全 文 ： 7 『1
第 19卷第 4期
1 999年 7月
生 态 学 报
ACTA ECoLoG1CA S1NICA
Vd ．1 9，N o 4
July．1 999
区域气候变化情景下气候变率对我国水稻产
量影响的模拟研究 5 卜，／- ／
里壁差，林而达
(中国农业科学院农业气象研究所，北京 100081 1
摘要 ：利用中国随机天气模型将中国区域气候模式 RCM 与作物模式 CERES—Rice相连接 ，模拟了 3种气候变率(0H
l0 、20 1水平下来来气候(2050年，假定此时 CO2浓度为 550r~／L)对我国水稻主产区(广l州、长沙、南京){童溉水稻和
雨养水稻在考虑 CO z吧效与否条件下的产量。模拟结果表明，(1)气候变率对水稻产量的影响因经营方式和研究地 区的
不 同而有差异。对灌慨水稻来说 ，气候变率对其产量有负面影响 ．且这种影响馥气候变率的加大而增大。对雨 养水稻来
说 ，气候变率对广州，长抄两地的产量有正面影响，且这种影响与变率呈正相关 而对南京的产量有 负面影响．其影响规
律和对灌溉水稻的相似。(2)COz的肥技作用是不可忽槐的重要方面 ，它能较大程度地减援水稻减产的幅度。
关键调：区域气候模式RCM 随机天气模型~CERES Rice模式·查墨 缰 ·亘茎查蕈· 塞垄堡
Simulation of the effect Of climate variability on China’S rice yield
under regional climate change
LUO Qun—Ying，I IN Er—Da (1ngitNte Agrometeorotogy，The Chi~se Academy of Agricultural Sci~ces，
Bei~ng、100081 Chi~ )
Abstract：Using the Stochastic Weather Generator+the Regional Climate Model was linked with CERES—
Rice M odel to simulate irrigated and rainfed rice yield in China’s main rice prod uction areas：Guangzhout
Changsha and Nanjing under future climate scenarios，assuming the concentration of CO was 550mg／L in
2050 Three levels of climate variability for the fertility of Co2 were taken into account The simulation
results show ：(1)The influence of climate variability on rice yield is dissimilar due to differential ma na ge—
ment modes．To irrigated rice，climate variability has a negative effect on its yield．The greater climate
variability is．the worse this kind of effect would he．To rainfed rice，climate variability has a positive ef
feet on its yield in Guangzhou and Changsha．The effect of clima te variability on rainfed rice yield in Nan—
Jing is similar to that of the irrigated rice yield．(2)The fertility of CO 2 is a very important aspect and
should not he ignored．It can lessen the scope of the drop in rice prod uction to a great extent．
Key words：regional climate mod el；stochastic weather generator；irrigated rice；rainfed rice；yield；climate
varia bilityICERES—Rice model
文章编号 ：1000—0933(1999104—0557—03 中田分类号 S152．5 3 文献标识码 ：A
