平凉地区气候变化对粮食作物产量的影响

引　言2 0世纪 80年代以来 ,全球气候发生了较为显著的变化 ,气候变化给农业生产带来了各种影响 ,文中以本区主栽的冬小麦、玉米为例 ,探讨了近几十年来气候变化对作物产量所产生的影响。1　作物气象产量逐年变化分析粮食产量 ( ｙ)一般由时间趋势产量 ( ｙｔ)、气候产量 ( ｙｗ)和随机误差 ( ｙε) 3项构成 ,一般随机误差( ｙε)可忽略不计 ,因此作物实际产量用下式表示 :ｙ =ｙｔ+ ｙｗ以平凉市的冬小麦和玉米为例 ,应用正交多项式分别将冬小麦和玉米的实际产量分解为时间趋势产量和气候产量 ,分别作出两种作物气候产量随时间变化图 (图 1…     

利用随机天气模式及多种插值方法生成逐日气候变化情景的研究

针对目前大气环流模式在用于气候变化影响评估研究中时间分辨率较低的局恨性, 以及气候情景的要求和气候变化影响研究的需要, 结合GCM的模拟试验结果, 利用随机天气模式WGEN生成了中国东北地区未来气候变化的逐日情景, 其中包含了可能的气候变率信息, 可与作物动力模式等气候影响模式嵌套, 研究作物生长发育及其产量的可能变化, 及气候变率变化的可能影响等.     

郑州地区冬小麦水分利用效率变化及其气温变化响应

水分利用效率(WUE)反映了作物耗水量与干物质生产及籽粒产量的关系,提高作物WUE是保障水资源紧缺条件下农业持续稳定发展的关键。根据近30 a郑州地区冬小麦全生育期平均气温、土壤湿度和产量资料,利用数理统计方法,分析了近30 a冬小麦全生育期平均气温与冬小麦WUE的关系,在此基础上模拟了在不同增温、降水减少的气候变化情景下对冬小麦WUE的影响。结果表明:郑州地区近30 a冬小麦全生育期平均气温递增率约为0.82℃/10a;0—100 cm土壤平均湿度呈下降趋势,土壤有效含水量约以44.9 mm/10a的速率递减;实际耗水量年际间平均以18.2 mm/10a的速率递增;气温升高与小麦WUE变化表现为不显著的负相关。未来各情景下冬小麦WUE均比当前的WUE有所增加,其中增温2.4℃、降水减少10%时WUE比基础情景增加了15.5%,但WUE的数值并不随气温增加和降水减少而无限递增,当气温增加2.4℃、降水减少量超过20%时,WUE开始下降。     

近地层O3和CO2浓度变化对冬小麦影响的数值模拟：Ⅱ模拟结果和分析

针对CO2和O3浓度变化对冬小麦影响,改进了农田生态系统碳氮生物化学模型(DNDC),并利用模型模拟了O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量的影响,检验了模型的模拟效果.通过对原DNDC模型适用性的调整,使之适用于固城站,为进一步改进作物模型打下了可靠的基础.通过试验资料验证表明,模型较好地反映了O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量形成的影响.通过敏感性分析得出,模型对温度变化反映灵敏;在CO2浓度倍增情况下,O3浓度变化对冬小麦的复合影响分析看出,一定浓度范围内,CO2可缓解O3对作物影响的负效应,O3对CO2带来的正效应有削弱作用.     

全球气候模式对宁夏区域未来气候变化的情景模拟分析

利用多个全球气候模式(GCM)的情景模拟结果分析只考虑温室气体效应的IS92a GG情景和同时考虑温室气体效应和硫化物气溶胶辐射效应的IS92aGS情景以及SRESA2、B2情景下宁夏区域21世纪地面气温和降水量的可能变化,并进行不确定性分析。气候基准时段(1961~1990年)模拟结果与观测资料的对比分析表明,GCM对宁夏气候具有一定的模拟能力;整体上讲,GCM对地面气温的模拟值偏低,对降水量的模拟值偏高,其中ECHAM4和HadCM3对宁夏基准时段地面气温和降水量的模拟结果与观测比较接近。各GCM模拟值的平均结果显示,4种温室气体排放情景下21世纪宁夏区域气温持续升高,至21世纪末宁夏升温幅度可达4~6℃,与全国平均的增温幅度大致相当;与升温趋势相应的是降水量的增加,但降水变化呈现出很大的波动性,至21世纪末宁夏的降水变化幅度可达10%~40%。各个GCM模拟的宁夏气候变化的总趋势是一致的,但各模式在不同情景下模拟结果的差异很大,存在较大的不确定性。     

