气候变化下作物需水量研究

论文摘要

全球气候变化问题已引起各国政府、研究机构和公众的广泛关注。在气候变化的相关研究邻域中,评估气候变化的影响是非常重要的内容。气候变化会对作物的生长产生影响,进而影响作物需水。作物需水关系到粮食安全、水资源可持续利用等重要问题,所以开展气候变化条件下的作物需水研究有十分重要的意义。在不考虑土壤水分胁迫的情况下,作物需水量可由参考作物腾发量乘以作物系数得到。本文采用大气环流模式MIROC-hires模拟的历史情景20C3M和未来情景SRA1B、SRB1下的气象条件,应用FAO Penman-Monteith公式计算参考作物腾发量;以SAGE提供的全球作物分布情况结合FAO提供的作物系数,并根据气候带区分同种作物生长状况上的差异,获得各个网格上的综合作物系数,从而计算出历史情景与未来情景的作物需水量。根据作物需水量与降水量,可以得到作物灌溉需水量。本文以USDA-SCS经验公式计算有效降水,并假定几种可能的月内分布情况,以旬为步长计算不同情景的灌溉需水量。计算结果表明:在历史情景20C3M的最近60年中,全球范围内的参考作物腾发量主要呈下降趋势,原因是辐射的减少和相对湿度的增加,但存在区域差异;未来情景SRA1B和SRB1中,95%以上的陆地面积上参考作物腾发量是呈上升的趋势,主要原因是全球性的气温增加。两种情景相比,全球平均参考作物腾发量的变化速率在SRA1B下约为每10年上升20mm,SRB1下约为10mm。作物需水量的变化趋势与参考作物腾发量的变化趋势一致,在SRA1B情景下,未来50年全球平均作物需水量增加约9%,我国增加约5%。由于作物需水量增加地区的降水量主要呈下降趋势,全球灌溉需水量的增加趋势较作物需水量更为显著,在SRA1B情景下,未来50年全球平均灌溉需水量增加约15%,我国的情况有所不同,灌溉需水量增加不明显,约为3%,灌溉需水量的增加主要发生在华北与东北南部。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 气候变化背景
• 1.2.2 作物耗水与腾发量
• 1.2.3 气候变化对作物生长及产量影响
• 1.2.4 气候变化下的作物需水
• 1.3 研究目标、内容与方法
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容与方法
• 第2章 气候变化情景与模式
• 2.1 气候变化情景
• 2.2 大气环流模式
• 2.3 MIROC-hires 模式
• 第3章 气候变化下的参考作物腾发量
• 3.1 参考作物腾发量的定义
• 3.2 参考作物腾发量的计算
• 3.2.1 大气参数
• 3.2.2 气温
• 3.2.3 空气湿度
• 3.2.4 辐射
• 3.2.5 风速
• 3.3 参考作物腾发量的空间降尺度
• 3.3.1 尺度问题及空间降尺度方法
• 3.3.2 线性插值方法
• 3.4 各情景下的参考作物腾发量
• 3.4.1 历史情景下的参考作物腾发量
• 3.4.2 未来情景下的参考作物腾发量
• 3.4.3 参考作物腾发量的变化原因分析
• 3.4.4 参考作物腾发量的年内分布变化
• 第4章 气候变化下的作物系数
• 4.1 作物系数的定义
• 4.2 作物系数的计算
• 4.2.1 影响作物系数的因素
• 4.2.2 作物系数曲线
• 4.2.3 气候变化对作物系数的影响
• 4.3 全球作物分布
• 4.3.1 SAGE 作物分布
• 4.3.2 柯本气候分类
• 4.3.3 轮作作物
• 4.4 各情景下的作物系数
• 第5章 气候变化下的作物需水
• 5.1 各情景下的作物需水
• 5.2 作物需水变化趋势
• 5.3 作物需水的年内分布
• 第6章 气候变化下的灌溉需水量
• 6.1 灌溉需水量及有效降水
• 6.1.1 灌溉需水量
• 6.1.2 有效降水及其影响因素
• 6.1.3 有效降水的计算
• 6.2 作物需水月内分布
• 6.3 各情景下的灌溉需水量及其变化趋势
• 第7章 结论及展望
• 7.1 主要成果
• 7.1.1 气候变化下的参考作物腾发量
• 7.1.2 气候变化下的作物系数与作物需水量
• 7.1.3 气候变化下的灌溉需水量
• 7.2 主要结论
• 7.2.1 气候变化下的参考作物腾发量
• 7.2.2 气候变化下的作物需水
• 7.2.3 气候变化下的灌溉需水量
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 作物生育期和作物系数
• 附录B 生成旬作物需水和有效降水的随机数序列
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果