· 中国 12亿多人 口的生存有赣于农业口]。“八五 期间 ，国家科委 、国家 自然科学基金委组织实施了这方
面的研究课题，并取得 了一些有意义的结论。关于气候变化对我国水稻生产的影响研究巳从多途径做过一
些探讨 。 。与以往研究相 比，本项研究有以下特点 ：(I)利用中国区域气侯模式输 出的温度和降水的变 化
月值作为未来气侯变化的基本格局 (2)研究了气侯变化情景下气候变率对水稻产量的影响。将气候变率
纳入到未来气候变 化情景中去．能减少综台评估的不确定性 和更好地分析气候变化对 水稻产量的影 响
(3)考虑 了CO：的肥效作用 ，使得未来气候变化对我国农业影响的评估工作更为客观 、现 实。
1 研究方法
收稿 日期：1997—01—28}格订 日期{1997—11—10
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5S8 生 态 学 报 19卷
模拟技术是分析气候变化对农业可能影响的主要方法之 。在这项研究中 ，CERES Rice模式 、区域气
候模式 RCM、中国随机天气型被用来综合评估未来气候变化对我国水稻主产区术稻产量的影响 ：
1．1 CERLS—Rice模式 CERES—Rice模式是由美 国密执报州立大学 、夏威夷大学 及国际肥料开发研究中
心(IFDC)的科学家于本世纪 80年代共同研制的 适于水稻旱种、催芽播种及移栽的动态生长模型．它不仅
能阐明气候变化对作物产量影响的机理过程．而且还能描述其影响的动态变化。它利用易得的天气 、土壤
和术稻品种遗传系数的最少数据米模拟水稻的生长、发育和产量 。
1．2 区域气候模式 区域气候模式 是由 NCAR (National Center for Atmospheric Research)的科学家于
1989年将 NCAR和宾州大学联合建立的 MM4中尺度模式发展而来的 在该区域模式中采用了美国
NCAR的CCM1模式中的辐射方案．井藕台进下垫面帻被参数(BATS)方案。中国国家气象局气科院科学
家通过引进美国 NCAR的区域气候模式 RCM，已将 RCM 发鼹成为适台我国区域特征的区域气候模式。
与全球气候模式 GCMS相比+其模拟结果更为真实、可靠 。。
1．3 髓机天气模型 利用髓机天气模蛩将作物模式和区域气候模式相连接 ，是研究气 候变化对作物生育
过程和产量影响的有效途径 但由于作物模式需要的输入资料为逐 日气候要素．而目前RCM 对未来气
候情景的预谢一般是年或 月的平均状况+时间分辨率鞍低。因此 +在本项研究中利用随机 天气模型．实现
RCM 预测结果向作物模式所需气候资料的转化。
2 资料的收集和敷据库的建立
华南地 区，长江中下游地区是我国水稻的重要产区．选择其中的广 州，长沙、南京 3个地区作为研究地
点有一定的代表性和典型性 。所用水稻供试品种分别 为桂朝、竹溪 26号和汕优 63(B)。
2．1 田阐实验资料 田间实验 资料包括 田问管理措旌(旌肥、}毂水、病虫害治理 )、物候期观测(播种期 、出
苗期、分蘖期、抽穗期、生理成熟期)和产量构成要素(千粒重、有效穗数目 每穗粒数、产量)
2．2 土壤剖面资料 土壤资料包括土壤一般特性(土壤质地 分类、坡度，土壤剖面层数、土壤渗漏性等级
和排水等级)和各层土壤理化性状(各土层厚度 ，粘，粉、砂粒含量 ．有机质，铝饱和度及 pH)。
2．3 气象资料 收集整理样地 30a(1956~1985)”的历史气象资料(各年逐日最高气温、最低气温 降水量
和辐射)，得出各地的一般特征。然后利用随机天气摸蛩模拟出该地 200a的逐 日随机资料作为当前气候情
景。再湎过谓整随机天气模型中的部分参数，将RCM 预测的结果转化为运行作物模式和分析作物产量变
化分布所需的 200a遥日随机资料．作为对应于不同气侯变率水平下的未来气侯情景。在该项研究中假定
了 3种气候变率水平：O 10 ，20 。对于温度，采用月内绝对变率，即假定标准差SD增加l0 和20
对于降水．采用月内相对变率，假定变异系数 增加 lo 和 20 。
3 模拟过程
3 1 水稻品种遗传参数的确定 通过查阅文献与田闻试验结台．用 试错法”确定水稻品种遗传参数．
3．2 CERES Rice模式的验证 根据田蚵试验资料及与其同期同地的气象资料和土壤资料对CERES—
Rice模式进行了验证。结果表明．模式对水稻各器官变化趋势的模拟与实测值非常接近。通过调整模式参
敷 ，该模式便可用于不同类型水稻如移栽稻、直播稻的生育过程和产量的模拟 ，适用于气侯变化对我国水
稻生产影响的评估。
3．3 各气候情景下水稻产量的模拟和最终结果的计算 将各气侯情景下200a 随机动态大样本输入到
