A meta-analysis of global crop water productivity of three leading world crops (wheat,corn, and rice) in the irrigated areas over three decades

ABSTRACT

The overarching goal of this study was to perform a comprehensive meta-analysis of irrigated agricultural Crop Water Productivity (CWP) of the world’s three leading crops: wheat, corn, and rice based on three decades of remote sensing and non-remote sensing-based studies. Overall, CWP data from 148 crop growing study sites (60 wheat, 43 corn, and 45 rice) spread across the world were gathered from published articles spanning 31 different countries. There was overwhelming evidence of a significant increase in CWP with an increase in latitude for predominately northern hemisphere datasets. For example, corn grown in latitude 40–50° had much higher mean CWP (2.45?kg/m³) compared to mean CWP of corn grown in other latitudes such as 30–40° (1.67?kg/m³) or 20–30° (0.94?kg/m³). The same trend existed for wheat and rice as well. For soils, none of the CWP values, for any of the three crops, were statistically different. However, mean CWP in higher latitudes for the same soil was significantly higher than the mean CWP for the same soil in lower latitudes. This applied for all three crops studied. For wheat, the global CWP categories were low (≤0.75?kg/m³), medium (>0.75 to <1.10?kg/m³), and high CWP (≥1.10?kg/m³). For corn the global CWP categories were low (≤1.25?kg/m³), medium (>1.25 to ≤1.75?kg/m³), and high (>1.75?kg/m³). For rice the global CWP categories were low (≤0.70?kg/m³), medium (>0.70 to ≤1.25?kg/m³), and high (>1.25?kg/m³). USA and China are the only two countries that have consistently high CWP for wheat, corn, and rice. Australia and India have medium CWP for wheat and rice. India’s corn, however, has low CWP. Egypt, Turkey, Netherlands, Mexico, and Israel have high CWP for wheat. Romania, Argentina, and Hungary have high CWP for corn, and Philippines has high CWP for rice. All other countries have either low or medium CWP for all three crops. Based on data in this study, the highest consumers of water for crop production also have the most potential for water savings. These countries are USA, India, and China for wheat; USA, China, and Brazil for corn; India, China, and Pakistan for rice. For example, even just a 10% increase in CWP of wheat grown in India can save 6974 billion liters of water. This is equivalent to creating 6974 lakes each of 100?m³ in volume that leads to many benefits such as acting as ‘water banks’ for lean season, recreation, and numerous ecological services. This study establishes the volume of water that can be saved for each crop in each country when there is an increase in CWP by 10%, 20%, and 30%.     

顾及边界入射信号的多模水汽层析方法

利用GNSS三维水汽层析技术全天候地获取高时空采样率的水汽垂直分布信息,已成为GNSS气象学中一大研究热点。当前,基于单一导航系统的传统层析方法存在观测数据利用率低、观测分布不均等不足。本文设计和实现了一种顾及边界入射信号的多模水汽层析方法,采用香港CORS网观测数据和无线电探空产品进行精度验证,并详细分析边界入射信号和多模层顶信号的引入对层析水汽结果的改善程度。结果表明:相较于传统GPS层析方法,本文采用的融合两类多模层顶信号和边界入射信号的新水汽层析方法,兼备边界入射信号和多模层顶信号的优点,可得到更高精度和更可靠的三维水汽信息。     

顾及垂直递减率函数的中国区域大气加权平均温度模型

大气加权平均温度(T_m)是全球导航卫星系统(GNSS)水汽监测的关键参数。针对中国区域地形起伏较大的特点,本文构建了顾及精细季节变化的T_m垂直递减率函数模型,在此基础上,利用2007—2014年的Global Geodetic Observing System (GGOS) atmosphere格网数据建立了中国区域的T_m格网新模型(简称为CT_m模型)。以2015年GGOS格网数据和无线电探空资料为参考值,对CT_m模型进行精度检验,并与常用的Bevis公式和GPT2w模型进行比较分析。结果表明:①以GGOS格网数据为参考值,CT_m模型的年均偏差和均方根误差(RMS)分别为-0.52 K和3.28 K,相比于GPT2w-5和GPT2w-1模型,精度(RMS值)分别提高了27%和13%;②以探空数据为参考值,CT_m模型的年均偏差和RMS误差分别为0.26 K和3.75 K,相对于GPT2w-5和GPT2w-1模型,精度分别提高了21%和1...     

