复合极端事件对小麦单产的影响及典型区域风险评估
文献类型：学位论文
| 作者 | 童苗 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 戴尔阜 |
| 关键词 | 复合极端事件 暴露度 小麦 单产 风险评估 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 小麦作为最重要的粮食作物之一，在世界各地广泛种植，其生产的稳定性直接关系到全球粮食安全。由于全球气候变化，极端气候事件频率及强度增加，复合极端事件增多，温度及湿度相关的复合极端事件对小麦生长的影响尤为显著，增加了小麦生产的风险。当前的复合极端事件研究缺乏对小麦生长特征的考虑，小麦生长期内复合极端事件的时空变化规律有待研究。此外，复合极端事件相关的研究主要集中在暖-干复合极端事件，对暖-湿、冷-干及冷-湿复合极端事件的研究较少，多种复合极端事件对小麦的综合影响研究较为缺乏。作物模型是评估未来气候变化对小麦生产影响的主要工具，但对极端气候事件影响的量化还存在不足。科学认识小麦生长期内复合极端事件的动态规律和风险特征，对制定有效的适应措施、保障小麦的稳定生产具有重要意义。 本研究采用气温、土壤湿度及小麦收获日期等数据，量化复合极端事件的天数、严重性、频率及暴露度，再结合趋势分析、回归分析、机器学习算法以及多模式集合预估等方法，首先在全球尺度上分析了小麦生长期内多种复合极端事件的时空特征，探究了复合极端事件对小麦单产的影响及响应规律，然后以“一带一路”地区为例，评估了1.5℃升温情景下的小麦风险，主要结论如下： （1）量化了1982-2015 年发生在小麦生长期内的复合极端事件（冷-干、冷-湿、暖-干、暖-湿）的天数、严重性、频率和暴露度的时空变化特征。发现近期（1999-2015年）小麦生长期暖-干复合极端事件的天数、严重性、频率及暴露度约为其余三种复合极端事件的3~9倍。且随着变暖的加剧，全球大部分地区暖-干复合极端事件出现地更加频繁，强度更强，持续天数更长，暴露范围更大。与之相反的是，冷-湿复合极端事件的频率、严重性、天数及暴露范围均降低。冷-干及暖-湿复合极端事件的天数、严重性、频率和暴露度无明显变化趋势。研究发现小麦对复合极端事件的暴露度与厄尔尼诺-南方涛动有一定关系，El Niño年与干旱有关的复合极端事件（冷-干及暖-干）的暴露度通常较La Niña年更低，而与湿润相关的复合极端事件（冷-湿及暖-湿）的暴露度较La Niña年更高。 （2）探究了复合极端事件与小麦单产之间的影响及响应规律。发现全球近90%的地区小麦单产呈上升趋势，且生产力越高的区域小麦单产增长速度越快。研究量化了复合极端事件（冷-干、冷-湿、暖-干、暖-湿）对小麦单产波动的相对贡献，发现以暖-干复合极端事件为主要影响因子（相对贡献超过50%）的地区占小麦总种植区面积的比例达到32.09%，其余三种复合极端事件对应的比例在4.20%到6.26%之间。对全球大部分地区（面积比例约55%）而言，暖-干复合极端事件对小麦单产波动的贡献最大。在全球约89%的小麦种植地区，小麦单产与暖-干复合极端事件的严重性呈负相关关系，小麦单产对暖-干复合极端事件的敏感性（以下简称“敏感性”）也以负值为主，表明暖-干复合极端事件对全球大范围的小麦生产均有不利影响。研究基于极端梯度提升算法探究了气候、土壤及管理措施等对敏感性的调控作用，发现这些非生物因素可以解释一半以上的敏感性差异（R2约0.56），其中最主要的三个因素为年降水量、土壤pH值和灌溉比率，对应的特征重要性分别为0.22、0.13和0.10，大部分因素与敏感性之间存在非线性关系。 （3）揭示了“一带一路”地区平均气温升高和复合极端事件增多影响下的小麦风险格局。研究基于多模式集合数据量化了单产在1.5℃升温时期的相对变化，发现相对于中高纬度地区，低纬度地区的小麦单产下降幅度更大，且这种不利影响无法通过CO2的肥效作用抵消。在纬度较高及小麦种植较少的地区，模型不确定性更高，且这种不确定性主要来自作物模型。估算了1.5℃升温情景下“一带一路”地区小麦减产可能性，发现减产风险较大的区域主要位于南亚、俄罗斯西部地区。相对于基准期（1986-2005年），1.5℃升温时期大部分地区小麦暖-干、暖-湿复合极端事件的天数、严重性及频率都明显增加。两种复合极端事件的暴露度也明显高于基准期，且由短期（3≤天数<7）暴露为主转变为以长期（天数≥7）暴露为主。研究揭示出1.5℃升温时期暖-干、暖-湿复合极端事件的风险格局。其中暖-干复合极端事件的高风险地区约占“一带一路”地区小麦面积的16.28%，主要分布于东欧、中亚北部、南亚北部。暖-湿复合极端事件的高风险地区对应面积比例约为21.02%，主要位于印度半岛、俄罗斯北部及中国华北平原等。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 146 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209320]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 童苗. 复合极端事件对小麦单产的影响及典型区域风险评估[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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