中国夏季风过渡区是全球陆-气相互作用强盛区域之一，也是极端天气灾害频发且易造成严重经济损失的区域，对过渡区陆-气相互作用的进一步认识将有助于提升该区域防灾减灾能力。以近年来中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室为平台开展的夏季风过渡区相关项目群取得的研究成果为基础，对过渡区陆-气相互作用时空分布规律、陆面水分收支对夏季风响应新特征、边界层时空变化特征及发展机制、季风与陆-气相互作用对区域气候影响、陆-气相互作用对作物产量影响以及多因子和多尺度动力学粗糙度参数化方案等方面的新进展进行系统总结，并根据夏季风过渡区陆-气作用研究的发展趋势，提出今后应在侧重加强陆-气交换多循环过程对夏季风年循环响应规律研究基础上，探讨陆-气相互作用对夏季风的多尺度动态响应，建立地表过程和大气边界层关键物理量的气候动力学关系，以改进和提升区域气候模式模拟水平。该工作对推动我国陆-气耦合过程的研究具有重要意义。
气候变化背景下，为探索黄土高原半干旱区春玉米光合生理过程对土壤水分、温度变化的响应机制，以春玉米为研究对象，于2017年在中国气象局定西干旱气象与生态环境试验基地进行盆栽水分控制试验，在春玉米七叶期设置对照处理（Control，简称“CK处理”，土壤水分为田间持水量的80%）和控水处理（Water Stress，简称“WS处理”，土壤水分为田间持水量的45%~50%）以及3个叶片温度梯度，分别为适宜温度25 ℃、高温35 ℃及极端高温40 ℃（CK处理对应CK-25、CK-35及CK-40；WS处理对应WS-25、WS-35及WS-40），分析春玉米叶片气体交换参数和水分利用效率对土壤水分、温度变化的响应特征。结果表明：在一定的光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation， PAR）范围内，春玉米叶片净光合速率（Net Photosynthetic Rate， Pn）随PAR的增加逐渐增大。水分供给不足时，随着PAR不断增加，WS处理春玉米叶片气孔限制因素向非气孔限制因素转变，光合作用出现明显的光抑制，WS-35处理叶片Pn最大，WS处理叶片Pn在PAR高值区明显小于CK处理，且不同温度梯度下叶片达到光饱和的PAR下降；与CK-40处理相比，WS-40处理春玉米叶片Pn随PAR增大显著减小（P<0.05），光合作用表现出明显的光抑制。水分供给充足时，蒸腾速率（Transpiration Rate， Tr）随温度升高而增大；水分供给不足时，WS-40处理春玉米叶片Tr、气孔限制（Ls）较CK-40处理显著降低（P<0.05），胞间CO2浓度（Ci）显著增加（P<0.05）。WS-40处理春玉米Tr随着PAR的增大而减小，水分利用效率（Water Use Efficiency， WUE）较CK处理高。该研究可为气候变化背景下黄土高原半干旱区春玉米应对极端气候生理特征变化提供参考。
干旱是当今世界出现频率最高、持续时间最长、危害范围最广的重大气象灾害，对全球农业、生态、社会发展和国民经济等影响巨大而广泛。农业旱灾是影响农业生产的重要因素，农业生产关乎着国家粮食安全。我国是一个农业大国，同时也是一个旱灾频发的国家，深入了解农业干旱灾害的成因、影响特征、旱灾强度、严重程度以及作物致灾的生理过程和机理等是提升农业干旱灾害监测预测预警水平、减轻和防御灾害损失、提高国家粮食安全生产需要解决的重要科学问题。本文综合回顾了国内外不同程度的农业干旱及其对粮食生产影响的最新研究进展，从农作物形态、生理、细胞和分子水平等方面探究了干旱影响特征及机制，围绕粮食生产如何有效应对农业干旱问题，评述了当前农业干旱监测的主要指标、方法、预警系统等，针对农业可持续发展和干旱新特征，讨论了当前防旱减灾和农业干旱应对的现状，强调了适应与减缓并举的一系列干旱应对措施，在此基础上结合国家、区域和行业发展需求提出了今后应着重加强的重要科学问题、研究对策及学科发展展望。
