根据此公式，侯光良计算了我国气候生产潜力，并在此基础上对我国气候潜力进行分区；方光迪对三江地区的光热资源和作物生产潜力进行了估算；此外，刘金铜对河北沧州黑龙港地区、沈思渊对淮北涡河流域、周锁栓对陕西宝鸡地区和张强对黄土高原的光合生产潜力进行了相关研究。
高素华提出的作物生产潜力估算模型又考虑了植被的反射率、透射率等影响因素，计算误差较小。徐文修等根据高素华模型计算了新疆棉花光合生产潜力并给予相关分析，取得巨大成功。刘彬对南疆地区的气候资源生产潜力进行分析，认为太阳辐射不是限制作物生产潜力发挥的主要因素。
2.光温生产潜力
作物光温生产潜力是指在水分、土壤条件及其他因子均处在适宜条件下，仅考虑太阳辐射和温度条件所确定的作物单产水平。其实质为光合生产潜力受到当地温度条件限制后的产量，是当前技术水平下，在适宜条件下可达到的作物产量上限。
光温生产潜力的计算方法有两类：一类是在作物光合生产潜力的基础上进行温度修正；另一类是建立光温生产潜力的综合模式。其中温度修正系数法的一般计算公式为：
YT =YQ·f（T）
式中：YT为光温生产潜力（kg/hm2）；YQ为光合生产潜力（kg/hm2）；f（T）为温度订正系数（某一时段）。
国内外许多学者通过实验提出了不同的温度系数订正方法，研究并总结出许多有价值的经验公式，但还没有一种通用的公式。最简单的是孙惠南利用无霜期来确定的温度订正系数，计算公式为：
f（T）=N/365
式中：N为无霜期。因无霜期可推算出农作物播种、收获的安全期，在不同气候带之间的变化规律，物理意义比较明确，以天为单位累计，便于计算。
方光迪（1985年）利用三江平原的试验资料，把作物分为喜温和喜凉作物，提出了适合我国的温度分段订正公式：
f（T）=｛[T-G1（T2-T）]B｝/[（T0-T1）（T2-T0）B]
作物：玉米、高粱。
f（T）=0.063T-0.0060＜T＜161.0016＜T＜181.495-0.027T 18≤T≤40
喜凉作物：小麦、大麦、土豆。
f（T）=0.045T-0.0810≤T≤241.0024＜T＜302.026-0.0324T 30≤T≤40
喜温作物：大豆、水稻、棉花、番茄
式中：T为作物全生育期日均温（℃）。
Ccellho和Dale根据喜温作物和喜凉作物不同的有效温度范围，利用全生育期日均温（T）建立温度订正函数，已被许多学者接受。其中喜温作物光合作用的有效温度范围是6℃～44℃，在6℃～44℃范围内，不同的温度区段，其光合效率也不相同，其中28℃～32℃是喜温作物的最适温度范围，此温度范围对光合作用不起限制作用。此温度订正分段函数为：
f（T）=0.027T-0.1626≤T＜210.086T-0.41021≤T＜281.0028≤T＜32-0.083T+3.6732≤T＜440T＜6或T≥44
式中：T为作物全生育期日均温（℃）。
侯光良（1985年）对喜凉作物建立的温度订正函数如下：
f（T）=ea2
式中：T0为最适温度，取20℃；T为实际温度（℃）；a为参数，当T≤T0时，a=-1；当T>；T0时，a=-2。采用上述侯光良等的经验公式，周锁栓等对陕西宝鸡地区，李玉娥等对我国冬麦区以及沈思渊等对淮北涡河流域进行了相关土地生产潜力的研究。有学者对中国“三北”地区农业气候生产潜力研究中以作物生长发育和实现高产的三基点温度为基础，确定光合作用的温度订正函数：
f（T）=（T-T1）（T2-T）B/（T0-T1）（T2-T0）B
B=（T2-T0）/（T0-T1）
式中：T为某时段平均温度；T1、T2和T0分别为该时段内某作物生长发育的下限温度、上限温度和产量形成的最适温度，当T≤T1时，f（T）=0。
3.气候生产潜力
在光温生产潜力的基础之上进一步进行水分订正，便得到作物气候生产潜力，即假设作物品种、土壤状况和其他农业技术水平都适宜，由光照、温度、自然降水三个因子综合作用下的作物产量，即：
YW=YT×f（W）
式中：YW为气候生产潜力（kg/hm2）；YT为光温生产潜力（kg/hm2）；f （W）为水分订正系数。
