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江苏省冬小麦春霜冻的发生规律及预报预警研究

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摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究进展

1.2.1 霜冻指标的确定

1.2.2 霜冻变化规律的分析

1.2.3 霜冻预报的研究

1.2.4 霜冻防御技术和措施研究

1.3 研究目的和意义

1.4 研究内容

第二章 资料和方法

2.1 资料来源

2.2 方法

2.2.1 冬小麦春霜冻强度指标的确定

2.2.2 霜冻发生次数的统计及分析

2.2.3 气候倾向率

2.2.4 EOF(经验正交函数)分析

2.2.5 小波分析

2.2.6 冬小麦春霜冻害风险指数构建

2.2.7 霜冻预报多元回归方程的构建

2.2.8 F检验

第三章 江苏省冬小麦春霜冻害发生规律及气候风险区划

3.1 冬小麦春霜冻发生站次的年际变化分析

3.2 冬小麦春霜冻发生站次的旬际变化分析

3.3 冬小麦春霜冻发生站次的周期分析

3.4 冬小麦春霜冻发生次数的空间分析

3.5 冬小麦春霜冻发生频率的空间分析

3.6 冬小麦春霜冻害发生次数的EOF分析

3.7 冬小麦春霜冻气候风险区划

3.8 结论与讨论

第四章 江苏省冬小麦春霜冻天气个例分析

4.1 霜冻个例实况

4.2 天气背景及成因分析

4.2.1 高空天气形势

4.2.2 地面天气形势

4.2.3 低温天气成因分析

4.3 地面气象要素分析

4.3.1 日最低气温分析

4.3.2 日平均风速分析

4.3.3 日相对湿度分析

4.4 冬小麦生长状况分析

4.4.1 冬小麦品种分析

4.4.2 冬小麦生育阶段分析

4.5 冬小麦春霜冻害发生等级分析

4.6 结论与讨论

第五章 江苏省冬小麦春霜冻短期预报和预警研究

5.1 霜冻天气形势分析

5.2 冬小麦春霜冻预报思路

5.2.1 预报期限和预报区域的确定

5.2.2 预报量和预报因子的选择

5.2.3 单站气象因子的分析

5.2.4 霜冻日最低气温与气象因子的相关分析

5.2.5 预报方程的建立

5.3 预报方程的准确性分析

5.3.1 回代检验

5.3.2 试报结果

5.4 冬小麦春霜冻预警等级划分

5.5 冬小麦春霜冻防御措施

5.6 结论与讨论

第六章 结论与讨论

6.1 主要结论

6.1.1 江苏省冬小麦春霜冻害的发生规律和风险区划研究

6.1.2 2005年3月3~5日江苏省典型冬小麦春霜冻过程的个例分析

6.1.3 对江苏省冬小麦春霜冻害的预报预警研究

6.2 创新点

6.3 研究展望

参考文献

作者简介

致谢

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摘要

江苏省春季霜冻发生频率高,严重影响了冬小麦的品质和产量。随着气候变暖,极端天气、气候事件出现频繁,导致全球低温冷害事件的发生频率和霜冻害起讫日期出现了明显的变化。因此,在全球气候变暖背景下研究区域冬小麦春霜冻害发生规律以及预报预警有着重要的理论价值和实际意义。
  根据江苏省1980~2009年常规气象台站资料和冬小麦生育期观测数据,提出冬小麦春霜冻的致灾指标,同时运用正交经验数EOF分析和Morlet小波分析方法探讨江苏省冬小麦春霜冻害的时空分布规律,构建冬小麦春霜冻的灾害风险指数,并用该指数进行江苏省冬小麦春霜冻的气侯风险区划。
  结果表明,(1)1980-1987年间江苏省冬小麦春霜冻年总发生站次以6.11站次/a的倾向率呈显著(P0.05)递增趋势,1988-2009年呈明显减小趋势,减幅为0.9站次/a(P0.05):同时,该省冬小麦各等级春霜冻害发生站次的年际变化也表现出相同的趋势;(2)春霜冻总站次发生的时间在1月下旬-4月下旬,发生站次最大值均出现在2月下旬;(3)江苏全省冬小麦春霜冻害的历年总发生站次有明显的22a、准11a、4a和2a周期;(4)重霜冻发生次数最多的地区是淮北地区的沐阳县,轻、中春霜冻害发生次数最多的地区是苏北沿海的大丰市;
  (5)霜冻少发区在兴化,频发区主要分布在淮南的大丰;轻、中霜冻发生频率表现为淮南大于淮北,而重霜冻发生频率则淮北大于淮南;
  (6)冬小麦春霜冻的高度风险区分布在苏北的新沂市、沭阳县、大丰市、如皋市和如东县;中度风险区分布在徐州(新沂除外)、连云港、宿迁(沭阳除外)、淮安、盐城(大丰除外)、扬州(高邮除外)、泰州(兴化除外)和南通(如皋、如东除外)等地区;低度风险区为整个苏南地区和里下河地区的兴化市和高邮市。
  选取2005年3月3~5日一次严重冬小麦春霜冻事件作为典型个例,利用NECP1。×1°的6小时再分析资料对霜冻发生的天气背景、影响天气系统及成因进行了分析;收集54个气象台站的逐日气象观测资料,在ArcGIS9.3中采用反距离权重插值法,研究霜冻期间地面层气象要素的变化情况;根据江苏省冬小麦春霜冻的致灾指标,分析此次降温天气下江苏省冬小麦的霜冻等级分布。
  研究结果表明:(1)此次霜冻的主要天气背景:在500hPa图上,新疆北部形成横槽,横槽转竖引导冷空气大举南下;地面形成了强的冷高压、冷温度中心和冷温度平流;(2)冷平流的输送和冷高压控制下晴空辐射冷却双重降温是形成霜冻天气的主要原因;(3)气压高、气温低、风速小、湿度小是此次霜冻期间地面层气象要素变化特征;冷空气自北向南扩展蔓延,低温危害总体上表现为北重南轻;(4)较高的气压,较小的风速和湿度为霜冻的发生创造了有利条件,成为霜冻预报的着眼点;(5)赣榆、盱眙、兴化的冬小麦无霜冻;徐州的冬小麦遭受轻霜冻;淮安、如皋、昆山的冬小麦遭受中霜冻;沭阳、滨海、大丰的冬小麦遭受重霜冻。利用江苏省3个气象站(徐州、赣榆、昆山)1980年~2009年30年间春霜冻日及前一天逐时地面气象观测资料,筛选出预报量和指示意义较好的预报因子。以冬小麦生育期观测资料为基础,运用多元逐步回归方法建立江苏省冬小麦霜冻预报的数学模型,并进行检验。结合江苏省冬小麦春霜冻指标,对不同生育期的冬小麦春霜冻进行预警。
  结果表明:(1)霜冻日前一天地面气象要素有以下特点:气压高,夜晚湿度小,夜晚总云量较小,风速小;(2)与霜冻日最低气温之间相关关系最好的因素有:前一日08时和2G时气玉、08时和20时气温、08时和20时相对湿度、08时和20时水汽压。其次是:前一日08时和20时总云量、08时和20时风速;(3)对建立的多元回归方程进行了检验,回归方程显著,全区3个代表站霜冻等级预报拟合率在50%-90%,淮北地区的拟合率高于淮南地区;2007年和2008年的试报效果较好,其中徐州地区返青~拔节期的轻霜冻、赣榆地区返青~拔节期的轻霜冻和中霜冻、昆山地区拔节~抽穗期的重霜冻预报准确率均达到100%。

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