气候变化对非洲水资源和农业的影响

尽管非洲是世界上温室气体排放总量或人均排放量最少的地区,但在承受气候变化造成的恶劣影响方面首当其冲。气候变化已经给非洲的水资源、农业、生物多样性、人类健康和国家安全等带来诸多严重影响,粮食生产和水资源一直是非洲长期面临的两大难题,也是深受气候变化影响的两大领域。本文系统梳理了气候变化对非洲水资源系统和农业生产影响的研究成果和不足,以期为非洲气候变化影响评估工作提供一定参考和借鉴。已有的观测结果表明,气候变化导致非洲许多山脉冰川面积正在大范围缩减、大部分地区降水量有所减少,降雨的年际间分布也更为不稳定,通过水文模型的模拟预测,未来气候变化将进一步影响降水量和非洲部分地区河流的径流量,导致非洲水资源供给压力加大。同样,气候变化也给非洲农业生产带来了巨大的挑战,无论是观测结果分析,还是统计模型和作物模型等对不同气候情景和时间尺度下非洲农业的模拟研究,都显示气候变化对非洲农业以负面影响为主,导致非洲干旱加剧、生长季改变和粮食产量下降,并可能危及非洲的粮食安全。然而,现有研究结果还存在较多不确定性,其主要集中在未来气候情景数据、研究方法、数据的质量和数量等方面。与世界其它地区相比,非洲气候变化影响研究无论是研究的深度和广度都还较欠缺,需要在未来的研究中进一步加强,以探寻减缓气候变化对非洲水资源和农业不利影响的有效途径。     

气候变化对中国东北地区生态与环境的影响

【研究目的】综述了气候变化对东北地区的影响,以期在区域发展中能利用气候变化的有利方面,降低其不利的影响;【方法】根据近年来发表的相关论文,文章综述了东北地区已经发生的气候变化影响及未来可能受到的影响;【结果】结果表明,过去100年东北地区的温度升高明显且降水普遍减少,干旱化趋势严峻。温度的升高改善了东北的热量资源,部分农业生产从中受益。但由于气候变化,目前特殊的生态系统如湿地,冻土退化或消失。未来的气候变化,会改变农业生产布局,降低主要作物的产量,生态系统结构发生改变,农牧带沙漠化的风险增加;【结论】东北地区必须客观认识气候变化的利弊影响,采取相应的适应和应对措施,促进区域发展。     

利用ECMWF再分析数据验证PRECIS对中国区域气候的模拟能力

本文利用1979～1983年的ECMWF再分析数据作为准观测侧边界条件驱动Hadley气候预测和研究中心的区域气候模式系统PRECIS，验证PRECIS对中国区域的气候模拟能力。选择典型的观测站点北京模拟的日最高，最低气温、太阳短波总辐射和月均降水量与观测结果进行直接比较，显示：PRECIS具有很强的模拟地面气候季节变化的能力。全国740个台站的观测与模拟值的统计分析表明：尽管模拟的最高，最低气温在0℃附近有一‘锯齿’状的偏差，PRECIS能够很好地模拟全国范围最高，最低气温的型态分布特征；从全国范围看，模拟的降水值偏高，但显示出很强的模拟极端降水事件的能力；模拟的地面太阳短波总辐射与全国122个台站的观测结果的比较显示：PRECIS模拟的辐射值偏高，全国范围内约高22％。因此，当应用PRECIS输出结果进行气候变化的影响评价时，需要对模式的输出结果进行订正。     

未来中高排放情景下松嫩平原农业气候资源变化分析

基于松嫩平原地区基准时段（1961−1990年）的观测数据,应用统计方法对模型模拟的未来30a(2021−2050年)温度、降水、辐射的逐日数据进行偏差订正,同时采用五日滑动平均法计算≥10℃积温,分析研究区域相对于基准时段,未来30a农业气候资源指标的时空变化特征。结果表明：在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,未来30a松嫩平原大部分地区平均温度在4～8℃,较基准时段升高2.5～2.8℃,且北部地区的增温幅度大于南部地区;此外,大部分地区≥10℃积温介于3000～3700℃·d,两种情景下分别增加500～550℃·d和600～670℃·d,其中南部部分地区增幅超过670℃·d;大部分地区年降水量在460～580mm,增量为50～90mm不等,降水增量在空间分布上表现为南多北少,其中南部地区增量超过90mm,而北部地区年增量则不足50mm,两种情景在相同区域的降水增量表现为RCP4.5多于RCP8.5;相较于基准时段,年辐射量减少85～100MJ·m−2,生长季内辐射量减少10～40MJ·m−2,变化趋势均不明显。综上所述,未来松嫩平原地区农业气候资源表现为整体提升趋势,农作物可种植期相对延长,因此,应适当种植生育期更长的作物,避免因未来气温升高,造成现有作物生育期缩短,导致产量降低的情况发生;同时研究结果对调整种植结构、改变种植措施和选育作物品种等具有指导意义,有利于充分利用气候资源,提高作物产量。     

区域气候模式PRECIS对中国气候的长期数值模拟试验

利用欧洲中心ERA40再分析资料驱动区域气候模式PRECIS,对中国地区进行了50km水平分辨率、40a(1961-2000年)时间长度的连续积分,并对模拟的温度和降水与观测资料进行了比较分析。结果表明:模式对中国地区温度和降水的年、季空间分布型态均具有一定的模拟能力,对温度和降水的年际变化也有较好的模拟效果,尤其对于20世纪80年代后期出现的暖冬以及1998年的夏季极端降水都有较好的体现。但模式不足在于区域内普遍存在模拟的气温略高于实况的系统性暖偏差,幅度一般在1~3℃;内蒙古和东北地区年降水量比观测值明显偏多,长江以南地区和四川盆地的降水中心范围都明显偏大,位置偏南。总体来看,无论是空间分布还是年际变化,模式对温度的模拟能力明显优于降水。     

