東北地理所在利用動(dòng)態(tài)農(nóng)作物模型與區(qū)域氣候模型耦合模擬作物生長過程和產(chǎn)量研究方面取得新進(jìn)展
東北地區(qū)是我國重要的商品糧基地，在維持區(qū)域乃至國家糧食安全中發(fā)揮著重要作用。然而，隨著近年來氣候變暖、干旱并發(fā)、降雨周期改變以及極端事件的頻發(fā)與持續(xù)，氣候變化對農(nóng)民收入和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展都帶來了更多的風(fēng)險(xiǎn)和不可預(yù)測性，研究氣候變化對區(qū)域作物生長與糧食產(chǎn)量的影響可為規(guī)避氣候風(fēng)險(xiǎn)，為未來多變氣候下的糧食安全對策提供決策支持。考慮到農(nóng)作物生長與區(qū)域氣候變化的高度耦合機(jī)制，越來越多的研究強(qiáng)調(diào)在量化作物對氣候變化的響應(yīng)時(shí)，應(yīng)充分考慮農(nóng)田和大氣之間的雙向作用。近年來一些研究開始將動(dòng)態(tài)作物模型耦合到氣候模型中，來評估當(dāng)前及未來氣候變化對農(nóng)作物生長過程的影響，然而，目前這些研究多集中在美國農(nóng)業(yè)區(qū)。
本研究選擇我國東北地區(qū)為研究區(qū)，以玉米和大豆為研究對象，利用高分辨率衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)對區(qū)域氣候與動(dòng)態(tài)農(nóng)作物耦合模型進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)與優(yōu)化，改善了動(dòng)態(tài)農(nóng)作物模型在中國東北地區(qū)的應(yīng)用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模式的缺點(diǎn)，提高模型與現(xiàn)實(shí)的契合度，在此基礎(chǔ)上，基于衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、氣象觀測數(shù)據(jù)、通量觀測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對改進(jìn)的動(dòng)態(tài)農(nóng)作物模型在模擬農(nóng)作物長勢(LAI)、生理(ET)、和碳通量(GPP)以及產(chǎn)量方面進(jìn)行了評估。研究結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)植被模型與未經(jīng)修正的作物模型相比，改進(jìn)的動(dòng)態(tài)農(nóng)作物模型顯著改善了作物物候、作物長勢、作物生理、碳通量以及產(chǎn)量等方面的模擬。因此，該耦合模型在估計(jì)和預(yù)測未來氣候變化下作物生長和產(chǎn)量方面將具有顯著優(yōu)勢。本研究為區(qū)域作物陸-氣耦合、作物生長狀態(tài)精準(zhǔn)模擬和產(chǎn)量預(yù)測提供了新的研究思路。
圖1.研究框架與結(jié)果圖
研究成果于近期以“Coupling localized Noah-MP-Crop model with the WRF model improved dynamic crop growth simulation across Northeast China”為題在Computers and Electronics in Agriculture上發(fā)表，由中科院東北地理所于靈雪副研究員、卜坤高級(jí)工程師、鄭興明副研究員、張樹文研究員，美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室劉野博士，長春師范大學(xué)劉廷祥博士，中國科學(xué)院大氣物理研究所于恩濤博士、中國氣象局大氣環(huán)境研究所賈慶宇博士、中國科學(xué)院沈陽生態(tài)研究所沈歷都博士等共同完成。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)課題(XDA28080500)，國家自然科學(xué)基金、吉林省科學(xué)基金、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。
論文信息如下：
Lingxue Yu, Ye Liu, Tingxiang Liu, Entao Yu, Kun Bu, Qingyu Jia, Lidu Shen, Xingming Zheng, Shuwen Zhang. Coupling localized Noah-MP-Crop model with the WRF model improved dynamic crop growth simulation across Northeast China. Computers and Electronics in Agriculture, 2022. https://doi.org/10.1016/j.compag.2022.107323.
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