气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报徐进祥课件

气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报

徐进祥气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报

徐进祥1

研究意义

由于气候变化的不确定性，开展农业经济系统对气候变化响应评价研究，比气候变化的影响研究更具现实意义。在确定未来气候变化的基础上，对黑河流域农业经济系统对气候变化的脆弱性做出科学评价；并在此基础上探讨针对气候变化影响的适应性对策，以此寻找走向可持续发展的途径和对策。

研究意义

由于气候变化的不确定性，开展农业经济系统对气候变2二、研究方法

（一）AEZ模型（农业生态地带模型）1、农业生态地带模型简介该模型是卡萨姆（Kassam）1977年为联合国粮农组织的农业生态区域项目制定的一种计算作物光温生产潜力的方法。一种对气候适应，在没有限制条件下种植、生育期为G天的高产品种，计算其潜在产量。本项目在统计张掖地区各种主要粮食作物的多年平均种植面积的基础上，利用该方法计算基期的粮食产量，并在气候变化模型的基础上计算对照期的潜在粮食产量，并计算变化情况。主要考虑水分条件限制,用水分限制系数或密茨里许函数进行修正.二、研究方法

（一）AEZ模型（农业生态地带模型）3（二）Ricardian模型1、模型简介 Ricardian模型是由Mendelsohn等于1994年发展的一种经验分析方法。该方法使用农业效益的经济学度量方法：即用农业价值或纯农业收益来分析气候对农业的影响。使用Ricardain模型对不同地方气候的农业进行分析，不仅可对整个区域农业生态系统的效益进行度量，而且可经验性地估算农业对长期气候变化的敏感性。此外，利用Ricardian模型分析农业生产的效益还考虑了决定农业生产效益的其它重要经济因子，如市场的远近、土壤的质量。虽然该方法没有明确地说明农民在气候变化时怎样实施调整，但它对经济效益的度量隐含了农民在响应地方气候变化时实施所有调整的结果。所以，Ricardian分析方法的最大优点就在于整个度量方法考虑了面对气候变化时农民的适应行为。（二）Ricardian模型42、模型的优、缺点Ricardian模型从经济的角度探讨气候变化对农业的影响，它把气候变化对农业的损害度量成土地纯收入的减少是一种新颖的研究方法。该方法考虑了市场条件如区域农业距主要农业市场的远近、农业劳动力、农用化肥等的投入，具有一定的先进性。但Ricardian模型也有自身的局限性，即假定农作物的价格随时间不发生相对变化。Ricardian模型最终把土地的纯收入表达成气温和降水的函数，即Ricardian气候响应函数，没有考虑人类投入对土地纯收入的影响。利用Ricardian气候响应函数来估算未来土地纯收入的多少，其结果往往出现令人难以解释的现象。相反，利用Ricardian气候响应函数来分析气候变化对农业生产的影响，如土地纯收入可能的趋势变化，却是一种较好的方法。2、模型的优、缺点53、对模型的修正针对上述Ricardian模型的缺点，农业土地纯收入应该分两部分表示：Y=Y1+Y2（1）Y:农业土地纯收入；Y1：由气温和降水造成的土地纯收入(气象纯收入)；Y2：由人类投入造成的土地纯收入(趋势纯收入)。假定在研究期内Y2不发生变化，农业土地纯收入只随Y1的变化而变化，Y1的变化可通过气温和降水的变化计算3、对模型的修正64、矢量集成分析方法利用数学上的矢量集成方法，对潜在粮食产量和农业土地纯收益进行矢量集成，集成结果——区域农业脆弱性。