SRES B2气候情景下东北玉米产量变化数值模拟

采用区域气候模式PRECIS与东北玉米模拟模型相耦合的方法, 模拟了基准气候 (BS, 1961—1990年)、B2气候情景下考虑和不考虑CO₂直接影响 (肥效作用) 未来40年 (2011—2050年) 我国东北玉米生育期和产量的变化状况。结果表明:不考虑CO₂直接影响时,未来40年的平均变化情况以减产为主,幅度和熟性密切相关。在松嫩平原部分地区减产幅度最大,超过20%,但21世纪20年代的10年间东北玉米减产面积小,大部分地区表现为20%以内的增产。不考虑CO₂直接影响,玉米产量变化是由气象条件变化引起的,温度过高和降水减少是玉米减产的主要原因; CO₂直接影响对玉米产量的补偿效应不可忽视。与不考虑CO₂直接影响的情况相比,未来40年平均的产量变化地理分布形势相似,但产量变化的幅度减小,减产幅度达到10%以上的范围缩小。研究气候变化对东北玉米产量的影响时,必须同时考虑CO₂肥效作用和气象条件的变化, 在B2情景下未来40年内,各年代东北玉米生育期变化的地理分布相对比较稳定,和玉米熟性关系紧密。     

气候变化对小麦生产影响的数值模型研究

在未来气候变化对作物影响的研究基础上,分析未来不同气候情景对南京地区小麦生长发育、产量形成的影响,并考虑了紫外辐射变化的影响。采用数值模拟方法具体估算了温度升高、降水变化、ＣＯ２ 浓度上升及紫外辐射增强对南京地区小麦产量的影响。计算结果表明：未来ＣＯ２ 增加可提高小麦产量,气温升高、降水变化及紫外辐射增强均使得小麦产量有所降低。     

未来东北地区农业气候资源的时空演变特征

研究采用NorESM1-M模式输出的气候情景资料驱动农业生态区模型,分析了21世纪中期在RCP 2.6和RCP8.5典型浓度路径下的东北区域气候资源变化。研究表明:在RCP2.6、RCP8.5两种气候变化情景下,东北区域年平均气温呈现升高趋势,≥10℃积温所反映的热量条件得到显著改善,以黑龙江省和辽中南积温的增加最为明显;受气温升高影响,2050s参考作物蒸散普遍增加。区域内降水总量略有增加,东北西部干旱地区状况略有改善,东部地区更加湿润;趋于暖湿的气候促使作物生长季延长,到21世纪中期,全区最长增加12.4天。     

近地层O3和CO2浓度变化对冬小麦影响的数值模拟：Ⅰ模型结构

在试验研究的基础上,文中尝试利用数值模拟方法评估O3和CO2浓度变化对作物的影响.以农田生态系统碳氮生物化学模型(DNDC)为基础,对其中的作物子模型进行改进,加入O3对冬小麦光合作用和叶片生长影响的模拟,结合原模型中有关CO2对冬小麦光合作用影响的模拟,建立反映O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量形成影响的作物模型.文章对DNDC模型进行了参数修正以适用于中国华北地区;文章参考前人的工作,引用了两种O3对作物光合作用影响的模拟方法进行比较,分别是O3对初始光利用率的影响和O3对叶片光合作用的直接影响;在此基础上,进一步考虑O3对冬小麦叶片生长的影响,根据试验资料,建立了O3对叶片生长影响系数.     

气候变化对我国南方双季稻发育和产量的影响

基于WOFOST作物模式,结合气候模式输出的气候情景资料,模拟研究了未来100a(2001-2100年)气候变化对我国南方双季稻发育和产量的影响。结果表明：未来气候情景下,我国南方大部分地区双季稻(早稻、晚稻)的生长期会有所缩短;产量可能会有所下降,但下降的幅度不是很大,其中早稻受气候变化的影响较大。     

