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全球气候变化下的农业气候资源利用和区域气候波动情景下的作物产量响应与粮食安全问题已成为研究热点和重点。气候变化对农业生产的影响主要表现在农业产量上。我国地处东亚季风区，是世界上气候变化、气象灾害最为频繁的国家之一，严重影响我国农业的稳定和持续发展。因此，分析探讨我国气候变化及其对粮食作物产量的可能影响，对实现我国粮食生产的持续发展和解决粮食安全问题具有十分重大的现实意义。
本文基于未来气候变化的我国粮食产量波动响应预测和我国粮食安全分析的目的，选取我国冬小麦和玉米主产区的代表区域，在对历史产量和气象数据时间序列分析的基础上，采用常规滑动和小样本调和方法，完成了趋势单产的分离和气候单产的提取：进行所选区域冬小麦和玉米实际单产和气候单产与对应生长期内积温和降雨因子的二次多项式拟合，得到一系列研究区域和对应站点产量-气候因子拟合公式；并最终得到全国冬小麦和玉米产量-气候因子的拟和公式。在此基础上，根据GCM模拟的未来50年气候变化情景，预测了冬小麦和玉米单产的区域气候波动响应，最后进行区域气候变化下的中国粮食生产安全分析，得出了以下主要结论：
(1)我国小麦与玉米产量的时空分布特征自1961起，我国小麦与玉米产量进入稳定快速的增长阶段，小麦和玉米的单产总体持续增长。但是，小麦总产自1997年开始明显减产，玉米总产总体稳步上升。单产的增长对于小麦总产增加的增益作用要明显于玉米。
自1982年以来，所选研究区域冬小麦和玉米总产和单产在1997年左右达到历史新高，之后总体减产，各区域之间单产区域性差异较大。冬小麦平均单产以黄淮海产区的青岛、北京和济南较高，徐州次之，西北产区最低，西南产区次低。北京减产幅度最大，青岛、济南以及西安站点单产较为稳定。玉米平均单产以东北春玉米产区最高(长春、沈阳和哈尔滨)，以黄淮海夏玉米产区的青岛、北京和济南为较高，徐州次之，西南秋玉米产区最低，西北产区次低。东北产区单产整体比较稳定，北京减产幅度最大，青岛、济南以及西安站点产量较为稳定，成都玉米单产增长最为稳定；产量年际变化总体和全国比较一致，具有一定代表性。
(2)我国小麦与玉米生育期气候因子时空分异特征在小麦和玉米的生长区，积温年际变化总体有微弱增加趋势，变暖的季节主要出现在冬季，这与北半球及中国气温变化的特点是一致的。春夏交汇期气温变化是冬小麦生长期内积温年际变化的主要贡献部分，各站点玉米生长期内积温有明显的年际和季节性。东北春玉米生长期内降雨量均有微弱的年际增加趋势，降水量最少的是春季，但夏季降水量则表现出明显增加的趋势，春夏交汇期间降雨量对整个生长期贡献最大。在地理上，随着纬度的降低，降雨量有明显增加趋势：黄淮海夏玉米产区站点降雨比较充足，年际波动较大，总体上呈递减趋势，降水量最少的是秋季，但夏季降水量则表现出明显增加的趋势，夏秋交汇期降雨量对整个生长期贡献最大；西南产区成都站点秋玉米生长期内降雨量呈递减趋势，降水量最少的是冬季。但秋季降水量则表现出明显增加的趋势，降雨量年际变化波动较大，雨量较小；所有站点生长期内降雨量季节分布对玉米比较有利。
(3)趋势单产分离与气候单产提取建国以来玉米趋势单产的时间趋势要比小麦显著，尤其以多项式回归效果最好。5a线性调和滑动平均方法处理提取的冬小麦和玉米趋势单产年际变化比较稳定，线性趋势较好，但对玉米趋势单产的滤波分离效果较差。5a滑动平均对各区冬小麦和玉米趋势单产分离效果要好于5a线性调和滑动平均方法。北京、青岛、济南站点的趋势单产时间趋势性较其它站点显著。所选研究区冬小麦和玉米实际单产数据系列和对应生长期内积温和降雨总量时间系列具有良好的二次多项式拟合关系。徐州站点冬小麦气侯单产两种方法的提取效果均比较显著，北京站点冬小麦气侯单产经过5a线性调和滑动平均处理提取后的回归拟合效果显著，济南和青岛站点玉米气侯单产两种方法的提取效果均比较显著，西安站点玉米气侯单产经过5a滑动平均处理提取后的回归拟合效果显著，玉米气候单产提取和拟合效果总体优于冬小麦。
(4)单产的区域气候变化响应模拟与预测根据GCM模拟的气候波动情景中，未来50年中国区域气候因子波动对冬小麦产量的影响为增产效应。而玉米的气候单产响应总体表现为明显的减产效应。东北春玉米产区哈尔滨玉米气候单产响应为增产效应，但增产作用趋势逐渐减弱；黄淮海夏玉米产区济南为减产效应，并且逐渐增强：但西安表现为明显的增产效应，并且逐渐增强。
(5)气候变化下的中国粮食生产安全分析根据我们的初步研究，如果中国小麦和玉米的种植面积保持在1995年～2004年的平均水平，即使考虑未来人口的增长，未来50年内人均小麦占有量将由2004年的70.2kg增长到94.6kg以上，玉米由2004年的99.5kg增长到109.5kg。虽然各研究区域之间冬小麦和玉米单产的区域性气候波动响应存在着明显的时空差异，但是最终都可以协同融合在大区域和全国范围内的产量变化之中。即使在未来人口高峰时期，也不会对中国粮食生产安全产生负效应。