【摘 要】
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气候变化使得河川径流量不断减少,水资源安全遭受巨大挑战,水资源短缺将是未来几十年粮食增产的主要制约因素,因此研究水资源约束下黄河流域粮食产量变化及安全状况对于保障粮食安全具有重要的意义。本文以黄河流域为研究对象,分析黄河流域粮食生产和水资源利用现状,选取指标评价黄河流域粮食安全状况,并探究影响粮食安全的主要因素。基于SDSM统计降尺度,预估黄河流域未来气候情景下的气象因子,计算黄河流域的农业需水量
【基金项目】
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国家重点研发计划“黄河流域水量分配方案优化及综合调度关键技术”（编号:2017YFC0404400）；
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气候变化使得河川径流量不断减少,水资源安全遭受巨大挑战,水资源短缺将是未来几十年粮食增产的主要制约因素,因此研究水资源约束下黄河流域粮食产量变化及安全状况对于保障粮食安全具有重要的意义。本文以黄河流域为研究对象,分析黄河流域粮食生产和水资源利用现状,选取指标评价黄河流域粮食安全状况,并探究影响粮食安全的主要因素。基于SDSM统计降尺度,预估黄河流域未来气候情景下的气象因子,计算黄河流域的农业需水量,以粮食产量最大为目标构建水资源配置模型,计算水资源约束下黄河流域可达到的最大粮食产量。论文的主要研究内容和成果如下:（1）基于收集到的资料分析黄河流域粮食生产和水资源利用的时空演变特征,结果表明2000—2017年黄河流域粮食产量和播种面积均呈波动上升的趋势,空间上粮食产量总体由西向东呈现递增,粮食播种面积则由西向东、由北向南递增;黄河流域工业用水和农业用水先增加后减少,而生活和生态用水则不断增加,空间上内蒙古自治区总用水量最大。（2）基于人均粮食占有量对粮食安全进行分类,分析黄河流域粮食安全现状以及影响粮食安全的主要因素,结果表明2002年以后粮食安全等级不断提升,到2009年一直稳定在小康型,粮食安全等级较高的区域主要在内蒙古、河南以及山东;影响黄河流域粮食安全最明显的五个要素分别为化肥施用量、粮食总播种面积、农业机械总动力、有效灌溉面积以及降水总量。（3）基于SDSM统计降尺度对黄河流域未来时期的气象因子进行预估,结果表明各个模式与实测降水相关系数均在0.74以上,气温相关系数均在0.9以上,各模式未来降水有增加的趋势。（4）对AquaCrop-OS模型进行本地化处理,并使用相关系数、标准化均方根误差（NRMSE）和协同指数（d）评价模型的精度和适应性,分析结果可知模型在黄河流域的适应性较好。基于预估的未来气象因子和本地化处理的AquaCrop-OS模型计算黄河流域未来农业需水量,结果表明未来各模式不同情景下的农业需水量均有下降的趋势。（5）以粮食产量最大构建黄河流域水资源调配模型,分析可知2030年黄河流域粮食产量有所降低,最大仅为10484万t,粮食安全等级最大仅达到小康水平,CanESM2和产量有所降低,最大仅为10484万t,粮食安全等级最大仅达到小康水平,CanESM2和GFDLESM2G两个模式各情景的人均粮食占有量在450kg/人左右浮动,MIROC ESM CHEM模式粮食安全均处于较安全状态。
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