美国对全球气候变化影响评价的研究

笔者于1990—1991年,曾两次应邀出席了由美国环境保护署(简称EPA)召开的题为“全球气候变化对世界粮食生产的影响”国际研讨会,现将EPA对全球气候变化影响评价的研究介绍如下。 一、粮食生产 EPA目前主要选用两种成功的作物模型,即CERES(作物—环境资源综合系统)和SOYGRO(大豆生长模拟模型)作为效应模型,并与上述区域性气候变化情景耦合,分别在当前气候(BASE)与各种CO_2倍增气候情景下运行,以分析未来气候变化对美国和全球粮食生产的影响。     

适应气候变化的中国粮食安全及经济增长研究——基于静态多区域农业一般均衡模型

采用静态多区域农业一般均衡模型,把A2气候变化情景和B2气候变化情景导致粮食产量变化作为政策模拟条件,笔者研究了气候变化对中国粮食生产、消费及其经济增长的影响。模拟结果显示,无论是A2还是B2气候变化情景,中国玉米、小麦和水稻总体产出增加态势较为明显,中间投入需求和家庭消费需求明显增加,同时模拟结果还显示中国各地区玉米、小麦和水稻的出口将会随着产出的增长而大幅增加、进口随着产出的增加而大幅下降。在经济增长方面,绝大多数地区宏观经济呈增长态势,表现在实际GDP、实际投资、总进出口额的增加。基于研究结果本研究得出如下结论:气候变化会导致中国粮食总产量增加,中国经济增长得以保障。气候变化所引起的粮食产量变化地区间有所差异,总的来说,粮食主产区增长幅度要高于非主产区增长幅度,其中东北三省粮食增幅最为明显;不同作物产量因时(时间)因景(气候变化情景)有较大差异;虽然气候变化导致中国各地区粮食产量总体呈增加态势,但未来不确定因素较多,中国粮食安全问题仍不可忽视。     

适应气候变化的我国粮食安全及经济增长研究——基于静态多区域农业一般均衡模型

采用静态多区域农业一般均衡模型,把A2气候变化情景和B2气候变化情景导致粮食产量变化作为政策模拟条件,本文研究了气候变化对我国粮食生产、消费及其经济增长的影响。模拟结果显示,无论是A2还是B2气候变化情景,我国玉米、小麦和水稻总体产出增加态势较为明显,中间投入需求和家庭消费需求明显增加,同时模拟结果还显示我国各地区玉米、小麦和水稻的出口将会随着产出的增长而大幅增加、进口随着产出的增加而大幅下降。在经济增长方面,绝大多数地区宏观经济呈增长态势,表现在实际GDP、实际投资、总进出口额的增加。基于研究结果本研究得出如下结论：气候变化会导致我国粮食总产量增加,我国经济增长得以保障。气候变化所引起的粮食产量变化地区间有所差异,总的来说粮食主产区增长幅度要高于非主产区增长幅度,其中东北三省粮食增幅最为明显;不同作物产量因时(时间)因景(气候变化情景)有较大差异;虽然气候变化导致我国各地区粮食产量总体呈增加态势,但未来不确定因素较多,我国粮食安全问题仍不可掉以轻心。     

粮食生产系统适应气候变化研究态势分析

【目的】利用文献计量方法,对粮食生产系统适应气候变化研究领域1995—2016年研究态势进行定量分析,并探究其发展趋势,为该领域未来研究提供参考。【方法】基于Web of Science数据库,利用Thomson Data Analyzer (TDA)分析工具,采用计量分析方法,分析了1995—2016年粮食生产系统适应气候变化研究领域的总体发展趋势、国际主要研究力量、研究热点及关联性。【结果】(1)1995—2016年,全球发文量呈现整体上升趋势,2012年之后处于较高发展水平。其中,美国在该领域发文量、平均引证指数等都远高于其他国家,位列第一。中国在2012年后发展速度较快,发文量及文献相对产出率跃居全球第二位,但平均引证指数与美国之间仍有较大的差距。(2)该领域排名前十的研究机构中,中国、美国各有3个,澳大利亚、法国、英国、荷兰各1个,其中最活跃的机构是中国科学院。(3)从研究机构间的合作关联性看,中国科学院与中国农业科学院之间的研究相似度最高达0.67,且中国国内研究机构之间的合作相似度远大于国际研究机构。(4)气候变化、农业及作物模型一直是研究的热点,近年来研究热点外延至作物物候、产量、土壤、生物碳及温室气体等研究方向。【结论】目前,美国在该领域具有较强的竞争力和创新性,中国虽然后期有较快发展,但竞争力和创新性有待提高。气候变化对粮食生产系统的影响分析是当前研究的热点,未来可进一步研究气候变化、品种、社会经济要素等对粮食生产系统的影响机理及其贡献份额,针对不同粮食生产区制定适应气候变化的应对体系,建立综合评价体系,确保粮食生产安全和可持续发展。     

