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        [碩士論文] 白相頗
        農村與區域發展 延邊大學 2018(學位年度)
        摘要:吉林省是我國重要的商品糧基地,同時吉林省也是農業自然災害多發區,每年干旱、洪澇、大風、冰雹、低溫冷害、病蟲害等各類災害均有不同程度發生,嚴重波及到農業生產、農民收入以及農業經濟的增長。農業自然災害損失管理成為吉林省農業經濟發展的核心問題,因此迫切需要提升吉林省農業自然災害損失評估及管理水平,對吉林省農業現代建設具有重大意義。
          根據吉林省自然災害的詳實文獻資料收集,為研究提供了有效的數據和資料支撐。對吉林省農業自然災害的現狀、成災規律和災害損失評估等方面進行了全面和系統的分析。吉林省是農業自然災害多發區,1985年以來全省累計發生自然災害1996次,年均成災65.4次。從成災頻數看暴雨洪澇、冰雹、干旱和大風為吉林省主要自然災害,成災數量占所有自然災害成災總數的78.2%。從成災數量的地區分布看,30年來全省各地區自然災害發生頻數排序依次為:吉林>長春>白城>松原>通化>延邊>四平>白山>遼源。吉林省農業自然災害成災時序特征,以每10年為一時間節點,1985年以來吉林省農業自然災害總體上成災頻數有所降低,這主要得益于全省農業基礎設施的逐步加強和防災減災能力的不斷提升。吉林省農業自然災害中暴雨洪澇成災頻數波動幅度較大,每個波動期持續時間均為3-5年,基本呈規律性分布。冰雹成災頻數基本呈現對數型波動,即在有規律波動的基礎上,總體發生頻率有所降低。干旱成災率基本呈正態分布,即呈現出中間高、兩邊低的趨勢,年度間并無顯著的波動周期及波動規律。吉林省主要自然災害成災時空規律分析看暴雨洪澇最為嚴重的地區為中部,冰雹最為嚴重的地區是中部,干旱最為嚴重的地區是西部,大風最為嚴重的地區是中部。
          30年來全省成災的自然災害包括暴雨洪澇、冰雹、病蟲害、大風、低溫冷害、凍害、干旱等,從對人本身及主要財產安全影響看,30年來暴雨洪澇引發的受災人口達1675萬人,占總量的34.89%,平均受災人口達到54.92萬人;引發的死亡人口達266人,占總量的86.93%;引發的失蹤人口為53人,占總量的100%,暴雨洪澇是全省第一大致災因子。從農作物受災面積看,從1985-2015年以來干旱引發農作物受災面積最大,占所有災害的59.8%;暴雨洪澇占所有災害的19.2%;冰雹占所有災害的9.3%;大風占所有災害的3.8%;病蟲害占所有災害的2.1%。從種植業致災影響因素來看,干旱始終是我省種植業面臨的第一自然風險,暴雨洪澇為我省種植業面臨的第二自然風險。從自然災害對農民收入的影響測算可得1985年以來全省種植業因災損失收入占農民年均純收入的16.69%。其中,2001-2014年吉林省農民種植業因災損失收入占種植業純收入的20.67%。
          從農業災害損失評估結果看,自然災害對吉林省糧食生產影響較嚴重。迫切需要加強農業生產災害的評估工作,為農業增產、農民增收起到保障作用。必須加強農業自然風險災害損失評估工作,整合農業自然災害損失評估的管理主體,完善災害損失評估管理的立法和監管機制,建立并完善防災、減災、技術評估的支撐體系等方面的工作。盡早將農業自然災害損失評估工作納入到吉林省政府正常的工作內容,做出具體的工作部署。
        [碩士論文] 張軼
        氣象學 中國農業科學院 2018(學位年度)
        摘要:水稻是東北地區最重要的糧食作物,東北稻米品質優良,市場需求大,隨著氣候變暖為東北地區水稻擴種提供了一定的熱量條件。為明確基于熱量資源的東北水稻潛在擴種區域,評估可種植區域低溫冷害風險,探索低溫冷害保險產品研發方法,開展本項研究。本研究采用1981-2010年東北地區104個站點的氣象數據和5km×5km格點氣象數據,基于80%氣候保證率,分析了1980s、1990s和2010s水稻熱量資源空間變化、水稻潛在種植范圍變化及水稻熟型空間轉化。在水稻潛在種植范圍內,依據水稻低溫冷害指標,結合32個農氣站點生育期和格點氣象數據,研究水稻延遲型冷害的典型年份轉移矩陣、發生頻率空間分布和各省份年際波動變化;在推算最近鄰K分類算法(K-Nearest Neighbor,KNN)水稻孕穗期和開花期的基礎上,分析了障礙型冷害風險。以吉林省蛟河市為例,設計了障礙型冷害指數保險。主要結果如下:
          (1)1981-2010年,東北地區≥10℃積溫整體呈上升趨勢,平均增速為104.4℃·d/10a;除遼寧省南部和中部及黑龍江省漠河站,水稻生育期長度變短外,其余地區延長。由于積溫增加和生育期延長,2000s與1980s相比,水稻可種植區域擴大了4.70%;不可種植區域縮小了59.45%,同時,水稻潛在種植區內極早熟和早熟范圍減少,中晚熟和晚熟種植區向北向西擴大。
          (2)東北地區水稻延遲型冷害發生頻率和發生強度整體呈下降趨勢,然而有些年份部分地區仍存在冷害加重的現象,其中1981、1990、1999和2010年冷害等級轉移矩陣顯示,部分格點從無冷害轉變為輕度冷害、中度冷害甚至是重度冷害。30年中,輕、中、重度3個等級的延遲型冷害,以重度延遲型冷害發生的頻率最高且范圍最大,1980s重度冷害發生頻率達到100%發生的區域占1.78%,2000s所有等級冷害發生范圍最小且頻率最低。
          (3)東北地區水稻障礙型冷害風險水平整體呈下降趨勢,且開花期冷害風險高于孕穗期。按照冷害風險水平從0到5依次加重,1980s、1990s、2000s水稻孕穗期和開花期平均風險水平分別為2.60、2.50、2.11和2.79、2.68、2.42。各省份障礙型冷害風險由大到小依次為內蒙古東部>黑龍江省>吉林省>遼寧省。
          (4)選擇冷害風險較大的蛟河市,設計障礙型冷害指數保險。基于冷害發生頻率與減產率的關系,按照水稻單位面積產量售價,孕穗期和開花期障礙型冷害保險的合理費率應分別為1.5%~2.3%和4.8%~6.9%。
          基于積溫和生育期長度定義的潛在種植區,可以基本滿足水稻生產的熱量需求,同時擴大種植時應考慮延遲型和障礙型冷害風險導致的產量和收入損失。為了轉移風險和降低收入損失,冷害保險也是一項重要的減災策略。未來有關東北地區水稻擴種的研究不僅僅要考慮總體熱量資源和冷害風險,還應考慮水資源、耕地和環境容量多重約束下,開展進一步的研究。
        [碩士論文] 熊明陽
        農業信息化 河南農業大學 2018(學位年度)
        摘要:隨著物聯網技術的不斷發展,它在各行各業中的應用越來越廣泛。在農業領域中,物聯網技術利用無線傳感設備對農作物進行各種指標的動態監測,從而有效地監測病蟲害、異常氣象事件災害和農作物長勢,已經成為指導農作物田間種植管理的重要手段。特別是在大田作物生產方面,以物聯網為基礎的大田作物災害監測與診斷技術已經逐漸成為研究的熱點。
          本文以河南省商丘、南陽、駐馬店、安陽和許昌等5個冬小麥主產區為研究對象,利用部署在這5個區域的物聯網監控站點,采集各區域冬小麥的田間溫度數據。根據各個站點記錄的歷史數據,準確判定出了這些年份各地區的冬小麥返青期,并依據各地區的積溫模型精準推算出了冬小麥的拔節期。以返青期和拔節期的判定指標、積溫模型和凍害指標為理論基礎,本文基于Java Web技術設計并實現了基于物聯網的河南省冬小麥晚霜凍害監測系統。系統具有使用方便和功能豐富的特點,能夠有效判定冬小麥的返青期和拔節期,監測冬小麥晚霜凍害的發生及其級別,并提供針對性的專家建議。
          本文的主要研究內容和結果如下:
          (1)利用部署在商丘、南陽、駐馬店、安陽和許昌的物聯網監控站點,采取改進過的五日滑動平均法判定冬小麥返青期的具體日期。依據各地區的積溫模型,由返青期推算出冬小麥拔節期的具體日期。
          (2)基于返青期和拔節期的判斷指標、積溫模型和凍害指標,利用Java EE技術平臺和SSH2輕量級的系統開發框架,本文開發了三層架構的基于物聯網的河南省冬小麥晚霜凍害監測系統。系統利用Mysql作為數據庫,使用Tomcat中間件作為Web容器,具有方便部署、界面友好、易于使用的特點。系統的功能豐富,主要包括:冬小麥田間實時溫度獲取、冬小麥返青期和拔節期判定、冬小麥晚霜凍害監測、專家建議管理和用戶管理等模塊。
