海河流域主要粮食作物水足迹对气候变化的响应

发布时间：2020-04-06 05:13

【摘要】：气候变化影响水资源的时空分布。水足迹可以看做水资源占用的综合评价指标。研究气候变化对农业水足迹的影响并提出行之有效的对策对于区域农业水资源管理具有重要意义。本文基于Cropwat、ArcGIS10.0及Matlab软件,研究了海河流域1990-2014年主要粮食作物(冬小麦、夏玉米)生产水足迹的时空分布特征。同时,在2020-2050年GFDL-ESM2M模式RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候情景下预估产量的基础上,核算了作物生产水足迹,并定量分析了各气象因子对水足迹的贡献。主要研究内容和结论如下:(1)根据1990-2014年日实测气象数据及作物产量,基于Cropwat软件核算冬小麦、夏玉米单位质量水足迹及总水足迹,利用Arc GIS10.0软件分析空间分布特征,采用时间序列法分析其年际变化规律。结果表明:夏玉米单位质量水足迹中,蓝、绿水分别占36.21%、63.79%,总水足迹中蓝、绿水分别占36.09%、63.91%。冬小麦单位质量水足迹中蓝、绿水分别占76.52%、23.48%,总水足迹中蓝、绿水分别占77.51%、22.49%。西北以及环渤海部分地区冬小麦、夏玉米单位质量蓝、绿水足迹偏高;而总水足迹呈现出四周低,中部、东南部高的特征。1990-2014年间,两种作物单位质量蓝、绿水足迹均呈下降趋势;夏玉米水足迹总体呈上升趋势,冬小麦水足迹总体呈下降趋势。(2)对2020-2050年GFDL-ESM2M模式RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候情景气象数据进行降尺度处理,利用偏最小二乘法建立1990-2014年间单位面积产量与各气象要素的拟合方程,并预测2020-2050年夏玉米、冬小麦单位面积产量。结果表明:2020-2050年间RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种情景夏玉米单位面积预估产量均值分别为5581.1 Kg/hm~2、5706.8 Kg/hm~2、5723.5 Kg/hm~2;三种情景冬小麦单位面积预估产量均值分别为4790.0 Kg/hm~2、4940.3 Kg/hm~2、4783.3 Kg/hm~2。同时,分析表明各情景间单位面积产量及产量年际变化规律差异性明显。(3)基于Cropwat软件核算2020-2050年不同气候变化情景下的单位质量水足迹及总水足迹量,分析其时空变化特征。结果表明:空间上,两种作物单位质量蓝、绿水足迹及总水迹分布规律与1990-2014年差异不大。时间上,夏玉米单位质量蓝、绿水足迹较1990-2014年均值有所减小,冬小麦两者均有所增加;两种作物蓝、绿水足迹均有大幅上升。(4)基于Matlab平台采用偏相关法分析各气象因素对各水足迹分项的贡献度,研究表明:相对湿度、降水以及日照时数是影响夏玉米水足迹各分项的主要气象因子,其中降水、相对湿度与蓝水呈负相关,对绿水呈正相关,而日照时数均呈正相关;相对湿度是影响冬小麦水足迹各分项的主要气象因子,且对蓝水呈负相关,对绿水呈正相关。同时,对于各行政区划,大部分地区夏玉米与冬小麦各情景间水足迹受两种气象因子的显著影响,且降水、相对湿度与单位质量水足迹呈负相关,日照时数、气温、风速呈正相关;而各气象因子与总水足迹均呈正相关;但主要影响因子差异性显著。
【图文】：

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农业水足迹包括农作物蓝水、绿水足迹。首先利用 Cropwat 软件的作物需水WR）对夏玉米、冬小麦单位水足迹各分项（单位质量蓝水、绿水足迹）以及总分项（蓝、绿水足迹）进行核算，并分析其时空分布规律。（2）未来气候变化和作物产量的模拟采用 IPCC 第五次评估报告提供的未来气候变化的 GFDL-ESM2M 模式，选取低三种排放模式对海河流域进行降尺度处理，建立 2020-2050 年未来气候模式。同时，利用 1990-2014 年海河流域实测逐日气象数据以及各地区年鉴中作物，基于偏最小二乘回归法建立作物产量与气象因子之间的联系，，进而对未来的进行模拟并修定。（3）未来区域农业水足迹的气候变化影响评估根据构建的未来 2020-2050 年气候模式数据以及产量模拟数据，利用 CropwatR 法核算主要粮食作物生产水足迹量，并对结果进行分析和评估；同时，基于析法探讨各地区主要的气象影响因子，分析气候变化对农业水足迹的影响。技术路线

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系包括三大水系——海河、滦河、徒骇马颊河。如图 2-2 所示河、永定河（以上河系为海河北系）、大清河、子牙河、漳河干流（以上河系为海河南系）组成，由于地势西北高东南
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P467;TV213.4

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