采用红外线辐射器增温法，通过增温模拟试验研究了增温对半干旱区春小麦田间水分特征的影响。结果表明，随着温度增加，叶片水势不断降低，增温1．0 ℃和2．0 ℃的春小麦叶片水势比没有增温的春小麦叶片水势日平均分别降低了2．61%和4．45%土壤水势随着土层深度的加深呈缓慢增加趋势。温度增加，不同土层深度的土壤水势均呈不断降低的趋势，温度增加越多，降幅越大;增温与土壤含水量之间存在着显著的负相关关系。增温能够明显降低春小麦田间土壤贮水量，增加农田总蒸散量。在高温情况下，湿润处理增加了土壤总贮水量，尤其是在拔节期以后。春小麦0～160 cm土壤贮水消耗量在100 cm以上随温度的增加呈逐渐增加的趋势，而在100 cm以下深层变化趋势不明显。增温2 ℃，湿润处理0～160 cm土壤贮水消耗量要高于正常供水和干旱处理。
气候变化对西北地区影响十分显著，尤其对西北地区粮食和食品安全带来的风险正在成为社会经济发展的严峻挑战。本文在总结国家公益性行业科研专项“西北地区旱作农业对气候变暖的响应特征研究”、科技部科研院所社会公益研究专项“西北农作物对气候变化的响应及其评价方法”和甘肃省科技攻关项目“甘肃干旱生态环境对全球气候变暖的响应及减灾技术的研究”等科研项目研究成果的基础上，分析了气候变化对西北地区粮食和食品安全带来的风险性，归纳了气候变化对西北地区粮食和食品安全的主要影响方面，初步提出了西北地区在粮食和食品安全方面应对气候变化的科学对策和技术方法，从而为西北地区应对和适应气候变化的影响提供科学参考依据。
近几十年来，在全球变化和社会经济高速发展的影响下，全球环境问题尤为突出。其中最为严峻的问题之一是干旱的频繁发生。干旱已经成为全球性的问题，由干旱，尤其是重大干旱灾害所引起的水资源匮乏、粮食危机、生态恶化( 如荒漠化等) ，直接威胁到国家的长期粮食安全和社会稳定。针对这些问题，本文介绍了国家对干旱研究的需求和近年来在干旱研究领域的主要科技进展，提出了目前干旱研究领域存在争议的问题、以及面对国家需求应解决的关键科学问题。并对未来5 ～ 10 a该领域的发展趋势进行了简要分析。
利用郑州地区近30 a 的冬小麦观测资料和地温观测资料，分析了近30 a 来地温的变化特征，研究了四季和年平均地温变化与冬小麦发育期的关系，以及四季和年平均地温与冬小麦生长量、产量构成要素和地段实产的关系。结果表明: ( 1) 郑州地区近30 a 四季和年平均0 ～ 20 cm 地温均呈持续升高趋势，其中春季增温最明显，冬季变幅最大; ( 2) 冬季和年平均地温与冬小麦各发育期均为负相关，春季地温与冬小麦返青后各发育期也均为负相关，冬春季地温与全生育期持续时间均为显著的负相关; ( 3) 冬春季地温与三叶期—拔节期冬小麦密度呈正相关，与理论产量呈显著正相关关系，与籽粒茎秆比亦呈正相关趋势。
在黄土高原半干旱雨养农业区薯麦轮作田地建立气象部门首家FACE系统(Free Air CO2En-richment)，即CO2浓度的控制和监测系统平台，由中国气象局兰州干旱气象研究所建在定西半干旱生态环境与试验基地。该平台由CO2气体供应装置、控制系统、释放系统3大部分组成，它是利用计算机网络系统对平台的CO2浓度进行监测控制，根据作物冠层高度的CO2浓度、风向、风速、昼夜的变化调节CO2气体的释放速度及方向，实现FACE圈的CO2浓度高于周围大气CO2浓度某一数值。该平台旨在研究雨养农业区CO2浓度升高及其与温度、水分、养分等偶合对农作物生长过程、生理生态特征、生物量、产量等的影响，为该地区适应未来不同气候变化情景提供科学依据。
