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Uncertainty Characteristics of Climatic Potential Productivity in Guizhou Based on Normal Cloud Model
RENQingfeng, ZHANGDongping, WANGJie, WANGHongbin, HUANGFulin, XIONGXinyi, MALei
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (17) : 131-140.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Uncertainty Characteristics of Climatic Potential Productivity in Guizhou Based on Normal Cloud Model
To deepen the understanding of the uncertain changes in climate resources in karst areas of the Yangtze River Basin, based on meteorological data from 78 national stations in Guizhou from 1961 to 2024, this research employs a sliding time window (30a) and a backward cloud algorithm to systematically analyze the evolution of normal cloud model parameters (expectation Ex, entropy En, and hyper-entropy He) for temperature production potential (Yt), precipitation production potential (Yp), evapotranspiration production potential (Ye), and standard climatic potential productivity (Ys). The main conclusions are as follows. (1) Overall, thermal resources (Yt expectation value of 19087.25 kg/hm2) determine the upper limit of production potential in Guizhou, while water conditions are the primary limiting factor. Yp exhibits the highest randomness and fuzziness and is the main source of uncertainty for Ys. (2) Regarding temporal trends, the expectation value of Yt shows the fastest increase (138.2 kg/hm2·10a), while the expectation value of Yp shows a significant decrease (-80.3 kg/hm2·10a), leading to a slow increase in Ys (36.4 kg/hm2·10a). The entropy and hyper-entropy of Yp exhibit the strongest increasing trends, indicating intensified instability in precipitation. Abrupt changes were concentrated between 1976 and 1988, coinciding with the interdecadal climate transition. The differences before and after the abrupt changes are consistent with the long-term trends, and the trends of increasing Yt, decreasing Yp, and increasing fuzziness of Ys are projected to continue for 6 to 11 years (H>0.75). (3)Spatially, empirical orthogonal function (EOF) decomposition reveals a composite characteristic of global response (first mode variance 47.0% to 96.3%) and local differentiation (second mode reflecting topographic influences). The normal cloud model effectively characterizes the baseline, fluctuation, and fuzzy boundaries of climatic potential productivity, offering a new approach for the multi-dimensional assessment of regional agro-climatic resources.
climatic potential productivity / expectation / randomness / fuzziness / spatiotemporal variation
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李涛辉, 张文翔, 吕爱锋, 等. 1978-2019年云南省气候生产潜力的时空演变及粮食产量响应[J]. 中国农学通报, 2023, 39(17):55-63.
云南省是中国典型的“雨养农业”地区，在全球变暖背景下探讨云南省气候生产潜力时空演变及粮食产量响应，对于“雨养农业”地区的农业发展有重要意义。基于Miami和Thornthwaite Memorial模型，利用云南省1978—2019年气象站点数据，通过气候倾向率、M-K检验和反距离权重插值等方法研究云南省气候生产潜力时空演变及粮食产量响应。结果表明：在时间系列上，1978—2019年云南省气温、降水的多年平均均值分别为16.3℃、1098.1 mm，气温呈现显著上升趋势，降水呈现不显著下降趋势；y<sub>t</sub>、y<sub>r</sub>、y<sub>e</sub>的年均值分别为1953、1550、1477 kg/(hm<sup>2</sup>·a)，其中y<sub>t</sub>、y<sub>e</sub>呈现波动上升趋势，y<sub>r</sub>呈现波动下降趋势。在空间分布上，气温、降水的分布趋势与y<sub>t</sub>、y<sub>r</sub>相似，均呈现出由滇西南往滇西北递减的趋势，且y<sub>e</sub>与y<sub>t</sub>的空间分布近似程度高于y<sub>r</sub>，其空间范围分别为843~1861、1065~2470、980~2287 kg/(hm<sup>2</sup>·a)。气候资源利用率整体呈现显著上升趋势，从1978—1987年的16.94%提升到2018—2019年的31.71%，平均每10 a以3.66%的速度增长。在全球变化背景下，云南省呈现暖干的趋势，气候资源利用率显著提高，其中降水是制约气候生产潜力的主因。
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李军, 周发元, 焦亮, 等. 1960-2022年河西走廊主要气候要素特征及气候生产潜力[J]. 中国沙漠, 2024, 44(6):14-25.
河西走廊是甘肃省经济作物的集中种植区，也是中国重要的粮食生产基地。为探究全球气候变化背景下该地区主要气候要素及气候生产潜力的时空分布特征，明确气候生产潜力变化规律，利用1960—2022年河西走廊20个县（区）的年均气温和年降水量数据，采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型以及Liebig最小因素定律估算了气候生产潜力，分析了气候及其生产潜力的时空变化特征，并利用CMIP6模式数据对SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5情景下河西走廊地区未来气候及气候生产潜力变化特征进行了预估。结果表明：近63 a河西走廊年均气温总体表现为上升趋势，年降水量整体表现为降低趋势。在降水量、地形地貌和海拔等因素的协同影响下，气温、蒸散生产潜力呈增加的趋势，气温生产潜力呈现出由北向南依次递减的空间特征分布，降水和标准气候生产潜力表现为降低趋势，低值区均集中于北部近荒漠地带。在4种预估情景下，南部高海拔的绿洲地带和北部近沙漠地带气候类型分别向“暖湿化”和“暖干化”的趋势发展。
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匡舒雅, 周泽宇, 梁媚聪, 等. IPCC第六次评估报告第二工作组报告解读[J]. 环境保护, 2022, 50(9):71-75.
