地球科学进展

地球科学进展 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (5): 496 -504. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.018

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国内气候适宜度模型中水分适宜度模型的改进与应用
魏瑞江 1 , 2( ), 王鑫 1 , 2, 康西言 1 , 2   
  1. 1.河北省气象科学研究所，河北 石家庄 050021
    2.河北省气象与生态环境 重点实验室，河北 石家庄 050021
  • 收稿日期:2021-10-20 修回日期:2022-02-18 出版日期:2022-05-10
  • 基金资助:
    中国气象局政策法规建设项目“农作物气象条件定量评价技术导则”(B-2021-005)

Improvement and Application of a Water Suitability Model in a Domestic Climate Suitability Model

Ruijiang WEI 1 , 2( ), Xin WANG 1 , 2, Xiyan KANG 1 , 2   

  1. 1.Meteorological Science Institute of Hebei Province，Shijiazhuang 050021，China
    2.Hebei Laboratory for Meteorological and Eco-environment，Shijiazhuang 050021，China
  • Received:2021-10-20 Revised:2022-02-18 Online:2022-05-10 Published:2022-05-31
  • About author:WEI Ruijiang (1966-), female, Jinzhou County, Hebei Province, Professor of engineering. Research areas include agrometeorological operations and scientific research. E-mail: weirj6611@sina.com
  • Supported by:
    the Policy and Regulations Construction Foundation of China Meteorological Administration “Technical guidelines for quantitative evaluation of crop meteorological conditions”(B-2021-005)
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农作物生长发育离不开光、温、水等气象条件，基于气候适宜度的气象条件定量评价方法是判定气象条件对农作物适宜程度的方法之一。基于国内气候适宜度方面的研究和应用现状，指出了目前国内气候适宜度模型中水分适宜度模型存在的不足，在此基础上对水分适宜度模型进行改进，水分适宜度模型包括降水适宜度模型和土壤水分适宜度模型，水分适宜度取降水适宜度和土壤水分适宜度二者的大值。改进后的降水适宜度模型考虑了农作物的需水量及降水的有效性和降水过多的影响；改进后的土壤水分适宜度模型采用农田0~20 cm区域土壤相对湿度与农作物不同生育阶段适宜的土壤相对湿度进行比较，减少了以往土壤水分模型中因涉及因子过多带来的不便，并用河北省冬小麦不同年度的气象条件对改进后的模型进行检验应用。得出如下结论：应用改进后的水分适宜度模型计算的水分适宜度，能够反映冬小麦生长期间实际的水分状况；通过改进后的水分适宜度模型计算的综合适宜度反映了实际气象条件对冬小麦的影响，并且综合适宜度与冬小麦产量呈正相关，通过了0.05显著性水平检验，相关性优于模型改进前的。

关键词: 气候适宜度, 水分适宜度, 评价模型, 改进与应用

The growth and development of crops are heavily affected by meteorological conditions， such as light， temperature， and water. The quantitative evaluation method of meteorological conditions based on climate suitability can help determine the extent of the suitability of meteorological conditions for crops. In this study， the existing deficiency of the water suitability model in the current domestic climate suitability model was identified and improved. Both the improved precipitation suitability and improved soil water suitability contributed to a more optimized domestic climate suitability model. The improved precipitation suitability model considers the water demand of crops， the effectiveness of precipitation， and the influence of excessive precipitation. The improved soil moisture suitability model uses the soil relative humidity in a 0~20 cm area of farmland to compare with the appropriate soil relative humidity at different growth stages of crops， which reduces the inconvenience caused by too many factors in the previous model. The improved model was tested and applied by considering the meteorological conditions of winter wheat in the Hebei Province in different years. The results showed that the water suitability calculated by the improved model could reflect the actual water situation during the growth period of winter wheat； the improved comprehensive suitability could reflect the impact of actual meteorological conditions on winter wheat. There was a significant positive correlation with the winter wheat yield and the model passed the significance level test of 0.05， which is better than that before the improvement of the model.