          (3)本文利用物聯網監控站點2011年至2017的歷史數據,判定出商丘、南陽、駐馬店、安陽和許昌等5個地區的返青期與當年實際的返青期平均相差3天,判定出的拔節期與當年實際拔節期平均相差3天,取得了較好的判定效果。基于驗證后的返青期和拔節期判定方法、積溫模型,結合冬小麥晚霜凍害指標,本文設計和開發了基于物聯網的河南省冬小麥晚霜凍害監測系統。系統能夠及時監測商丘、南陽、駐馬店、安陽和許昌這5個地區冬小麥晚霜凍害的發生和相應的凍害級別,可以為冬小麥生產提供有力的技術支持。
        [碩士論文] 史萍
        氣象學 中國農業科學院 2018(學位年度)
        摘要:冬小麥晚霜凍害是指由寒冷季節向溫暖季節過度時,大幅降溫使植株體溫降到冰點以下,冬小麥原生質受到破壞,導致植株受害或死亡的低溫災害。晚霜凍害主要發生在小麥拔節期至抽穗期(3月下旬至4月中旬),這一時期小麥若發生凍害可能造成減產甚至絕產。與凍害對產量性狀影響的復雜性相比,株高變化對凍害的響應最為一致和明顯,因此本文將以株高為突破點。通過2013、2014和2016年低溫霜凍試驗,研究冬小麥發生霜凍時小麥冠層光譜變化特征與株高變化的關系,分別基于特定位置的光譜特征參數,基于波長組合的窄波段光譜指數和基于敏感光譜波段構建霜凍小麥株高模型,通過比較模型的Adj.R2(調整R方)和RMSE(均方根誤差)選擇最優模型作為冬小麥霜凍株高變化模型。
          通過研究,本文得出以下結論:
          (1)雌雄蕊到藥隔期是小麥幼穗發育的低溫敏感時期,在這一時期隨著霜凍溫度的降低株高逐漸降低,且株高的降低存在突變性。在雌雄蕊時期小麥株高降低的突變溫度在-11℃左右,而到了藥隔期,突變溫度上升為-7℃。
          (2)霜凍小麥冠層光譜標準化反射率的變化規律:在可見光波段400-750nm,反射率的值都是隨著溫度的降低而降低,其中在540-550nm黃邊范圍內出現一個較小的反射峰,在近紅外波段750-1300nm,反射率曲線先后出現三個峰;在短波紅外波段1500-1769nm出現一個峰。
          (3)霜凍小麥冠層一階微分光譜的變化規律:隨著溫度的降低,反射率值越低。在680nm左右是紅光強烈吸收導致的紅谷。在710-760nm波段范圍內,開始出現紅邊效應,且隨著溫度降低,紅邊向短波方向移動即出現紅邊“藍移”,溫度越低反射率的值越小。
          (4)相關分析結果表明,在試驗1(2013試驗)與試驗2(2014試驗)中混合樣本中,株高變化率與λr(紅邊位置),SDr(紅邊面積),Dr(紅邊振幅),Drmin(最小振幅),Dr/Drmin(紅邊振幅/最小振幅),Dr/SDr(紅邊振幅/紅邊面積)共計6個光譜特征參數的相關性達到了極顯著水平((P<0.01)。在試驗3(2016試驗)中,與株高達到顯著相關的有2期試驗敏感窄波段光譜指數有:SR555(Simple Ratio750/555),PSSRa(Pigment specific simple ratio),TVI(Triangular vegetation index),SR735(Simple Ratio1075/735),RMCARI/ROSAVI(Ratio of revised MCARI/revised OSAVI),WI(Water index),SRWI(Simple ratio water index),SR1096(Simple ratio1187/1096),NWI-1(Normalized water index-1),NWI-3(Normalized water index-3),AI(Aphid index),HI(Healthy index),共計12個。在株高與全波段光譜相關分析中,430~485nm,523~564nm,732~904nm,1123~1334nm與株高達到了極顯著相關的水平(P<0.01),其中在762nm處達到極顯著最大相關,相關系數為0.423。
          (5)用多元逐步回歸分析的方法構建冬小麥晚霜凍株高變化模型,模型擬合效果最好的是用窄波段光譜指數構建的回歸模型,模型Adj.R2=0.581**,RMSE=5.393,參與建模的窄波段光譜指數是PSSRa。
        [碩士論文] 岳煥然
        農業生態學 中國農業科學院 2018(學位年度)
        摘要:干旱是影響玉米生產的重要災種,創新玉米旱情監測預警途徑,意義重大。本研究基于玉米表型特征和BP神經網絡對玉米干旱進行識別,以探究玉米干旱識別新方法,為提高玉米干旱監測識別水平奠定基礎。本研究利用可見光成像方式采集不同干旱脅迫下的玉米圖像,通過編程從玉米圖像中提取表型特征變量,以多個BP神經網絡集成學習的方法構建玉米不同生長發育階段的干旱識別模型,識別不同程度干旱脅迫下的玉米植株。研究結果表明:玉米形態特征是識別干旱的最有效特征,顏色和紋理特征在玉米生長中后期是識別干旱的重要特征。不同程度干旱脅迫下,玉米表型特征差異性明顯,無旱和特旱脅迫下玉米的表型特征最具獨特性,因而模型對玉米無旱和特旱程度的識別度高。玉米出苗-拔節、拔節-抽雄和抽雄-成熟3個生長發育階段的干旱識別模型識別玉米干旱的準確率均在90%以上,出苗-拔節、拔節-抽雄2個生長發育階段的模型識別玉米不同干旱程度的誤差在0.015以下,而抽雄-成熟生長發育階段的模型識別玉米不同干旱程度的誤差相對較高,在0.02~0.05之間。出苗-拔節生長發育階段的模型識別玉米不同干旱程度的精度均在97%以上,拔節-抽雄生長發育階段的模型識別玉米不同干旱程度的精度在92%~95%之間,抽雄-成熟生長發育階段的模型識別玉米不同干旱程度的訓練精度在90%~95%之間,驗證精度在88%~95%之間。采用集成學習的方法構建玉米干旱識別模型相比傳統的單分類器模型在降低訓練誤差、提高準確率和精度方面具有明顯優勢,能夠有效降低識別玉米不同干旱程度的差異性。綜合研究結果可知,利用玉米表型特征識別玉米干旱,具有良好的效果,但不同表型特征對玉米干旱識別的貢獻不同,以BP神經網絡集成學習的方式構建模型識別玉米的不同干旱程度,識別結果存在一定差異性,但總體識別效果良好。
        [碩士論文] 包阿茹汗
        產業經濟 中國農業科學院 2018(學位年度)
        摘要:寧夏自治區地處我國西北內陸,降水稀少且時空分布不均,有“十年九旱”之說。旱災已成為影響寧夏農業糧食生產最嚴重的自然災害,給農民帶來了巨大的財產損失,阻礙了寧夏農業產業經濟的發展。隨著氣候變化與人類活動的影響加劇,寧夏干旱形勢不容樂觀。對農業旱災風險的綜合評價,有利于掌握寧夏農業旱災風險的時空分布差異,明確抗旱工作的努力方向,進而加強農業旱災風險管理。本文針對寧夏兩大糧食作物玉米和小麥,基于成災綜合評價法,利用1981-2016年氣象數據資料及生育期資料、1993-2016年產量和面積數據、地理數據、災情數據等資料,從玉米和小麥生育期內發生干旱的危險性、玉米和小麥種植在干旱脅迫下的脆弱性、玉米和小麥種植對孕災環境的敏感性以及各縣農業抗旱能力四個方面選取評價指標,構建寧夏玉米和小麥干旱風險評價模型,得出寧夏玉米和小麥干旱風險時空分布圖,探討各地區的干旱風險成因及關鍵作用因子,綜合評價了寧夏各地區的玉米和小麥的干旱風險。結果表明:
          (1)寧夏玉米和小麥干旱危險性均呈中部高南北低的空間分布格局,玉米和小麥干旱危險性高值區均分布在同心、中衛兩縣,危險性指數分別達到0.5和0.55以上。北部玉米干旱危險性高于小麥,中南部玉米干旱危險性低于小麥。在灌溉條件相當的前提下(北部引黃灌區),玉米與小麥相比生育期更長,潛在蒸發量更大,因而干旱危險性相對較高。而雨養農業區(中南部各縣),作物水分主要依賴自然降水,玉米生育期與雨季重合,小麥生育期內降水較少,因而小麥干旱危險性更高。
          (2)寧夏玉米和小麥干旱低敏感區主要分布在黃河沿岸的沖積平原,呈連續性分布,該地區土壤肥沃、地勢平坦,利于耕種。高敏感區主要分布在賀蘭山地和以丘陵、平原為主的中部地區,該區土壤類型多為灰鈣土、風沙土與粗骨土,玉米和小麥暴露性較高。綜合考慮坡度、土壤類型和玉米、小麥的暴露性三個因素的影響,玉米和小麥干旱敏感性的高低主要取決于其暴露性指標的大小。
          (3)寧夏玉米和小麥干旱脆弱性低值區集中分布在黃河沿岸的水作地,該區灌溉條件良好,適宜發展現代農業。玉米和小麥干旱脆弱性高值區主要包括海原、同心、固原、西吉、涇源、隆德、彭陽等寧夏中南部各縣,該區玉米和小麥減產率較高,單產變異系數大,干旱威脅下的脆弱程度最高。
