【毕业学位论文】区域农业对气候变化的脆弱性评价——宁夏案例研究硕士论文

密级 ： 论文编号 ：中国农业科学院学位论文区域 农业 对 气候变化 的 脆弱性评价 宁夏案例研究A 研 究 生 ： 唐为安指 导 教 师 ： 马世铭 研究员申请学位类别 ： 理学硕士专 业 ： 气象学研 究 方 向 ： 全球气候变化及其影响培 养 单 位 ： 中国农业科学院研究生院农业环境与可持续发展研究所提交日期 2007 年 6 月A 007独 创 性 声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 。 尽我所知 ， 除了文中特 别加以标注和致谢的地方外 ， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 ， 也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 。研究生签名 ： 时间 ： 年 月 日关于论文使用授权的声明本人完全了解中国农业科学院有关保留 、 使用学位论文的规定 ， 即 ： 中国农业科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘 ， 允许论文被查阅和借阅 ， 可以采用影印 、 缩印或扫描等复制手段保存 、 汇编学位论文 。 同意中国农业科学院可以用不同方式在不同媒体上发表 、 传播学位论文的全部或部分内容 。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议 )论文作者 签名 ： 时间 ： 年 月 日导师签名 ： 时间 ： 年 月 日中国农业科学院硕士学位论文评阅人 、 答辩委员会名单表论文题目 区域农业对气候变化的脆弱性评价 宁夏案例研究论文作 者 唐为安 专 业 气象学 研究方向 气候变化指导教师 马世铭 研究员 培养单位 （ 研究所 ） 环发所姓名 职称 硕 （ 博 ）导师 单 位 专 业 签 名李玉娥 研究员 硕导 博导 中国农业科学院 环发所 气象学评阅人 霍治国 研究员硕导 博导 中国气象科学研究院 农业减灾答辩主席王道龙 研究员 硕导 博导 中国农业科学院 环发所 气象学李玉娥 研究员 硕导 博导 中国农业科学院 环发所 农业气象许吟隆 研究员 硕导 博导 中国农业科学院 环发所 气象学杨修 副研究员 硕导 博导 中国农业科学院环发所 农业生态霍治国 研究员 硕导 博导 中国气象科学研究院 农业减灾游松财 研究员 硕导 博导 中国科学院地理所 农业气象蒋金荷 副研究员 硕导 博导 中国社会科学院数量 与 技术 经济研究所 数量经济 学答辩委员硕导 博导 会议记录 （ 秘书 ） 王雅琼论文答辩时间地点 2007 年 6 月 15 日 11 时于环发所 203 室本文 以宁夏回族自治区为案例 ， 针 对 区域 农业 对 气候变化 的 脆弱性 进行 了评估 。 根据 政府间气候变化专门委员会 （ 对脆弱性的定义 ， 通过 实地调查和专家推荐 ， 采用 1995的宁夏各市县的气象观测数据 、 农业 和 社会经济等方面的统计数据 ， 通过 相关 性 分析 研究 ， 确定了宁夏 农业生产对气候变化的 敏感性指标 和 农业系统对气候变化的适应能力指标 ， 采用 人工神经网络 （ 方法 ， 改进指标选取 和脆弱性指标权重 确定 的方法 ， 完成了对宁夏 的农业气候变化脆弱性的现状分析 ； 利用区域气候模式系统 提供的 以及由中国社会科学院数量与 技术 经济研究所提供的社会经济情景数据 ，完成 宁夏农业生产 对 气候变化脆 弱性的未来评价 。 从而 为揭示 区域农业 对气候变化 的 脆弱性 地域分布特征 、 为气候变化脆弱性研究和区域气候变化响应策略 的 制定提供依据 。通过研究得出以下结论 ：1. 本研究通过宁夏气象局提供的 1995的气象数据 ， 以及宁夏 1995 的社会经济数据 ， 综合考虑敏感性和适应能力两个方面的指标 ， 完成了 宁夏 1995 的农业 对 气候变化 的 脆弱性评价 。 