20世纪60年代，国外学者开始大规模地研究气候生产潜力，我国在80年代也开展了作物气候生产潜力的相关研究。作物气候生产潜力的研究归结为对水分订正系数的研究，多是根据试验资料确定的经验方法，尚无计算水分订正系数的权威模型。
水分订正系数的计算，有龙斯玉模型、邓根云模型、联合国粮农组织（FAO）模型等。龙斯玉利用降水量与蒸发力的比值来表示水分供应的满足度。得出湿生作物（水稻）和旱生作物（玉米和冬小麦）的水分订正系数解析式：
f（T）=R/E0R≤E01-（R-E0）/3E0E0＜R＜4E00R≥4E0
式中：R为降水量（mm）；E0为蒸发量（mm）。
邓根云通过水分对产量的影响表现在土壤供水量对作物需水量的满足程度，可用土壤含水量与田间持水量之比来计算水分订正系数，即：
f（W）=（u-uW）/（uf -uW）
式中：u为土壤含水量（mm）；uW为作物凋零时的土壤含水量（mm）；uf为田间持水量，均为一定厚度土层所含水分量（mm）。
联合国粮农组织在综合了大量文献资料的基础上，提出用实际蒸腾量与最大蒸散量之比来表示作物缺水对产量的影响。该方法是基于灌溉计划的一种，为较适合估算水分对作物产量影响的公式。该模型在我国应用较广，其公式为：
f（W）=1-Ky·（1-ETa/ETm）
式中：Ky是缺水敏感系数；ETa和ETm分别是作物的实际蒸散量和作物的需水量（mm）。
（二）经验公式法
该方法是对历史资料进行分析，统计得出某种因子与产量的关系而建立的相关公式。Mitohlich是最早研究这种模型的科学家之一。其中较重要的模型有迈阿密（Miami）模型、桑斯维特纪念（Thomthwaite Memorial）模型、格里纳—里斯（Gessner-Lieth）模型，这些模型计算结果均为气候生产潜力，其中用迈阿密模型计算的结果可靠性只有66%~75%。但这些模型考虑因子较少，操作简单，适用性广泛，适于测算大区域的气候生产潜力。
（三）趋势外推法
趋势外推法是以产量统计为基础，按历史发展趋势，利用指数平滑、自然增长、回归方程、Logistic曲线、灰色模型等方法顺延外推，结果代表了所计算年份的现实生产潜力。这种方法操作简单，不需要详尽的基础资料，而且计算结果直接与具体年份对照，计算近期生产潜力结果较准确，但估算中长期结果准确性较差。
二、宁夏中部干旱带农作物气候生产潜力的研究
利用宁夏中部干旱带主要站点的气象资料和农作物生长发育资料，根据机制法（潜力衰减法）的原理，按照光照、温度、水分逐级订正的过程，分别估算该区域春小麦、玉米的光合生产潜力、光温生产潜力和气候生产潜力。将计算的农作物生产潜力利用GIS软件导入属性数据库，制成该区域农作物各生产潜力空间分布专题图，分析其空间分布特征，并进行纵向比较，进而得出生产潜力在空间和时间上的变化，然后对比分析作物生产潜力与作物实际单产之间的差距，对该区域气候资源利用效率，增产潜力和相应对策研究进行探讨。
（一）研究方法及内容
1.利用机制法计算宁夏中部干旱带农作物气候生产潜力。根据机制法的原理，按照太阳辐射、热量、水分等气候资源对作物产量的影响，分别估算宁夏中部干旱带春小麦、玉米的光合生产潜力、光温生产潜力和气候生产潜力。计算公式如下表示：
YW=Q·f（Q）·f（T）·f（W）
=YQ·f（T）·f （W）
=YT·f （W）
式中：YW为作物气候生产潜力（kg/hm2）；YQ为作物光合生产潜力（kg/hm2）；YT为作物光温生产潜力（kg/hm2）；Q为作物生育期太阳总辐射（MJ/m2）；f（Q）为光合订正系数；f（T）为温度订正系数；f（W）为水分订正系数。
2.基于GIS平台，利用ArcGIS和Arcview制作宁夏中部干旱带春小麦、玉米的光合、光温和气候生产潜力的空间分布规律专题图，分析近32年来代表性地域（灵武和同心）的光温和气候生产潜力的时间演变规律，揭示气候因子对各级生产潜力的影响方式和强度，找出影响该区域生产力提高的限制因子。
3.运用Miami模型和Thornthwaite Memorial模型估算宁夏中部干旱带草地气候生产潜力，分析研究区年平均气温和年降水量的年际变化规律，对草地气候生产潜力的变化规律进行探讨，对不同气候变化情景下宁夏中部干旱带草地气候生产力的影响进行分析。