          (4)寧夏各縣農業抗旱能力較強的地區主要分布在引黃灌區周邊縣市,抗旱能力指數達到0.5以上,該區農業經濟發展水平較高,農民收入水平較高、機械化水平相對較好,因而抗旱能力較高。抗旱能力較低的地區是中衛、西吉中部以及平羅西北部等地區,抗旱能力指數在0.4-0.45之間。寧夏各縣(市)抗旱能力指數時間序列分布呈顯著上升趨勢,至2016年各縣平均抗旱能力指數達到了0.8。
          (5)寧夏1990-2016年玉米和小麥干旱風險值在30%-45%之間,其中玉米干旱風險較高,呈逐漸上升趨勢,小麥干旱風險趨勢較平緩。玉米和小麥干旱風險空間分布較為一致,干旱風險低值區主要分布于北部引黃灌區各縣(市),干旱風險均小于20%,該區經濟發展較快、灌溉條件良好、土壤肥沃。干旱風險較高的地區主要集中在中南部地區,干旱風險值均達到50%以上,該區域土壤持水力較差,土壤結構松散,經濟發展落后、農業設備老舊,嚴重影響作物產量。作物干旱風險評價的四個指標中,危險性指數的權重最大,干旱風險與干旱危險性的空間分布規律較一致,寧夏地區玉米和小麥的干旱危險性較大程度上決定了干旱風險的分布。
          本文利用較為完備的數據資料,運用綜合評價方法,構建了寧夏作物干旱風險評價模型,分析了寧夏玉米和小麥干旱風險時空分布情況及主要成因,為寧夏地區農業生產、抗旱規劃和旱災風險管理提供科學依據。
        [碩士論文] 陳志鵬
        水利工程 合肥工業大學 2018(學位年度)
        摘要:旱災自古以來都是中國和全球面臨的重大自然災害之一,隨著全球氣候變化以及人類活動加劇,旱災帶來的危害也呈現加重的趨勢。旱災的影響因素眾多,旱災自身的脆弱性是產生風險的關鍵。基于此,論文將旱災風險評估的基本理論與實際應用相結合,確立試驗指標,構建BP神經網絡模型,定性的圖表分析與定量的計算相結合,探討基于BP神經網絡的旱災脆弱性研究方法。研究區域選取淮北平原,研究對象選擇淮北平原夏大豆,建立基于BP神經網絡的旱災脆弱性研究方法并開展應用研究,取得如下結論:
          (1)根據安徽省淮河水利委員會水利科學研究院的蚌埠新馬橋農水綜合試驗站夏大豆盆栽受旱試驗的數據,統計和計算出試驗指標,并將各指標與產量建立關系,制出關系圖和表,進行相關性分析。結果表明:各生育期的干旱歷時、干物質量、干旱強度指標與產量的相關性都較好。其中,干旱強度和產量的關系好,說明了干旱強度對受水分脅迫的大豆產量的影響很大。
          (2)用BP神經網絡的方法建立模型,測算不同受旱條件下不同生育階段的夏大豆產量。通過不同模型間對比,分析各指標在不同生育階段對產量的影響程度,確立影響因子。結果表明指標和產量的相關性較好,各生育期產量的影響因子均有干旱歷時、干旱強度、干物質量,不同的是,前三個生育期的影響因子還包括葉面積指數,最后一個生育期的影響因子包括千粒重、實莢率。指標和產量相關性很好且擬合誤差、驗證誤差較小。
          (3)通過BP神經網絡模型求得產量的擬合值(預測值),與實測值一同建立輕旱、重旱減產率。結果表明:不管是在同生育期不同處理條件下,還是在不同生育期同處理條件下,輕旱、重旱的減產率預測值和實測值之間的相對誤差不大,因此對于輕旱、重旱減產率的預測較為準確。
          (4)從災害學與自然災害風險形成機制的角度出發,研究干旱歷時、干旱強度對夏大豆減產率(損失率)的影響以研究脆弱性,作出脆弱性曲線并進行相關性分析。同時,研究干旱歷時、干旱強度對營養物質的影響,作關系圖進行相關性分析,從另一角度研究脆弱性。結果表明:各生育期的干旱強度、干旱歷時與干物質量、減產率的相關性都較好,即水分脅迫下的脆弱性顯著。四個生育期的干旱強度和減產率的關系都很好,說明了受水分脅迫的大豆脆弱性里干旱強度的作用很大。
          (5)用BP神經網絡的方法建立模型,測算不同干旱強度、干旱歷時條件下的脆弱性和營養物質。不同模型間對比,研究脆弱性,還研究干旱強度、干旱歷時對營養物質的影響。最終得出脆弱性顯著,對減產的影響較大的結論;同時還發現脆弱性和全生育期營養物質的關系很好,誤差也小的結論,也從側面說明受水分脅迫下脆弱性顯著。
        [碩士論文] 朱虹暉
        農業資源利用 中國農業科學院 2018(學位年度)
        摘要:晚霜凍害是冬小麥整個生長發育過程中遭遇的最嚴重的農業災害之一。晚霜凍害嚴重時,會使冬小麥大面積小穗受傷甚至死亡,降低產量。對晚霜凍害的準確評估是有效風險區劃、高效防災減災的工作基礎。本文研究目的是揭示氣象因子對晚霜凍害的影響規律,從而建立更客觀準確的晚霜凍害評估模型,為高效防災減災奠定基礎。
          本文以河南省為研究區域,以1964-2014年統計年鑒收錄的實際霜凍害為基礎,結合相關性分析、K-mean聚類分析等方法,探究實際霜凍害的氣象影響規律。利用現有的草面溫度數據及實際霜凍害相關氣象因子,利用向前逐步回歸方法建立基于多氣象因子草面溫度模型。模型結合最低葉溫霜凍害指標,可以對尚未普及草面溫度觀測的地區進行更為準確、客觀的晚霜凍害評估。本文主要結果與結論如下:
          (1)現普遍使用的以最低氣溫為標準的評估氣象霜凍害指標準確度較低,對晚霜凍害的評估效果較差。
          (2)基于實際霜凍害分析,輕度實際凍害對前期熱量因子較為敏感,凍時天氣條件為日較差大,日照時數較大,相對濕度較小,風速較低,為輻射型凍害特征。重度實際凍害則對前期水分因子較為敏感。其凍時天氣條件有兩種,一種為相對濕度偏高,氣溫日較差和日照時數皆偏低,平均風速偏小,為混合型霜凍特征,另一種與輕度實際霜凍害的凍時氣象條件相同。總體上,前期氣象條件對實際霜凍害的影響較弱,實際霜凍害的發生以凍時天氣條件為主。
          (3)利用晴天草面溫度模型、陰雨天草面溫度模型及最低葉溫霜凍害指標,建立多氣象因子晚霜凍害評估模型。本文利用自動觀測站的最低草面溫度及相關氣象數據,以x1日較差、x2降水、x3日照時數、x4日平均風速、x5日相對濕度和x6日最低氣溫為模型自變量,分別建立晴天和陰雨天多氣象因子草面溫度模型。模型具體如下:
          晴天草面溫度模型:y=-755-0.102x1+0433x4+0055x5+096x6
          陰雨天草面溫度模型:yrain=-806+098x4+055x5+094x6
          兩個模型都通過F檢驗且回歸結果顯著。多氣象因子晚霜凍害評估模型結果表明,模型報對次數占實際次數百分比的871%。區分晴、陰雨天的多氣象因子晚霜凍害評估模型的報對次數相對于最低氣溫指標有了明顯提高,評估準確率提高了93%。可見,利用區分晴天、陰雨天的草面溫度模型可以提高草面溫度估算精度,結合最低葉溫的晚霜凍害指標,能有效提高晚霜凍害評估精度。
        [博士論文] 葛航
        果樹學 浙江大學 2018(學位年度)
        摘要:枇杷(Eriobotrya japonica)是原產我國的亞熱帶水果,其采收季節適逢高溫,采后果實不耐貯藏物流,低溫冷鏈貯藏物流是延緩采后枇杷果實劣變腐爛的主要手段。紅肉枇杷‘洛陽青’在低溫貯藏物流時易罹患生理病害而出現冷害木質化等癥狀,導致果肉中的木質素含量升高,影響果實商品品質。
          本研究采用熱激(HT)和程序性降溫(LTC)等處理,以延緩0℃貯藏過程中的枇杷果實木質化進程,結合生物信息學、基因定量、雙熒光素酶、酵母單雜交、凝膠遷移率分析(EMSA)、轉基因等實驗技術手段,研究確定了響應低溫冷害的NAC和MADS家族成員,及其參與枇杷果實冷害木質化過程的分子調控機制。研究結果豐富了原有的木質素生物合成轉錄調控網絡。主要結果如下:
          1.通過轉錄組數據分析,克隆得到了6個NAC成員。基因定量實驗結果表明,EjNAC3、EjNAC4、EjNAC5和EjNAC7的表達量在0℃貯藏過程中逐漸上升,與果實冷害木質化進程呈現良好的正相關關系,但只有EjNA C3和EjNAC4顯著受到HT以及LTC處理的抑制;而EjNAC6和EjNAC8的表達水平隨貯藏時間的延長逐漸下降,與木質化過程呈現負相關關系,且LTC處理在后期能夠有效維持EjNAC6的表達水平。此外,通過酵母單雜交文庫篩選,以EjMYB8啟動子為靶向,篩選獲得1個MADS成員,對其在0℃以及LTC條件下的表達模式分析發現,EjMADS1受到LTC處理的顯著誘導,且在0℃貯藏下與果實木質化過程呈現負相關關系。這些結果表明,在轉錄水平層面上,EjNAC3、EjNAC4和EjMADS1是參與枇杷果實木質化的重要候選轉錄因子。
