气候变暖已对世界农业生产产生了巨大影响。作为世界主要粮食作物和重要经济作物之一的马铃薯,气候因素也是制约其生长发育和产量形成的关键因素。本研究从把握区域气候资源、保护北方地区马铃薯产业及实现气候资源的合理利用的初衷出发,在充分考虑作物与气象因素相互作用的基础上通过引入卡尔曼滤波法改进气象产量分离的统计学方法。通过对北方地区气候资源的定性和定量的分析并结合马铃薯生长的气候适宜性模型和气象产量的分离方法,探讨北方地区气候变化与作物生长发育、产量之间的关系,分析北方地区马铃薯生长的气候适宜性并找出该地区气候变化对马铃薯生长和产量形成可能带来的不良影响。研究结果表明:(1)北方地区与马铃薯产量相关性突出(显著的正相关和负相关关系)的主要气候要素为:气温、降水、光照时数,其次为潜在蒸散量、太阳辐射等。(2)北方地区五十年内平均气温显著上升,光照时数和太阳辐射量下降趋势显著,年降水量和潜在蒸散量变化幅度小。具体而言,年平均气温从1965年17.52℃上升到2014年18.51℃,增温时期主要集中在20世纪70和90年代,温度变化不稳定且变化幅度大;年降水量在时间上总体呈现小幅度下降的趋势,年际间波动变化大,空间分布上高降水量区域范围在缩小,但总体年降水量在增多;从光照条件看,光照时数一直处于显著的波动下降趋势,平均光照时数从1965年8.67小时下降到2014年7.33小时,并在20世纪60-70年代下降幅度最为明显;潜在蒸散量变化不大,而太阳辐射量则一直处于下降趋势。(3)研究区气候适宜度总体在波动中小幅上升,上升了0.01。表明气候变化对于马铃薯生长发育和产量形成起到有利的作用。北方地区马铃薯生长的气候适宜度从时间上看,温度、降水适宜度都在下降,分别从0.876下降到0.870、从0.461下降到0.443,降水仍是研究区马铃薯生长的主要气候制约因素。光照适宜度从0.732上升到了0.767,综合适宜度从0.704上升到了0.708;就空间分布而言,温度、降水、光照和综合的适宜种植区均有向西、向南扩展的趋势,这将为广大地区的马铃薯种植和生产提供良好气候环境;就生育期而言,播种-出苗期在温度、光照和综合适宜度方面均表现出上升趋势,出苗-开花期除光照适宜度和综合适宜度外均表现出下降趋势,开花-成熟期除光照适宜度和综合适宜度外均表现为下降趋势。(4)北方地区气候变化引起马铃薯生育期缩短。表现在马铃薯播种期提前,开花期和成熟期延迟。研究发现随着年平均气温的升高,播种期逐渐提前,但出苗期、开花期和成熟期则出现推迟的现象。伴随年降水量的增加播种期呈现推迟的趋势,而其他生育期却提前了。具体而言,降水量对马铃薯生育期的影响比温度的影响更大。平均气温每升高1℃播种期提前0.51天,开花期推迟0.15天,出苗期推迟0.38天,成熟期推迟0.25天。年平均降水量每增加1mm,播种期推迟0.15天,出苗期提前0.23天,开花期提前1.01天,而成熟期提前0.40天。(5)区域气候变化对马铃薯产量影响比较显著,1985-2014气候丰产年远多于气候减产年,气候变化主要起到正面的影响。气候变化的影响呈现出时间上和地域上的差异性:30年来甘肃省气候影响因子波动在-0.20-0.20之间,内蒙古自治区气候影响因子波动在-0.30-0.80之间。表明内蒙古马铃薯产量受气候变化的影响比甘肃省更为明显,波动幅度也更为剧烈。而后期两省气候影响因子和气象产量逐年趋近于0,气候条件对两省马铃薯产量的控制力在下降,但其控制力对内蒙古下降的幅度较对甘肃的更小。(6)运用卡尔曼滤波法分离气象产量取得了较好的效果和适用性。在对比5a滑动平均法基础上,两种方法均通过了显著性检验;卡尔曼滤波法分离的气象产量与各个主要气候要素之间均呈现相关关系,相关系数分别为0.328、0.302、-0.522,相邻城市气象产量变化也呈现相关关系;对比模拟的气候丰产、减产年情况也与历史气象数据、马铃薯生长需求相吻合。表明卡尔曼滤波法模拟的气象产量与实际情况具有一致性,能够更好的模拟气象产量。