气候变化对中国南方水稻生产的阶段性影响及适应性对策

根据GISSGCMTransientBRun的输出结果 ,结合中国南方稻区 15个样点近 4 0年的逐日气候资料 ,生成了每个样点在 2 0 10年、2 0 30年和 2 0 5 0年的气候变化情景 ;利用CERES Rice模型在基准气候 (196 0～ 1997年 )以及上述不同年份的气候变化情景下运行的结果 ,结合中国若干农业气候指标 ,分区评述了未来 10年、30年和 5 0年全球气候变化对不同稻作类型水稻生育期、产量、稻田蒸散量的阶段性影响 ,并分析了中国稻作制度可能发生的演进趋势。最后 ,在模拟试验的基础上 ,提出了若干适应气候变化的农业对策 ,包括调整品种布局、有条件地扩种双季稻、改善灌溉条件及培育和引进新品种等。该研究结果对国家及各级农业行政部门制定中远期农业规划和农业发展战略具有重要的参考价值     

农田碳汇管理措施对农业生产影响的评价

实施必要的农田碳汇管理措施在减缓并应对全球气候变化的影响中发挥着积极的作用。在这种背景下,采用经济学上的生产函数来评价碳汇管理措施对农业生产的影响成为当前国内外学术界研究的热点问题之一。在全球气候变化的背景下,作为中国粮食主产区之一的华北平原,其农业生产明显受到气候变化的影响。从某种程度上看,华北平原农业生产的进一步发展将直接受制于气候变化及其与减缓气候变化效应密切相关的实施农田碳汇管理措施所产生的综合影响。该文以华北平原为案例区试验并测算了碳汇管理措施对农业生产的影响。研究结论对区域水平实施碳汇管理措施以及在适应并应对气候变化影响的背景下,实现农业生产的发展具有指导价值。     

气候变化背景下农业技术适宜性研究

以气候变暖为主要特征的全球气候变化对环境、生态和社会经济系统产生重大影响,并通过对农业生产和相关产业的影响直接威胁我国乃至全球的粮食安全。在文献分析和实地调研的基础上,收集和整理农业生产基本数据和我国现有的农业技术资料数据;根据IPPC第5次评估报告中气候变化影响框架的基本思想,构建气候变化背景下区域与农业技术适应情景矩阵;采用多目标综合评价法,构建农业技术适宜性评估模型。结果表明:农业技术适宜性评估主要考虑技术本身的特点和区域的实际情况;在农业技术评价指标体系与区域评价指标体系构建中,主要考虑的因素包括:作物适宜性、水资源条件、光温条件、地形条件、经济条件和生态条件等6个方面;应用农业技术适宜性评估模型,可实现农业技术的区域适宜性评估,获得不同农业种植二级区内适应气候变化的农业技术。     

非洲农业产量对气候变化响应与适应研究进展

非洲是全世界气候变化最脆弱的地区,而非洲农业受气候变化的影响最为敏感。气候变化已经并将继续对非洲农业和粮食安全产生较大的负面影响。提高气候变化对非洲作物产量影响的理解,揭示非洲农业对气候变化的响应规律,是及时、正确和有效适应气候变化的关键。本文综述了非洲农业对气候变化的响应与适应的研究进展,总结了作物机理模型、统计模型和经济模型目前研究这一问题的三大主要方法,系统阐述了非洲农业对过去和未来气候变化的响应程度及适应措施。未来气候变化对非洲农业的可能影响,不同的研究在不同时间尺度和空间尺度上,随着气候情景、研究方法和作物种类的不同,影响程度的结论差异性较大：作物机理模型方法显示的影响范围是-84%-62%;统计方法评价的影响范围则是-57%-30%;而用计量经济学方法研究显示的影响范围是-100%-168%。随着气候变化对非洲农业的影响得到公认,非洲农业对气候变化的适应问题得到了越来越多的研究。选育抗旱品种、发展保护性农业、完善灌溉设施、调整技术管理等适应措施将有可能对粮食安全带来更大的益处。另外,加强极端气候事件的监测和预警、增强气候预报、有效结合气候变化制定农业生产种植和管理措施、调整作物布局、发挥区域和国际组织（世界气象组织WMO、联合国粮农组织FAO等）在非洲应对气候变化影响方面的合作和对非洲的援助等措施均可提高非洲农业对气候变化的适应能力。本文进一步讨论了研究中存在的不确定性因素,包括数据、方法、结果的不确定性以及气候变化的间接影响、缺乏综合研究等问题,并指出了未来的发展趋势。本文有助于更好地理解非洲农业产量对气候变化的响应与适应,为解决非洲粮食安全问题和消除非洲贫困提供科技支撑,同时也为中国农业应对气候变化提供借鉴。     

