬也均呈現(xiàn)出增加的趨勢。

天津市站點(diǎn)在玉米受精結(jié)實(shí)期內(nèi)≥30 ℃氣溫的天數(shù)和EDD也呈現(xiàn)出增加的趨勢(圖7)，1954—2015年發(fā)生天數(shù)平均增加0.4 d/10年，2006—2015年≥30 ℃氣溫的天數(shù)平均為7.0 d/年。受精結(jié)實(shí)期30 ℃ EDD平均增加2.2(℃·d)/10年，2006—2015年平均20.0(℃·d)/年。當(dāng)溫度梯度達(dá)到32 ℃時(shí)，該階段≥32 ℃的天數(shù)平均增加0.4 d/10年, 2006—2015年平均為4.6 d/年(圖8)。EDD 32 ℃在8月中旬也呈現(xiàn)增加趨勢，平均增加1.2(℃·d)/10年，2006—2015年平均為8.5(℃·d)/年?！?5 ℃的極端高溫發(fā)生天數(shù)及EDD無明顯趨勢(圖9)。此外，該站點(diǎn)≥30 ℃的氣溫發(fā)生在6月上旬、7月上旬和8月上旬，EDD 30 ℃在7月上旬，≥32 ℃發(fā)生天數(shù)和EDD 32 ℃在7月上旬也表現(xiàn)出升高趨勢。

河北省泊頭市站點(diǎn)在玉米的受精結(jié)實(shí)期內(nèi)，高溫發(fā)生天數(shù)及EDD值均無升高趨勢,但2006—2015年≥30 ℃氣溫的發(fā)生天數(shù)為6.8 d/年,EDD 30 ℃ 為年平均16.7(℃·d)/年,較北京市高,略低于天津市(圖10)。該階段≥32 ℃的高溫發(fā)生天數(shù)為4.2 d/年,EDD 32 ℃為年平均5.8(℃·d)/年(圖11)。與北京市和天津市站點(diǎn)不同,泊頭市在9月上旬≥35 ℃的極端高溫開始出現(xiàn)(圖12)。此外,該站點(diǎn)≥30 ℃的氣溫發(fā)生在6月上旬和7月上旬均表現(xiàn)出增加的趨勢,6月上旬平均增加0.4 d/10年,2006—2015年≥30 ℃的氣溫發(fā)生天數(shù)的平均值為6.6 d/年,7月上旬平均增加0.5 d/10年, 2006—2015年的平均值上升為8.8 d/年。當(dāng)溫度梯度到達(dá) 32 ℃ 時(shí), 7月上旬的高溫發(fā)生天數(shù)呈現(xiàn)上升的趨勢, 平均上升0.4 d/10年,2006—2015年≥32 ℃的高溫發(fā)生天數(shù)平均值為6.4 d/年。

(a)、(b)、(c)和(d)分別為6、7、8和9月氣溫≥30 ℃的天數(shù)；(e)、(f)、(g)和(h)分別為6、7、8和9月氣溫≥30 ℃的EDD值(a), (b), (c) and (d) are the number of days ≥30 ℃ in June, July, August and September， respectively； (e), (f), (g) and (h) are the EDD values ≥30 ℃ in June, July, August and September, respectively圖4 1954—2015年北京市各月份氣溫≥30 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.4 The number of days ≥30 ℃ and the corresponding EDD value of each month in Beijing from 1954 to 2015

2.2 產(chǎn)量分析

由圖13可知， 3個站點(diǎn)隨氣溫閾值升高, 玉米產(chǎn)量下降幅度均提高, 尤其是2006—2015年的產(chǎn)量下降幅度較大。北京市站點(diǎn)2006—2015年最高溫度設(shè)置為32 ℃時(shí)，較30 ℃時(shí)產(chǎn)量減少1 525 kg/hm2；最高溫度設(shè)置為35 ℃時(shí)，較32 ℃產(chǎn)量進(jìn)一步降低550 kg/hm2。高溫閾值由30 ℃上升到35 ℃時(shí), 產(chǎn)量減少2 075 kg/hm2。天津市站點(diǎn)2006—2015年最高溫度設(shè)置為32 ℃時(shí)，較30 ℃時(shí)產(chǎn)量減少1 490 kg/hm2；設(shè)置為35 ℃時(shí)，較32 ℃產(chǎn)量進(jìn)一步減少414 kg/hm2。高溫閾值設(shè)置由30 ℃上升到35 ℃時(shí),產(chǎn)量減少1 903 kg/hm2。泊頭市站點(diǎn)2006—2015年最高溫度設(shè)置為32 ℃時(shí)，較30 ℃時(shí)產(chǎn)量降低757 kg/hm2；設(shè)置為35 ℃時(shí)，較32 ℃產(chǎn)量進(jìn)一步降低523 kg/hm2。高溫閾值由30 ℃設(shè)置為35 ℃時(shí), 產(chǎn)量降低1 280 kg/hm2。