引进脆弱性指数来度量脆弱程度，引进确定性指数来判断气候变化对农业经济系统的影响方向。4、矢量集成分析方法7（三）区域气候变化的脆弱性理论1、方法介绍区域对气候变化的脆弱性是对气候变化的敏感度和适应气候变化的能力的函数，可表示如下：Vul=∂Y/∂x+ɡ(A)（2）式中，x为气候要素，∂Y/∂x为敏感度，∂Y/∂T为相对气温T的敏感度，∂Y/∂P为相对降水量P的敏感度；ɡ(A)表示适应能力，与当地的科学技术水平、管理者的素质和有关政策、资金情况、该地区与其它地区的信息交流以及当地的文化教育水平等有关。（三）区域气候变化的脆弱性理论8（1）研究地区土地的自然生产潜力可以用下式表示：Yp=Ym×B0×C0×D0（3）式中Yp为土地的自然生产潜力，B0为温度系数，即热量条件限制对光合潜力的衰减系数，C0为水分条件限制的衰减系数，D0表示土壤条件的衰减系数。可见，若考虑到辐射条件的相对稳定性，讨论土地生产潜力与气候变化的关系只需研究温度系数C0及水分系数B0对Yp的影响，即气候要素通过温度、水分系数影响土地的生产潜力：Yp∝（B0，C0）（4）（1）研究地区土地的自然生产潜力可以用下式表示：9本研究中，研究地区土地的自然生产潜力式中各项的计算方案，如下文。光合生产潜力Ym由到达地面的太阳年总辐射量进行估算（牛文元，1981年），可用黄秉维经验公式计算，仅与一个地区的日照时数和地理位置有关，而与气温、降水量等气候变化中考虑的因素无关。由于土壤是气候、植被等气候条件作用下形成的综合体，土壤系数的确定非常复杂。这里采用由土壤的理化状况直接确定土壤影响权重的方法，土壤系数在0—1之间变化，不受气候要素变化的影响（冷书疏，1992），依据研究地区土壤普查结果，D0取为0.5—0.6。本研究中，研究地区土地的自然生产潜力式中各项的计算方案，如下10温度系数B0与作物（牧草）对热量资源的利用及生长期温度有关，在大量的研究实践中有许多的经验公式（李克煌，1990；冷书疏，1992）。比较常用的有两类：由土地上的作物（牧草）生长期的界限温度或累积温度估算温度系数B0与作物（牧草）对热量资源的利用及生长期温度有关，11由年平均气温或各发育期温度估算由于本研究将从事农作物（牧草）生产的土地作为研究对象，而非特定的作物（牧草），所以采用适合农牧业生产的界限温度持续的日数做为热量资源标志更合适。这里采用根据联合国粮农组织田间实验有关数据得到的公式（朱志辉等，1985）：B0农=[（N0-N10）/2+N10]/365（5）由年平均气温或各发育期温度估算12式中B0农表示为农作物的温度系数，N0为一年中气温稳定通过0℃的持续天数。N10为气温超过10℃的持续天数。N0、N10的意义是，对农作物，≥10℃期间的热量是生长的有效资源，0—10℃期间的热量对产量的贡献相当于≥10℃期间的1/2。式中B0农表示为农作物的温度系数，N0为一年中气温稳定通过013水分系数表示了作物水分供需矛盾对生产潜力的影响。国内外对水分限制与生产量的关系进行了大量的研究，其中最有代表性的是UNFAO（FAO，1979）在大量实验基础上得到的结果。土地的水分供给主要来自降水，因而可用降水量表示可供给农田的水分。土地的水分需要量，因种植的作物品种而异。据FAO实验研究，认为可用潜在蒸散量来估算。于是土地的光、温、水生产力与光温生产力之间的关系如下：水分系数表示了作物水分供需矛盾对生产潜力的影响。国内外对水分14（6）Y1，Y2分别表示光温水生产潜力和光温生产潜力，P为作物生长期的降水量，Ep为潜在蒸散量，α为作物系数，Ky为作物的产出系数，试验确定其在1.0左右，为研究方便，这里取为1.0。（7）式中C0农为农作物的水分系数，P为年降水量，Ep为潜在蒸散量，是气温、日照、水气压、风速等的函数，α为作物系数。