使用FieldSpec Pro FR2500 便携式光谱仪，在甘肃典型区域，测定了一些特色农作物和典型植被的反射光谱。利用计算机编程技术，建立了西北地区典型地物光谱数据库。文章主要介绍了光谱数据的采集，数据库系统的建立过程以及数据库的应用和存在的一些问题。
最近一系列的研究集中讨论气候变化对农产品、陆地利用、污染和生物多样性的影响，意味着气候变化对食品安全的影响已成为广泛关注和研究的焦点。虽然如此，气候变化对消费者的食物和饲料安全影响的专题研究报道仍然很少。通过文献综述，主要围绕气候变化对种植业和畜牧业的影响，分析气候变化对食品安全的各种影响。一般认为，种植业是农业和养殖业中对气候变化反映最为敏感的环节，气候参数如温度、干旱、降雨、风和ＣＯ２水平的变化，将改变农业化肥、农药投入，引起土壤退化，加重作物害虫、昆虫和病害受灾程度。气候变化对畜牧业也将产生严重的影响，而且，极端天气如洪水和热浪伴随的食品病原菌污染都对将来的食品安全构成严重威胁。因此，在气候变化背景下人类将面临食品安全的严峻挑战。
伴随着系统科学和计算机技术的发展,作物生长模拟模型研究从20世纪60年代开始迅速发展起来,目前已成为当今农业科学中一个新的研究领域。在简要总结作物模拟技术的特征及分类的基础上,介绍了我国小麦生长模拟模型与其应用的研究状况,并对模拟研究中遇到的问题及今后应开展的工作进行了阐述。
近年来,在全球变暖的大背景下,西北也经历着同样的变暖趋势,尤其在西北干旱区新疆、甘肃河西走廊等地的棉花种植区,气候变暖对棉花生长发育的影响研究日益增多,但如何正确、合理地评价棉花对气候变暖的响应,已成为目前十分突出的科学和实际问题。在评价的过程中,评价指标的选择和确定是重中之重。鉴于此,本文筛选了几类重要的评价指标,主要有棉花生长发育、产量品质、种植结构、地理分布、农业气象灾害、农业病虫害气象指标等,这些指标的选择为科学评价棉花对气候变化的响应奠定了一定的基础。
水分短缺是作物生长中最大的限制因子,土壤干旱胁迫使植物的长势、生理机制、激素水平等都会发生一系列变化。在干旱半干旱地区,土壤水分亏缺能明显抑制作物根系和地上部生长,显著降低作物的生物量、产量和收获指数。禾谷类作物小麦( Triticum aestivum )在灌浆期遇到水分胁迫时,会引起光合速率降低、灌浆时间缩短、灌浆速率下降、植株老化提前,但是它能增加营养组织到籽粒中非结构性碳水化合物的再代谢。土壤水分和植物激素共同调控作物的灌浆过程,当遇到土壤干旱时,作物叶片、花、籽粒发育过程中植物生长调节剂ABA浓度明显增加,且ABA、乙烯、ACC等的浓度随着干旱程度而变化。植物对干旱的适应性主要表现在植物生理、形态上的改变,比如植株结构、干物质积累、植物组织渗透势、气孔导度等的变化。土壤干旱不利于植物生长,但有利于胁迫临界点的产生,这就有可能利用土壤干旱条件下在灌浆较慢时诱导整个植株衰老和更好地进行碳代谢来提高籽粒产量,如果在作物灌浆后期适度控制土壤干旱可以增加籽粒产量和收获指数,有助于农业生产中的节水,这对于发展可持续农业是迫切需要的。
针对“生态用水”概念及使用混乱的现象,本研究对生态系统的需水、用水的概念进行描述和界定,并对背景和研究状况进行了综述,提出了不同生态系统的用水估算方法。在此基础上,提出了目前生态用水的相关研究中存在的问题,以及在生态用水的机理上研究方面的可能突破。最后讨论了在全球气候变暖、水资源亏缺的背景下,生态用水的时间变化及与之相应的水资源供需平衡问题将会成为关注的热点问题。