          2.研究確定了EjNAC3可直接調控木質素代謝途徑結構基因EjCAD-like。雙熒光素酶實驗發現,EjNAC3蛋白顯著激活了EjCAD-like啟動子(約6倍),但對于枇杷中其他木質素生物合成途徑的結構基因效應有限;EjNAC4則暫未找到調控靶標。擬南芥的結構基因中,AtCAD5啟動子受到EjNA C3的激活效應最高(約1.5倍)。對EjCAD-like啟動子區域的順式作用元件分析發現了多個NAC蛋白的結合位點。EMSA結果表明,EjNAC3蛋白對-502 bp至-454 bp區域結合作用較強,但對-142 bp至-103 bp區域的結合強度較低。酵母單雜實驗證明了在體內同樣能夠實現EjNAC3蛋白與EjCAD-like啟動子的直接結合。上述結果表明EjNAC3通過直接作用結構基因的方式參與木質素生物合成調控,其機制有別于傳統的次生細胞壁相關NAC成員。
          3.研究發現了EjMADS1-EjMYB8可形成級聯轉錄效應,參與調控枇杷果實木質化。利用酵母單雜篩庫,發現EjMADS1蛋白可以結合參與木質化調控的激活型轉錄因子EjMYB8的啟動子。雙熒光素酶實驗表明,EjMADS1蛋白可顯著抑制EjMYB8啟動子活性,但對于其余參與枇杷冷害木質化的MYB成員無顯著影響,結合其表達模式與序列結構信息,推測EjMADS1是枇杷果實木質化的抑制型轉錄因子,并且是首個參與木質化調控的MIKC*亞家族成員。
          在本實驗室前期主要關注木質素合成結構基因Ej4CL1的基礎上,本研究發現了EjNAC3蛋白可直接結合并激活木質素合成結構基因EjCAD-like啟動子,參與調控枇杷果實木質化。研究結果豐富了果實木質化過程可被轉錄調控的靶標基因范疇;同時,在前期轉錄調控/轉錄因子復合體研究的基礎上,本研究明確了MIKC*亞家族成員EjMADS1可轉錄調控木質化相關EjMYB8轉錄因子,在果實木質化研究中引入了級聯轉錄調控模式。研究結果進一步完善了枇杷果實采后木質化的轉錄調控網絡。
        [碩士論文] 王永超
        自然地理 貴州師范大學 2017(學位年度)
        摘要:農業洪澇災害的脆弱性評價是農業洪澇災害與風險評估的重要紐帶。脆弱性評價作為農業洪澇災害風險評估的關鍵,其技術相對薄弱,理論基礎和評價方法不足以滿足防災減災科學決策的要求,只有完善洪澇災害的脆弱性評價,才能為風險評估奠定堅實的科學基礎。在巖溶區對洪澇災害的風險評估研究比較多,但對巖溶區農業洪澇災害風險評估較少,同時巖溶區農業洪澇災害的脆弱性研究也少見報道。
          本文以中國西南巖溶區為研究對象,首先介紹了2006~2014年中國西南巖溶區農業洪澇災害情況,然后選取影響農業洪澇災害脆弱性評價的指標,其次采用spass19.0軟件對不同行政區每個年份農業洪澇災害脆弱性影響指標進行主成分分析,再次在此基礎上構建模型對中國西南巖溶區農業洪澇災害脆弱性并進行計算、分析及評價,最后采用系統聚類分析將中國西南巖溶區脆弱性綜合得分狀況進行了脆弱性系統聚類。旨為中國西南巖溶區的洪澇災害風險評估、防治,并為農業洪澇災害管理政策以及農業可持續發展提供科學依據。
          研究表明,中國西南巖溶區農業洪澇災害脆弱性較大的省份是四川、湖南省份,脆弱性較小的省份是重慶和貴州省份;中國西南巖溶區各省份在2006~2014年間的農業洪澇災害脆弱性的變化呈波動增長的趨勢。隨著科技水平的提高與社會經濟的發展,以及農業布局和產業結構的調整和水利工程建設投入的不斷增加,使得中國西南巖溶區農業洪澇災害脆弱性狀況得到較大提高,基本上處于良好的狀況。通過聚類分析,表明脆弱性具有顯著的梯度差異:重慶和貴州為一類,廣東、廣西和云南屬于一類,湖南、湖北和四川為一類;農業洪澇災害脆弱性有從沿海向內陸的地域差異的規律,同時也具有一定的緯度地帶性。
        [碩士論文] 張瀟
        農村區域與發展 華中師范大學 2017(學位年度)
        摘要:澇漬災害明顯對農作物生長有負面作用,每年因澇漬災害使農業減少收入巨大。造成澇漬災害的因素范圍廣,澇漬災害的定義有從土壤角度和植物角度等多方面的研究。本文通過收集資料研究澇漬的作用機理,澇漬的成災過程,和作物對澇漬的反應過程,并具體研究分析江漢平原。江漢平原水熱富足,適合作物發展,是全國提供糧食產量的重地但地勢低洼,在汛期雨水多,使農田排水不易,而發生澇漬災害,產生損失;本文分析江漢平原的地形差異,分析不同區域澇漬災害的受災程度,結合區域特性選擇適宜的農作物和生產方式來提高土地生產力,并修復生態系統。
          本研究的主要成果有:
          (1)根據地下水與高程的關系,探討了漬害分析的標準,并劃分了江漢平原的漬害分區。利用Landsat5 TM數據,解譯了江漢平原的土地利用類型;運用高程-土地類型疊置法,對各種土地利用類型的漬害程度進行了分區研究。
          (2)建立了漬害評價的指標體系,并對江漢平原的漬害狀態進行了評價,對典型漬害區進行了分析。
          (3)根據漬害與農業生產的關系,提出了江漢平原漬澇地利用的對策。
        [碩士論文] 韓宜秀
        農業推廣 西北農林科技大學 2017(學位年度)
        摘要:江西屬亞熱帶季風氣候區,水熱資源較為豐富,但在時間上分布不均勻,且紅壤蓄水能力有限,易誘發季節性干旱。近年來,江西省季節性旱災頻仍,而年降水未發生明顯改變,研究蒸發能力的變化規律及成因成為探究旱災成因的關鍵因素,而氣象站點較少,缺少長序列氣象觀測數據成為了重要阻礙。分析江西參考作物蒸散量成因及簡化模型研究有助于農業水資源優化配置和氣候變化對水資源的影響研究。
          本文通過聯合國糧農組織(FAO)推薦的Penman-Monteith(P-M)公式計算結果作為江西省1966-2015年逐日ET0標準值,使用Mann-Kendall非參數趨勢檢驗和突變檢驗法分析江西省ET0時間變化特征和突變時間,在此基礎上使用通徑分析法研究ET0變化成因。采用P-M公式作為對照,與12種方法Pristley-Taylor(P-T)法、Makkink法、Hargreaves-Samani(H-S)法、Irmak-Allen(I-A)法、Penman1948(48PM)法、Penman-Van Bavel( PVB)法、Baier-Robertson( B-R)法、改進Baier-Robertson(M-B-R)法、Schendel(Sch)法、Turc法、Jensen-Haise(J-H)法和Brutsaert-Stricker(B-S)法對江西省26個氣象站以及周邊省份的17個氣象站的1961-2010年逐日氣象資料進行了統計比較,并重新進行了參數率定。取得了以下結果:
          (1)江西省ET0年內呈現單峰曲線,7~8月最高,約占全年30%。從年際變化看,ET0和日照時數無明顯變化趨勢,僅在8月呈現顯著下降趨勢,而相對濕度和風速顯著下降,最高和最低氣溫顯著上升。日照時數和ET0多年累積距平曲線和月值曲線形狀最接近,突變時間也最接近,分別在1990和1992年。
          (2)日照時數、風速、相對濕度和最低氣溫通徑系數分別為0.513、0.466、-0.425和0.196,表明日照時數最敏感,其后依次是風速、相對濕度和最低氣溫。日照時數通過相對濕度對ET0影響也較強(間接通徑系數0.236),高于最低氣溫的直接作用。
          (3)在參數率定前,Turc法的適用性最好,其各站(RMSE)均方跟誤差平均值為0.39 mm/d,(NRMSE)標準均方跟誤差平均值為0.157,但率定參數后精度無明顯提升,該方法可在江西地區(除南昌外)直接應用。參數率定后誤差空間分布方面,12種方法均在江西北部誤差最大。其中,48PM法和B-S法在參數率定后適用性較好,其RMSE和NRMSE分別在0.06~0.34mm/d和0.08~0.27mm,d-index接近于1,江西省各站年高估量均在30 mm以內。
          (4)當缺少相對濕度和風速資料時,P-T法是江西地區適宜的簡化方法,其參數α介于1.05~1.18,RMSE在0.21~0.66 mm/d,NRMSE在0.08~0.30。P-T法、I-A法和PVB法的RMSE、d-index和NRMSE在各站總體上非常接近,而Mak法精度稍低原因在于7,8月份存在明顯高估。H-S法、B-R法、M-B-R法,J-H法和Sch法RMSE在0.75mm/d以上,不太適合該用于該地區ET0準確估算。除了綜合法的48PM法和B-S法,其他各方法計算ET0年值在2003年左右后都出現了明顯的變化,這可能是由于某些氣象因子在近年發生了明顯變化。
