气象干旱与极端高温对中亚棉花产量的影响——以乌兹别克斯坦为例

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随着全球气候变暖的加剧,干旱和热浪等极端气候事件的发生量级、持续时间和发生频率不断增加,农业气象灾害事件显著增多。乌兹别克斯坦属于农业大国,地处中亚内陆,气候条件复杂,极端气候事件频发,作物产量受到严重威胁。因此在全球增温的背景下,开展气象干旱和极端高温对中亚棉花产量的研究具有重要意义。本文分析了APSIM-Cotton模型的发展历程及模型发展各阶段的优缺点,对比了模型在不同管理措施下应用的案例,并将APSIM-Cotton模型使用推广到乌兹别克斯坦塔什干地区。随后利用2014年和2021年在乌兹别克斯坦塔什干地区开展的棉花田间试验数据,CMIP6模式模拟的2021—2100年气象数据,借助APSIM-Cotton模型,模拟了未来2035年(2021—2050年)和2075年(2061—2090年)两个时段气象干旱和高温对中亚棉花生产的影响,并辨识了CO2浓度变化在其中的贡献。主要结论为:(1)APSIM-Cotton模型在干旱、半干旱地区具有较好的模拟能力,特别适用于模拟极端气候条件下的产量变化。模型能较好地模拟分析塔什干地区气候波动和气候变化对棉花生产的影响。(2)2021—2090年棉花生育期(4月15日—9月15日)期间,SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5等3种排放情景下,塔什干的温度和降水量较历史时期(1961—1990年)呈明显上升趋势,棉花生育期内气候呈明显的干旱化趋势。(3)CO2的肥效作用可使产量提高14.9%~25.0%。不同排放情景下CO2的肥效作用有所差异,且在未来升温较高的情景下,棉花生育期内的高温有削弱CO2肥效作用的潜在风险,当浓度达到750μmol/mol以上时,其对提高棉花产量变幅的贡献将不再持续增加。(4)未来3种排放情景下发生严重干旱事件的概率在2035年时段分别为20.0%、36.7%和40.0%,导致棉花产量较历史时期分别下降28.0%、29.6%和32.1%;在2075年时段分别为46.7%、100%和100%;导致棉花产量分别下降31.5%、33.1%和35.7%;在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,2075年时段发生极端干旱事件的概率分别为66.7%和86.7%,导致产量较历史时期分别下降41.3%和54.2%。(5)未来SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5等3种排放情景下各研究时段极端高温事件发生频率较历史时期将明显增加,相应地导致棉花生育期缩短、产量下降。2035年不同SSP排放情景下极端高温阈值分别为37.8℃、38.1℃和38.3℃,极端高温事件出现概率分别为13.3%、10.0%和16.7%,极端高温年棉花产量较历史时期分别下降28.9%、37.7%和35.4%;2075年极端高温阈值分别为38.2℃、40.7℃和42.0℃,极端高温事件出现概率分别升高至20.0%、20.0%和40.0%,极端高温年棉花产量较历史时期分别下降33.0%、55.2%和70.0%。此外,控制棉花生长季内的高温能有效减缓气候变化带来的产量损失。当日最高温度控制到38℃以内时,贡献率分别为16.6%和38.6%。当温度控制在40℃内时贡献率分别为2.7%和12.4%。综上,本研究分析了全球增温的背景下,气象干旱和极端高温对中亚棉花产量的影响,结果将有助于深入认识中亚棉花产业的发展前景,科学预测中国与中亚棉花产业的合作潜力,并为制定缓解策略提供依据。
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