内蒙古自治区气象局

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河套灌区主要农作物农业气象预评估技术研究

来源:     2017年12月08日     字体:     

    【项目编号GYHY201206021

    【研究周期201201—201412

    【项目负责人】侯琼

    【项目骨干成员侯琼、刘静、赵慧颖、杨松、王永利、陈素华、王海梅、云文丽、武荣盛、马力文、孙琳丽、李建军、李思慧、吴国周、吴瑞芬、闫伟兄、孔德湚、孙小龙、张超、淡建兵、冯旭宇、杨欣宇、李雪冰、王静、高飞翔

  【项目承担单位】内蒙古自治区生态与农业气象中心

    项目协作单位宁夏回族自治区气象科学研究所、巴彦淖尔市农业气象试验站

  【主要研究成果

  1、建立了玉米、向日葵农业气象条件诊断、评估指标和方法:利用分期播种和历年观测资料,分析了玉米、向日葵不同生育阶段气象因子与生长要素关系,选择最优拟合函数建立各生育期气象要素模拟方程,给出适宜气象条件诊断指标;应用多项式拟合方法,建立了“三基点”温度、日照指标连续变化模型;采用通径分析方法得出综合适宜度模型参数的权重系数,形成日尺度气候适宜度评价模型,实现了生长季任意时段气候适宜度动态评价。采用逐旬因子及因子膨化累加方法构建光、温因子累加序列,建立了2种作物各生育期适宜生长指标和逐旬气候指标,基于气候产量研制出产量影响评价指标,并建立了产量定量评价逐旬方程,实现光、温要素的旬变化对作物产量影响的效应分析。该成果已在自治区生态与农业气象中心、临河区气象局得到应用并在全区推广。

  2、研制了河套灌区玉米、向日葵主要气象灾害监测、预评估技术:利用田间试验与统计分析相结合方法,研究确定出霜冻、高温热害和低温冷害判别指标与模型。①基于霜冻试验资料分析了玉米和向日葵受冻的临界点、过冷却点、结冰点温度,及叶温的变化,得出幼苗受冻最低温度临界值,并分析了低温胁迫对植株生理生化指标的影响,确定出植株受害的体温指标;进而分析得出叶温与日最低气温和地面最低温度的关系,提出霜冻气象服务指标。②通过分析不同高温环境下作物光合作用、生理生化指标变化特征,及高温胁迫对产量结构的影响,提出玉米、向日葵高温热害监测预警及预评估指标。③基于相对活动积温距平计算方法,参考历史冷害发生情况,建立了各品种主要发育时段冷害指标和考虑低温出现次数和程度的积温指数指标及模型,较好地描述了延迟型冷害的发生发展。

  基于各类指标、模型,以气象要素预报和灾害性天气预报为未来天气情景,可实现灾前预评估。该成果已在区局业务中应用。

  3、研制了河套灌区水稻农业气象预评估技术:研究建立了水稻单因子、光温水综合因子气候适宜度模型,结合气象产量,确定综合气象适宜度的等级指标,及产量预测模型,用于评价水稻不同生育阶段逐旬温度、水分和光照的适宜性,气象条件对水稻生长发育、产量形成的影响,以及制作农业气象旬月报,实现客观、定量和自动判识。基于地理盆栽试验数据,在现行业务应用指标和行业标准适用性分析的基础上,提出适宜于宁夏的水稻低温冷害修正指标。对CERES-Rice模型的遗传参数进行了本地化调试,分析验证了模型对生育期、产量的模拟能力和移栽期、育秧温度变化及低温冷害对水稻生长发育、产量影响的模拟能力,实现了作物生长模型对水稻生育期、产量的预测和气象因素及低温冷害对生长发育、产量形成影响的定量化评估。该项成果已在宁夏气象部门的业务单位应用。

  4、构建了河套灌区关键农事活动预报评估方法:以试验、历史资料为基础,研发了玉米、向日葵优化灌溉气象预报技术。基于发育进程和积温原理,构建了玉米全生育期土壤水分控制下限指标和计划湿润层指标的动态计算方法,为解决滚动预报中灌溉指标的跳跃问题和实时灌溉预报提供了依据。采用水量平衡法计算了逐旬作物系数,得出了时间变化曲线和方程,建立土壤水分动态预测模型;结合Jensen水分生产函数模型,确定了玉米、向日葵水分敏感期和敏感系数,形成适宜于河套灌区应用的灌溉预评估方法。为开展灌溉预评估业务提供了技术方法和思路。研究了整地、播种、收获等适宜度函数中相关参数,提出适合河套灌区玉米、向日葵关键农事活动的气象适宜度模型和等级指标。