结果表明 ， 从时 间尺度上 ， 2000 年以前宁夏各市县整体上的脆弱性低于2000年以后 。 其中 1997的脆弱 度 比较低的 ， 以 1998 年最低 ； 而 2000脆弱 度比较高 ， 以 2000 年 最 高 ； 从空间分布来看 ， 宁夏农业 对 气候变化 的 脆弱 度 总体趋势为 ： 南部山区 中部干旱区 北部灌区 。 南部山区整体上较高 ， 其中西吉是最高的 ； 北部灌区脆弱性较低 ， 但是 其中 的石嘴山市和银川市脆弱 性 程 度比灌区其它市县高 。2. 本研究在分析农业 对 气候变化 的 脆弱性研究进展的基础上 ， 采用 实地调查 和 专家推荐 的方 法 ，通过相关性分析研究 ， 构建 了宁夏 农业气候变化脆弱性指标体系 。 研究表明 ， 该指标体系能够比较客观地反映出宁夏 农业 对 气候变 化 的 脆弱性地区分布特征 。3. 本研究通过 由区域气候模式 出的 011夏 的 气候情景数据 ， 以及 景下 2020 年和 2030 年宁夏 的 社会经济情景数据 ， 完成对宁夏 2020 年和 2030 年的农业 对 气候变化 的 脆弱性评价 。 从整体上来看 ， 在未来的气候和社会经济条件下 ，到 2020 年 ， 整体上 景条件下的农业对气候变化的脆弱性要高于 景条件下 ， 但是南部山区却相反 ； 到 2030 年 ， 景条件下的农业对气候变化的脆弱性程度都高于 景条件下 。 因此 ， 尽管 宁夏 各地区的农业 对 气候变化 的 脆弱性都有不同程度的增加 ， 但是 要高于 景条件下 。4. 在 景条件下 ， 2030 年 宁夏 农业 对 气候变化脆弱 性程 度 整体上 高 于 2020 年 ， 2020 年和2030年的脆弱度 均比 2000 年 的 脆弱度高 ， 说明在 景条件下宁夏地区农业脆弱性整体上呈上升趋势 ； 在 景条件下 ， 2020 年 宁夏 各地 区 脆弱 度 均 比 2030 年 高 ， 但 2020年和 2030年的脆弱度低 于 2000 年的脆弱度 。 因此 ， 在 降 趋势 。关键词 ： 气候变化 ， 农业 ， 脆弱性评 价 ， 人工神经网络 ， 社会科学统计软件包 （ to as a to on of by of as of 003, of of of to By 2 2 of to in of to of to In in a of to to as . 9952003 9952003 of to 995 on 995 003. 000 s to is to to a is is in In on of of of to to to By s A2 2 of 011 030of s B2 020 030, of to 020 030 On to in 2 2 In 020, 2 on of 2 it in 030, 2 of 2 2 to on 030, 020 it 000 it 000. an 2 2 of of 000, 020 it 030; in it 020, 030 it 第一章 绪论 . 研究背景 . 全球气候变化 . 气候变化影响 .观测到的气候变化影响 . 估未来的气候变化影响 . 候变化对我国农业的影响 .候变化对宁夏的影响 . 气候变化的脆弱性及其研究现状 . 业对气候变化的脆弱性评估主要研究方法 .定指标评价研究 . 计函数分析研究 . 例研究 . 结与讨论 . 究方法有待改进 . 强评价指标的建立 ， 提高脆弱性评价的全面性 . 进各种全球和区域气候模型 ， 提高脆弱性评价的准确性 . 研究内容与目的 . 11第二章 研究方法 . 研究方法 .究思路 . 究技术路线 . 究方法 人工神经网络模型 . 来社会经济情景及气候情景的构建 .会经济情景的构建方法 . . 18第三章 宁夏农业对气候变化脆弱性的现状评价 . 