        [碩士論文] 李翔翔
        氣象學 中國農業科學院 2017(學位年度)
        摘要:黃淮海平原是我國最大的冬麥區,但由于區域降水時空分布不均,冬小麥生長季降水稀少,因此干旱缺水是該區域冬小麥生產的主要限制因子。同時,黃淮海平原也是氣候變化敏感區與脆弱區,氣候變暖導致降水變異程度加大,加之地表水時空分布不均、地下水超采嚴重,農業干旱風險趨向不穩定。本文利用英國Hadley中心在HadGEM2-ES模式驅動下的RCP8.5氣候預估情景與CERES-Wheat模型耦合模擬的方法,比較未來不同時段(近期:2010-2039年、中期:2040-2069年、遠期:2070-2099年)與基準期(1976-2005年)模擬輸出結果的差異,分析了未來氣候變化對黃淮海平原冬小麥產量的可能影響,剝離了溫度、輻射、降水和CO2濃度變化對冬小麥產量變化的相對貢獻;并結合農業干旱災情數據,對多種氣象干旱指標進行適用性比較和驗證的基礎上,探明了RCP8.5氣候預估情景下氣象干旱的演變特征;最后,明確了未來干旱對冬小麥的潛在影響,并結合產量提升效率,評價了不同灌溉適應措施對冬小麥的補償能力,以期為區域農業適應氣候變化提供科學參考。本文得出主要結論如下:
          (1)未來RCP8.5情景下,黃淮海平原冬小麥生育期內各氣象要素變化表現為光、熱資源增多,降水量增加;氣候變暖將導致冬小麥整個生育期縮短,但對粒重形成至關重要的開花-成熟天數無明顯影響。
          相比于基準期(1976-2005年),未來近期(2010-2039年)、中期(2040-2069年)和遠期(2070-2099年)冬小麥生育期內最高溫度將分別升高0.55℃、2.17℃和3.86℃,最低溫度將分別升高0.31℃、1.62℃和3.56℃;生育期內太陽輻射量將分別升高1.69%、4.24%和2.36%,降水量將分別升高16.73%、28.64%和50.09%;冬小麥播種-成熟天數在近期、中期和遠期分別縮短了4d、15d和25d,播種-開花天數分別縮短了4d、15d和24d,由此可知氣候變暖對開花-成熟天數無明顯影響。
          (2)未來RCP8.5氣候情景有利于黃淮海平原冬小麥生產,其中降水量增加和CO2濃度升高(基準期設定為380ppm,近、中、遠期分別為423ppm、571ppm和798ppm)帶來的肥效作用起主導作用,但干旱缺水仍是該區域冬小麥生產的主要限制性因素。
          在不考慮CO2肥效作用下,RCP8.5氣候預估情景將使區域平均產量在近、中和遠期分別增加13.14%、14.88%和29.10%,溫度、輻射和降水的貢獻比在近、中、遠期分別為-0.3∶0.4∶0.9、-0.4∶0.3∶1.1和-0.2∶0.2∶1.0,未來降水量增加對冬小麥產量增加起主導作用。具體來說,未來三個時段降水量的單獨變化使冬小麥產量提高11.74%、16.38%和27.78%;增溫對冬小麥產量的影響表現為南正北負,但在整體上使區域冬小麥產量分別減產3.64%、5.87%和5.81%。進一步分析表明,由于增溫導致潛在蒸散量加大,增溫后黃淮海平原特別是北部地區水分虧缺加重,而平原南部自然降水基本滿足冬小麥需水,因此增溫對區域北部為負效應,南部為正效應。輻射量增加將使冬小麥產量分別增產5.04%、4.37%和7.14%,但輻射量的增加也通過提升蒸散量使區域水分虧缺狀況加劇。因此,干旱缺水仍是該區域冬小麥充分利用未來增加的光、熱資源的限制性因素。CO2肥效分析表明,RCP8.5情景下CO2濃度升高將使區域冬小麥的產量將分別增產3.68%、17.47%和41.87%,因此綜合而言,降水量增加和CO2濃度肥效作用是未來氣候變化影響冬小麥產量的主導因素。
          (3)盡管未來RCP8.5預估情景下降水量有較大幅度提升,但由于溫度和輻射量的增加導致潛在蒸散量增加,且速率大于降水增加速率,因此黃淮海平原氣象干旱將呈不斷加重的演變態勢。
          基于統計的農業干旱受災面積、成災面積和絕收面積等指標,對標準化降水指數(SPI)、基于Penman-Monteith蒸散模型的標準化降水蒸散指數(SPEI-PM)和基于Thomthwaite蒸散模型的標準化降水蒸散指數(SPEI-TH)在黃淮海平原的區域適用性分析表明,SPEI-PM較其他兩種干旱指標對農業旱情面積具有更好的相關性和適用性,因此本文采用SPEI-PM表征未來黃淮海平原干旱風險變化趨勢。在RCP8.5情景下(2010-2099),盡管自然降水量預估以1.88mm·yr-1增加,但由于溫度和輻射量的增加導致潛在蒸散量也以3.58 mm·yr-1不斷增加,增加速率大于降水,因此基于SPEI-PM指數的氣象干旱分析表明未來黃淮海平原干旱呈加重趨勢,具體表現為干旱事件發生頻次增加,單次干旱的持續性和嚴重性亦呈增加趨勢。
          (4)盡管RCP8.5氣候預估情景對黃淮海平原冬小麥生產有積極作用,但伴隨著未來氣象干旱加重,干旱對冬小麥造成的潛在減產率也不斷加大,單次灌水以拔節水對干旱影響的補償能力最為明顯,兩次灌水以拔節和灌漿水組合最佳。
          黃淮海平原冬小麥的干旱減產率(雨養產量與潛在產量之差)在基準期、近期、中期和遠期分別為41.58%、47.31%、53.54%和50.92%,呈逐年代上升趨勢。關于不同灌溉措施適應補償能力研究表明,拔節水的產量補償能力最為明顯,未來各年代的補償能力分別為16.30%、18.67%和16.66%;其次是灌漿水,單獨澆灌漿水的產量補償能力為6.11%、5.12%和5.89%,而拔節水和灌漿水二水處理下各年代的補償能力分別為23.64%、25.17%和23.77%;越冬水的產量補償能力和產量提升效率最小。
          因此在黃淮海平原,特別是北部地區水資源日趨緊張的背景下,應首先滿足拔節水的需求;在有條件滿足兩水灌溉區域,拔節水和灌漿水組合產量補償能力最大。同時,盡管作物模擬表征的越冬水對產量的補償能力最小,產量提升效率不高,但在實際農業生產中,越冬水是足墑培育壯苗、奪取小麥高產的關鍵,小麥的安全越冬也與入冬前土壤水分含量和苗情有關,因此在干旱減產率較重的黃淮海北部地區,在保證拔節水和灌漿水的灌溉外,應在冷冬年份注重越冬水的灌溉,確保冬小麥安全越冬。
        [博士論文] 佘寶
        農業遙感與信息技術 浙江大學 2017(學位年度)
        摘要:油菜在我國位居油料作物之首,我國油菜的播種面積和產量均居世界第二位,其中約90%為冬油菜。越冬期是冬油菜必然經歷的物候階段,因而具有發生凍害的風險。傳統意義上的油菜凍害監測與評估都是由工作人員到田間實地調查得到凍害指數,不僅耗時、成本高,且代表性差。遙感是及時獲取大范圍地表信息的有效有段,在作物災害監測與評估領域具有明顯的優勢。本研究選取傳統的冬油菜主產區—安徽省作為研究區域,基于中等分辨率成像光譜儀MODIS/MERIS、國產環境減災衛星HJ-CCD/IRS等多種遙感數據源,以明確記載有油菜凍害發生的典型年份作為研究案例,探索針對油菜凍害的多角度評估方法,研究時相包括2003-2004、2009-2010和2010-2011三個生長季。主要的研究內容以及取得的主要成果包括以下幾個方面:
          (1)基于日最低氣溫指標的油菜凍害發生區域判斷
          本文從油菜凍害的致災因子—日最低氣溫出發,綜合利用MODIS遙感數據、地面氣象觀測資料和基礎地理數據,采用星地多源數據相結合的解決思路,依據各等級油菜凍害的致災溫度國家標準,對于可能會有凍害發生的區域進行判斷。以2004年1月下旬及2月上旬發生的油菜凍害為例,論文分晴空與云覆蓋兩種情況討論了對研究區域全覆蓋的日最低氣溫分布數據的獲取方法。
