多模式气候预估对华北冬小麦产量模拟的不确定性分析

基于CMIP5的多模式气候预估资料,应用集合方法,评估了未来中国华北地区冬小麦产量受气候变化影响的不确定性,并给出未来中国华北冬小麦增产或减产可能的概率。利用CMIP5的15个全球气候模式2006-2030年4种排放情景的54组逐日气候预估结果,运用CERES-Wheat模型模拟了未来华北地区冬小麦的产量。结果表明,气温的预估结果较好,降水量和太阳辐射的气候预估值的不确定性较大。河北、山东和河南的3个代表点小麦产量的模拟集合表明,未来冬小麦产量年际波动较大,以弱增产的概率为主,但是随气候变化的冬小麦产量的低产概率明显上升。最后本文还给出了2011-2030年间华北地区冬小麦产量不同等级的概率分布。     

中国粮食生产的综合影响因素分析

采用模型模拟的方式, 根据中国社会发展规划, 将未来社会经济发展情景与区域气候模型、水资源模型和作物模型相连接, 综合评估和分析未来中国的粮食生产状况, 以期为宏观决策提供科学参考。结果表明, ①气候变化将影响未来三大作物单产, 如果不考虑 CO₂ 肥效作用, 未来雨养作物单产将受到更大冲击; 当灌溉条件保障后, 水稻受到冲击更大, 单产降低最多, 尤其是 A2 情景。如果考虑 CO₂ 肥效作用, 未来玉米平均单产变化不大, 小麦单产明显增加, 尤其是雨养小麦, 水稻单产也有所增加。②未来气候变化、水资源、社会经济发展将影响中国三大作物的需水量和农业供水量, 导致水稻、灌溉玉米和小麦的播种面积下降, 而雨养小麦和玉米的播种面积上升。③未来气候变化、 CO₂ 肥效、水资源和土地利用变化对粮食生产的影响较为复杂, 依情景和时段的不同而不同。农业可用水资源对粮食总产的影响最不利, 致使三大作物粮食总产量明显降低, 成为未来粮食生产的主要限制因素, 尤其是水稻生产; 土地利用对总产的负面影响最小; 气候变化和 CO₂ 的相互作用可使总量少许增加。未来各情景下水稻受到冲击最大, 而小麦和玉米则表现为不同程度的增产。     

我国玉米对气候变化的敏感性和脆弱性研究

文章利用英国Hadley中心PRECIS模型输出的B2气候情景格点数据,输入CERES_Maize作物模型,对我国未来(2 070 s)不同格点玉米产量进行预测,并依据产量的变化率和GIS技术对我国未来玉米气候变化的敏感性和脆弱性进行研究,找出了未来我国玉米的气候变化敏感区和脆弱区,对指导我国不同玉米生产区有效适应未来气候变化具有重要的科学意义。     

气候变化情景下中国自然生态系统脆弱性研究

本研究以动态植被模型LPJ 为主要工具,以区域气候模式工具PRECIS 产生的A2、B2和A1B情景气候数据为输入,模拟了未来气候变化下中国自然生态系统的变化状况,应用脆弱性评价模型,评估中国自然生态系统响应未来气候变化的脆弱性。结果表明:未来气候变化情景下中国东部地区脆弱程度呈上升趋势,西部地区呈下降趋势,但总体上,中国自然生态系统的脆弱性格局没有大的变化,仍呈现西高东低、北高南低的特点。受气候变化影响严重的地区是东北和华北地区,而青藏高原区南部和西北干旱区受气候变化影响,脆弱程度明显减轻。气候变化情景下的近期气候变化对我国生态系统的影响不大,但中、远期气候变化对生态系统的负面影响较大,特别是在自然条件相对较好的东部地区,脆弱区面积增加较多。     

