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气候变化对内蒙古春玉米产量影响的研究

作　者: 罗瑞林
导　师: 高聚林
学　校: 内蒙古农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 气候变化干燥度指数桑斯维特纪念模型气候变化情景遥感
分类号: S513
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文研究了内蒙古气象因子的动态变化，分析了玉米实际产量和气候生产力的变化趋势以及未来不同气候变化情景下温度和降水变化对玉米产量的影响；探讨了通过应用“3S”技术实现作物信息的快速收集和定量分析，以期为内蒙古玉米种植面积提取、生长发育监测和产量估算等提供便利手段。1.研究区域气候资源的变化特征在内蒙古玉米主要种植区域选取8个代表性气象站点，对其近50年（1961-2010年）温度和降水量变化趋势进行分析，并进行肯德尔检验（Mann-Kendall test）、计算干燥度指数，分析了温度、降水量和玉米生长发育的相关性及其对玉米产量的影响，结果表明：（1）近50年来，内蒙古玉米种植区域气温呈上升趋势,气温突变发生在20世纪80-90年代之间。从1961-2010年，东部区年平均温度的变化幅度在2-6℃，1969年温度最低，年均气温是2.32℃，2008年温度最高，为5.95℃；西部区年平均温度的变化幅度在5-9℃，1968年温度最低，年均气温是5.39℃，1998年最高温度，为8.96℃。（2）近50年来内蒙古降水量呈波动性变化，东、西部玉米种植区的降水量呈略减的变化趋势，东部区的降水量高于西部区。在东部区1998年是近50年降水量的最多年份，达565mm；西部区降水量的最多年份在2003年，为444mm。（3）年均气温同玉米气候生产潜力相关系数较小，而年降水量和玉米产量的相关性明显高于温度，因而降水量与内蒙古春玉米生产的关系更为密切，在较为温暖的地区尤为明显。2.玉米种植区的气候生产潜力与实际生产力（1）根据桑斯维特纪念模型（Thornthwaite memorial model）的模拟值分析，内蒙古东、西部主要玉米种植区在雨养条件下的气候生产力波动性很大，趋势变化不明显，但东部区的气候生产力远远高于西部区。东部区气候生产力在2001年最低，为5151.3kg/hm~2，1998年最高，为8186.2kg/hm~2；西部区气候生产力在1965年最低，为2902.2kg/hm~2，1961年最高，为7692.4kg/hm~2。（2）1991-2010年，内蒙古东部区玉米单位产量变化范围为4116-8011kg/hm~2,西部区玉米单位产量变化范围为5463-12727kg/hm~2。2010年，通辽市玉米种植面积占全区种植面积的26.9%，总产量为全区总产量的29.8%，单位产量为6529.6kg/hm~2，是内蒙古玉米的最大产区。3.内蒙古未来气候变化情景（Special Report on Emissions Scenarios，SRES）及其对玉米生产的可能影响21世纪，在B1（低排放）、A1B（中等排放）和A2（高排放）三种气候变化情景下，内蒙古不同年代的年平均气温都在增加，除海拉尔在B2情景下比基准值降低0.17℃外，其余区域在3种情景下都比基准值升高0.77-3.01℃，且西部区增温明显高于东部区。与温度变化模拟的结果相比，降水的变化比较复杂，不同的排放情景下差别很大。21世纪内蒙古东、西部区的降水量呈波动性变化，但总体上都将增加，其中东部区明显高于西部区，相对于基准值（1971-2000年），年降水量表现为：A2（高排放）>A1B（中等排放）>B1（低排放）。4.遥感估产模型的建立初步尝试通过“3S”技术，对玉米试验田进行了遥感估产，结果表明预测产量和实测产量误差为0.30-3.69%，估产的精准度非常高，说明了作物信息快速收集和定量分析的有效性，可为玉米种植面积的遥感提取和产量估算提供了便利手段，对内蒙古玉米种植业发展有重要的指导意义。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-15
1 引言  15-27
  1.1 研究目的  15-16
    1.1.1 选题依据  15-16
    1.1.2 研究目标  16
  1.2 研究意义  16-18
    1.2.1 气候变化影响农业的可持续发展  16-17
    1.2.2 气候变化成为影响粮食生产和粮食安全的重要因子  17-18
  1.3 国内外研究进展  18-25
    1.3.1 气候变化及其主要特征  18-19