15由以上各式，研究地区土地的自然生产潜力对气温、降水变化的敏感性响应指数即敏感度，可表示为：对气温变化的敏感性响应：（8）

对降水变化的敏感性响应：（9）由以上各式，研究地区土地的自然生产潜力对气温、降水变化的敏感16综上所述，土地的自然生产潜力对气温变化ΔT、降水量ΔP时的敏感性响应ΔYp，可由下式计算：（10）利用上述公式能计算土地的自然生产潜力对气温变化ΔT、降水量ΔP时的敏感度。通过模拟得到的未来气候情景代入上述公式，即能得到未来相应气候情景下土地的自然生产潜力对气温变化ΔT、降水量ΔP时的敏感度。综上所述，土地的自然生产潜力对气温变化ΔT、降水量ΔP时的敏17（2）区域对气候变化的适应能力影响某一区域对气候变化的适应能力的因素主要涉及区域的技术、管理、经济和文化水平。IPCC指出技术进步可以提高诸如农业和水供应等领域的适应能力。而适应对策的有效实施又取决于国内外的资金、技术转让、文化、教育、管理、组织和法律法规等。联合国关于气候变化的框架公约中特别指出加强发达与发展中国家（地区）之间的技术交流是提高适应能力的重要方面。（2）区域对气候变化的适应能力18可选取以上表示各方面水平的社会经济指标，采用模糊分级方法对各个因素的综合影响加以评价。以上各方面因素的指标可以由社会经济统计资料提炼。国家定期公布的社会经济统计资料作为区域社会经济状况的定量指标已被越来越多的研究所采用。用模糊识别法分别计算以上指标属于各级别的隶属函数，求得综合隶属函数，然后依据隶属度最大原则，判断研究地区对气候变化适应能力级别。可选取以上表示各方面水平的社会经济指标，采用模糊分级方法对各19例如某区域对气候变化适应能力属于k级的综合隶属函数由下式计算：（11）式中：Uki为第i项指标属于k级的隶属函数。则适应能力级别为使Sk最大的k值。未来的社会经济情景在后一种方法中做详细介绍。通过未来的社会经济情景数据，可以判断出未来的适应能力。2、进行流域气候变化脆弱性评价例如某区域对气候变化适应能力属于k级的综合隶属函数由下式计算20（五）农业生产的气候脆弱性评估的另一种定量计算方法本评估方案首先确定敏感性和适应性评估指标，采用AHP层次分析法分配指标权重，其次根据有关研究成果确定单指标评估标准和敏感性、适应性计算方案，最后给出脆弱性计算方案和等级划分标准。（五）农业生产的气候脆弱性评估的另一种定量计算方法211、脆弱性评估指标体系及其权重农业生产气候脆弱性研究指标体系的确定，是在参考已有生态脆弱性研究和有关气候变化对农业影响研究成果的基础上，充分考虑研究区域内的实际生产状况，选取和农业生产条件密切相关的气候、生态和持续发展能力的因子，采用数学分析和专家推荐相结合的办法，分别选取敏感性指标和适应性指标组合，根据专家打分结果，利用AHP层次分析法确定指标权重。结果如表1。1、脆弱性评估指标体系及其权重22气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报徐进祥课件232、敏感性指标分级及计算方案敏感性各指标的评判标准主要参考了有关文献，各指标值具体分级及相应敏感性程度等级划分结果见表2。2、敏感性指标分级及计算方案24气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报徐进祥课件25敏感性Vp1可由下式计算求得：（12）其中Wi表示第i种指标所占权重（表1），Xi表示第i种指标具体取值所属等级的敏感性程度值（表2）。敏感性Vp1可由下式计算求得：263、适应性指标分级方案及计算方法根据各地农业经济发展状况、各种可持续发展指标体系和有关科研成果，可确定适应性各指标判别标准及适应性等级划分方案（表3）。适应性可由下式计算求得：（13）其中Wi表示第i种指标所占权重（表1），Yi表示第i种指标具体取值所属的适应性程度值（表3）。3、适应性指标分级方案及计算方法27气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报徐进祥课件284、农业生产气候脆弱性分级及计算方案综合考虑上述两方面的影响，农业生产的气候脆弱性Vp可由(14）计算得出，并由（15）作归一化处理，具体等级划分方案见表4。

4、农业生产气候脆弱性分级及计算方案29气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报徐进祥课件30气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报徐进祥课件31气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报徐进祥课件32气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报徐进祥课件33六）将矢量集成方法、气候变化脆弱性研究理论和定量计算方法的研究结果进行对比，看耦合情况。六）将矢量集成方法、气候变化脆弱性研究理论和定量计算方法的研34本研究的创新之处将三种研究方法结合起来评价流域对气候变化的脆弱性可能会得到比较满意的结果，在此基础上提出科学的适宜性对策。本研究的创新之处将三种研究方法结合起来评价流域对气候变化的脆35谢谢!谢谢!36气候变化对农业经济系统影响评估研究研究进展汇报