          對于晴空條件,本文通過建立日最低氣溫與晴空下LST、NDVI及儒略日(DOY)之間的多元線性回歸方程來估算其空間分布,以2000-2014年間冬季三個月每日獲取的數據為輸入用于建模及驗證。結果顯示對于日最低氣溫的估算效果,基于前一天夜間所獲取的Terra-LST建立的估算方程具有最佳的表現,其次為當日白天獲取的Terra-LST、白天Aqua-LST和夜間Aqua-LST。對于陰天條件,本文采用旬低溫(旬內平均日最低氣溫)背景網格推算+凍害年份低溫距平調整+殘差空間化方法逐步擬合云下的最低氣溫分布場,該方法首先基于經度、緯度、海拔、坡度和坡向等地理要素數據來推算安徽全省冬季各旬(12月上旬至次年3月上旬)常年低溫水平的空間分布。在HANTS濾波的支持下基于8天合成的LST產品(MOD11A2)來模擬凍害發生年份指定旬與常年(2000-2014年)同時期低溫程度的距平,而后利用安徽省78個縣級氣象站的氣溫觀測數據將各低溫日期的最低氣溫與災害年份旬低溫水平之間的殘差進行空間化。本文以地理要素數據為輸入分別考查了多元線性回歸以及隨機森林非線性回歸方法對低溫殘差的估算效果,結果顯示隨機森林模型對殘差的估算精度明顯要優于多元線性回歸方法,故采用該方法將各站點處的低溫殘差擴展到整個研究區域。
          以晴空下的最低氣溫估算結果為主體,利用云下的推算結果作為補充,從而得到每個低溫日期上對研究區域全覆蓋的1km分辨率的最低氣溫分布。由于國家標準中尚未對低溫的持續時間進行定義,本文采用冷積溫指標,即低溫時段內每日最低氣溫的累加值來判斷可能會有油菜凍害發生的區域。結果顯示冷積溫能夠捕捉到出現在皖北地區(主要是宿州市一帶)以及江淮地區(主要為合肥及滁州地區)的低溫分布狀況,且通過與各氣象站的觀測值進行比較(相關系數r=0.810,P<0.01,RMSE=8.6℃),冷積溫的估算取得了較好的效果。
          (2)油菜的遙感識別與提取
          油菜從始花期到盛花期綠度出現下降,在植被指數時間序列剖面上呈現為“谷”的特征,區別于同時期生長的其他冬季作物(主要為冬小麥),基于這兩個物候時期油菜所特有的綠度變化趨勢可以實現其種植區域的提取。考慮到不同地區生長的油菜物候期并不同步,本文基于8天合成的MODIS-NDVI時間序列數據,在S-G濾波平滑的基礎上,通過識別不同地區始花期和盛花期的開始時間從而分區域提取出安徽全省油菜的分布,并且依據統計年鑒所記錄的市級油菜種植面積數據對提取結果進行了檢驗。
          當凍害較為嚴重時,受凍后的油菜在花期時植株趨于低矮、花朵稀疏,在30 m像元分辨率尺度上與冬小麥容易混淆,極易造成對實際種植面積的低估,此外農業災害評估又具有現勢性要求。結合合肥當地油菜生產的實際情況,針對該問題本文提出了基準種植區域+越冬作物掩膜調整方法,采用相鄰正常生長季(未有凍害發生)的油菜分布作為基準,基于越冬作物從出苗到越冬前生長的特性建立掩膜來調整基準種植區域,將得到的結果用來表示凍害發生年份越冬時期的油菜分布,并且依據油菜播種面積統計數據對其進行檢驗。
          (3)油菜凍害災情的遙感評估
          對于2004年發生的油菜凍害,在MODIS像元尺度上借助于時間序列剖面分析了4種廣泛采用的植被指數對于凍害的敏感性。結果顯示,NDVI和GNDVI的表現要優于EVI和SAVI這兩個植被指數,相比之下NDVI對于凍害影響的表現更為充分。MODIS數據具有較長的時間序列連續性,適合采用植被指數距平法評估凍害災情。選取相鄰幾個正常生長季(2001-2006不含2004年)同時期的平均長勢水平作為基準,采用NDVI年際標準差來表示長勢的正常年際波動,將凍害影響后的長勢水平相對于基準水平的百分比差異用來描述凍害的災情程度。由于缺乏田間實測的災情數據,本文選取全省47個油菜主產縣區的平均凍害程度與相應的冷積溫進行相關性分析,結果表明二者之間具有顯著的相關性(r=0.378,P<0.01),從而一定程度上支持了災情的評估結果。
          MODIS空間分辨率較低,適合開展大范圍油菜凍害的篩查,但對于市(縣)區域的油菜凍害遙感監測與評估,需要采用更高空間分辨率的數據進行研究。綜合考慮現有遙感資料的空間和時間分辨率,對于2010年和2011年初發生的油菜凍害,本文嘗試采用國產環境減災衛星數據進行凍害評估。選取由HJ-CCD的4個工作波段構建的8個常用的植被指數作為候選的凍害評估指標。利用2009-2010生長季災后相對于災前時相各植被指數的變化量較正常生長季(2008-2009)同時期變化量的歸一化差異直方圖曲線來判斷不同植被指數對于凍害的敏感性。結果表明在30m空間分辨率尺度上,NDVI和GNDVI較其他植被指數同樣具有更高的敏感性,相比較而言GNDVI的敏感程度更高,因而適合作為凍害的評估指標。基于災后時相相對于基準水平的GNDVI百分比差異來判斷凍害發生年份的災情等級,對于2011年1月份發生的油菜凍害,本文選取合肥市9個苗情監測點實測的田間凍害指數對結果進行了驗證,分析表明遙感評估得到的凍害程度與田間實測凍害指數之間具有較高的相關度(r=-0.698,P<0.05)。采用灰色關聯分析方法和統計分析方法,本文考查了一些自然因素和作物自身條件對凍害災情程度的影響,結果顯示南坡向和西坡向種植的油菜災情相對更為嚴重,幾個因素對災情影響程度的大小由高到低依次為:災前長勢、土壤濕度、最冷日期的地表溫度和海拔高度。
          (4)新的凍害敏感指數的構建
          本文基于中等分辨率成像光譜儀MODIS和MERIS波段所構建的幾個生理變量敏感植被指數,在1km級分辨率尺度上考察了這些指數對于低溫脅迫的響應模式及其凍害敏感性差異。所選取的指數包括MODIS-PRI(表征光合速率)、NDWI(表征冠層濕度),以及MERIS-MTCI(表征冠層葉綠素含量)、REP(紅邊位置)與LAI(葉面積指數)。結果顯示PRI對于低溫脅迫響應非常強烈,間接表明光合作用對于凍害敏感;油菜受凍之后NDWI呈現為異常上升的趨勢,據此推測凍害導致了冠層失水;LAI對于凍害響應遲鈍,其數值不僅降幅較小且低溫過后迅速恢復;低溫過程并未引起MERIS-MTCI與REP的降低或者削弱,推測凍害可能并未引起葉綠素水平的降低。低溫顯著地抑制了MTCI數值水平的上升,而REP幾乎未受到低溫的影響,引入紅邊波段構建的紅邊NDVI對于低溫脅迫的敏感程度要低于標準NDVI。
          基于上述發現,本文選取MODIS-L1B級數據中對植被光合作用以及冠層濕度較為敏感的7個波段,在不同凍害等級的隨機分層抽樣樣本的支持下,通過最佳指數(the optimalindex factor,OIF)分析方法篩選出其第5、11和12波段組合構建并且提出了新的凍害敏感植被指數MFISI(MODIS Freezing Injury Sensitive Index)。該指數能夠同時響應植被的光合作用與冠層濕度參數,具有明確的生理學意義;且由于兩種生理指標在遙感水平上對于凍害均敏感,新指數能夠明確地展現凍害的影響,其數值的空間分布圖具有豐富的地物細節信息;新指數在凍害災情的預判以及凍害發展趨勢的預測方面,其表現要優于廣泛應用的NDVI。
        [碩士論文] 王斌
        水文學及水資源 長安大學 2017(學位年度)
        摘要:干旱災害作為影響區域水資源安全的主要因素,是全球范圍內頻繁發生的一種慢性自然災害,它對社會生活和經濟發展的影響之大、范圍之廣、持續之久、危害之深,超出了其他任何自然災害,成為了影響世界發展的嚴重不穩定因素和影響國民經濟可持續發展的瓶頸因素。特殊的地理條件和氣候特征決定了我國是一個干旱及旱災頻繁發生的國家,干旱問題已成為我國社會經濟可持續發展、水資源可持續利用和管理所面臨的重大問題和難題。近年來受全球氣候變化的影響,我國干旱事件出現的頻率呈現增長趨勢,且干旱程度日趨加劇,缺水矛盾凸顯,嚴重制約了我國的社會經濟和諧發展,并威脅國家安全。可見,當前階段的干旱問題對國家發展的影響已遠高于歷史任何時期,其研究也到了刻不容緩的地步。有關干旱的話題,一直是近年來國際學術界研究的熱點,其內容主要涉及干旱規律、干旱指標與評估、干旱預警和干旱管理等四個領域,部分成果已被推廣于生產一線,對區域抗旱減災起到了積極的作用。但由于旱災本身的學科交叉性和復雜性,使得以往的研究成果在應用過程中還有很多有待研究和完善的地方,如干旱指標體系不完善、基礎性研究不足、重預警輕應變、重應急輕防御、決策支持系統實用性不強等。