    1.3.2 气候变化对农业生产的影响  19-21
    1.3.3 应对气候变化的农业措施  21
    1.3.4 未来变化情景下气候变化对玉米产量的影响  21-22
    1.3.5 “3S”技术在气候变化对农业生产影响研究中的应用  22-25
  1.4 技术路线与研究方案  25-27
    1.4.1 技术路线  25
    1.4.2 研究的主要内容  25-27
2 内蒙古气候资源概况  27-38
  2.1 内蒙古玉米主产区气候资源特点及其时空变化  28-37
    2.1.1 光能资源  28-31
    2.1.2 热量资源  31-34
    2.1.3 降水资源  34-37
  2.2 小结  37-38
3 内蒙古玉米典型种植区气候资源变化及其对玉米生产的影响  38-60
  3.1 数据与方法  38-40
    3.1.1 数据来源  38-39
    3.1.2 研究方法  39-40
  3.2 气候资源变化特征  40-56
    3.2.1 日照时数变化特征  40-44
    3.2.2 温度的变化特征  44-52
    3.2.3 降水量的时空变化  52-56
  3.3 小结  56-60
    3.3.1 日照对玉米产量的影响  56-57
    3.3.2 温度对玉米产量的影响  57-58
    3.3.3 活动积温对玉米产量的影响  58
    3.3.4 降水量对玉米单产的影响  58-60
4 玉米种植区气候生产潜力的变化  60-75
  4.1 研究方法  60-61
  4.2 结果与分析  61-74
    4.2.1 内蒙古东、西部气候生产力的变化趋势  61-62
    4.2.2 研究区域气候生产力的变化趋势  62-63
    4.2.3 内蒙古东、西部玉米实际单位面积产量的变化特征  63-69
    4.2.4 玉米种植区气候生产力与年均气温和降水的相关性  69-70
    4.2.5 玉米种植区气候生产潜力与经济产量的关系  70-71
    4.2.6 玉米气候增产潜力的变化  71-73
    4.2.7 玉米气候增产潜力的空间变化  73-74
  4.3 小结  74-75
5 未来气候变化情景及其对内蒙古玉米生产的可能影响  75-91
  5.1 气候变化情景简介  75-77
    5.1.1 IPCC 的排放情景  75-76
    5.1.2 排放情景的不确定性  76-77
  5.2 材料与方法  77-78
  5.3 结果与分析  78-90
    5.3.1 未来气候情景下内蒙古温度的变化趋势  78-80
    5.3.2 未来气候情景下预估 21 世纪内蒙古的气温变化  80-83
    5.3.3 未来气候情景下内蒙古玉米主产区降水量的变化  83-85
    5.3.4 未来气候情景下预估 21 世纪内蒙古的降水量变化  85-88
    5.3.5 3 种排放情景下玉米气候生产力的变化  88-90
  5.4 小结  90-91
6 遥感技术在玉米估产中的应用  91-106
  6.1 材料与方法  91-93
    6.1.1 试验的设置和选取  91-92
    6.1.2 数据来源  92-93
  6.2 作物遥感原理及遥感影像处理  93-98
    6.2.1 作物遥感原理  93-95
    6.2.2 遥感影像融合方法  95-96
    6.2.3 遥感影像处理流程  96-98
  6.3 研究区域玉米信息的提取及产量的估算  98-105
    6.3.1 基于时间序列影像的玉米种植区遥感监测  98-100
    6.3.2 玉米种植区的提取  100-101
    6.3.3 NDVI 变化及基于 NDVI 的玉米产量估算  101-105
  6.4 小结  105-106
7 结论  106-110
  7.1 气候资源变化趋势及其对玉米产量的影响  106-108
    7.1.1 日照对玉米产量的影响  106-107
    7.1.2 温度对玉米产量的影响  107
    7.1.3 降水量对玉米产量的影响  107-108
  7.2 未来排放情景下玉米产量的变化  108-109
  7.3 遥感技术在玉米估产中的应用  109-110
8 讨论  110-111
9 研究的创新点  111-112
10 展望  112-113
致谢  113-114
参考文献  114-123
作者简介  123

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