CERES．Rice中去，运行作物模式得到各气候情景下 2ooa的作物产量．然后利用 Excel软件对各情景 200a
的水稻产量进行捧序，计算出 9o％年份的最高产量 (即 90％年份的产量低于 Y．)，i取 0⋯1 2 3，分别代表
当前和未来区域气候情景下 0 变率水平、10％变率水平、20％变率水平的气侯情景。最后计算各预测情景
下产量的相对变化(△ )，即 △ 一(y 一 )／ x100％ ( 1，2，3)
4 结果及分析
4．1 气候变率对灌溉水稻产量的影响
1)由于数据韵可得性 t果甩此区间韵昕史气象资料
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4期 罗群英等 ；区域气候变化情景下气候变率对我国水稻产量影响的模拟研究 559
从上表中可以看出 ：(1)置域气候的各变率
对备地灌溉水稻产量的影响程度不同 广 州和
长沙比较接近．在考虑 CO 肥效作用时，两地增
产幅度远远大于南京地区；而在不考虑 CO 肥
教作用时 ，两地减产幅度则小于 南京地 区，三地
比较起来 ．南京受未来气候变 化影响最大 ，最不
利于水稻的生产，是气候变化的敏感地区。(2)
不论是否考虑 CO 的肥效作用 ．气候变率 对灌
溉水稻的产量都有 负面影 响，且这种影响 随变
率的加大而增大 。即在考虑 CO z肥效作用时，随
着变率的增大 ，灌溉水稻增产幅度逐渐下降；在
不考虑 CO 肥效作用时 ，随着变率的增大 ，灌溉
水稻减产愈发严重。这说明在满足作物各生育
阶段对水分的需求后 ，过 多的雨水将不 利于 灌
溉水稻的生产 。(3)CO：的肥效作用是不可忽视
的重要方面 ，其作用范围大致 为 14 ～25 一它
能较大程度地减缓气候变化对水稻产量的 不利
影响。在考虑 CO 肥效作用时 ，未来气候变化将
有利于水稻的生产；反之 ，亦然。
4．2 气候变率对雨养水稻产量的影响 从表 2
表 l 灌溉水稻产量的变化( )
Table 1 Variation of irrigated rice yields
广 州 10．71 9 58 8 79 — 7．“ 一 7 78 —8 12
长秒 16．63 16．75 16 27 —4．51— 4．87 —5 11
南京 4．92 3．85 1．61 — 11．9O一 12．08—13 78
@0 VarIabl¨ty}②Guangzhou}⑨Changsha}④Nanjing
裹 2 雨井水稻产量的变化 (％)
Table 2 Variation of ralnfed rice yidds
广 l州0 4．61 4．84 8．65 —12—94—15．38— 1O．73
长 沙 17 58 19．19 20．27 —4 30 —3．09 —2．82
南京0 —8．67—17．33一l7．22—25．33—32．11-32．11
①0％Variahitity}②Guangzhou~@Changsh~；④Nanjing
可 以看 出；(1)区域气候情景下各气候变率水平对各地 区雨养水稻产量的影响相差悬殊。在考虑 CO 2的肥
效作用时，长沙地区因气候变化受益最大 ．其次是广州 ．而南京地区则 出现减产的现象 ；在不考虑 CO,的肥
效作用 时，长沙减产幅度最小 ，南京减产幅度最大 。因此．气候变化对南京地区雨养水稻的生产极为不 利-
应采取适应对策缓解气候变化对该地 区的不利影响 ．以保证该地区雨养水稻的生产 。(2)对于广_州、长沙两
地来说．气候变率对雨养水稻产量有正面影响。即在考虑 CO 肥效作用时，雨养水稻产量随气候变率的加
大而加大 ；在不考虑 CO。肥效作用时 ．水稻产量减产的幅度随变率的加大而减小。这说明降水变率的增大
在一定程度上满足了雨养水稻生育过 程中对水分的需求 ，从而保证了水稻产量的提高 而南京地区雨养水
稻与气候变率的关系则表现出和灌溉水稻相同的规律。导致这一结果的原因可能与该地的气候条件 、土壤
条件状况及其它方面的因素有关 ，这一问题有待于进一步研究 (3)CO 对各地雨养水稻的肥效作用大小
相近，一般在 15 ～25 间波动。
5 结论
(1)气候变率对水稻产量的影响因经营方式、研究地区的不同而不同。气候变率对各地 灌溉水稻有不
利影响，这种不利影响与气候变率成正相关}气候变率对雨养水稻的影响却因研究地区的不同而有差异 ，
有正面影响也有负面影响 因此 ，不能笼统地谈气候变率对水稻产量有何种影响．而应分情况区别对待
(2)C0 对各地灌溉水稻和雨养水稻的肥效作用均很明显 。其作用范围为 14 ～25 。
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