“受扰的气候,植被与食物”国际专题会议

1.气候变化与植被资源 爱沙亚尼Tooming认为,作物的气象产量是评价农业气候资源的综合指标,因此可以采用各种作物模型计算当地的气象产量,进而评价农业气候资源的变化。日本学者Yoshino指出:在区域性气候情景中应考虑季风活动;在分析气候变化与农业生产之间的关系时,应考虑作物和农民适应变化的能力;在土地利用上,应兼顾在新的气候条件下种植面积、作物类型、栽培区域和生育期等诸方面的变化;在管理方法上,排灌、施     

北方农牧交错带气候变化对粮草轮作生产的影响

[目的]结合大田试验与计算机模型技术,于我国北方农牧交错带明确建立粮草轮作模式在产量、耗水量与水分利用效率,和传统粮食生产模式的差异;阐明气候变化条件下的粮草轮作模式和粮食生产模式以上组分的变化规律,探明该地区粮-饲耦合系统的气候变化适应力。[方法]基于山西右玉黄土高原草地生态系统定位观测研究站的田间试验数据对作物模型APISM(Agricultural Production Systems Simulator)进行校准和验证,结合气象数据生产工具ACSGTR模拟、分析研究点基准情景(1980-2009年)及未来情景(世纪中期2040-2069年、世纪后期2070-2099年)多种种植模式的产量,耗水量(ET)和水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)变化。[结果]APSIM模型对研究区玉米(Zea mays L.)、马铃薯(Solanum tuberosum L.)、饲用燕麦(Avena sativa L.)和秣食豆(Glycine max L.)生产模拟的精度较高,归一化均方根误差(NRMSE)仅为6.25%～15.48%。情景模拟中,随着模拟区间内升温度与降水提高,各作物产量均有所提高,其中秣食豆产量增幅最高,达21.90%～36.07%,马铃薯次之,达15.71%～23.02%。ET方面,马铃薯在2040-2079年、2060-2099年情景下ET相对基准情景增加11.56%～20.83%,幅度最大。WUE方面,2040-2079年、2060-2099年情景下玉米、饲用燕麦与秣食豆WUE提高幅度较大,平均为16.50%、12.10%和23.13%(P<0.05)。[结论]APSIM于北方农牧交错带地区可较准确模拟几种主要作物的生产。相较基准情景,2040-2069年、2070-2099年情景下各作物产量,ET和WUE均有提升趋势。由于较高的产量与WUE,可认为玉米-饲用燕麦轮作、拥有较高生产力的同时也具备较好的气候适应性;而马铃薯-玉米轮作相对其它轮作模式的耗水量更高但产量变化不显著,适宜中短期旱作生产以保障食物安全;马铃薯与饲用燕麦、秣食豆轮作和玉米-燕麦轮作模式耗水量较低,更适宜恢复土壤水分。研究结果可充实相近地区的长期数据积累与研究空缺,并为农牧业可持续生产提供参考。     

江淮地区农业气候资源演变特征及作物生产应对措施

随着全球气候变化日趋明朗和世界性粮食安全危机日益严重,农作物对气候变化的响应及应对气候变化的措施已经成为作物科学的研究热点。江淮地区是我国粮食生产的主要区域,探讨该区域气候资源的变化特征及其应对策略,对确保我国中长期粮食持续增长意义重大。依据我国江淮地区32个气象台站的多年逐日气象资料,并结合多年农作物生育进程数据,采用数理统计方法对江淮地区气候资源进行了系统分析。结果表明:48年来江淮地区光、热、水资源发生了明显变化。年均气温、最高气温和最低气温每10年分别平均递增了0.28、0.17和0.38℃;夜间增温幅度高于白天,日温差每10年平均下降了0.21℃。≥0℃和≥10℃的积温增加明显,每10年分别平均递增了92和79℃;年降水总量变化不明显,但年际间波动大;年日照时数和太阳总辐射量呈现下降趋势,平均每年减少了8.1 h和12.3 MJ.m-2。从稻麦的实际响应来看,小麦播期推迟,成熟期提前,总生育期缩短4 d;而水稻播期提前,成熟期也提前,总生育期基本不变。去除技术影响后的稻麦产量呈波动上升趋势,稻麦历史产量主要与最低气温正相关,与降水量无显著相关性。最后针对江淮地区气候资源演变特征和作物生产发展趋势,就...     