研究区域基本情况 . 宁夏农业对气候变化的脆弱性评价 . 资料来源 . 脆弱性指标选取 . 农业对气候变化的脆弱性评价的人工神经网络模型 . . . 业对气候变化脆弱性的 价 .夏农业对气候变化脆弱性的未来评价 . 区域气候变化模式 . 景下宁夏地区的温度和降水变化 . 景下宁夏地区的社会经济状况 . 宁夏农业对气候变化脆弱性的未来评估 .论与讨论 . 结论 . 讨论 .文全称 中文名称层次分析法工神经网络物环境资源综模型理信息系统球气候模式府间气候变化 专门 委员会兰环境研究所域气候影响研究模型会科学统计 软件 包域气候模式放情景特别报告三次评估报告合国环境 规划 署一章 绪论1第一章 绪 究背景近百年来 ， 地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化 。 这种主要由人类活动引起的 、 大气中温室气体浓度增加所导致的全球气候变化问题已经引起人们广泛关注 。 政府间气候变化专门委员会 （ 第三次评估报告 （ 出 ： 20 世纪全球平均地表温度升高了 ， 可能是近 1000 年来增温最明显的一个世纪 ， 其中 1998 年为最暖的一年 （ 丁一汇 ， 2003； 2001）。 20世纪初以来 ,北半球 中高纬度陆地地区的年降水量呈现增加趋势 ;而热带特别是非洲北部地区年降水量则明显下降 。 根据不同的温室气体排放情景 ， 利用 30 多个全球耦合模式和区域气候模式模拟和预估未来的气候 ， 结果表明 ： 未来 100年全球平均地表温度将上升 ， 海平面将上升 9 882001，2001a， 2001b） 。中国的气候变化趋势与全球气候变化的总趋势基本一致 。 近百年来 ， 气温上升了 ， 增温速率比同期全球平均略高 。 但是 ， 20 世纪 80 年代初以来的增温似乎不比 1930 1940年代明显 ， 而 1910 1920年代和 1950 1960 年代地表温度的降低却比全球或北半球明显得多 。与全球平均一样 ， 近 100 年的增温主要发生在冬季和春季 ， 而夏季有微弱变凉趋势 。 近 50年中 ，年平均地表气温升高 ， 增温速率 ， 比全球或北半球同期平均高得多 ， 其中冬季和春季增温更为明显 ， 北方和青藏高原增温比较显著 。 中国西南地区的降温现象令人瞩目 ， 其中春季和夏季变凉尤为突出 。 长江中下游地区夏季平均温度也呈下降趋势 。 中国的气候生长期已明显增长 ， 青藏高原和北方地区增长更多 。 以冬季和西北 、 华北 、 东北增温最为明显 ； 我国 20 世纪 90年代是近百年来的最暖时期 （ 屠其璞 ， 1984； 丁一汇等 ， 2006）。 我国科学家通过大量科学研究得出 ： 我国气候将继续变暖 。 2020 2030 年 ， 全国平均温度将上升 ， 到 2050 年 ， 全国平均温度将上升 ,到 2100 年 ， 全国平均温度将上升 （ 丁一汇等 ， 2006； 秦大河等 ， 2004； 中国气候变化国别研究 ， 2000）。中国近 100年来的年降水量没有出现明显的趋势性变化 ， 但秋季降水量略有减少 ， 而春季降水量略有增加 。 近 50年来全国的平均降水量变化趋势也不明显 ， 但 1956年以来出现了微弱增 加的趋势 。 长江中下游和东南地区年降水量从 1956 年到 2000 年平均增加了 60 130西部大部分地区的年降水量从相对意义上看也有较明显的增加 ， 东北北部和内蒙古大部分地区降水量有一定程度增加 ； 中国华北 、 西北北部 、 东北南部等地区降水量出现明显下降趋势 ， 其中黄河 、 海河 、辽河和淮河流域平均年降水量从 1956 年到 2000年约减少了 50 120气候变化国家评估报告 ，2007）。全球气候不断增温 ， 将改变各地的温度场 ， 并影响大气环流的运行规律 ； 各地的降水量和蒸发量的时空分布亦随之发生改变 ； 增温造成的海冰 、 冰川融 化和海水受热膨胀还会使海平面上升 。