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气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算

成林 方文松

成林, 方文松. 气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算. 应用气象学报, 2015, 26(3): 300-310. DOI: 10.11898/1001-7313.20150305..
引用本文: 成林, 方文松. 气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算. 应用气象学报, 2015, 26(3): 300-310. DOI: 10.11898/1001-7313.20150305.
Cheng Lin, Fang Wensong. Estimation of climate change effects on water use efficiency of rain-fed winter wheat. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(3): 300-310. DOI:  10.11898/1001-7313.20150305.
Citation: Cheng Lin, Fang Wensong. Estimation of climate change effects on water use efficiency of rain-fed winter wheat. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(3): 300-310. DOI:  10.11898/1001-7313.20150305.

气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算

DOI: 10.11898/1001-7313.20150305
资助项目: 

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201106029

详细信息
    通信作者:

    成林, email: rainwood2@163.com

Estimation of Climate Change Effects on Water Use Efficiency of Rain-fed Winter Wheat

  • 摘要: 研究气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响规律,可为农业适应气候变化提供科学依据。通过构建代表站雨养冬小麦产量和土壤水分变化量的模拟方程,分析水分利用效率的历史变化,并结合两种区域气候模式PRECIS和REGCM4.0输出的4种不同气候变化情景资料,估算未来2021—2050年雨养冬小麦水分利用效率的可能变化。结果表明:1981—2010年甘肃、山西和河南代表站的雨养冬小麦水分利用效率呈二次曲线变化趋势,最大值出现在2003年前后。4种气候变化情景的模拟结果均显示:2021—2050年冬小麦全生育期耗水量明显增加,各代表站不同情景平均增加6.2%;产量有增有减,平均产量变化率为1.4%;水分利用效率平均减小3.8%,且变率减小。区域气候模式PRECIS估算的水分利用效率的减小量A2情景大于B2情景,REGCM4.0模式估算的水分利用效率的减小量RCP8.5情景大于RCP4.5情景。整体来看,RCP气候情景对雨养冬小麦水分利用效率的负面影响更大。
  • 图  1  渑池站、宜阳站、临汾站雨养冬小麦平均产量 (a)、平均耗水量 (b) 及平均水分利用效率 (c) 的年际变化

    Fig. 1  Annual variation of average value of yield (a), water consumption (b) and water use efficiency (c) of rain-fed winter wheat for Mianchi, Yiyang and Linfen stations

    图  2  代表站雨养冬小麦平均产量 (a)、平均耗水量 (b) 及平均水分利用效率 (c) 的年际变化

    Fig. 2  Annual variation of average value of yield (a), water consumption (b) and water use efficiency (c) of rain-fed winter wheat for representative stations

    图  3  不同条件下冬小麦耗水量 (a)、产量 (b) 及水分利用效率 (c) 的估算值

    Fig. 3  Estimated value for water consumption (a), yield (b) and water use efficiency (c) of winter wheat under different conditions at representative stations

    图  4  不同气候模式输出的未来水分利用效率年际变化 (直线代表变化趋势)

    Fig. 4  Annual variation of water use efficiency by different climate models in the future (straight lines denote trends)

    表  1  代表站冬小麦气象产量线性回归模型参数

    Table  1  Parameters of linear regression model for meteorological yield of winter wheat at representative stations

    站点 时段 正相关因子 回归系数 负相关因子 回归系数 常数项
    渑池 1961—2010年 P(1)* 0.802 Tave(1)* -47.09 -1144.5
    P(2)** 20.664 Tmin(10)* -41.798
    P** 2.127 Tmin(1)* -32.458
    宜阳 1961—2010年 Tmax 9.202 Tmax(11)** -59.177 599.8
    P(1) 4.906
    P(2)** 10.1
    P* 1.546
    西峰 1981—2010年 Tave(5) 1018.696 Tmin(5)* -807.948 1843.3
    P(10)** 9.274 Tmax(5) -507.127
    P(2) 73.29
    P(5)** 1.084
    天水 1981—2010年 Tmin(9) 21.319 -4085.9
    Tmin(1) 176.754
    Tmax(6) 125.673
    P(1) 78.789
    P(2) 55.977
    P(4) 18.353
    临汾 1961—2010年 P(4)* 2.805 Tave(5)* -79.409 3917.810
    Tmax(10)* -94.758
    Tmax(4)* -23.005
    Tmax(all)* -32.565
      注:*表示达到0.05显著性水平,**表示达到0.01显著性水平。
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    表  2  代表站产量模拟相关系数

    Table  2  Correlation coefficient for yield simulation

    气候模式 站点 变量数 气象产量 单产
    PRECIS 渑池 29 0.4217* 0.8587**
    宜阳 29 0.3551* 0.9040**
    西峰 10 0.4869 0.7565**
    天水 10 0.2223 0.3334
    临汾 29 0.3169 0.8730**
    REGCM4.0 渑池 44 0.4058** 0.8493**
    宜阳 44 0.3611* 0.8506**
    西峰 25 0.3840* 0.6181**
    天水 25 0.2934 0.7892**
    临汾 44 0.3049* 0.9014**
      注:*表示达到0.05显著性水平,**表示达到0.01显著性水平。
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    表  3  代表站冬小麦全生育期土壤水分变化量线性回归模型参数

    Table  3  Parameters of linear regression model for soil water variation of the whole growing season of winter wheat at representative stations

    站点 时段 正相关因子 回归系数 负相关因子 回归系数 常数项
    渑池 1961—2010年 Tave(5)* 13.076 P(3) -0.453 -187.329
    Tmin(11) 0.390 P(4)** -0.778
    P(5) 0.322 P(all)* -0.181
    宜阳 1961—2010年 Tave(4) 3.822 P(4)** -0.175 -149.946
    Tave(5)** 6.312 P(5) -0.076
    T(all) 2.895
    Tmin(12)** 10.321
    西峰 1981—2010年 Tave(10) 20.835 Tmax(10)* -7.138 21.011
    P(10)** 0.867 Tmax(5) -4.543
    P(2)* 1.244 P(5)* -0.634
    天水 1981—2010年 Tave(6)** 0.627 Tmin(4) -9.135 -155.832
    P(1)* 3.242 P(9) -0.058
    Tave(9) 12.474
    临汾 1961—2010年 Tave(6)* 109.948 Tmin(11)* -9.052 -268.412
    Tmax(5) 5.587 Tmax(6)* -81.384
    P(11)* 2.581 P(6) -0.464
      注:*表示达到0.05显著性水平,**表示达到0.01显著性水平。
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    表  4  雨养冬小麦水分利用效率的变异系数 (单位:%)

    Table  4  Variable coefficient of water use efficiency for rain-fed winter wheat (unit:%)

    情景 渑池站 宜阳站 西峰站 天水站 临汾站
    A2 27.12 23.49 23.12 31.18 21.86
    B2 30.39 17.49 23.90 34.55 11.63
    RCP4.5 20.86 21.43 28.55 26.35 18.13
    RCP8.5 14.93 23.33 23.91 23.51 24.23
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-03
  • 修回日期:  2015-02-11
  • 刊出日期:  2015-05-31

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