未来气候变化情景下中国主要粮食作物生产模拟

摘要

大气中温室气体浓度的增加将导致全球气候变暖,这是气候数值模拟研究得出的重要结论.气候变化必将给社会经济各方面带来许多新问题.农业是国民经济的基础,是百业之首,特别是对于中国这个人口大国来说,农业更是重中之重.为了加强对气候变化影响的认识,为政府决策部门、环境外交提供充足的科学依据.该文运用国际先进的模拟技术,开展气候变化对中国主要粮食作物的数值模拟研究,对科学地回答气候变化对中国主要粮食作物、粮食安全的影响具有重要的意义和实用价值.研究选用了区域模拟的方法从微观角度定量的分析了气候变化对中国未来粮食生产的影响.研究中选择了IPCC颁布的最新温室气体和二氧化硫排放方案(SRES)中的A2和B2方案,利用时空分辨率较高的区域气候模式产生当前和未来长时间序列的逐日天气数据,结合区域作物模型和GIS技术,在50×50公里网格的基础上对中国三大粮食作物-水稻、小麦和玉米的单产、总产以及分布地域变化进行了定量评价,结合IPCC SRES中对中国社会经济发展的定义,对未来中国粮食安全问题进行了论述.针对大多数作物模型局限于单点状况模拟的情况,以作物模型区域化应用的理论依据为基础,利用区域气候模式产生的高分辨率逐日气象资料,结合网格化的作物参数、土壤特性参数和作物管理参数,组建了以CERES系列模型为内核的区域作物模式-RCMCA,并相继在站点水平和区域水平上对模拟结果进行了检验.并利用该模式模拟了IPCC SRES A2和B2温室气体排放方案下2020s,2050s和2080s三个时段中国三种主要粮食作物相对于基准气候情景(1961-1990)下单产和总产的变化值,并对未来气候变化下中国水稻的地域分布变化进行了分析,最后结合三大作物的产量变化和中国社会、经济、人口的预测,对气候变化情景下2080s中国粮食安全问题进行了阐述.结果表明:●A2和B2两种温室气体排放方案下,中国各地的平均气温将会大幅度上升,降水也会不同程度地增加,温度降水变化的地域分布不尽相同.●如果模拟中不考虑CO<,2>对作物的直接肥效作用,两种排放方案下,中国三种作物的单产和总产水平都会下降,单产下降幅度最大的是小麦,幅度最小的是玉米.下降幅度最大的时段是2080s,最小的时段是2020s.灌溉可以明显降低三种作物产量的下降幅度,甚至可以使部分时段的产量少许上升,但整体上不能阻止产量的下降.总产以玉米产量下降最多,小麦产量下降最少.●如果考虑CO<,2>对作物的直接肥效作用,两种排放方案下,中国三种作物的单产和总产水平有增有减,水稻在A2方案下单、总产都增加,B2方案下都下降,小麦在两种排放方案下和三个时段单、总产都上升,玉米在两种排放方案下雨养玉米的单、总产上升,灌溉玉米的单、总产均下降.●产量变化的地域分布方面,主要产粮区的产量大多下降,而非主产区的产量反而上升.●如果单独考虑气候变化的影响,未来中国可持续发展的粮食安全不会存在问题,但如果考虑人口的增涨和经济的发展,对于最悲观的温室气体排放方案A2,除非农业技术对产量的年贡献率达1﹪,未来中国可持续发展的粮食供给才可以保障.

目录

文摘

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第一章引言

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究进展

1.3研究内容、研究方法、技术路线

1.4研究中的创新点

第二章社会经济情景和气候情景的构建

2.1社会经济情景的构建

2.2利用区域气候模式构建区域气候情景

2.3 IPCC SRES中社会经济情景的选择和相应气候变化情景描述

2.4情景构建的不确定性分析

第三章区域作物模式和所需空间数据库的组建

3.1区域作物模型

3.2空间数据库的建立

3.3不确定性分析

第四章主要计算方法和模拟过程

4.1遗传参数的确定

4.2气候情景下产量计算方法

4.3对粮食安全评估的考虑

第五章模拟结果的验证

5.1基于站点的田间试验与模拟结果的比较

5.2利用RCM气候情景进行影响评价方法论的探讨

5.3基于网格的模拟结果与统计结果的比较

第六章全球气候变化对我国主要粮食作物生产的影响

6.1未来不同温室气体排放情景下我国气候的变化趋势

6.2气候变化对我国水稻生产的影响

6.3气候变化对我国小麦生产的影响

6.4气候变化对我国玉米生产的影响

6.5气候变化对我国粮食安全的影响

第七章主要结论与今后的研究

7.1主要结论

7.2研究的特色和创新之处

7.3研究中存在的问题及今后工作

参考文献

致谢

附录

作者简历