气候变化对长江中下游稻区水稻产量的影响

选择长江中下游平原作为研究区域,按照政府间气候变化专业委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)中的A2和B2方案,将基于区域气候模式PRECIS构建的气候变化情景文件与水稻生长模型ORYZA2000结合,模拟基准时段(1961—1990)气候(Baseline)和2021—2050时段A2、B2情景下的水稻产量,分析未来气候变化对长江中下游水稻产量的影响。构建两种影响评估方法,重点分析增温和大气CO2肥效作用对水稻产量的影响。结果表明,不考虑CO2肥效作用时,随着温度升高,水稻生育期缩短,产量下降。A2情景下水稻生育期平均缩短4.5d,产量减少15.2%;B2情景下平均缩短3.4d,产量减少15%。其中,减产达到20%以上的区域集中在安徽中南部、湖北东南部和湖南东部地区。当考虑CO2肥效作用后,A2情景下水稻平均产量减少5.1%,B2情景平均减少5.8%。减产区域缩小且幅度降低,江西和浙江部分地区则呈现一定程度增产,但增幅10%。大气CO2肥效作用一定程度上可提高水稻产量,使晚稻在增温的不利影响下仍呈现不同程度的增产态势,但对单季稻和早稻的增产贡献仍不足以抵消升温的负面影响。另外,大气CO2肥效作用可有利于提高未来气候变化下水稻的稳产性。     

适应气候变化的中国农业种植结构调整研究

近百年来,全球正经历一次以变暖为主要特征的气候变化,随着气候变化及其所带来的影响日益显著,目前适应气候变化越来越成为全球关注的热点问题。我国已有的农业种植结构调整适应气候变化实践非常丰富,但诸多研究者并未进行过系统的梳理,对已有实践的适应气候变化内涵没有清晰地认识。为了更好的应对未来气候变化,从种植制度、作物布局、品种布局三个方面阐述了气候变化对中国农业种植结构调整的影响,结合东北水稻玉米扩种、冬麦北移、华北"两晚"技术、长江中下游双季稻改制、南方冬季农业开发等典型适应气候变化案例,探讨复种指数、间作套种模式、作物配置、种植界限、种植比例、抗旱品种、抗病虫害品种等农业种植结构调整的不同方面适应气候变化的内涵,提出了种植结构调整中适应气候变化工作面临的关键问题,倡导进一步加强气候变化各要素对种植熟制的综合影响研究,深入开展农业精细区划与作物布局优化配置研究以及适应气候变化的育种多目标优化决策研究。     

CERES-Maize模型在中国主要玉米种植区域的适用性

选取北方春玉米区、黄淮海春夏播玉米区、西南山地丘陵玉米区、南方丘陵玉米区、西北内陆玉米区五个区域中70个站点,利用1998-2000年玉米生长的田间试验资料和气象台站的气象观测资料,研究CERES-Maize模型在主要玉米种植区域对玉米生育期、产量的模拟能力.选用符合度指数D、RMSE等统计指标进行评价.结果表明:玉米生育天数模拟的D值为0.58～0.95,产量模拟的D值为0.66～0.88,说明CERES-Maize模型可以较好地模拟出区域内玉米生育期和产量观测值的分布趋势;生育期的模拟误差小于产量的模拟误差;区域尺度的统计分析可以更准确的表示模型的模拟效果.     

东北地区作物生长季干旱时空分布特征及其环流背景

依据东北地区71个气象台站1961-2009年5-9月气温、降水资料,对帕默尔干旱指数(PDSI)评价实际干旱的能力进行验证,并对PDSI距平场展开经验正交函数(EOF)分析,同时利用NCEP/NCAR再分析资料对干旱年的环流背景做了初步探讨.结果表明,(1) PDSI对东北地区农作物生长季的实际干旱具有较高评估能力,但在个别年份容易高估干旱程度;(2)EOF前3个特征向量的累积方差贡献率达74.9％.其中,第1特征向量是主要的分布格局,为全区一致型,第2特征向量为南北相反型,第3特征向量为东西相反型;(3)近49a东北地区农作物生长季干旱以9a和23a的变化周期为主,未来几年内干旱趋势仍将持续增强;(4)在干旱年(PDSI≤-1),500hPa高度场上副高偏弱,东北地区处于槽后脊前,同时该地区为位势高度距平的正中心,受高压控制降水偏少.850hPa水汽通量场上,输送到东北地区的西南及东南暖气流的水汽明显较少,同时该地区不仅存在反气旋环流,而且其水汽通量散度大于0,不利于降水.     

气候变化情景下阿拉善盟灌溉玉米对水资源的适应性研究

为了研究未来气候变化情景下,非充分灌溉对玉米产量的影响情况及玉米生产可采取的节水型灌溉方式,利用作物模型和PRECIS模拟输出的吉兰泰地区的未来时段的气候数据、历史观测数据,模拟设计了多个灌溉水平,分析当地玉米的水分生产力,并选取最优灌溉方案.结果表明:当前种植中存在灌溉用水偏多、无效灌溉现象明显;未来气候变化情景下,不同的灌溉水平对玉米生育期的影响较小,主要影响产量和生物量;A2、B2气候情景下,采用58％充分灌溉量的灌溉方式其水分生产力均达0.68、0.80 kg/m3的最大值,玉米单产可达充分灌溉条件下的77％ ～82％,并且比充分灌溉方式节约用水2700m3/hm2.因此,当地应采取选择非充分灌溉方式,节约农用水,提高水分生产力.