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\n According to twenty-first century climate-model projections, greenhouse warming will intensify rainfall variability and extremes across the globe\n 1–4\n. However, verifying this prediction using observations has remained a substantial challenge owing to large natural rainfall fluctuations at regional scales\n 3,4\n. Here we show that deep learning successfully detects the emerging climate-change signals in daily precipitation fields during the observed record. We trained a convolutional neural network (CNN)\n 5\n with daily precipitation fields and annual global mean surface air temperature data obtained from an ensemble of present-day and future climate-model simulations\n 6\n. After applying the algorithm to the observational record, we found that the daily precipitation data represented an excellent predictor for the observed planetary warming, as they showed a clear deviation from natural variability since the mid-2010s. Furthermore, we analysed the deep-learning model with an explainable framework and observed that the precipitation variability of the weather timescale (period less than 10 days) over the tropical eastern Pacific and mid-latitude storm-track regions was most sensitive to anthropogenic warming. Our results highlight that, although the long-term shifts in annual mean precipitation remain indiscernible from the natural background variability, the impact of global warming on daily hydrological fluctuations has already emerged.\n
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许丹, 龙俐, 张东海, 等. 基于MCI干旱综合指数的贵州省干旱时空分布及灾情变化特征[J]. 干旱气象, 2023, 41(6):897-909.
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任青峰, 翁玲, 古堃, 等. 贵州省气候生产潜力时空变化特征[J]. 中国农业气象, 2025, 46(6):872-882.
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李焱, 靳甜甜, 高秉丽, 等. 1901-2017年藏西南高原气候及其生产潜力时空变化[J]. 自然资源学报, 2022, 37(77):1918-1934.
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吕佳佳, 刘松, 李宇光, 等. 黑土区马铃薯气候生产潜力对气候变化的响应及优势产区增产空间研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(11):88-97.
揭示黑龙江省马铃薯气候生产潜力的时空演变，明确气候变化的影响效应，了解优势产区的增产潜力，以期为指导黑土区马铃薯优化生产布局、保障黑土区粮食安全提供基础参考。利用黑龙江省80个气象站点1961—2020年的逐日气象资料及马铃薯地段产量资料，采用逐步订正法，精细化评估马铃薯各级生产潜力的时空变化特征，量化辐射、气温、降水主要气候变化因子的影响效应，优化松嫩平原西部马铃薯优势产区的种植空间。结果表明：1961—2020年黑龙江省马铃薯光合、光温、气候生产潜力平均值分别为28885、25802、13843 kg/hm<sup>2</sup>；光合、光温和气候生产潜力分别表现为不显著的上升、下降和下降趋势；与潜在生育期内辐射、气温、降水的趋势一致。马铃薯光合、光温生产潜力呈现出自北向南逐渐递增的纬度特征，高值区位于松嫩平原南部及牡丹江南部局地；气候生产潜力自中部向周围递减；气候变化对马铃薯气候生产潜力的影响为：辐射的影响为正效应，气温、降水及气候变化综合的影响均以负效应为主。对于松嫩平原南部降水偏少地区，增温、降水量增加有利于提高马铃薯气候生产潜力，而对于东部降水偏多地区影响为弊大于利。松嫩平原西部以其优越的气候及土地资源，马铃薯单产仍存在巨大的增产空间。
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王萍, 朱海霞, 王晾晾, 等. 黑龙江省典型日光温室气候生产潜力估算及分析[J]. 中国农学通报, 2021, 37(28):81-87.
研究旨在估算黑龙江省典型日光温室气候生产潜力,分析其时空分布特征,以期使有限的气候资源得到充分高效的利用,为设施农业的稳产高产提供科学依据。利用温室内外的观测数据,建立温室内温度预测模型,模拟1961—2020年温室内温度,对黄秉维光合生产潜力估算模型进行修订,得到日光温室内的光合和光温生产潜力模型,计算1961—2020年不同地区的气候生产潜力并分析其分布规律。结果表明：研究时间段内林甸和友谊的天气类型每月晴天居多,其次为阴天,多云天气相对较少;建立了代表站点典型日光温室平均气温预测模型,均通过信度检验(P≤0.05);黑龙江省日光温室1961—2020年温室生产季节光合生产潜力和光温生产潜力时空分布规律基本一致,均是由东北向西南逐渐增大,且逐年减小,5月最高,12月最低。光合生产潜力最小值出现在2015年,最大值出现在2020年,光温生产潜力最小值出现在1995年,最大值出现在2020年。该研究获得了黑龙江省不同地区典型日光温室1961—2020年的气候生产潜力分布,以期为当地日光温室生产布局提供科学依据。
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周广胜, 张新时. 全球气候变化的中国自然植被的净第一性生产力研究[J]. 植物生态学报, 1996, 20(1):11-19.