气候变化对小麦生物量影响的概率预测和不确定性分析

气候变化对农业生产的影响和适应一直是学界关注的重点。但是,由于气候模式输出、排放情景、尺度转换、模型参数化等研究过程中存在的不确定性,往往导致研究结果也存在较大的不确定性。为减少研究结果的不确定性,本研究综合了IPCC 四个排放情景(A1FI、A2、B1、B2) 以及5 个全球气候模式(HadCM3, PCM, CGCM2, CSIRO2, ECHAM4) 的输出结果,基于英国CRU 气候中心的20 个未来情景数据库,生成全球平均温度升高1℃(GMT+1D)、2℃ (GMT+2D)、3℃ (GMT+3D) 下研究站点的气候日值中值情景数据,利用过程模型CERES-Wheat 和概率预测方法研究CO₂肥效作用和GMT+1D、GMT+2D、GMT+3D对我国小麦主产区小麦生物量的影响。研究结果表明:CO₂肥效作用可以补偿由于温度升高而造成的小麦生物量减产且补偿作用随着温度的升高而增加。当有CO₂肥效作用时,灌溉小麦和雨养小麦生物量均增加,且随着温度的升高生物量的增长程度增大,相同情景下,雨养小麦生物量的增高概率大于灌溉小麦。当不考虑CO₂肥效作用时,灌溉小麦和雨养小麦生物量均降低,且灌溉小麦生物量减产的概率大于雨养小麦减产概率。     

Impacts of climate change in Central Planins of China： on winter wheat yield Case study of Shangqiu

为探明气候变化对商丘地区冬小麦产量的影响,根据1991～2010商丘市气候资料和小麦产量资料,利用数学统计与Thornthwaite Memoriae模型,结合未来气候预测结果定量分析了气候变化对冬小麦产量的影响。结果表明,冬小麦产量整体上呈波动上升趋势;主成分分析表明,气温、降水量、蒸发量与极端温度为影响冬小麦产量的主要气候因子,蒸发量过大及极端低温对冬小麦生产不利。商丘地区“暖湿型”气候有利于冬小麦生产力的提高,“冷干型”气候对冬小麦生产最为不利;未来几十年内气候可能将向“暖湿型”变化,对商丘地区粮食作物产量的提升较为有利。     

中原腹地气候变化对冬小麦产量的影响——以商丘地区为例

为探明气候变化对商丘地区冬小麦产量的影响,根据1991～2010商丘市气候资料和小麦产量资料,利用数学统计与Thornthwaite Memoriae模型,结合未来气候预测结果定量分析了气候变化对冬小麦产量的影响。结果表明,冬小麦产量整体上呈波动上升趋势;主成分分析表明,气温、降水量、蒸发量与极端温度为影响冬小麦产量的主要气候因子,蒸发量过大及极端低温对冬小麦生产不利。商丘地区"暖湿型"气候有利于冬小麦生产力的提高,"冷干型"气候对冬小麦生产最为不利;未来几十年内气候可能将向"暖湿型"变化,对商丘地区粮食作物产量的提升较为有利。     

气候变化对石羊河、大凌河流域灌溉玉米生产的影响

全球气候变化及其影响越来越受到广泛关注,生态环境已相对恶化的地区未来将可能更加脆弱.选取生态环境已十分脆弱的石羊河和大凌河流域,采用区域气候模式与CERES-Maize模型相结合的方法,模拟分析了基准气候(BS,1961-1990年)和A2、B2两种气候变化情景下2011-2100年2个流域灌溉玉米生产的变化,以了解未...     

全球气候变化影响下中国农业产量的可持续性

气候变化的区域影响愈益成为具有挑战性的问题,尤其是气候变化对农业产量可持续性的影响已引起广泛的关注。基于全示气候变化对中国的影响和区域气候变率分析,提出了粮食气候产量形成模型,半将其应用于黄淮海地区冬小麦小分条件和产量研究,同时对全球气候变化情形下冬小麦产量的变化做出评价。     

黄河源区径流对气候变化的响应及未来趋势预测

利用1956-2010 年黄河源区流域水文、气象观测数据和2010-2030 年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,通过分析流量的演变规律和揭示气候归因,预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明：近55 年来黄河源区年平均流量总体呈减少趋势,并具有5a、8a、15a、22a 和42a 的准周期变化;南海夏季风减弱引起流域降水量的减少与全球变暖背景下蒸发量的增大和冻土的退化是导致黄河源区流量减少的气候归因;根据区域气候模式系统PRECIS预测结果,未来20 年黄河源区流量变化趋势可能仍以减少为主。     