姿态修正技术在黄河河口测验中的应用

为了解决黄河三角洲附近海区测验中测船姿态对单波束数字测深数据的影响,本文利用姿态传感器对测船的姿态进行了有效改正。试验结果表明,姿态修正技术对数字测深仪瞬时水深进行改正后,其测深结果与传统的人工水深曲线改正后成果比较,中误差为0.089 m,试验段面0 m线以下面积相差不超过0.22%,符合国家规范要求,提高了海区测验中测深成果的精度,为数字技术在海区测量的应用提供了技术保证。     

基于遥感技术的近30年中亚地区主要湖泊变化

在全球气候变暖的背景下,研究中亚干旱半干旱地区主要湖泊的变化不仅对内陆水资源管理和可持续发展有着重要意义,也为进一步研究湖泊变化对气候变化和人类活动的响应提供基础。获取1978年MSS、1989年TM、1998年TM及2010年ETM的同季相4期遥感图像数据,通过人工解译提取中亚地区7个湖泊信息,获得近30 a的湖泊面积变化;利用T/P和Envisat雷达高度计提取1992—2012年的湖泊水位信息;基于湖泊面积和水位的时空变化特征分析了湖泊变化的影响因素。结果表明:近30 a来,由于湖泊类型的不同,除萨雷卡梅什湖外的其他6个湖泊均出现不同程度的面积缩减;其中,平原尾闾湖面积变化最显著,高山封闭湖相对平稳,吞吐湖泊的面积变化相对复杂;湖泊的水位变化模式因流域和湖泊类型而异;高山封闭湖泊受气候的影响较大,而吞吐湖泊受人为因素影响显著。     

ASTER数据的煤矿区水体信息提取

为实现多光谱数据对煤矿区水体信息提取,以萍乡市芦新岭及周边煤矿为试验区,在国内外学者对水体指数法提取水体信息和应用的启发下,对试验区不同地物的波谱特征进行分析。本文首先利用数学统计方法建立一种ASTER数据综合归一化差异水体指数模型SWI ASTER_xy,然后利用这一模型对试验区进行水体信息提取。试验表明,该模型能够有效地提取矿区各类水体,还可以运用在ASTER数据（或其他多光谱数据）对不同区域不同地物的提取,在遥感地物定量提取上具有很好的效果和潜力,具有一定的推广价值。     

基于卫星测高数据的萨德湿地水位变化研究

以萨德湿地为例,使用ENVISAT和Jason2卫星测高数据利用改进的阈值法进行回波重定,反演萨德湿地水位。结果显示:萨德湿地的恒定水域水位变化规律。通过对比萨德湿地和维多利亚湖的水位变化可以发现,维多利亚湖对萨德湿地南部水域水位有巨大的影响,且影响与人类活动(尤其是欧文瀑布大坝的水能发电)有很大的关系,而位于大坝下游的阿尔伯特湖水位变化和萨德湿地南部水域水位变化有很强的相关性。     

典型喀斯特城市的热岛时空变化及其成因分析

利用1989、2003、2018年的Landsat影像对安顺市西秀区的地表温度进行反演,分析研究区在30年发展中的热岛时空变化及其成因。使用基于影像的反演算法,结合分类回归树算法进行地表温度的反演,用气象站数据对反演结果进行精度验证,并建立缓冲区对研究区进行相关性分析等定量分析。结果表明：研究区受喀斯特地貌的影响,除主城区外,郊区也存在大量高温区;近30年研究区热效应与不透水面、绿地的面积有极显著相关;1989-2003年研究区城市热岛面积随城市扩张逐渐增大,但2018年主城区城市热岛现象几乎完全消失,排除气象因素和城市形态因子影响的可能后,发现这与安顺市城市绿化的大力进行有密切关系。     

利用GPS技术遥感大气对流层水汽含量的研究

讨论了利用 GPS系统探测大气对流层水汽含量的原理和数学模型 ,对利用 GPS遥感大气对流层水汽的加权平均温度、水汽含量随时间的变化等一些关键问题进行了探讨。通过对我国沿海地区大连、青岛、闸坡、坎门、厦门 5个测站的实验数据的解算 ,获得了较为满意的结果。     

1975-2006年西藏羊卓雍错流域内湖泊水位变化对气候变化的响应

根据1975年地形图、1988年至2006年的TM、CBERS卫星遥感资料和1962-2006年逐年平均气温、降水量、蒸发量、相对湿度、风速和日照时数等气象资料以及1974-2005年的湖泊水位水文资料,对西藏羊卓雍错及其流域内的空姆错、沉错和巴纠错等4个湖泊的水位变化以及对气候变化的响应作了分析.结果表明:该区湖泊面积在近30 a来呈缓慢下降趋势,2005年与1975年相比,分别减少了46.55 km2、1.73km2、0.03 km2、6.01 km2,减少幅度分别为7.2%、4.3%、0.1%、13.6%.其主要原因是,由于羊卓雍错的湖水主要以降水补给为主,在降水增加、气温上升的情况下由于升温引起的湖泊蒸发效应超过降水增加导致的补给影响,是湖泊面积下降的主要原因.