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气候及其变率变化对黄淮海平原冬小麦生产影响的模拟研究

陈超  
【摘要】: 全球气候正以前所未有的速度增暖,并将持续到可预见的未来,这在大多数科学家中已形成共识。剧烈的气候变化将影响到人类的社会、经济、生态等各个方面,其中,首当其冲是农业。开展全球气候变化对农业生产的影响评价研究具有重要而深远的意义。 本研究包括3部分内容:第1部分,评价了黄淮海平原已出现的气候变化对冬小麦生产的影响;第2部分,评价了CO_2倍增(2×CO_2)条件下全球气候变化对研究区域冬小麦生产的影响;第3部分,评价了未来50年全球气候变化对研究区域冬小麦生产的阶段性影响。这3部分内容勾画出目前和今后,全球气候变化影响研究区域冬小麦生产的轮廓。 在上述第1部分,根据黄淮海平原10个代表性样点1961~2000年的逐日气候资料(气候本底资料,BASELINE),分析了近40年来研究区域小麦生长期气候变暖的特点,并进一步分析与评价了已出现的气候变化对当前冬小麦生产的影响。 在上述第2部分,首先利用BASELINE和国际上通用的3种大气环流模型(GCMs)即GISS、GFDL和UKMO的有关网格点值,生成了研究区域3种不考虑气候变率变化的(2×CO_2)气候变化情景(以下简称C情景);然后,提出了未来气候变率可能变化的3种假设,并应用DSSAT(农业技术转化决策支持系统)中的WGEN(随机天气发生器),分别生成了研究区域(2×CO_2)条件下兼顾气候及其变率的气候变化情景(以下简称C+V情景);再后,在上述(C+V)情景下分别运行CERES-Wheat(作物-环境资源综合系统-小麦),还考虑了大气CO_2浓度的直接影响,并与BASELINE条件下CERES-Wheat的模拟值进行比较,在此基础上评价了(2×CO_2)条件下气候及其变率变化对研究区域冬小麦生产的影响。 第3部分,选择GISS Transient Run(气候渐变模型)的有关网格点值,采用上述第2部分同样的方法,生成了研究区域未来50年内(即2010年、2030年和2050年)兼顾气候及其变率变化的气候渐变情景,并结合CERES-Wheat的模拟结果,分析了气候及其变率变化对研究区域冬小麦生产的阶段性影响,并应用GIS软件,对各代表性样点的有关模拟结果进行了图像显示。 以下是本研究的主要结论: 1.研究区域小麦生长期的气候,自20世纪60年代末已开始变暖,变暖趋势在80年代以后日益明显;随着温度的上升,太阳辐射总量逐渐减少,温度变率呈增大的趋势;虽然降水总量没有明显变化,但自20世纪80年代以后,降水变率亦呈增大趋势,其不稳定性甚于温度变率的变化。 2.在(2×CO_2)条件下,气候增暖将明显缩短小麦生育期的天数,这将对小麦产量带来不利的影响,但CO_2浓度增长和气候变率变化对小麦生育期几乎 没有影响。当综合考虑气候变化和C伍浓度的直接影响(CC+PE)时,3种GCMs 情景下灌溉小麦的模拟产量在绝大多数样点都增加了,这主要是因为CO:增益 作用很大程度上可以抵消生育期缩短带来的减产效应。但随着气候变率的增大, 模拟产量的增幅明显变小,产量变异系数增大,稳产性变差。各情景下雨育小 麦的模拟结果总体上与灌溉小麦相似,但各样点之间产量变化幅度差异较大,且 稳产性明显低于灌溉小麦。 3.未来50年,如果仅考虑气候变化的间接影响(CC),在2010年和加30 年情景下,灌溉小麦除在研究区域北部个别样点略有增产外,在其余样点均明 显减产,在2050年情景下,则全部减产;雨育小麦在研究区域北部和南部产量 变化的差异较大,主要是模拟降水量的地区性差异造成的;无论灌溉小麦还是 雨育小麦,气候变率增大对小麦产量均有负面影响。如果考虑CC+PE影响,灌 溉小麦和雨育小麦的模拟产量都将明显提高,但气候变率的增大仍不利于小麦 的稳产性。


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