CO2和O3浓度倍增对作物影响的研究进展

文中利用自行设计的OTC - 1型开顶式气室进行了 9a的田间试验 ,取得了一批质量可靠的试验数据 ,分析了CO2 浓度倍增对大豆、冬小麦、棉花、玉米、春小麦和谷子的生物量、产量及品质的影响 ,结果表明CO2 浓度倍增对上述 6种作物的生物量及产量的影响均是正效应 ,对冬小麦、棉花和谷子品质的影响可能是有利的 ,对玉米品质的影响可能是不利的 ,对大豆的影响不大 ;分析了O3 浓度倍增对冬小麦、水稻、油菜和菠菜生物量、产量及品质的影响 ,结果表明O3 浓度倍增对上述 4种作物生物量的影响均是负效应 ,对冬小麦和水稻的产量影响是负效应 ,但是冬小麦和水稻籽粒中粗蛋白和 17种氨基酸含量都有所增加 ;分析了CO2 和O3 浓度复合倍增对大豆生物量、产量及品质的影响 ,结果是生物量和产量呈增加趋势 ,说明了CO2 的正效应大于O3 的负效应。采用作物模型数值模拟方法 ,分析了CO2 和O3 浓度倍增对冬小麦生物量及产量的影响。     

新书架

正《中国农业应对气候变化》周广胜主编该书采用要素—过程结果评估的逻辑思路,从全国、主要农区及主要粮食作物(水稻、玉米、小麦)三个层次,系统分析了我国农业气候资源变化、农业气象灾害变化、农业病虫害变化、农业种植制度变化和作物生长发育与产量变化,探讨了当前及未来气候变化情景下我国主要粮食作物的气候生产潜力以及我国主要粮食作物产量的提升潜力。同时,针对当前农业气候资源下我国主要粮食作物增产面临的问题,从主要粮食作物的种植面积、复种指数、品种布局和生产管理方式等方面探讨了我国适应气候变化的对策措施。     

中国七大地区“气候变化—作物产量—经济影响”综合评价

农业作为响应气候变化最敏感的领域之一,未来作物产量可能受到深刻影响。量化气候变化冲击作物产量导致的最终经济影响,需要综合"气候变化—作物产量—经济影响"开展链式研究。文中采用系统回顾和Meta回归分析方法整合了55篇文献的667项研究结果,推导出我国七大地区主要作物(水稻、玉米、小麦)产量与地区内未来温度和降水变化的定量关系,并将其作为农业部门的损失量代入改进的多区域投入产出模型,量化七大地区内与地区间遭受的经济波及影响(ERE)。结果显示:(1)气候变化对我国作物产量的影响主要体现在温度升高上,每升温1℃减产2.6%～12.7%,东北和西北地区作物受升温影响最显著;(2)气候变化导致的作物减产将对经济产生更严重的波及影响,GDP因作物减产每下降1%将额外产生17.8%的波及影响;(3)21世纪末,若不考虑CO_2肥效作用,作物减产导致的ERE将占GDP的-0.1%～13.6%(负值表示收益),最悲观情况下ERE与当前我国农业总产值相当(2012年为基准年);(4)不同地区受ERE影响程度的差异较大,因各区之间产业结构、贸易联系及经济发展程度存在差异,西南地区遭受本区及来自其他地区的ERE比华东地区高2.8～8.5倍。     

二氧化碳浓度增加对冬小麦生长发育影响的数值模拟

根据国内外小麦生长模拟研究成果,借鉴荷兰学者的模拟思路,从作物生长的主要生理过程人手,综合考虑气候变暖与大气中CO2浓度增加等因素对作物生长发育和产量形成的影响,修正了在一级生产水平下冬小麦生长模拟模式,使得模式能够对CO2浓度的变化做出相应的反应。经资料检验,在当前CO2浓度下,冬小麦总干重和穗干重的模拟平均相对误差小于10％,其它器官干重及叶面积指数的模拟也取得了较好的结果。运用改进后的模式模拟试验了未来气候变暖和CO2倍增对冬小麦生长发育的可能影响。     

气候变化对我国小麦发育及产量可能影响的模拟研究

利用随机天气模型, 将气候模式对大气中CO₂倍增时预测的气候情景与CERES-小麦模式相连接, 研究了气候变化对我国冬小麦和春小麦生产的可能影响.结果表明, 气候变化后小麦发育将加快, 生育期缩短, 冬小麦平均缩短7.3天, 春小麦平均缩短10.5天, 春小麦生育期缩短的绝对数和相对数均大于冬小麦.籽粒产量呈下降趋势, 冬小麦平均减产7%~8%, 雨养条件下比水分适宜时减产幅度略大.春小麦的减产幅度大于冬小麦, 水分适宜时平均减产17.7%, 雨养时平均减产31.4%.     

