Agr. Water Manage丨伊朗加兹温平原RCPs情景下气候变化对玉米水足迹影响的评估

论文内容

研究背景：

气候变化和温度升高现象是现如今最重要和关键的问题之一，且气候变化影响到农业、林业、水、工业、旅游、能源等各个领域。作物生产直接依赖于气候条件，而气候决定了生产的来源和农业活动的生产力。因此，长期预测气候变量并采取必要措施缓解气候变化的不利影响已被世界各地的许多研究者所考虑。为此目的，开发了大气公共环流模型。大气环流模型不能直接使用，使用前必须进行微尺度放大。博览会微观尺度方法一般分为动态和统计两大类。动态微尺度模型包括MM 5、REGCM 3、PRECIS。对于各种统计微尺度模型，我们可以命名为Climate Generator (CLIGEN)、Long Ashton Research Station Weather  Generator (LARS WG)、Automated statistical Downscaling (ASD)、statistical Downscaling Model (SDSM)。当需要更低的成本和更快的评估影响气候变化的因素时，统计方法比动态方法有更多的优势和能力。

研究内容：

气候变化对农业的影响主要取决于温度(T)和降水(P)两个变量。本研究采用 LARS-WG 模型分别生成 2021-2040、2041-2060、2061-2080和2081-2100的三种情景(RCP  2.6、RCP 4.5和RCP  8.5)，并利用模型在基准(1986-2015)下对卡兹文平原的降水(P)、最低气温(Tmin)、最高气温(Tmax)进行了模拟和评价。结果表明，用 LARS-WG模型模拟的Tmin和Tmax 与Qazvin 疼痛数据的解释系数高度相关。利用 Aqua Crop 模型模拟玉米的产量(Y)、需水量(WR)和蒸散量()。本研究采用解释系数(R2)、正态平方根平均误(NRMSE)和平均绝对误差(MAE)等统计误差准则，将情景结果与伊朗加兹温平原的玉米观测数据进行比较。对基线的 LARS-WG模型的模拟结果表明，该模型对最低温度(Tmin)和最高温度(Tmax)的模拟精度高于P。P的变化被认为是递减和递增的。

Fig.1 利用LARS-WG模型对加兹温平原1986-2015年基线的总降水(P)、平均最低气温(Tmin)和最高气温(Tmax)进行了模拟

Fig.2  A-年平均需水量EC-EARTCH模型，B-年平均需水量GFDL-CM 3模型，C-年平均需水量MPIESM-MR模型，D-年平均需水量MIROC 5 H模型，E-年平均需水量HadGEM 2-ES模型（2021-2040）、（2041- 2060）、（2061-2080）和（2081-2100）

Fig.3 A-玉米总水足迹EC-EARTCH模型概率图，B-玉米总水足迹GFDL-CM3模型概率图，C-玉米总水足迹HadGEM2-ES模型概率图，D-玉米总水足迹mirc5h模型概率图，2021-2100年玉米总水足迹MPI-ESM-MR模型的E-概率图

Fig.4 A-总水足迹(m3/吨)EC-EARTCH模型，B-总水足迹(m3/吨)GFDL-CM3模型，C-总水足迹(m3/吨)HadGEM2-ES模型，D-总水足迹(m3/吨)MIROC5H模型，E-总水足迹(m3/吨)MPI-ESM-MR模型为2021-2100年期间。

研究结论：

本研究主要结果：（1）在未来的时间内，大多数模型的产量

下降，而产量比和蒸散发增加。（2）玉米 WF在今后一段时间内将会增加。所获得的结果和提出的方法将帮助水资源管理者、用户和农业开发人员制定新的节水战略，实现农业的可持续性。

结果表明，用 LARS-WG模型模拟的Tmin和Tmax与加兹温平原疼痛数据的解释系数高度相关。NRMSE值在Tmax时为良好类别，在Tmin时为中等类别。结果表明，LARS-WG模型与加兹温平原数据的解释系数相关性不高，解释系数减小到 0.5 以下。在RCP 2.6、RCP 4.5 和RCP 8.5 情景下，利用 LARS-WG模型(EC-Earth、HadGEM2-ES、MIROC5、gfld-cm3、MPI- ESM-MR)预测未来时段(2021-2040、2041-2060、2061-2080、2081-2100)的Tmin、Tmax和P值。结果表明:3种情景下所有模型的 Tmin 和Tmax都将在未来的时段内较基线有所增加，在 RCP 8.5情景下HadGEM2-ES模型的Tmin 变化百分比在 2061-2080 年最高，而 gfld-cm3 模型的Tmax在RCP 8.5 情景下的变化百分比最高 2061-2080 年。此外，本研究还对未来气候变化时期玉米的WF(绿水和蓝水)进行了评估。结果表明，在未来一段时间内WF将会增加。总体而言，未来一段时期由于气候变化和气温升高、降水减少，卡兹文平原玉米产量将下降，蒸散量将增加。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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