全球气候变暖对中国种植制度可能影响Ⅳ.未来气候变暖对东北三省春玉米种植北界的可能影响

【目的】在全球气候变化背景下,中国气温明显升高已成为共识,这一变化对中国农业生产尤其是对种植制度及作物布局的影响越来越受到农业生产管理部门和专家学者的重视。【方法】本文结合SRES的两种排放情景A2(强调经济发展)和B1(强调可持续发展)预估的未来气候数据,采用经验频率法计算不同保证率下的积温,探讨了未来气候情景下东北三省春玉米不同熟型品种种植北界的变化趋势,同时探讨了未来气候情景下研究区域内春玉米缺水率的变化趋势。【结果】未来气候情景下,在不考虑CO2浓度升高对作物生长发育影响的前提下,东北三省春玉米不同熟型品种种植北界不同程度向北移动,在界限敏感区域内中晚熟品种替代早熟品种,使得玉米生育期延长,干物质积累增加,可以提高东北三省春玉米产量。然而在未来21世纪中期,春玉米缺水率亦呈现增加的趋势,为种植界限北移带来一定的风险。【结论】在未来气候条件下,春玉米不同熟型品种种植北界北移需综合考虑热量和水分的影响,适区种植以减少由于干旱造成的春玉米减产。     

气候变化对长江中下游平原料食生产的阶段性影响和适应性对策

利用CERES－Wheat,CERES-Rice,SOYGRO等作物模型与大气环流模型GISSTransient Runs耦合，分析气侯变化对长江中下游平原水稻, 冬小科和大豆生产的阶段性影响，结果表明，在未来50年，由于研究区域增温明显，将导致作物生育期显著缩短，如果仅考虑气候变化的间接影响，水稻，冬小麦，大豆作物都呈减产趋势，在综合考虑气候变化和CO2浓度增加对作物的直接影响后，单季稻，冬小麦，大豆等都将增产，而双季稻区水稻的减产幅度虽有所缓和，但减产趋势不变，鉴于气候变化影响，提出了若干适应气候变化的农业对策。     

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近年来,在全球变暖的大背景下,西北也经历着同样的变暖趋势,尤其是在西北干旱区新疆、甘肃河西走廊等地的棉花种植区,气候变暖对小麦生长发育的影响研究日益增多,但如何正确、合理的评价小麦对气候变暖的响应,已成为目前十分突出的科学和实际问题。在评价的过程中,评价指标的选择和确定是重中之重。鉴于此,本文筛选了几类重要的评价指标,主要有小麦生长发育、种植结构、地理分布、农业气象灾害、农业病虫害气象指标等,这些指标的选择为科学评价小麦对气候变化的响应奠定了一定的基础。     

西北干旱半干旱区小麦对气候变化响应的评价指标体系*

近年来,在全球变暖的大背景下,西北也经历着同样的变暖趋势,尤其是在西北干旱区新疆、甘肃河西走廊等地的棉花种植区,气候变暖对小麦生长发育的影响研究日益增多,但如何正确、合理的评价小麦对气候变暖的响应,已成为目前十分突出的科学和实际问题。在评价的过程中,评价指标的选择和确定是重中之重。鉴于此,本文筛选了几类重要的评价指标,主要有小麦生长发育、种植结构、 地理分布、农业气象灾害、农业病虫害气象指标等,这些指标的选择为科学评价小麦对气候变化的响应奠定了一定的基础。     

东北稻作系统对气候变暖的实际响应与适应

【目的】明确气候变暖对作物生产的实际影响,降低对未来粮食安全预测的不确定性。【方法】依据东北水稻生产和气候变化的长期观测数据,并结合田间开放式增温试验（free air temperature increase,FATI）,系统研究稻作系统对气候变暖的实际响应与适应。【结果】历史数据分析发现,近几十年来东北水稻单产与其生长季的气温呈明显递增趋势,相关显著,但与降水量变化相关不显著。理论推算表明,水稻生长季最低气温升高1℃,水稻单产可提高6.0%以上。田间试验发现,在目前的气温背景下,水稻冠层气温升高1℃,单产可提高10%左右。近四十年来东北水稻新品种的生育期每10年约延长3 d,与近二十年来田间观测到的水稻实际生育期延长幅度基本一致,达5 d左右;与1970年相比,2010年黑龙江省的水稻种植面积扩大了24倍,种植重心向北位移了近110 km,与东北水稻生长季≥10℃有效积温带北移的幅度一致。【结论】气候变暖对东北水稻的直接增产效应显著,稻作系统可以通过品种改良、栽培改进和区域调整等策略来逐步适应气候变化的趋势。在应对气候变化的稻作制度调整上,应充分挖掘增温的增产效应及作物系统的适应潜力,调整时机和幅度应适当迟后于预测的气候变化进程。在气候变暖的大趋势下,要注意因水稻生育期延长和种植区域北扩而可能遭遇的低温冷害等极端性天气。     