(a)、(b)、(c)和 (d)分別為6、7、8和9月份氣溫≥32 ℃的天數(shù)；(e)、(f)、(g)和 (h)分別為6、7、8和9月份氣溫≥32 ℃的EDD值(a), (b), (c) and (d) are the number of days ≥32 ℃ in June, July, August and September respectively; (e), (f), (g) and (h) are the EDD values of ≥32 ℃ in June, July, August and September respectively圖5 1954—2015年北京市各月份氣溫≥32 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.5 The number of days ≥32 ℃ and the corresponding EDD value of each month in Beijing from 1954 to 2015

總體來看, 30～35 ℃高溫對夏玉米產(chǎn)量的影響在3個地區(qū)存在一定差異, 與閾值30 ℃模擬結(jié)果相比, 閾值35 ℃時(shí)北京市和天津市產(chǎn)量下降均>18.6%,高于泊頭市(10.7%)，主要原因是30～32 ℃高溫的影響。在北京市和天津市閾值是32 ℃時(shí),與 30 ℃ 相比夏玉米產(chǎn)量下降均>14.3%,遠(yuǎn)高于泊頭市的6.4%,32～35 ℃高溫對夏玉米產(chǎn)量的影響在各站點(diǎn)差異不大(4.0%～5.1%)。

(a)、(b)和(c)分別為6、7和8月份氣溫≥35 ℃的天數(shù)；(d)、(e)和(f)分別為6、7和8月份氣溫≥35 ℃的EDD值(a), (b) and (c) are the number of days ≥35 ℃ in Beijing in June, July, August respectively; (d), (e) and (f) are the EDD values of ≥35 ℃ in Beijing in June, July, August respectively圖6 1954—2015年北京市各月份氣溫≥35 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.6 The number of days ≥35 ℃ and the corresponding EDD value of each month in Beijing from 1954 to 2015

3 討論與結(jié)論

基于對京津冀地區(qū)典型站點(diǎn)歷史氣象數(shù)據(jù)(1954—2015年)的分析, 發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)極端高溫天氣發(fā)生的頻率和強(qiáng)度都在增加, 但在不同站點(diǎn)不同月份存在差異(圖4～圖12)。在玉米對高溫敏感的受精結(jié)實(shí)期內(nèi), 北京市和天津市高溫發(fā)生天數(shù)和強(qiáng)度呈現(xiàn)增加的趨勢。在南部的河北省泊頭市,雖然玉米受精結(jié)實(shí)期(8月中旬)沒有升高趨勢,但是高溫的發(fā)生頻率和絕對值較大,并在9月份出現(xiàn)≥35 ℃高溫?；谝陨蠚夂蜃兓厔?對玉米產(chǎn)量的模擬結(jié)果顯示,與閾值30 ℃模擬結(jié)果相比,閾值35 ℃時(shí)北京市和天津市的玉米產(chǎn)量下降高于河北省泊頭市,主要是30～32 ℃高溫脅迫的影響。

已有研究表明，氣溫小于一定溫度時(shí), 產(chǎn)量隨著氣溫的升高而增加, 當(dāng)超過這個溫度, 產(chǎn)量會顯著下降[6]。氣溫≥32 ℃時(shí), 法國的玉米產(chǎn)量急速下降。王麗君[20]通過在黃淮海平原建立回歸模型, 在夏玉米全生育期, 如果EDD上升10(℃·d)會導(dǎo)致玉米產(chǎn)量下降1.07%。本研究EDD 35 ℃水平最高的3個年份, 北京市是1972、1999和2000年,其中2000年產(chǎn)量最高, 但也僅為4 990 kg/hm2。天津市EDD 35 ℃最高年份是1972、1997和2000年,當(dāng)年產(chǎn)量分別是2 790、5 468 和4 174 kg/hm2, 可以看出，35 ℃ EDD較高的年份產(chǎn)量均遠(yuǎn)低于平均產(chǎn)量。泊頭EDD 35 ℃較高的年份1968年,模擬產(chǎn)量只有1 066 kg/hm2。

(a)、(b)、(c)和(d)分別為6、7、8和9月份氣溫≥30 ℃的天數(shù)；(e)、(f)、(g)和(h)分別為6、7、8和9月份氣溫≥30 ℃的EDD值(a), (b), (c) and (d) are the days of ≥30 ℃ in June, July, August and September respectively; (e), (f), (g) and (h) are the EDD values ≥30 ℃ in June, July, August and September respectively圖7 1954—2015年天津市各月份氣溫≥30 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.7 The number of days ≥30 ℃ and the corresponding EDD value in each month in Tianjin from 1954 to 2015

(a)、(b)、(c)和(d)分別為6、7、8和9月份氣溫≥32 ℃的天數(shù)；(e)、(f)、(g)和(h)分別為6、7、8和9月份氣溫≥32 ℃的EDD值(a), (b), (c) and (d) are the days of ≥32 ℃ in June, July, August and September respectively; (e), (f), (g) and (h) are the EDD values ≥32 ℃ in June, July, August and September respectively圖8 1954—2015年天津市各月份氣溫≥32 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.8 The number of days ≥32 ℃ and the corresponding EDD value of each month in Tianjin from 1954 to 2015