Impacts of climate change on winter wheat growth in Panzhuang Irrigation District, Shandong Province

Global climate change has significant impacts on agricultural production. Future climate change will bring important influences to the food security. The CERES-Wheat model was used to simulate the winter wheat growing process and production in Panzhuang Irrigation District (PID) during 2011–2040 under B2 climate scenario based on the Special Report on Emissions Scenarios (SRES) assumptions with the result of RCMs (Regional Climate Models) projections by PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies) system introduced to China from the Hadley Centre for Climate Prediction and Research. The CERES-Wheat model was calibrated and validated with independent field-measured growth data in 2002–2003 and 2007–2008 growing season under current climatic conditions at Yucheng Comprehensive Experimental Station (YCES), Chinese Academy of Sciences (CAS). The results show that a significant impact of climate change on crop growth and yield was noted in the PID study area. Average temperature at Yucheng Station rose by 0.86℃ for 1961–2008 in general. Under the B2 climate scenario, average temperature rose by 0.55℃ for 2011–2040 compared with the baseline period (1998–2008), which drastically shortened the growth period of winter-wheat. However, as the temperature keep increasing after 2030, the top-weight and yield of the winter wheat will turn to decrease. The simulated evapotranspiration shows an increasing trend, although it is not very significant, during 2011–2040. Water use efficiency will increase during 2011–2031, but decrease during 2031–2040. The results indicate that climate change enhances agricultural production in the short-term, whereas continuous increase in temperature limits crop production in the long-term.     

气候变化对山东省潘庄灌区冬小麦生长的影响(英文)

Global climate change has significant impacts on agricultural production.Future climate change will bring important influences to the food security.The CERES-Wheat model was used to simulate the winter wheat growing process and production in Panzhuang Irrigation District(PID) during 2011-2040 under B2 climate scenario based on the Special Report on Emissions Scenarios(SRES) assumptions with the result of RCMs(Regional Climate Models) projections by PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies) system introduced to China from the Hadley Centre for Climate Prediction and Research.The CERES-Wheat model was calibrated and validated with independent field-measured growth data in 2002-2003 and 2007-2008 growing season under current climatic conditions at Yucheng Comprehensive Experimental Station(YCES),Chinese Academy of Sciences(CAS).The results show that a significant impact of climate change on crop growth and yield was noted in the PID study area.Average temperature at Yucheng Station rose by 0.86℃ for 1961-2008 in general.Under the B2 climate scenario,average temperature rose by 0.55℃ for 2011-2040 compared with the baseline period(1998-2008),which drastically shortened the growth period of winter-wheat.However,as the temperature keep increasing after 2030,the top-weight and yield of the winter wheat will turn to decrease.The simulated evapotranspiration shows an increasing trend,although it is not very significant,during 2011-2040.Water use efficiency will increase during 2011-2031,but decrease during 2031-2040.The results indicate that climate change enhances agricultural production in the short-term,whereas continuous increase in temperature limits crop production in the long-term.     

温度升高和CO2浓度增加对冬小麦生物量的影响和不确定性分析（英文）

Impacts of climatic change on agriculture and adaptation are of key concern of scientific research. However, vast uncertainties exist among global climates model output, emission scenarios, scale transformation and crop model parameterization. In order to reduce these uncertainties, we integrate output results of four IPCC emission scenarios of A1FI, A2, B1 and B2, and five global climatic patterns of HadCM3, PCM, CGCM2, CSIRO2 and ECHAM4 in this study. Based on 20 databases of future climatic change scenarios from the Climatic Research Unit (CRU) , the scenario data of the climatic daily median values are generated on research sites with the global mean temperature increase of 1 ℃(GMT+1D), 2 ℃ (GMT+2D) and 3 ℃(GMT+3D). The impact of CO2 fertilization effect on wheat biomass for GMT+1D, GMT+2D and GMT+3D in China’s wheat-producing areas is studied in the process model, CERES-Wheat and probabilistic forecasting method. The research results show the CO2 fertilization effect can compensate reduction of wheat biomass with warming temperature in a strong compensating effect. Under the CO2 fertilization effect, the rain-fed and irrigated wheat biomasses increase respectively, and the increment of biomass goes up with temperature rising. The rain-fed wheat biomass increase is greater than the irrigated wheat biomass. Without consideration of CO2 fertilization effect, both irrigated and rain-fed wheat biomasses reduce, and there is a higher probability for the irrigated wheat biomass than that of the rain-fed wheat biomass.     

