东北春玉米高温-干旱复合作用下减产风险评估及品种适应
文献类型：学位论文
| 作者 | 张传伟 |
| 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 | 刘燕华 ; 吴绍洪 ; 高江波 |
| 关键词 | 复合高温-干旱 风险评估 品种适应 APSIM 东北 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 在全球变暖的背景下，极端天气气候事件发生频率和强度在不断增加，高温、 干旱等极端事件顺次发生、同时发生的概率不断提高，对科学防灾减灾提出了更 高的要求和更严峻的挑战。高温和干旱是影响粮食生产最为频繁的极端事件，而 高温-干旱复合极端事件通常比单一极端事件造成的损失更加严重。近年来，高 温-干旱复合极端事件的研究正在成为新的研究热点，但是目前仍以事件本身的 规律与特征研究为主，高温-干旱复合极端事件作用下的粮食生产风险评估仍然 不足，单一极端事件的粮食生产风险评估已经难以满足应对气候变化的新需求。 本文聚焦于高温-干旱复合极端事件作用下的减产风险评估，选取东北春玉 米为研究对象，以春玉米生产的高温-干旱复合极端事件“时空演变特征-产量效 应-减产风险-品种适应”为研究主线。论文基于耦合模型比较计划阶段六的 4 个 共享社会经济路径（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0 和 SSP5-8.5）和 6 个气候模 式数据识别并量化了东北地区春玉米生产面临的高温-干旱复合极端事件的频率、 持续时间和强度。利用 APSIM 作物模型在区域尺度模拟了 4 种气候情景和 6 个 气候模式组合下的 1981-2100 年东北春玉米产量，综合考虑反映平均气候状态和 极端气候状态变化的因子构建机器学习模型，识别了高温-干旱复合极端事件对 春玉米产量的驱动作用和产量效应。基于自然灾害风险评估框架，综合考虑春玉 米生产的高温-干旱复合极端事件危险性、暴露度和脆弱性，评估气候变化情景 下春玉米减产风险，并进一步探讨了通过优化选择现有品种资源适应未来气候变 化的潜力，主要研究结果和结论如下： （1）未来气候情景下东北地区高温-干旱复合极端事件的频率、持续时间和 强度都在增加。以 1950-2014 年作为参照，2015-2100 年 SSP1-2.6、SSP2-4.5、 SSP3-7.0 和 SSP5-8.5 情景下频率分别提高 1.0 倍、1.4 倍、2.0 倍和 2.2 倍；持续 时间分别提高 1.2 倍、2.0 倍、3.2 倍和 4.3 倍；强度分别提高 2.3 倍、3.0 倍、4.2 倍和 4.7 倍。尽管东北地区在未来气候条件下降水量呈增加趋势，但是温度增加 将导致地表潜在蒸散量增加，从而导致水分亏缺量增加。总体而言，东北地区干 旱事件发生频率呈微弱增加趋势，但是温度增加显著提高了高温事件以及高温干旱复合极端事件的发生频率。因此，温度增加将成为东北地区高温-干旱复合 极端事件频率及强度变化的主导因素。 （2）气候变化降低春玉米产量，高温-干旱复合极端事件是驱动春玉米产量 变化的决定性因子。基于 APSIM 作物模型模拟的 0.25°×0.25°分辨率不同气候情 景下春玉米产量变化结果显示，与参考期（1995-2014）相比，近期（2021-2040） 产量损失为 1.7%~5.5%（范围描述了不同 SSP 情景间的差异），中期（2041-2060）产量损失为 2.6%~12.7%，远期（2081-2100）产量损失为 3.0%~31.9%，减产幅度 随辐射强迫等级提高而增加。松嫩平原、辽河平原以及东部山前平原地区是产量 损失最为严重的地区。高温-干旱复合极端事件强度是驱动春玉米产量变化的主 导因子，其次为最高温度和高温事件强度。特别是在高排放情景下（SSP5-8.5）， 干旱强度降低可在一定程度上缓解气候变化对产量造成的负面影响，但是其对产 量的缓解效应远低于高温-干旱复合极端事件强度和最高温度增加带来的负面效 应。因此，未来气候条件下通过灌溉措施缓解气候变化的对东北春玉米产量的负 面影响可能效果有限，降低其高温影响是降低减产幅度的重要途径。 （3）高温-干旱复合极端事件的减产风险增加，降低春玉米生长发育对高温 -干旱复合极端事件的暴露程度是缓解风险的关键。以 1950-2014 年作为参照， 2015-2100 年 SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0 和 SSP5-8.5 情景下高温-干旱复合极 端事件危险性分别提高 1.5 倍、2.0 倍、2.6 倍和 3.3 倍；暴露度增加提高 1.4 倍、 2.0 倍、3.2 倍和 4.3 倍；脆弱性变化相对较小，分别提高 0.2 倍、0.2 倍、0.3 倍 和 0.5 倍。总体来看，高温-干旱复合极端事件的减产风险增加，且暴露度增加是 风险增加的主要原因。高风险区域主要集中在松嫩平原、辽河平原和西部半干旱 丘陵地带，并且随着辐射强迫增加，高风险区域由西向东扩张。在最高排放情景 下，三江平原也面临高减产风险。 （4）未来气候条件下，气温升高给东北地区带来更多的热量资源，可以通 过优化品种选择和播种日期应对气候变化。与参考期（1995-2014 年）相比，在 近期，通过优化品种选择和播种日期措施可以使春玉米产量提高 3.1%~10.4%， 产量适应效率（优化品种选择和播种日期下的产量变化与无适应措施下产量变化 的差值）为 12.1%~17.9%；在中期，通过优化品种选择和播种日期可以使春玉米 产量提高 2.4%~8.1%，产量适应效率为 18.2%~23.1%；在远期，仅在 SSP1-2.6 情 景下可以通过优化品种选择和播种日期使春玉米产量提高 2.9%，产量适应效率 为 15.3%~33.8%。因此，尽管优化品种选择和播种日期对未来气候条件下的产量 增加幅度随着年代的推移在减小，但是其对产量的适应效率在逐步提高。未来通 过优化品种选择适应气候变化的高风险区域主要集中在东部山前平原、松嫩平原 和辽河平原，这些地区可能需要引入或者培育新品种以满足适应气候变化的需求。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 165 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209328]  |
| 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 | 张传伟. 东北春玉米高温-干旱复合作用下减产风险评估及品种适应[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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