          鑒于此,針對上述研究在干旱管理領域存在的缺陷及不足,本文擬從區域抗旱實務的角度出發,對旱災危機評估、預警和應對過程中存在的機制問題和實用性問題進行深入地探討,并以陜西省涇惠渠灌區為例展開案例研究。具體過程如下:首先結合灌區的多水源供給模式,提出并構建了考慮灌區供需雙側的旱災危機診斷指標體系;耦合多水源二元水循環模擬模型和滾動修正模式,建立了面向灌區的旱災危機滾動預警機制,可結合未來降水概率和地面的土壤熵情變化,不間斷地發布旱災危機的警示信息;以此為基礎,進一步構建了面向灌區抗旱的診斷-預警-決策框架體系,可結合多水源二元水循環模擬模型實現模擬預警和決策推演,同時基于歷史旱情信息,構建了旱災危機應對方案庫,可實現對旱災從診斷、預警到決策的全過程支持;最后,以涇惠渠灌區為案例區,進行驗證計算,分析本研究所建立的多水源供給模式下的灌區旱災誘發危機診斷與預警體系的合理性與實用性。具體研究內容和所得結論如下:
          (1)涇惠渠灌區現狀及抗旱能力分析
          通過對涇惠渠灌區的現狀調查,發現灌區降水量及徑流量年際變化較大,年內分布不均,同時涇河旱澇兼存,灌區蒸發較為強烈;渠首引水量縮減且含沙量大,而灌區需水量卻在逐年上升,地下水超采問題日益嚴重;灌區所在地區旱災頻發,同時面臨著水資源嚴重不足、渠系工程年老失修、節水管理和灌溉技術不成熟、地下水超采及水污染問題并存等問題,抗旱壓力大。
          (2)灌區旱災危機診斷指標體系
          提出基于二元水循環理論的灌區旱災危機診斷指標體系。該指標體系涵蓋了灌區干旱狀態和灌區抗旱能力(水源情勢)的雙重表征,可回答干旱過程中實時旱情和水情兩個層面的問題。同時,體系將干旱狀態指標D及抗旱能力指標S進行綜合,構建了旱災危機診斷指標DAI。透過該體系,決策者可實時掌握灌區的旱情發展、抗災能力變化以及成災的危機程度,即在準確反映灌區當前的旱情狀態的情況下,進一步結合未來來水和當前決策方案,模擬灌區未來可能遭受的旱災威脅。
          (3)多水源二元水循環模擬模型的實現
          診斷指標體系具有實時獲取性,但是其閾值設定和預警機制則要求以二元水循環模型作為支撐。結合灌區的多水源供給模式,構建了涇河流域分布式水文模型和水資源配置模型相耦合的灌區引水模型,并與灌區地表水與地下水聯合調配模型、墑情預測模型和灌區地下水均衡模型結合,建立了灌區多水源二元水循環模擬模型,以保證指標獲取、預警與決策模擬功能的實現。校驗結果表明,該模型可較好地模擬干旱事件演變過程中的灌區二元水循環過程,為合理利用地表水與地下水,發揮最大抗旱潛力,有效降低干旱成災風險提供支持。
          (4)灌區滾動式旱災危機預警機制及決策體系框架
          以多水源二元水循環模擬模型為基礎,將灌區旱災危機診斷體系與滾動預警機制和決策支持機制相融合,建立了灌區旱災危機診斷-預警-決策框架體系。在滾動預警機制和決策模擬機制下,可實現對灌區旱災危機的“預警—預決策—預決策效果分析—預決策修正—決策—預警”的全過程滾動式的旱災預警及決策支持,彌補干旱演變過程中常規旱情評估體系對干旱應對過程支持的缺位問題。
          (5)實例驗證分析
          以陜西省涇惠渠灌區2013-2014年的實測資料為基礎,進行灌區旱災危機預警及決策模擬,并以官方監測結果進行對比分析,驗證旱災危機診斷體系與應對機制的合理性。同時,與單因素指標降水量 SPI、土壤墑情指標進行同期驗證,從側面印證本研究所建立的旱災預警體系的科學性與合理性。結果表明,本文建立的診斷與預警體系綜合考慮了灌區干旱狀態及水源情勢等因素,從旱情與水情(即需和供)兩個層面表征了干旱事件的發展走勢,相對SPI和土壤墑情指標包含了更多有關抗旱能力的信息,故其對抗旱實踐過程更具有指導意義。從比對結果看,旱災危機診斷與預警體系是一個更加科學合理、綜合完善的體系,并可通過該系統仿真模擬制定科學合理的抗旱預措施和應急措施,有效緩解灌區未來干旱旱情,具有較強的應用價值。
        [碩士論文] 劉用
        農業遙感與信息技術 浙江大學 2017(學位年度)
        摘要:區域汛期洪水預報一直是擺在水文工作者及科研者面前的一道難題,及時有效、精確地進行洪水預報對國家民生安全和經濟發展都具有重要的意義。深入研究洪水形成的物理規律特性,探討水文三要素即降雨、流量和水位與洪水形成的關系,發揮計算機、物理和地理信息等多學科交叉優勢,將是洪水預報理論及方法技術突破的關鍵結合點。
          本研究基于浙江省重大科技專項重點社會發展項目—“星陸雙基汛情監測與防汛減災輔助分析系統研究與應用”的成果,圍繞水文三要素展開了進一步的防汛抗洪輔助分析研究。主要研究內容和相關結論如下:
          (1)傳統水文監測站點的降水數據精度高質量好,但由于站點數量有限,很難精確表征區域面雨量信息。衛星遙感降水數據可以大面積同步觀測區域面雨量,但空間分辨率低,精度不高。本文采用地理加權回歸算法,基于高空間分辨率的NDVI、DEM和LST等環境因子,將原始空間分辨率為25km的TRMM衛星遙感降水數據降尺度至1km,且多年平均TRMM值與地面站點實測數值的相關系數由降尺度前的0.64提高到降尺度后的0.77。
          (2)傳統徑流量的估算大都基于經驗函數,很難從物理、水文等基礎原理上來進行解釋。本文采用SWAT分布式水分模型對曹娥江上游地區的新嵊流域開展徑流模擬研究,經過參數敏感性排序分析和率定,驗證期納什效率系數ENs和確定性系數R2分別達到了0.847和0.901,完全符合模型精度要求。
          (3)引入模糊聚類算法,開展基于歷史洪水數據的實時洪水水位模糊匹配研究。首先將研究區多年歷史水文數據進行整編入庫,建立一套標準化的歷史水雨情數據庫;基于降雨量、暴雨中心等相關洪水特征因子,采用模糊K-mean聚類算法對長時間系列歷史暴雨信息進行挖掘分析。最后基于該聚類結果,為實時洪水水位的模糊匹配和輔助預報分析提供參考。
          (4)基于區域面雨量遙感估算、徑流量模擬和歷史數據挖掘等洪水輔助預報關鍵技術的研究,采用HTML5與GeoServer等主流開源技術,集成開發了一套基于WebGIS平臺的防汛抗洪輔助分析決策系統。系統界面美觀、功能實用且操作簡單,為相關水文部門工作者開展防汛抗洪的輔助分析工作提供了極大方便。
        [碩士論文] 黃路梅
        地圖學與地理信息系統 貴州師范大學 2017(學位年度)
        摘要:農業旱災脆弱性評價是農業生產系統中防旱抗災的一個重要環節,已經在很多地區有所探索和實施。針對貴州省,雖然有局部地區在展開關于農業旱災脆弱性評價的相關研究,但是目前還沒有形成統一的旱災脆弱性評價的理論和方法。
          本文分區評價通過構建關于農業旱災脆弱性的層次分析法數據庫模型,把農業旱災脆弱性分為A(目標層)層,把敏感性因素和恢復力因素各分為 B1層和 B2層(準則層),把指標分為 C層,構建A(目標層)—C(指標層)的總排序矩陣并通過一致性檢驗計算出脆弱度數值。運用SPSS19.0軟件利用K-均值聚類統計分析把脆弱度值等級劃分為五個等級,利用 GIS軟件做出基于脆弱度值的空間分布圖。畢節市、遵義市、六盤水市在多個年份處于極重脆弱度區和重脆弱度區,主要與該地區旱地面積比重大,人均水資源量少,地表水資源量少,相對濕度大,農民人均純收入少,農用水泵少,水利設施條件差有關,且與該地區巖溶地貌廣育,土層薄,植被少,保水能力差,生態環境脆弱,抗旱能力小(自然地理的因素)有關。黔東南州、銅仁市和黔南州農業旱災脆弱度與同時期其他地區相比較低,主要與該地區旱地面積比重較小,降水量較多,相對濕度較小,地表水資源量較多,人均水資源量較多,農民人均純收入多,農用水泵多,水利設施條件好,抗旱能力強有關,與該地區非巖溶地貌多,植被好,土層相對較好,抗旱性好有關。極重脆弱度區面積比重與重脆弱度區面積比重之和在26.13%~43.59%,多數年份均為38.33%,比重大,表明從整體上看貴州省農業旱災脆弱性嚴重。各等級脆弱度區面積比重差異很大,呈現“兩頭多,中間少”分布。
          綜合性評價通過構建熵值—定量評價模型研究得出貴州連續12年的農業旱災脆弱度特征值均為高值.脆弱度值均大于0.5,但各年份間脆弱度值也有一定的浮動,大致浮動在0.647附近,表明整體上看貴州省農業旱災脆弱性嚴重。
          本文等級評定通過構建可變模糊—灰色關聯分析模型,計算出4(人口占全省百分比、GDP占全省百分比、地表水資源量占全省百分比、喀斯特分布面積占各區百分比)個因素和樣本綜合評價級別特征值均值的灰色關系系數和關聯度。4個因素都對貴州農業旱災脆弱性具有一定的影響,但影響力不同,且4個因素在不同的地區可以有不同的組合方式,組合方式不同,對農業旱災脆弱性的影響也不同。其中人口、GDP、地表水資源量占全省百分比是其決定因素,喀斯特的影響程度在減小。