气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算

研究气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响规律,可为农业适应气候变化提供科学依据。通过构建代表站雨养冬小麦产量和土壤水分变化量的模拟方程,分析水分利用效率的历史变化,并结合两种区域气候模式PRECIS和REGCM4.0输出的4种不同气候变化情景资料,估算未来2021—2050年雨养冬小麦水分利用效率的可能变化。结果表明:1981—2010年甘肃、山西和河南代表站的雨养冬小麦水分利用效率呈二次曲线变化趋势,最大值出现在2003年前后。4种气候变化情景的模拟结果均显示:2021—2050年冬小麦全生育期耗水量明显增加,各代表站不同情景平均增加6.2%;产量有增有减,平均产量变化率为1.4%;水分利用效率平均减小3.8%,且变率减小。区域气候模式PRECIS估算的水分利用效率的减小量A2情景大于B2情景,REGCM4.0模式估算的水分利用效率的减小量RCP8.5情景大于RCP4.5情景。整体来看,RCP气候情景对雨养冬小麦水分利用效率的负面影响更大。     

降尺度方法对中国未来两种情景下降水变化预估

利用1951-2000年中国160个气象站的降水资料和美国GFDL-CM2.1模式输出的500 hPa位势高度资料,建立了一个统计降尺度模型,并利用该模型对中国2011-2100年的降水进行了降尺度预估,分析了CO2浓度变化对中国未来降水变化的可能影响.结果表明,在未来A1B和A2情景下,中国各气候区各季节的降水都发生了变化,两种情景下的降水变化格局和变化幅度非常相似,但由于A2情景下的2011-2100年平均CO2浓度比A1B情景高,故其降水变化的幅度更为剧烈.CO2浓度的增加是中国未来降水变化的主要贡献因子,但它不会从根本上改变中国未来降水的分布格局,只会增强降水本身的自然变化幅度,是降水自然变率的放大器,且放大的幅度远远大于自然变率本身.CO2浓度变化引起的降水变化一般比CO2浓度变化滞后20～30年.CO2浓度增加引起的气温升高会导致中国大部分地区500 hPa等压面的抬升和环流形势的改变,从而对未来降水产生影响.     

气候变化对黄河流域径流变化及其可能影响研究进展

阐述了黄河流域水文要素变化的事实,揭示了黄河流域径流的脆弱性;综述了黄河流域径流对气候变化的敏感性及未来气候变化对黄河流域径流的可能影响的研究现状.目前的研究表明:降水在20世纪80年代后呈弱减少趋势,径流减少明显;径流对降水的敏感程度高于对气温的敏感程度;在未来气候变化情景下,径流总体呈减少趋势,黄河流域未来水资源紧张态势将进一步加剧.依据上述研究成果,提出了黄河流域适应气候变化的对策.诸多气候变化对黄河径流影响的研究中,尚存在不足:气候变化对径流变化影响的机理尚需进一步研究,缺乏极端气候事件对径流的影响研究,气候模型和水文模型中的不确定问题有待解决.     

气候变化对作物产量影响的动态统计评价模式及其应用

气候变化对作物产量影响的动态统计评价模式，是将积分回归原理引进到气候影响评价服务中来，建立了以旬为时间单位的气温、降水、日照的旬值变化对作物产量形成的最佳定量影响关系，可使气候影响评价工作直接为农业生产进行及时连续的跟踪服务。气候动态影响规律实质是正常气候条件与作物生长的供需规律，因此该模式还有多种用途可供开发利用。     

中国七大地区“气候变化—作物产量—经济影响”综合评价

农业作为响应气候变化最敏感的领域之一,未来作物产量可能受到深刻影响。量化气候变化冲击作物产量导致的最终经济影响,需要综合“气候变化—作物产量—经济影响”开展链式研究。文中采用系统回顾和Meta回归分析方法整合了55篇文献的667项研究结果,推导出我国七大地区主要作物（水稻、玉米、小麦）产量与地区内未来温度和降水变化的定量关系,并将其作为农业部门的损失量代入改进的多区域投入产出模型,量化七大地区内与地区间遭受的经济波及影响（ERE)。结果显示：(1)气候变化对我国作物产量的影响主要体现在温度升高上,每升温1℃减产2.6%~12.7%,东北和西北地区作物受升温影响最显著;(2) 气候变化导致的作物减产将对经济产生更严重的波及影响,GDP因作物减产每下降1%将额外产生17.8%的波及影响;(3) 21世纪末,若不考虑CO₂肥效作用,作物减产导致的ERE将占GDP的-0.1%~13.6%（负值表示收益),最悲观情况下ERE与当前我国农业总产值相当（2012年为基准年);(4)不同地区受ERE影响程度的差异较大,因各区之间产业结构、贸易联系及经济发展程度存在差异,西南地区遭受本区及来自其他地区的ERE比华东地区高2.8~8.5倍。