未来气候情景下我国北方地区干旱时空变化趋势

干旱是我国北方地区最为突出的环境问题。根据WCRP耦合模式输出的未来气候变化逐月资料,基于降水-蒸发力标准化干旱指数（SPEI）,分析了IPCC SRES A1B、A2和B1三种情景下,2011-2050年我国北方地区干旱状况的时空变化趋势。结果表明：中国北方地区未来40 a呈现干旱化倾向,其中轻度和中度季节性干旱发生频率降低,重度和极端季节性干旱发生频率增加,增温引起的地表蒸发增加是极端干旱频发的主要原因。A1B、B1和A2情景下,2040s整个北方地区极端干旱频率增加、强度增强、影响范围明显扩大。极端干旱的增加可能给农业生产带来风险,采取有效应对措施,将有利于区域农业的可持续发展。     

气候与土地利用变化对汉江流域径流的影响

作为联结大气圈和地圈的纽带,水文循环同时承受气候变化和土地利用/覆被变化（LUCC）的双重影响,然而大多数的水文响应研究主要关注未来气候变化对径流的影响,忽略了未来LUCC的作用。因此,本文的研究目的是评估未来气候变化和LUCC对径流的共同影响。首先采用2种全球气候模式（BCC-CSM1.1和BNU-ESM）输出,基于DBC降尺度模型得到未来气候变化情景;然后,利用CA-Markov模型预测未来LUCC情景;最后,通过设置不同的气候和LUCC情景组合,采用SWAT模型模拟汉江流域的未来径流过程,定量评估气候变化和LUCC对径流的影响。结果表明：① 未来时期汉江流域的年降水量、日最高、最低气温相较于基准期（1966—2005年）,在RCP 4.5和RCP 8.5浓度路径下,分别增加4.0%、1.8 ℃、1.6 ℃和3.7%、2.5 ℃、2.3 ℃;② 2010—2050年间,流域内林地和建设用地的面积占比将分别增加2.8%和1.2%,而耕地和草地面积占比将分别减少1.5%和2.5%;③ 与单一气候变化或LUCC情景相比,气候变化和LUCC共同影响下的径流变化幅度最大,在RCP 4.5和RCP 8.5浓度路径下未来时期年平均径流分别增加5.10%、2.67%,且气候变化对径流的影响显著大于LUCC。本文的研究结果将有助于维护未来气候变化和LUCC共同影响下汉江流域的水资源规划与管理。     

IPCC-AR4模式对中国21世纪气候变化的情景预估

利用政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告提供的13个新一代气候系统模式的模拟结果,分析了不同情景下(高排放SRES A2、中等排放A1B、低排放B1)中国区域未来100年的气候变化。结果表明,21世纪中国气候预估显著变暖、变湿,世纪末变暖范围在1.6℃~5℃之间,年降水量增加1.5%~20%。在A2、A1B和B1情景下,21世纪末期增暖幅度依次为5.3℃、4.3℃和2.8℃,平均3.5℃,年降水量预估增加依次为11%、9.6%和6.4%,平均达7.5%。气温和降水变化的地理分布显示:北方增温幅度大于南方,降水的增加也主要集中在北方。冬季变暖最明显,降水则在冬、春季增加较显著。模式预估结果的不确定性分析表明,新一代全球系统模式对21世纪中国气候变化预估的可靠性得到了提高。