这些变化都将给人类赖以生存的环境 ， 包括水资源 、 土地 、 森林 、 海洋 、 能源以及人类健康 、 物种资源 、 自然生态系统以及农业生产带来巨大的冲击 。 全球气候变化对各个部门都有不同程度的影响 ， 其中农业部门是最为敏感和脆弱的 （ 2001； 叶笃正等 ， 1992； 丁一汇 ， 1993； 王邦中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论2中 ， 1997； 陈泮勤 ， 1993； .A et 1。 气候变暖 、 变干或变湿都将引起农业生态和环境 、 生产布局和结构的变化 ， 进而影响粮食生产危及国家的粮食安全 （ 林而达 ， 王京华 ， 1994） 。球气候变化1990年 ， 在日内瓦召开的第二届世界气候大会 ， 与会专家们一致认为 “ 全球气候变化变暖将是比以往任何灾害都更加深重的 ” 。 在此期间和之后的一系列重要国际学术会议 ， 如联合国粮食大会 、 世界水资源大会 、 世界沙漠化大会 、 联合国环境发展大会等等 ， 都无不强调气候变化的重要性 （ 王邦中 ， 1997）目前 ， 有关气候变化的研究可归纳为三个方面 （ 金之庆 ， 1996）： 1） 研究气候变化的动因 ，即研究自然因素和人类活动对气候变化所产生的影响 ； 2） 研究气候变化对人类的生存环境 （ 包括经济 、 社会 、 生态等领域 ） 带 来的冲击 ； 3） 如何减缓和适应未来气候变化 。气候变化的研究方法主要有 ： 1） 在时间尺度上 ， 通过古生物 、 古气象 、 古地质等研究 ， 揭示全球气候变化的进程与规律 ； 2） 在空间尺度上 ， 通过驱动沿梯度变化的样带研究 ， 揭示全球气候变化对空间格局的影响 ； 3） 在机理研究上 ， 通过生态学试验研究 ， 揭示全球气候变化对生态系统过程的影响 ； 4） 通过建模 ， 模拟全球气候变化的过程与趋势 （ 张炜银等 ， 2001）。候变化影响气候变化严重扰乱了世界气候的自然状况 ， 对自然 、 人类社会等系统产生了一系列的影响 ，但主要以负面影响为主 ， 目前已经 观测到的气候变化的影响 ， 以及预估的未来气候变化的影响引起了国际社会的广泛重视 。 观测到的气候变化影响已观测到的事实表明 ， 20世纪的气候变化已经对许多自然和生物系统产生了严重的影响 。 主要影响包括 ： 全球海平面上升 ， 冰川退缩 ， 永冻土融化 ， 河湖水面推迟冰冻 、 冰面提早融化 （ 20世纪北半球中高纬度地区河流和湖泊冰盖持续时间减少了大约两个星期 ）， 生长季延长 （ 过去 40年 ， 北半球尤其是高纬度地区每 10 年延长约 1 4 天 ）， 昆虫分布向两极和高海拔迁徙 ， 某些动物的数量下降 ， 树木提前开花 ， 昆虫提前出现 ， 鸟类提前孵化 等 。 气候变化对一些区域的社会经济系统也产生了巨大的影响 （ 如一些地区由洪涝和暴风雪造成损失增加 ）（ 2001）。过去几十年气候变化已经导致了我国沿海海平面每年上升 13近 50 年来 ， 渤海和黄海北部冰情等级下降 ， 西北冰川面积 50年来减少 21%,西藏冻土最大减薄了 4m 5m； 高原内陆湖泊水面升高 ； 青海和甘南牧区产草量下降 ； 植物 、 哺乳动物 、 昆虫 、 鸟类和鱼类的分布向高纬度高海拔转移 ； 植物开花 、 候鸟回归 、 生育季节和昆虫出现时间均提前 ； 20 世纪 80年代以来 ， 春季物候期提前了 2 4 天 ， 北方干旱受灾面积扩大 ， 农业损失加重 ， 南方洪涝加重 ， 经济损失加大 ， 广西和海南海域发现了珊瑚白花现象 （ 气候变化国家评估报告 ， 2007）。总之 ， 种种观测事实已经表明 ： 气候变化正在对全球的自然生态系统和人类社会产生着深远的影响 。中国农业科学院硕士学位论文 第一章 估未来的气候变化影响气候变化对人类社会和自然系统的影响已经从观测到的事实得到证明 ， 同时科学家针对气候变化对未来人类社会和自然系统影响的预估研究也取得了一些研究成果 。 