【项目编号】GYHY201306036

【研究周期】2013年1月-2016年12月

【国拨经费】321.5万元

【项目负责人】杜春英

【项目骨干成员】姜丽霞 李秀芬 马树庆 纪瑞鹏 杨沈斌 王秀珍 王萍 陈莉 宫丽娟 闫平

【项目承担单位】黑龙江省气象科学研究所

【项目协作单位】吉林省气象台 中国气象局沈阳大气环境研究所 南京信息工程大学 杭州师范大学 黑龙江省农业科学研究院

【主要研究成果】

该成果主要特点：一是系统性较强，技术方法多样，成果综合性强；二是成果丰富，且定量化，标准化；三是成果适用性强，可直接投入业务应用。

（1）研究明确了水稻障碍型冷害和延迟型冷害对水稻生长和产量的影响

通过人工气候室低温模拟试验和田间分期播种试验，结合长序列气象、农业气象历史数据，分析揭示了水稻低温冷害对水稻生长和产量的影响，获取水稻生长的温度和热量指标，明确不同程度低温冷害对水稻生长和产量的影响差异以及减产程度。

（2）稻田小气候监测及推算

建立稻田小气候观测系统，分析稻田不同高度气温、水温和湿度的日变化和变化，并揭示稻田小气候与普通气象站相关要素的关系。

 （3）建立了新时期东北地区水稻冷害指标体系及冷害预警标准

通过分期播种试验和山地低温处理试验，分析了水生长与结实等与温度的关系；利用东北地区代表站历史温度、产量和重点冷害年资料，结合田间试验结果，对东北地区水稻低温冷害传统指标进行系统的科学检验和比较，明确了适用指标，修订了冷害指标体系，制定的《北方水稻低温冷害等级》国标已颁布实施。

（4）明确气候平均值对水稻延迟型冷害评估的影响

基于1961—1990、1971—2000、1981—2010、1961—2010年4个气候年代的气候平均值，分析发现利用1981—2010年的气候平均值评估近50年水稻延迟型冷害的结果更符合实际情况。

（5）构建水稻气候适宜度日尺度模型

以气温、日照时数为影响因子，采用通径分析理论，构建水稻气候适宜度日尺度模型及不同气候区不同等级的气候适宜度评价指标，通过与旬尺度模型对比，阐明不同时间尺度模型在中短时灾害天气影响下的气候适宜度状况。

（6）揭示水稻延迟型冷害和障碍型冷害的地域和时间变化趋势

水稻延迟型冷害和障碍型冷害的空间分布基本呈北多南少的趋势。从时间变化看，延迟型冷害大致表现为随时间减少的趋势；障碍型冷害未发现明显的变化规律，但21世纪以来发生年数最多。

（7）基于持续低温指数建立水稻冷害监测预测方法

采用日最低气温，以多年日平均最低温度与对应日最低温度之差超过3℃为标准，累积计算持续低温指数，通过与典型低温年对比分析，建立指标阈值并对冷害进行分析，实现冷害监测预报。

（8）基于P指数建立水稻冷害监测预测方法

引入日积温概念，选取水稻生长关键期，计算基于温度日变化与当量积温理论的时段积温和生长季积温，构建东北水稻延迟型冷害动态监测预测指标体系，实现冷害监测预报。

（9）基于热量指数方法建立水稻冷害长期预测模型

基于更新的气象数据，利用热量指数方法，建立了6类水稻低温冷害长期预测模型，实现不同区域月尺度的水稻冷害预报。

（10）构建水稻障碍型冷害指数RSCDI，实现水稻障碍型冷害预报

以障碍型冷害发生的温度和低温持续天数为基础，考虑水稻不同发育期三基点温度，基于温度适宜度概念，构建一种多因素的定量指数——水稻障碍型冷害指数RSCDI，实现东北水稻障碍型冷害进行预报。

（11）揭示水稻低温冷害遥感信息科学机理，建立水稻低温冷害遥感监测模型

利用GIS技术和卫星遥感技术，建立水稻低温冷害遥感监测模型，实现东北水稻种植区及其生育期遥感识别；基于遥感植被指数、遥感T5-9距平指标、热量指数指标等进行水稻延迟型冷害动态监测。

（12）对ORYZA2000模型的优化和改进，实现水稻低温冷害监测预警

对ORYZA2000模型进行了优化和改进，结合水稻试验数据，补充和完善了ORYZA2000模型的功能，完善的模型能够反映低温对生物量、生育期和产量要素等方面的不利作用。结合水稻延迟型、障碍型低温冷害指标及数值预报产品，能够动态监测、评估、预报水稻低温冷害。