Lizaso等[19]研究表明在玉米生育期內(nèi)不同階段的高溫天氣,都會對產(chǎn)量產(chǎn)生影響,但開花期前后極端高溫天氣對產(chǎn)量的影響最大,玉米受精結(jié)實(shí)期極端高溫天氣發(fā)生是決定產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,嚴(yán)重影響玉米生產(chǎn)[21-22]。高溫天氣影響產(chǎn)量是通過影響雌雄幼穗的正常分化,使穗行數(shù)減少, 甚至無法形成果穗[23]。玉米花期環(huán)境溫度過高時(shí), 會減少花粉的數(shù)量、降低花粉的活性、縮短玉米的散粉期?；ㄆ诟邷靥鞖馔瑯右矔绊懟ńz的數(shù)量和活性, 還會阻礙花粉管的萌發(fā)和伸長, 而這些都是使得玉米受精結(jié)實(shí)率降低的因素,其中花粉活力降低是最主要原因。高溫天氣還影響著玉米籽粒的庫容潛力, 主要是減少了穗粒數(shù)和籽粒的單位體積[24-26]。灌漿期的高溫對產(chǎn)量影響也很大, 灌漿最適溫度在25 ℃, 溫度每升高1 ℃, 籽粒產(chǎn)量降低3%～4%[27-30]。

近年來生育期高溫天氣發(fā)生已經(jīng)對玉米生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響, 亟需建立栽培的緩解應(yīng)對機(jī)制。作物合理布局和合適的種植密度等,能顯著改善田間玉米植株群體地上部的微氣候[30]。通過耕作措施,促進(jìn)根系的生長,改善土壤水肥條件,配合土壤水分管理,改善田間土壤水分狀態(tài),對玉米的耐高溫能力提升有一定的幫助[30-31]。此外,增施有機(jī)肥,結(jié)合微量元素銅、鋅和鉀肥進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)控等也對緩解高溫脅迫的為害具有一定作用,需要引起關(guān)注[32]。

(a)、(b)和(c)分別為6、7和8月份氣溫≥35 ℃的天數(shù)；(d)、(e)和(f)分別是6、7和8月份氣溫≥35 ℃的EDD值(a), (b), and (c) are the days of ≥35 ℃ in June, July, August and September respectively; (d), (e) and (f) are the EDD values ≥35 ℃ in June, July, August and September respectively圖9 1954—2015年天津市各月份氣溫≥35 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.9 The number of days ≥35 ℃ and the corresponding EDD value of each month in Tianjin from 1954 to 2015

(a)、(b)、(c)和(d)分別為6、7、8和9月份氣溫≥30 ℃的天數(shù)；(e)、(f)、(g)和(h)分別為6、7、8和9月份氣溫≥30 ℃的EDD值(a), (b), (c) and (d) are the days of ≥30 ℃ in June, July, August and September respectively; (e), (f), (g) and (h) are the EDD values ≥30 ℃ in June, July, August and September respectively圖10 1954—2015年河北省泊頭市各月份氣溫≥30 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.10 The number of days ≥30 ℃ and the corresponding EDD value of each month in Botou, Hebei Province from 1954 to 2015

(a)、(b)、(c)和(d)分別為6、7、8和9月份氣溫≥32 ℃的天數(shù)；(e)、(f)、(g)和 (h)分別為6、7、8和9月份氣溫≥32 ℃的EDD值(a), (b), (c) and (d) are the days of ≥32 ℃ in June, July, August and September respectively; (e), (f), (g) and (h) are the EDD values ≥32 ℃ in June, July, August and September respectively圖11 1954—2015年河北省泊頭市各月份氣溫≥32 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.11 The number of days ≥32 ℃ and the corresponding EDD value of each month in Botou, Hebei Province from 1954 to 2015

(a)、(b)、(c)和 (d)分別為6、7、8和9月份氣溫≥35 ℃的天數(shù)； (e)、(f)、(g)和 (h)分別為6、7、8和9月份氣溫≥35 ℃的EDD值(a), (b), (c) and (d) are the days of ≥35 ℃ in June, July, August and September respectively; (e), (f), (g) and (h) are the EDD values ≥ 35 ℃ in June, July, August and September respectively圖12 1954—2015年河北省泊頭市各月份氣溫≥35 ℃的天數(shù)及對應(yīng)的EDD值Fig.12 The number of days ≥35 ℃ and the corresponding EDD value of each month in Botou, Hebei Province from 1954 to 2015

圖13 北京市(a)、天津市(b)和河北省泊頭市(c)站點(diǎn)各溫度閾值下的產(chǎn)量Fig.13 Yields under each temperature threshold at the stations in Beijing (a), Tianjin (b) and Botou, Hebei Province (c)