  5、制定了WOFOST玉米模型在河套灌区的应用技术:采用实测资料、优化算法等对WOFOST模型的区域适用性进行验证。确定出不同熟性品种的发育参数和基本生长参数,实现了模型对玉米发育进程、LAI 扩展、生物量动态积累过程的模拟;模拟分析了不同发育期、不同强度和持续日数低温冷害对玉米生物量累积和产量的影响,确定出以抽雄期延迟日数和灌浆指数与贮存器官干物重减产关系为标准的低温冷害评价指标。模拟了拔节-抽雄期和抽雄-乳熟期干旱对生物量和产量的影响。为农气预测和定量化评估业务增加了新方法。

  6、建立了“河套灌区主要农作物农业气象预评估业务系统”:构建了以数据库管理、模型运算与分析、模型调度及产品目录管理和系统管理模块组成的业务系统,实现农业气象条件预评估、关键农事活动预评估、农业气象灾害监测预警等多种模型方法的工程化,为业务化运行奠定基础。

  【成果应用情况

  成果的应用主要体现在业务服务能力的提升上。在项目执行过程中,主持单位和协助单位本着边研究边应用的原则,逐步将研究成果应用到气象业务服务中,2013年以来累计发布各类服务产品和决策服务材料150余期,得到有关领导、管理部门的认同。

  (1)玉米农业气象条件评估方法在自治区生态与农业气象中心、临河区气象局农业气象业务中得到应用。自2014年起将玉米气象适宜度指标、气候适宜度评价模型等逐步应用到春玉米各发育阶段的气象条件评估、产量预报的气候条件分析中, 3年多来累计制作相关产品30余期,其中专题产品4期,提高了业务服务产品的精细化程度和定量化水平。

  (2)玉米霜冻、高温热害、低温冷害监测评估指标和方法相继在业务中的应用。

  2013年开始试用低温冷害指标制作服务产品,通过滚动计算和判别生长季阶段性冷害出现情况,跟踪监测冷害对产量的影响,适时制作发布服务产品,项目执行期内共发布低温冷害监测评估产品7期。基于高温热害指标首次在我区开展了高温热害监测预警和预评估农业气象服务。2015—2017年巴彦淖尔市临河区气象局制作发布专题服务产品8期,其中2016年8月1日在《临河区气象参考》上发布的评估产品得到相关领导的批示和农业部门响应。

  上述成果已形成“内蒙古地区玉米温度胁迫气象灾害监测预警业务技术手册”在全区推广,增强了灾害监测预警和影响评估的主动性和时效性,在指导农业生产和防灾减灾方面发挥了作用。

  (3)WOFOST作物模型在内蒙古生态与农业气象中心的玉米产量和发育期预测中得到应用, 2014年以来共制作服务产品12期,增强了产量和发育期预报的精准性和机理性,并在玉米干旱评估中尝试使用,促进了我区农业气象业务向模型化发展的进程。

  (4)宁夏气象局在业务中应用了水稻系列研究成果。2014年至今制作发布水稻产品50余期,内容涉及生长条件适宜度评价、低温冷害、生育进程、关键农事活动等。特别是基于CRERS-Rice模型模拟跟踪水稻冷害的发生和影响,对产量损失的预评估取得良好的效果。针对2014年8月灌区水稻低温冷害发布的气象信息专报得到自治区领导崔波书记的批示和相关部门的高度重视,水利部门根据决策服务建议,延后10天停水,保障了水稻后期生长,体现了气象部门为地方粮食安全保障服务的重要作用。

  (5)2016年起在春播、秋收服务期间内蒙古生态与农业气象中心和临河区基于播种期、收获期气象适宜度评价方法制作发布产品7期,其中专报5期,旬报2期,提升了农事活动的预报服务水平。

  【成果代表图片

 

 

图1 项目理论分析部分成果

 

 

图2 成果应用中的部分结果

 

 

图3 代表性服务产品