（13）研发东北水稻低温冷害监测预警业务系统，编制了东北地区水稻冷害监测、评估业务流程；发表论文38篇，培养博士、硕士生14人；取得1份计算机软件著作权登记证书。

【成果应用情况】

该成果逐步向业务转化，部分成果已经投入应用，取得显著的社会经济效益。

2014年以来，项目研究成果在决策气象业务、农业气象业务中进行了应用，并在各省内部分县（市）全面开展气象服务“三农”工作。在黑龙江省生态与农业气象中心、吉林省气象台、辽宁省气象科学研究所、武汉区域气候中心、哈尔滨市气象局、佳木斯市气象局、绥化市气象局、黑龙江省农业农村厅、辽宁省农业科学院等省、市级单位，在每年水稻生长温度关键时期，在《吉林省决策气象信息》、《吉林省农业气象信息》、《黑龙江省农用天气预报》、《黑龙江省农业气象情报》、《辽宁省水稻适宜播种期预报》和《辽宁省水稻适宜移栽期预报》等服务产品中多次提到水稻冷害监测、预测和生产管理问题。春季根据水稻育苗和插秧指标气象指标提出适宜播种和插秧的日期；夏季开展障碍冷害监测和预警以及延迟型冷害预报，编制水稻生长关键期（水稻孕穗或开花期）有无冷害的监测预报信息。

黑龙江省生态与农业气象中心利用项目建立的指标体系，利用项目研发的“东北水稻低温冷害监测预警业务系统”对气象条件进行了监测分析，同时利用水稻热量指数的长期预测模型、持续低温指数、积温距平方法以及改进的ORYZA2000模型对冷害进行了动态预报，发布了多期《农用天气预报》产品，预测与实际相符，效果理想。吉林省气象科学研究所（农业气象中心）利用该成果的冷害指标和冷害预警业务流程，开展了水稻冷害监测预测业务。监测预测结果在上多次应用，提升了水稻气象服务水平和效益。延边农业气象试验站作为课题参加单位，利用该成果开展了市州级农业气象服务。辽宁省利用完善后的水稻延迟型冷害指标、构建的水稻障碍型冷害指数和水稻气候适宜度日尺度模型以及评价指标，参考本项目的研究方法，2014—2017年，辽宁省气象科学研究所多次撰写了辽宁省农业气象服务产品《辽宁省水稻适宜播种期预报》和《辽宁省水稻适宜移栽期预报》以及防范低温对水稻影响的农用天气预报信息，对辽宁省水稻的适宜播种期、适宜移栽期进行了预报，为水稻生长过程中预防低温冷害提供了信息。寒地水稻障碍型冷害监测防御技术被中国气象局减灾司编入2020年《农业气象技术应用汇编》。本项目创建的卫星遥感监测冷害方法在武汉区域气候中心进行了应用，2014—2016年完成了湖北省早稻“五月寒”、中稻“盛夏低温”和晚稻“寒露风”综合冷害风险等级评估及区划制图工作，改善了目前业务服务中以单个气象站点监测结果代表全县域灾情的不足，提高了湖北省水稻低温冷害实时监测能力，同时，在该项成果的技术支持下，“2015年决策气象服务专项实施方案”——“湖北省寒露风影响评估技术方案及典型个例分析”，也取得了较满意的应用效果。

近年来，在各省应急减灾处的统一安排下，将该成果的水稻气象指标体系推广到各地区及部分县市，用于编制省市县三级农业气象指标体系。姜丽霞等专家也对黑龙江省市县级冷害指标的编制进行了把关，马树庆等专家先后应邀在吉林省气象局组织的全省业务培训班上讲解水稻冷害监测预测评估气象指标和水稻冷害区域分布特点及其防御等成果，使成果得以在省内各地推广应用，产生业务和社会、经济效益。马树庆等应用该成果编制了《北方水稻低温冷害等级》国家标准，已颁布实施（GB/T 34967-2017）。

该成果核心内容是建立了水稻低温冷害指标体系，为东北地区水稻气象服务业务提供了基础依据和科技支撑。该指标体系、业务系统及其业务流程，使东北地区各省市水稻气象服务，特别是冷害监测、预测和防御工作初步实现了系统化、定量化、规范化和标准化，水稻气象业务质量和效果得到提高，提升了相关气象服务业务能力，推动了水稻冷害监测预警领域的科技进步，效果良好。

值得一提的是，在气候变暖的背景下，近几年东北地区水稻生长季气温略高，没有发生较大范围、较严重的水稻低温冷害，因此相关应用实例偏少，效益不够明显，部分基层业务单位对成果应用不够重视。