通过统计分析甘南高原的光、热、水等要素，研究了区域生物气候资源的分布情况，同时对存在的主要生态问题及其成因进行分析，在此基础上进行生态农业区划，划分了3个类型及6个亚型生态区，提出了发展生态农牧林业及其产业的主要途径。
对安西温性荒漠化草原退牧还草围栏建设工程区芨芨草光合生理生态特征进行了监测分析。结果显示，与放牧区相比较，围栏禁牧草场环境中气温和叶温相对较低，空气湿度相对较高，二者环境有显著差异，表明禁牧极大地改善了草原牧草的生长环境。同时，禁牧区草地主要植物类群芨芨草叶片的光合速率较高，有利于其生长和干物质的积累。
回顾了近10 a来对祁连山气候及其相关研究的主要成果,发现以前研究主要集中在气候变化及水资源方面。气候变化研究主要是古气候及近代气候的年际变化;水资源研究,则在陆地水资源方面的成果最多。近几年空中水资源开发利用的研究逐渐受到重视,成果日益增多,这将为西北干旱半干旱区解决水资源紧缺的状况提供一条可能的途径。
从气象角度入手，对地处黄土高原半干旱雨养农业区的日光温室小气候状况进行监测分析，得出室内不同高度((1. 5, 1. 0,0. 5 m)的温、湿度有所差异:高层1. 5 m温度相对较高而湿度较小，反之，低层0.5 m温度较低而湿度较大，这样，在高层形成了高温低湿的微环境，而在低层形成了低温高湿的微环境。黄瓜整个生育期，温室内日温度维持在12~23. 5 C左右，低层相对湿度都在77. 3%以上。另外，病害调查结果显示:从苗期开始就有黄瓜霜霉病的发生，一直到结瓜期都较严重，且植株下层的发病程度高于上层。因此，得出霜霉病发生发展的适宜气象条件:低温(12~23.5 C)高湿(>83%)有利于其发生最后提出适合该地区温室的病害综合防治措施。
采用美国CI-301PS型便携式光合作用测定仪,对半干旱区大田春小麦的健康叶片和受条锈菌侵染后病叶的光合作用和蒸腾作用进行活体监测。结果表明:在干旱环境下,受条锈菌侵染后小麦叶片的光合作用和蒸腾作用发生了明显变化,其光合速率比健叶明显降低,而病叶细胞间隙CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率等有所升高,且日变化随病叶严重度的不同而明显不同。受干旱和病原物侵染的双重胁迫,小麦叶片的光合效率显著降低,水分利用率也随之下降,不仅与叶绿素含量的明显下降有关,而且与干旱造成的水分亏缺对小麦体内生理生化代谢造成损伤,碳同化过程受到抑制等有着密切的关系。
利用野外试验观测资料,就西北地区东部半干旱雨养农田典型晴天感热、潜热在作物不同生长时段的变化特征进行初步的探讨。结果表明:在作物不同生长阶段,我国西北地区东部半干旱雨养农田典型晴天的感热、潜热日变化特点基本相似,均表现为单峰型变化特征。从春季到夏季,感热的阶段变化表现为增加的趋势,而潜热的阶段变化与晴天前期的降水变化基本一致,呈波动趋势。在农田的地气能量交换中,植被的影响为主导因素时,主要表现为潜热交换方式,太阳辐射的影响为主导因素时主要表现为感热交换方式。农田典型晴天波恩比的阶段变化与晴天前期降水量的阶段变化有 较好的反对应关系。降水的季节变化基本决定了农田水分的季节变化。
大气化学是大气科学的一门新兴分支学科，早在100多年以前就已开始研究，但是真正发展则以1929年对大气臭氧的观测和对平流层臭氧光化学的理论研究为契机。现阶段大气化学的研究许多事实和现象还不清楚，尤其是关于一些大气微量成分的源、汇和时空分布，它们的迁移、输送和全球循环等问题都需要进行更加深入广泛的观测和研究。