        [碩士論文] 高松陽
        生態學 東北農業大學 2017(學位年度)
        摘要:玉米是黑龍江省主要糧食作物之一,而干旱是黑龍江省玉米生產面臨的最重要的氣象災害。本文以黑龍江省1965-2014年的降水量、最高氣溫等氣象資料以及玉米產量數據為基礎,通過數據整理,采用降水距平百分率、Mann-Kendall突變檢驗、標準化降水指數和相關性分析等方法研究黑龍江省近50年玉米生育期降水、高溫等氣候因子的變化規律,并探討典型干旱年份降水、高溫的變化特點及其與玉米相對氣象產量的關系。以期為農業應對氣候變化、作物布局結構調整和抗旱減災提供參考。主要研究結果如下:
          (1)黑龍江省玉米產區較為嚴重的干旱災害主要發生在20世紀70年代中期至80年代初以及21世紀初,特別是2000年以來連續且頻繁的干旱對黑龍江省玉米生產造成了重大損失。
          (2)黑龍江省近50年玉米生長季降水量主要在400-500mm之間,平均值為434.8 mm,比較適宜玉米種植;西部地區是唯一低于全省平均值的區域,生長季降水量平均值僅402.6mm,區域內的齊齊哈爾、泰來、肇源、杜蒙和林甸等地甚至低于375 mm,不能滿足玉米對水分的基本需求,屬于特別干旱的地區,必須依靠灌溉來維持玉米正常的生長發育。降水距平百分率的結果顯示,黑龍江省西部地區和三江平原地區玉米生長季降水量的年際變化較大,表明這些地區的降水很不穩定,容易發生水旱災害。根據Mann-Kendall突變檢驗和標準化降水指數的模擬結果,黑龍江省降水在近50年中主要發生了兩次突變,分別在20世紀80年代初和90年代中后期,且20世紀70年代至80年代初和本世紀初處于相對少雨的時期,這也與干旱災害嚴重的時段吻合。對黑龍江省不同區域玉米生長季月均降水量變化趨勢結合玉米需水規律的分析表明,黑龍江省玉米生長季降水分布規律與春玉米生育期需水規律大體一致;此外,黑龍江省中南部地區、北部地區和三江平原地區玉米缺水的時段主要集中在6月和7月,西部地區在整個玉米生長季都處于比較缺水的狀態。
          (3)黑龍江省西部地區玉米在生育期期間面臨較為嚴重的高溫脅迫。1965-2014年黑龍江省各地區玉米生育期內日最高溫度大于30℃積溫(AT)多年平均值為7.4-58.6℃·d。其中黑龍江省西部地區AT普遍偏高,區域內的泰來縣AT多年平均值高達58.6℃·d;另外齊齊哈爾、龍江、林甸和安達四個市縣的玉米生育期AT多年平均值也超過40℃·d。黑龍江省日最高溫度大于30℃天數(AD)分布情況與AT分布情況相似,省內最高值同樣出現在西部地區的泰來縣(26.5天),此外這一區域內的齊齊哈爾、林甸等地AD值也較高。
          (4)對典型干旱年份氣候因子特征分析的結果表明,不僅少雨和高溫會導致嚴重的干旱,即使在降水量充足的年份,降水分布的嚴重不均也會導致干旱的發生;當多種不利因素共同作用時,干旱造成的損失會更加嚴重。黑龍江省西部地區兼具高溫少雨及降水不規律等易導致干旱的氣象條件,所以也是我省干旱風險最高的地區。黑龍江省玉米產區的干旱主要表現為春旱或春夏連旱,主要發生在玉米生育前期,這一時段高溫脅迫一般較輕,以降水對干旱的影響最為直接和顯著。
        [碩士論文] 王錦杰
        應用氣象學 南京信息工程大學 2017(學位年度)
        摘要:水稻是重要糧食作物,隨著全球氣候變暖,水稻高溫熱害的發生愈加頻繁。因此,監測、預警及抗熱逆研究對實現水稻的穩產高產尤為重要。在尚無任何水稻高溫熱害大區域監測和評估研究的情況下,本文在前人研究成果的基礎上,開展了水稻高溫熱害監測和評估模型研究。首先提取水稻種植區域并判別其是否在高溫熱害的關鍵期——抽穗開花期。同時利用衛星遙感數據反演逐日最高氣溫和平均氣溫,云覆蓋區域則以相應站點處的氣溫數據插值后補充,生成“衛星—插值”氣溫時間序列數據。然后基于以上數據,依據水稻高溫熱害指標展開水稻高溫熱害監測和評估,對熱害進行等級劃分與統計。模型可在研究區域范圍內,選擇任意時段,對這段時間內正處于抽穗開花期水稻的高溫受害情況進行監測和評估。主要研究結果如下:
          (1)利用經過S-G濾波的時間序列植被指數,較好的提取了江蘇、安徽兩省的水稻種植區域。江蘇省種植水稻211.22萬hm2,安徽省種植早稻和一季稻共203.04萬hm2,與統計年鑒數據對比江蘇、安徽兩省整體偏差為8.2%。
          (2)水稻抽穗開花期識別采用常用的EVI最大值對應算法,利用經過HANTS濾波后的光滑時序EVI,較好的識別了江蘇、安徽兩省的水稻抽穗開花期;對比江蘇、安徽兩省共11組農業氣象試驗站實測數據,有8組數據在±4天以內。
          (3)最高氣溫反演過程中,對比了多元回歸法和溫度—植被指數法;平均氣溫反演過程中,對比了多元回歸法和DTVX法。最終多元回歸法在兩個過程中精度都最高,因此最高氣溫和平均氣溫反演采用多元回歸方程進行。
          (4)以2013年8月5日-8月12日持續高溫時段為例,運用模型表明,在此階段處于抽穗開花期并受災的水稻面積為78.94萬hm2,處于抽穗開花期但未受災的面積僅0.71萬hm2,由此可見,當年該時段的高溫熱害極為嚴重。
          (5)對2013年度全研究區抽穗開花期水稻高溫熱害監測與評估表明,江蘇、安徽總受災面積為247.96萬hm2,未受災面積為163.49萬hm2,水稻受災率達60.3%,可見,2013年水稻抽穗開花期高溫熱害極為嚴重。
        [碩士論文] 李煜
        人文地理學 江西師范大學 2017(學位年度)
        摘要:鄱陽湖區農業生產條件得天獨厚,是江西省乃至全國重要的糧、棉、油、水產品生產基地。湖區水旱災害頻發,嚴重制約著湖區農業和農戶的可持續發展,成為湖區農戶致貧的主要原因。增強抵御災害風險的能力和提高生計的可持續性是湖區農戶應對自然災害,實現脫貧致富的有效途徑。
          本文以江西省永修縣為研究案例,通過抽取755戶農戶進行入戶調查,采用訪談等方式獲取了農戶的生產生活資料,基于DFID的可持續生計分析框架及該縣地域特征和農戶特征,建立了生計資本評價指標體系,在此基礎上,定量描述了永修縣農戶的生計資本、生計策略等情況。利用層次分析法和熵值法確定各項指標的權重,構建綜合評價模型,進而計算出湖區農戶的可持續生計資本總指數。引入家庭結構視角將農戶分為5種不同的家庭結構類型農戶,在全面分析農戶脆弱性背景下,對比分析不同類型農戶可持續生計資本水平和生計策略的差異,并探討家庭結構及生計資本對生計策略的影響。研究結果顯示:
          (1)永修縣農戶脆弱性較高,主要表現在:一農業生產條件總體上較差;二永修縣的水旱災害頻發,受災人口多,受災面積廣,經濟損失大,水旱災害嚴重區域集中于中、東部平原地區。
          (2)在742(有效問卷)戶農戶中,生計資本總指數≥0.3且<0.5的農戶占總戶數55.12%;≥0.5的農戶占總戶數6.87%,≥0.1且<0.3的農戶占總戶數36.93%,<0.1農戶只占比1.08%。總體上看,永修縣農戶生計資本處于偏低水平。
          (3)五種家庭結構農戶的生計資本總指數平均水平較低,內部差距較大,其中最高水平0.36為H3類農戶,最低水平0.16為H5類農戶,將5種不同家庭結構類型農戶的戶均生計資本總指數由大到小排序依次為H3>H2>H4>H1>H5。
          (4)絕大部分農戶家庭收入的最大來源均為外出打工獲取的收入,所占比重從大到小依次為H4>H3>H2>H1,農業收入所占比重從大到小依次為H1>H5>H2>H3>H4,做生意收入所占比重從大到小依次為H5>H4>H3>H2>H1,H5類家庭轉移性收入和政策收入比重最高。
          (5)家庭結構與農戶不同生計收入來源的多元回歸分析結果顯示,H2、H3、H4類家庭結構對家庭總收入具有顯著正向作用,H1類和H5類具有顯著負向作用;H1、H2家庭結構對農業收入具有顯著正向影響,H3、H4對農業收入具有顯著負向影響;H2類、H3類和H4類家庭結構對外出務工收入具有顯著的正向影響;家庭結構H1和H5對做生意收入具有顯著負向影響。
          (6)為了提高農戶的生計水平,應該拓展農戶的生計策略、促進農業生產的規模化和專業化、加強技能培訓、開展本地非農活動、完善社會保障體制機制等。
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