大量科学研究表明 ： 未来全球海平面将继续上升 ， 估计到 2100 年全球海平面将上升 将危及全球沿海地区 ， 特别是 那些人口稠密 、 经济发发的河口和沿海低地 ， 这些地区可能会遭受淹没或海水入侵 ，海滩和海岸遭受侵蚀 ， 土地恶化 ， 海水倒灌 ， 洪水加剧 ， 港口受损 ， 并影响沿海养殖业 ， 破坏排水系统 （ 2001b）。未来全球气温和降雨形态迅速变化 ， 可能使世界许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很快适应这种变化 ， 而遭受破坏性影响 ， 造成大范围的森林植被破坏和农业灾害 。 高温将会给人类的循环系统增加负担 ， 热浪将引起死亡率的增加 。 气候变暖有可能加大疾病危险和死亡率 ，增加传染病 ， 影响人类健康 。 极端气候事件的影响将更加严重 ， 暴雨频率增加会 加大洪涝的风险 ，并伴有生命丧失 ， 财产损失 ， 造成土壤侵蚀和污染物流入河流和海洋 。 热带气旋强度及侵入某些地区的频次增加 ， 会增加受影响地区人们的财产 、 健康 、 生命以及生态系统的风险 ， 以及沿海地区稳定性的风险 ， 预计未来极端气候事件将对贫困地区的穷人产生更严重的影响 。预估未来气候变化条件下 ， 21 世纪中国沿海海平面呈上升趋势 ， 到 2030 年预计上升 642050年预计上升 12232100年预计上升 2174这将对华南的珠江三角洲等低洼地区带来严重影响 ； 未来海平面上升 ， 河流泥沙减少 ， 极端干 旱时间作用增强 ， 将加重海水入侵 ， 海岸侵蚀 ， 三角洲面积增长减缓 ， 甚至衰退 ， 海岸低地被淹没范围随之增加 ； 随着气温的升高 ， 红树林分布北界将向北移 ， 珊瑚礁的白化范围可能有所扩大 ； 未来 50 100年 ， 北方地区的部分省份年平均径流深减少 2% 10%， 而南方地区却平均增幅达 24%。 到 2050年 ， 我国西部冰川面积将继续减少 冻土面积继续缩小 。 动植物 、 昆虫 、 鸟类和鱼类的分布北移西扩 ； 植物开花 、 候鸟回归以及生育季节将提高 ； 2050年后作物产量下降最大可达 37%， 并且品质也同时下降 。 未来风暴潮和台风发生频率和强度增加 、 海水入侵以及沿海侵蚀将引起经济的巨大损失 （ 国家气候变化评估报告 ， 2007）。候变化对我国农业的影响随着全球气候变化研究的发展 ， 开展气候变化影响评估研究开始成为当前国际学术界最为活跃的研究领域之一 （ 何建坤等 ， 1995； 李克让等 ， 1999； 刘惠民等 ， 1999； 叶笃正 ， 2000）。 而预估气候变化及其对粮食生产的影响已成为当前迫切需要解决的重大问题 （ 张基嘉 ， 1992； 林而达等 ， 1995； 陆雅海 ， 1996； 符淙斌等 ， 2003）。气候是农业生产的重要环境和不可或缺的主要自然资源 。 气候始终是影响 农业生产稳定的主要决定因素 ， 气候变化会对农业的生产环境 、 布局 、 结构和生产力等产生影响 。 气候变化对农业生产的影响大致可分为两个方面 ： 一是由 二是气候变化 （ 主要表现为气候变暖 ） 造成的影响 。 对于前者 ， 由于 抑制呼吸作用 ， 并提高植物水分利用率 ， 因此将可能提高作物的产量 。 对于后者 ， 气候变暖可能会引起土壤含水量不足 ， 病虫害产生率提高 ， 有机质降解加快 ， 土壤侵蚀加剧 ， 旱涝灾害增加等 （ 严力蛟 ， 2000）。在中国 ， 农业具有举足轻重的地位 ， 13 亿人口直接依赖农业生存 ， 气候变化 对我国农业产生的不中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论4利影响 （ 特别是气候变化诱发的自然灾害等问题 ） 将危及我国社会的稳定和经济的发展 。 因此 ，进行我国农业的气候变化影响研究尤其重要 。国内科学家针对气候变化