4.将计算的作物生产潜力与作物实际单产之间的差距进行对比分析，进而分析中部干旱带农作物光合、光温资源利用率和作物增产潜力，并相应地提出干旱带农作物增产措施。
（二）农作物气候生产潜力的估算
采用机制法计算宁夏中部干旱带农作物的气候生产潜力。机制法又称潜力衰减法，该方法是建立在生理生态学研究的基础之上，被公认为估算生产潜力的最基本方法。利用宁夏中部干旱带主要站点的气象资料和作物生长发育期资料，根据机制法的原理，按照太阳辐射、热量、水分等限制因子依次对光合生产潜力进行逐级衰减，分别估算宁夏中部干旱带春小麦、玉米的光合生产潜力、光温生产潜力和气候生产潜力。农作物气候生产潜力公式见下式：
YW=Q·f（Q）·f （T）·f（W）
=YQ·f（T）·f（W）
=YT·f（W）
式中：YW为作物气候生产潜力（kg/hm2）；YQ为作物光合生产潜力（kg/hm2）；YT为作物光温生产潜力（kg/hm2）；Q为作物生育期太阳总辐射（MJ/m2）；f（Q）为光合订正系数；f（T）为温度订正系数；f（W）为水分订正系数。
1.光合生产潜力
作物光合生产潜力（Radiation Potential Productivity，RPP）是指在作物品种、温度、水分、土壤肥力和农业技术措施等都处在最适宜的状态下，仅考虑太阳辐射量所确定的作物生产潜力。光合生产潜力是当地气候条件下作物产量的最高值，在实际生产中很难实现，是研究各级生产潜力的最初起点和依据。作物光合生产潜力的计算通常以作物生育期总辐射量为基本参数，再结合农作物的各项相关生理、生态指标进行计算，其计算公式为：
YQ=Q·f （Q）
=C·S·ε·Φ·（1-α）·（1-β）·（1-ρ）·（1-γ）·（1-ω）·（1-η）-1·（1-ξ）-1·q-1·f（L）·E·EQi
式中：Qi为作物生育期各月总辐射量（MJ/m2）；C为单位换算系数，取值10000.05。
2.光温生产潜力
温度是光合作用的重要影响因素，温度的高低直接影响到生化过程的快慢、光合呼吸及其他生理生化过程的速率。作物光温生产潜力是指在水分、土壤条件及其他因子均处在适宜条件下，仅考虑太阳辐射和温度条件所确定的作物单产水平。实际上是在光合生产潜力的基础之上受到当地温度条件订正而成的产量。本文采用衰减法来订正，其计算公式为：
YT=YQ·f（T）
式中：YT为作物的光温生产潜力（kg/hm2）；YQ为作物的光合生产潜力（kg/hm2）；f （T）为作物的温度订正系数，考虑到春小麦和玉米在生育期内的温度特性以及宁夏中部干旱带的实际情况，参照有关学者的研究，采用如下公式进行计算：
f1（T）=0.04t-0.26≤t＜210.0714t-0.222≤t＜281.0028≤t＜32-0.083t+3.6732≤t＜440t＜6或t≥44
f2（T）=0.04t-0.2t＜0或t≥400.0714t-0.20≤t＜201.0020≤t＜28-0.083t+3.6728≤t＜40
式中：f1（T）为喜温作物的温度订正系数；t为作物生育期月均温度（℃）；f2（T）为喜凉作物的温度订正系数。其中宁夏中部干旱带春小麦温度订正系数按f2（T）计算，玉米订正系数按f1（T）计算。
3.气候生产潜力
水分是影响农业生产潜力中最重要的胁迫因子之一，必须考虑水分对农业生产潜力的制约作用。作物气候生产潜力（Climate Potential Productivity，CPP）是指在光温生产潜力的基础之上进一步进行水分订正而得到的作物气候生产潜力，即假设作物品种、土壤状况和其他农业技术水平都适宜，由光照、温度、自然降水三个因子综合作用下的作物产量。其函数表达式为：
YW=YT·f （W）式中：YW为作物的气候生产潜力（kg/hm2）；YT为作物的光温生产潜力（kg/hm2）；f （W）为水分订正系数，其计算公式为：
f（W）=1-Ky（1-P/ETm）P＜ETm1P≥ETm
式中：f （W）为水分订正系数；Ky为缺水敏感系数（根据联合国粮农组织灌排手册第56卷，春小麦、玉米生育期缺水敏感系数分别为1.15、1.25）；P为农作物生育期降水量（mm）；ETm为作物蒸腾蒸发量（mm）。