Key words: Climate suitability, Water suitability, Evaluation model, Improvement and application

中图分类号: 

表1 改进前后有关降水适宜度模型的优点和缺点
Table 1 Advantages and disadvantages of precipitation suitability models before and after improvement
模型标号 状态 优点 缺点
公式（4） 改进前 充分考虑了农作物对环境的适应性，当降水量低于或高于农作物需水量一定量时，该模型是成立的 未考虑降水量的有效性
公式（5） 改进前 分段计算了降水量对农作物的适宜程度。适用于干旱地区或地下水位低的地区 未考虑非干旱地区或地下水位不低的地区当降水量超出c倍农作物需水量后可能造成的湿害
公式（6） 改进前 计算某阶段降水适宜度是成立的 以日为单位计算降水适宜度，生物学意义不明显，且该公式未考虑到当地平均降水量的基数
公式 （ 7） 改进后 既考虑了降水量的有效性，又考虑了农作物对水分的需求
表2 改进前后有关土壤水分适宜度模型的优点和缺点
Table 2 Advantages and disadvantages of soil moisture suitability models before and after improvement
模型标号 状态 优点 缺点
公式（9） 改进前 有效考虑了土壤水分的贮存和补给 未考虑农作物对水分的消耗和水分过多造成的影响
公式（10） 改进前 简单明了方便 未考虑水分过多造成的影响
公式（11） 改进后 考虑了土壤水分含量和农作物的需水量 涉及的因子太多，公式层层推导，计算时很不方便甚至会带来较大的误差，数据不容易获取
公式（12） 改进后 方法简便，数据容易获取
表3 冬小麦不同生育期所需的下限温度、上限温度和最适温度参考值 (℃)
Table 3 Reference values of lower limit temperature， upper limit temperature and optimum temperature for different growth stages of winter wheat
农作物 温度条件 生育期
播种 出苗 分蘖 越冬 返青 拔节 抽穗 乳熟 成熟
冬小麦 上限温度 35 30 20 10 25 30 30 35 35
适宜气温 17 17 5 2 8 14 18 22 22
下限温度 2 3 0 -10 0 4 9 12 12
表4 光照适宜度所用公式（ 2）中的 b值参考值
Table 4 Reference value of b value in formula (2) used for illumination suitability
农作物 生育期
播种 出苗 分蘖 越冬 返青 拔节 抽穗 乳熟 成熟
冬小麦 4.15 4.15 4.14 4.00 4.40 4.61 4.93 4.99 4.99
表5 土壤水分适宜度所用公式（ 12）中适宜土壤相对湿度范围参考值 (%)
Table 5 Reference value of suitable soil relative humidity range in formula (12) used for soil water suitability
农作物 生育期
播种 出苗 分蘖 越冬 返青 拔节 抽穗 乳熟 成熟
冬小麦 60~80 60~80 70~80 70~80 70~80 75~80 70~80 60~80 60~70
图1 模型改进前后肥乡、栾城和涿州3个站2020年冬小麦全生育期水分适宜度对比
Fig. 1 Comparison of water suitability of winter wheat in 2020 of Feixiang， Luancheng and Zhuozhou stations before and after model improvement
图2 模型改进前后肥乡、栾城和涿州3个站2016—2020年历年气象条件综合适宜度平均值对比
Fig. 2 Comparison of average values of comprehensive suitability of meteorological conditions of Feixiang， Luancheng and Zhuozhou stations from 2016 to 2020 before and after model improvement
图3 模型改进前后肥乡、栾城、涿州3个站2016—2020年冬小麦历年全生育期综合适宜度与当年冬小麦单产的相关性
（a）模型改进前；（b）模型改进后
Fig. 3 Correlation between the comprehensive suitability of the whole growth period of winter wheat and the unit yield of winter wheat in 2016-2020 of Feixiang， Luancheng and Zhuozhou stations before and after the model improvement
（a） Before model improvement；（b） After model improvement
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