Global change and agricultural management options for groundwater sustainability

According to the general circulation models (CGMs) for future climate projections, a temperature increase, precipitation decrease, and an increase in the variability of extreme events may be expected in the future, likely reducing available water resources. For the western Mediterranean, future climate change projections indicate that temperature increase may range from 1.5 °C to 3.6 °C, and the precipitation decline will reach between 10% and 20%, which may result in a significant reduction of natural groundwater recharge. With the use of modelling tools, the amount of groundwater recharge under different climate change scenarios and varying agricultural management practices can be predicted, and water budget attributes can be estimated, which may allow for quantifying impacts, and assist in defining adaptation strategies. For the Inca–Sa Pobla basin (Balearic Islands, Spain), under future climate change projections, agricultural management alternatives of crop type distribution and irrigation demands are required for planned adaptation strategies. In the area, where irrigation water for agricultural practices originates from groundwater resources, adaptation measures based on a change from mixed crops to potatoes and a 20% decrease of agricultural land cultivation have proven to be efficient for the hydrologic system and associated wetland sustainability.     

基于遥感影像NDVI数据的中国种植制度分布变化

【目的】利用1986和1996年的十天合成NOAA-AVHRR-NDVI数据以及2000年SPOT-VEGETATION-NDVI数据对中国主要的种植制度（熟制）分布进行制图,对比二次差分法和离散傅里叶转换法对熟制信息提取的有效性;比较中国多年熟制分布图,研究中国近些年的熟制变化,同时结合气象数据,分析影响熟制变化的可能因素,为粮食产量变化及其原因分析提供理论依据。【方法】首先,利用欧空局全球陆地覆盖数据（ESA GlobCover）,提取中国农业植被区域。其次,使用ENVI和ArcGIS软件,分别利用二次差分法和傅里叶变换法对1986年的植被指数数据进行农业熟制的分布提取,并以中国科学院植物研究所编著的1:400万比例尺的《中国植被图》中的熟制信息作为参考,对两种方法提取熟制信息精度进行检验;采用二次差分法分别绘出1996年及2006年熟制分布图,说明中国熟制分布的变化。最后,利用零级带≥0℃积温划分指标,分析年积温等气候因素对熟制的影响。【结果】（1） 二次差分法和傅里叶变换法提取的熟制分布结果都基本符合中国农业熟制的分布规律,遵循越往南熟制越复杂的规律。一年一熟区主要分布在东北大部分地区,一年两熟区分布在河南、河北、山东和安徽一带,而一年三熟的区域零星分布在湖北省以南的省份。熟制分类的精度分别为76.5%和69.4%,kappa系数分别为0.64和0.51,二次差分法的分类精度高于傅里叶变换。（2）利用分类精度较高的二次差分法提取中国1986年、1996年到2006年的熟制分布信息,发现中国熟制间的界线发生了不同程度的北移和西扩,尤其是一年两熟的北界由1986的辽南葫芦岛北移到辽中本溪、沈阳一线,西界也由1986年的甘肃平凉、陕西宝鸡一带西扩至宁夏临夏回族自治州、青海海东地区。同时熟制之间的转换也是复杂多变的,一年一熟制的面积从1986年到2006年减少了33万平方公里,一年两熟增加了36万平方公里,一年三熟的面积增加了4万平方公里。（3）从年积温的分布来看,4 200℃和6 100℃积温等值线都有不同程度的北移西扩,说明积温变化可能是引起中国熟制北移的重要原因。【结论】基于时序序列的遥感数据可以进行中国熟制分布的实际变化监测。二次差分法是一种有效提取中国熟制信息的方法。中国熟制的界线,尤其是一年两熟的界限有一定程度的北移和西扩,使得一年一熟的面积大幅减少而一年两熟的面积有很大的增加,而一年三熟的面积变化不大。气候变暖对中国的熟制分布有一定的影响。通过遥感方法研究中国熟制的分布及其变化,能够及时、准确地了解和评价中国农作物生产情况和生产潜力,便于农业相关部门制定及时、有效的农业政策。