本文根据已建立的植物生理生态学特点与水热平衡关系的植物净第一性生产力模型对中国自然植被的净第一性生产力现状及全球变化后的自然植被的净第一性生产力进行了分析，给出了中国陆地生态系统自然植被的净第一性生产力在全球气候变化条件下的变化图景，为合理开发、利用自然资源，以及监测和预测中国陆地生态系统自然植被净第一性生产力的变化及应采取的策略提供了科学依据。
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刘思华, 李晶, 黄晚华, 等. 湖南省春玉米光温生产潜力和产量差特征及限制因子分析[J]. 中国农业气象, 2020, 41(2):94-101.
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蒋元华, 郭凌曜. 气候变化背景下湖南普通油茶气象灾害风险时空变化[J]. 中国农业气象, 2024, 45(6):643-656.
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杨洁, 王国胤, 刘群, 等. 正态云模型研究回顾与展望[J]. 计算机学报, 2018, 41(3):724-744.
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李德毅, 刘常昱. 论正态云模型的普适性[J]. 中国工程科学, 2004, 6(8):28-34.
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Studying land comprehensive carrying capacity (LCCC) is the foundational and key requirement for determining land development planning and urban spatial development patterns of a region. However, the traditional evaluation method discounts the fuzziness and randomness of the evaluation index and its results. The cloud model combines randomness and fuzziness to reveal the correlation between randomness and fuzziness using numerical feature entropy and is used to represent the granularity of a qualitative concept. This study used the Liaoning Province as the study area, and developed a multi-dimensional evaluation index system for LCCC using a normal cloud model. Based on this, the relationship between the different elements of geological condition, resources and environment, economic scale and urban construction were studied using the coupling coordination degree model that reflected not only the system interactions but also the strengths of its degree of coordination. Our results were as follows: (1) numerical feature entropy were evaluated to determine the carrying capacity level of the land, and comprehensive land carrying capacity evaluations were conducted in terms of both quantitative results and the reliability of the results, promoting the scientific application of uncertainty theory in the field of comprehensive land evaluation as well as carrying capacity. (2) Liaoning Province’s prefecture-level cities had distinctly different LCCC, demonstrating “low in the west and high in the east” spatial distribution characteristics. Cities with established economies and relatively strong infrastructures had larger comprehensive land carrying capacities. Overall, there was considerable consistency across the region, though the “low in the west and high in the east” spatial distribution characteristics affected the degree of coordination.
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罗爽, 许有鹏, 王强, 等. 城市化背景下年最大日径流演变及影响因素研究:以长江下游秦淮河流域为例[J]. 湖泊科学, 2023, 35(6):2123-2132.
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刘赛艳, 张永江, 解阳阳, 等. 基于CAMarkov模型的淮河流域土地利用变化研究[J]. 灌溉排水学报, 2024, 43(1):52-59,96.
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高峥, 张永江, 解阳阳, 等. 不同季节潜在蒸散发变化的不确定性特征[J]. 地理学报, 2025, 80(7):1757-1770.
潜在蒸散发（ET<sub>0</sub>）在水资源利用与管理等方面具有重要作用，不同季节ET<sub>0</sub>变化的不确定性给准确模拟ET<sub>0</sub>带来一定困难。本文以淮河流域为研究区，根据该流域29个气象站点1960—2020年逐日气象数据，利用Penman-Monteith方程计算不同季节ET<sub>0</sub>，采用正态云模型的3个特征参数（期望Ex、熵En与超熵He）量化不同季节ET<sub>0</sub>的不确定性，从趋势性、突变性、空间分布等方面分析该流域不同季节ET<sub>0</sub>的不确定性特征。 结果表明：① Ex、En与He的季节性排序相同，均为夏>春>秋>冬；② 四季ET<sub>0</sub>的各特征参数均出现突变点，春季Ex呈显著上升趋势，夏、秋两季Ex呈显著下降趋势，春、秋两季En呈显著上升趋势，春季He呈显著上升趋势，秋、冬两季He呈显著下降趋势；③ 四季ET<sub>0</sub>的Ex、En与He空间分布总体呈现西向东递减的趋势。本文结果刻画了淮河流域不同季节ET<sub>0</sub>的不确定性特征，可为准确模拟流域不同季节ET<sub>0</sub>的未来趋势提供科学依据。
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张锐. 甘青新 1959-2008年草地气候生产潜力的变化特征与预测研究[D]. 兰州: 西北师范大学, 2011.
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