中国东北地区素有“中国粮仓”之称。报告显示，2024年该地区玉米产量约占全国总产量的30%，具有举足轻重的地位。玉米作为重要的粮食和经济作物，在工业酒精制造、饲料加工等多个领域应用广泛。然而，在全球气候变暖背景下，复合型高温干旱事件频发，对该地区玉米稳产构成严峻挑战。
近日，中心李惠心副教授（通讯作者）与本科生周烨然（第一作者，已直博本校）等探讨了东北地区夏季复合高温干旱事件变异机理及其对玉米产量影响，并建立了相应预测模型。相关成果发表于期刊《Agricultural and Forest Meteorology》。
该研究识别出影响东北地区夏季复合高温干旱事件及玉米产量的四种关键前兆因子，分别为巴伦支海海冰密集度（SICI）、赤道东太平洋海表温度（SSTPI/SSTMI）、西北西伯利亚土壤水分（SWI）和北大西洋涛动（NAOI）。这些因子通过不同物理机制调控东北地区夏季大气环流：巴伦支海海冰偏多可激发上传罗斯贝波，增强极地-欧亚遥相关波列；赤道东太平洋海温异常通过印度洋“电容器效应”及“Z”字型海温模态影响东亚环流；西伯利亚土壤水分通过蒸发作用调节后期温湿条件，并增强东传波列；北大西洋涛动则借助北大西洋三极子型海温异常及北极海冰变化间接影响环流状况。上述过程共同促使东北地区夏季出现位势高度负异常、气旋性环流及显著上升运动，进而通过改变辐射与水汽输送，导致气温下降、降水增多，最终打破“温度-湿度”耦合效应，缓解复合高温干旱事件强度，减轻其对玉米生产的威胁，为玉米生长创造有利条件。
基于上述机制，研究依据四种预报因子，分别构建了两种预测模型：模型一通过SICI、SSTPI和SWI预测夏季复合高温干旱，再进一步预测玉米产量年际增量（DMAIZE）；模型二直接利用SSTMI和SWI预测DMAIZE。将去年玉米产量真实值加上DMAIZE预测值，即可得出今年的玉米产量预测值。两个模型中的玉米产量预测与观测值的相关系数分别达0.90和0.91，且通过交叉验证和独立后报检验。
上述研究为国家粮食安全提供了可靠的早期预警手段，对农业生产与风险防控具有重要的实际应用价值。
图1 海冰密集度（SIC）、海表温度（SST）、土壤水分（SW）和北大西洋涛动（NAO）影响中国东北地区夏季复合高温干旱事件及玉米产量的物理机制总结图
图2 1980–2020年（a）预测模型一，（b）预测模型二中玉米产量年际增量观测值（红线）与预测值（蓝线）的时间序列；1980–2020年（c）预测模型一，（d）预测模型二中玉米产量观测值（红线）与预测值（蓝线）的时间序列。基于学生t检验，在99%置信水平上显著的相关系数以两个星号标注
论文信息：
Zhou, Y.R., Li, H.X., Sun, B., Wang, H.J., Ju, H., Yuan, Y., Zeng, J.N. 2025. Predicting maize production in Northeastern China: Unraveling the influence of summer compound heat-drought events through physical mechanisms, Agricultural and Forest Meteorology, 372, 110709, https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2025.110709.