【摘 要】
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全球变暖背景下,气温的升高会影响降水、融雪、蒸发等多个水循环过程,进而威胁到部分区域的水资源平衡状况,也由此改变了干旱的时空分布及强度。农业作为高耗水行业,全球农业平均用水量占总用水量的70%以上,气候变化加速了区域水循环,对农业用水安全也构成了一定威胁与挑战。如何解决高农业用水需求与有限可利用淡水资源之间的矛盾,缓解气候变化对其带来的负面影响,已经成为农业用水管理的重点研究任务。量化评价未来气候
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:51979230）； 国家重点研发计划（编号:2016YFC0400201）；
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全球变暖背景下,气温的升高会影响降水、融雪、蒸发等多个水循环过程,进而威胁到部分区域的水资源平衡状况,也由此改变了干旱的时空分布及强度。农业作为高耗水行业,全球农业平均用水量占总用水量的70%以上,气候变化加速了区域水循环,对农业用水安全也构成了一定威胁与挑战。如何解决高农业用水需求与有限可利用淡水资源之间的矛盾,缓解气候变化对其带来的负面影响,已经成为农业用水管理的重点研究任务。量化评价未来气候变化对干旱演变和农业用水的影响,有助于揭示未来气候情景下的干旱演变规律,对缓解用水压力、确保区域农业用水安全与粮食安全具有重要意义。本研究耦合22种全球气候模式,解译2020–2089年主要气象因子的时空演变过程,基于标准化降水蒸发指数进一步探明气候变化背景下全球干旱的时空演变特征;其次结合全球陆面信息同化数据库与全球主要作物种植资料库,解析未来气候情景下全球主要粮食作物种植区农田蒸散发的时空演变特征;最后综合评价气候变化对粮食主产国干旱演变和农业用水的影响,以期为全球和局部地区科学应对气候变化、抗击旱情和管理农业用水提供理论依据。论文主要研究结论如下:（1）未来气候情景下全球气温、太阳辐射、风速、降水等气象因子与干旱均存在明显的空间差异。在两种未来气候情景中（代表浓度路径RCP4.5和RCP8.5）,全球大部分地区年均气温呈显著上升趋势;风速、太阳辐射、比湿和降水的年际与季节变化趋势具有相似的空间分布模式,其中RCP8.5情景下变化趋势更显著。Mann-Kendall趋势检验表明两种气候情景下干旱加剧趋势主要集中在非洲北部和西南部、亚洲西部等地区,经验正交函数分析表明在2020–2089年间,RCP4.5情景下非洲北部和亚洲西部,以及RCP8.5情景下非洲东北部超过半数时段都存在一定的干旱情况。（2）未来气候情景下赤道附近地区的年蒸散量较高,北半球年蒸散量总体呈上升趋势而南半球则总体呈下降趋势,此外年蒸散量和季节蒸散量的变化趋势存在相似空间分布特征,但RCP8.5情景下变化趋势更显著。就小麦和玉米的作物需水量而言,其显著上升趋势均集中在欧洲西部、北美洲中部、亚洲东部等地区。就小麦种植区的灌溉需水量而言,其显著上升区域主要是亚洲南部和非洲北部等,且RCP8.5情景下该区域范围更小;玉米种植区灌溉需水量显著上升的区域主要是亚洲南部和欧洲西南部等。该现象的主要原因是RCP8.5情景下有效降水量的显著变化进一步影响了区域作物灌溉需水量。（3）揭示了主要粮食生产国干旱发生特征及气候变化对农业用水的影响。未来气候情景下中国、美国、印度、巴西将面临整体干旱的情况,RCP8.5情景下各国国内不同地区的干旱情况差异更大;美国和巴西整体上将面临干旱加剧的风险。两种气候情景下,印度尼西亚的年有效降水量较高;俄罗斯国内不同地区年有效降水量的差异较小,且变化较为一致;同时俄罗斯年有效降水上升趋势较为明显,而印度尼西亚和巴西的年有效降水量整体呈下降趋势。两种气候情景下,印度尼西亚和巴西的年蒸散量较高;俄罗斯国内不同地区年蒸散量的差异较小,而巴西国内不同地区年蒸散量的差异较大;俄罗斯的年蒸散量整体呈较为明显的增加趋势。对巴西和印度尼西亚而言,其整体蒸散量较高,同时又面临有效降水减少的趋势,未来气候变化对其国内农业用水构成了一定威胁。
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