未来气候下黄土高原冬小麦冻害风险分析

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粮食安全问题一直是国家重点关注的问题,2022年中央一号文件提出要牢牢守住保障国家粮食安全的底线。小麦作为我国三大粮食作物之一,对粮食安全具有重要的意义。黄土高原是冬小麦种植的重要区域,近年来全球气候变暖,冻害等极端气候事件频发与气候胁迫现象增加,给冬小麦的生产带来严重的威胁。本文采用黄土高原2000~2020年88个气象站点气温、降水数据与中等分辨率气候系统模式(BCC-CSM2-MR)模拟四种排放路径下未来的气候情景数据,运用统计降尺度方法对气候情景数据进行降尺度处理,基于最大熵模型(Max Ent)模拟冬小麦在当前气候条件下(1990~2020年)的潜在气候适宜区面积和未来(2021~2100年)不同排放共享社会经济路径下的潜在气候适宜区面积和分布变化范围,结合质心转移趋势,研究气候变化对冬小麦空间分布和产量造成的潜在影响,建立科学合理的冬小麦冻害指标,进行冻害发生概率预报。并采用M-K方法分析农业气象资源单因子和冬小麦冻害的突变特征,探究黄土高原农业气象资源因子和冬小麦越冬冻害的时空分布特征。主要结果如下:(1)基于Max Ent模型对黄土高原冬小麦潜在适生区预测有较高的准确度,受试者工作特征曲线(ROC)下的面积(AUC)值均高于0.9,模拟冬小麦在最适生区、高适生区、中适生区、低适生区和非适生区的面积分别为9.88×10~5km~2、8.1×10~5km~2、14.15×10~5km~2、12.99×10~5km~2、18.89×10~5km~2。影响冬小麦空间分布建模的因子主要有最冷月份的最低温度、年降水量、温度季节性、等温性和海拔等。(2)2030s和2050s,4种共享社会经济路径的黄土高原区冬小麦总适生区面积呈扩张趋势,高适生区面积增加,低适生区面积减少。至2070s,4种共享社会经济路径冬小麦适生面积均呈现缩减趋势,SSP370缩减最为明显。至2090s,SSP245情景逐步缩减,其他3种情景缩减趋势均有所缓和。4种排放路径下冬小麦总适生区质心坐标与当前时期相比,有北移趋势,但迁移的距离和方向有所差别,高排放情景(SSP585)比低排放共享社会经济路径下(SSP126)的迁移距离明显增加。因此,在未来不同排放路径下,伴随着潜在气候适宜区的迁移,冬小麦主产区域和潜在气候适宜区的一致性有降低的可能性。(3)SSP245和SSP370的共享社会经济路径下未来气温均呈现出升高趋势,降水呈现增多趋势。2021~2100年黄土高原冬小麦农业气候资源配置较好的地区为南部的三门峡、渭南、运城等地区。农业气候资源整体较差的地区分布在内蒙古、朔州和大同等地区,该地区受环境影响较大,在未来气候变暖的情况下可以保障冬小麦安全越冬,但由于地形限制及冻害风险的不确定性会限制冬小麦的种植。(4)通过对冬小麦冻害指数(FII)的分析,表明黄土高原高纬度和高海拔地区发生冻害的概率较高,且程度相对严重,低纬度低海拔地区冻害发生概率较低,程度相对较轻。Ⅰ区的忻州以北地区遭受冻害最为严重,黄土高原南部地区遭受冻害较轻。虽然,黄土高原冬小麦越冬冻害发生的概率逐年降低,但由于未来气候因子的波动以及不确定性,可能导致冻害发生的风险可能会增加。
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