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由于气候变化的不确定性，开展农业经济系统对气候变化响应评价研究，比气候变化的影响研究更具现实意义。在确定未来气候变化的基础上，对黑河流域农业经济系统对气候变化的脆弱性做出科学评价；并在此基础上探讨针对气候变化影响的适应性对策，以此寻找走向可持续发展的途径和对策。

研究意义

由于气候变化的不确定性，开展农业经济系统对气候变38二、研究方法

（一）AEZ模型（农业生态地带模型）1、农业生态地带模型简介该模型是卡萨姆（Kassam）1977年为联合国粮农组织的农业生态区域项目制定的一种计算作物光温生产潜力的方法。一种对气候适应，在没有限制条件下种植、生育期为G天的高产品种，计算其潜在产量。本项目在统计张掖地区各种主要粮食作物的多年平均种植面积的基础上，利用该方法计算基期的粮食产量，并在气候变化模型的基础上计算对照期的潜在粮食产量，并计算变化情况。主要考虑水分条件限制,用水分限制系数或密茨里许函数进行修正.二、研究方法

（一）AEZ模型（农业生态地带模型）39（二）Ricardian模型1、模型简介 Ricardian模型是由Mendelsohn等于1994年发展的一种经验分析方法。该方法使用农业效益的经济学度量方法：即用农业价值或纯农业收益来分析气候对农业的影响。使用Ricardain模型对不同地方气候的农业进行分析，不仅可对整个区域农业生态系统的效益进行度量，而且可经验性地估算农业对长期气候变化的敏感性。此外，利用Ricardian模型分析农业生产的效益还考虑了决定农业生产效益的其它重要经济因子，如市场的远近、土壤的质量。虽然该方法没有明确地说明农民在气候变化时怎样实施调整，但它对经济效益的度量隐含了农民在响应地方气候变化时实施所有调整的结果。所以，Ricardian分析方法的最大优点就在于整个度量方法考虑了面对气候变化时农民的适应行为。（二）Ricardian模型402、模型的优、缺点Ricardian模型从经济的角度探讨气候变化对农业的影响，它把气候变化对农业的损害度量成土地纯收入的减少是一种新颖的研究方法。该方法考虑了市场条件如区域农业距主要农业市场的远近、农业劳动力、农用化肥等的投入，具有一定的先进性。但Ricardian模型也有自身的局限性，即假定农作物的价格随时间不发生相对变化。Ricardian模型最终把土地的纯收入表达成气温和降水的函数，即Ricardian气候响应函数，没有考虑人类投入对土地纯收入的影响。利用Ricardian气候响应函数来估算未来土地纯收入的多少，其结果往往出现令人难以解释的现象。相反，利用Ricardian气候响应函数来分析气候变化对农业生产的影响，如土地纯收入可能的趋势变化，却是一种较好的方法。2、模型的优、缺点413、对模型的修正针对上述Ricardian模型的缺点，农业土地纯收入应该分两部分表示：Y=Y1+Y2（1）Y:农业土地纯收入；Y1：由气温和降水造成的土地纯收入(气象纯收入)；Y2：由人类投入造成的土地纯收入(趋势纯收入)。假定在研究期内Y2不发生变化，农业土地纯收入只随Y1的变化而变化，Y1的变化可通过气温和降水的变化计算3、对模型的修正424、矢量集成分析方法利用数学上的矢量集成方法，对潜在粮食产量和农业土地纯收益进行矢量集成，集成结果——区域农业脆弱性。引进脆弱性指数来度量脆弱程度，引进确定性指数来判断气候变化对农业经济系统的影响方向。4、矢量集成分析方法43（三）区域气候变化的脆弱性理论1、方法介绍区域对气候变化的脆弱性是对气候变化的敏感度和适应气候变化的能力的函数，可表示如下：Vul=∂Y/∂x+ɡ(A)（2）式中，x为气候要素，∂Y/∂x为敏感度，∂Y/∂T为相对气温T的敏感度，∂Y/∂P为相对降水量P的敏感度；ɡ(A)表示适应能力，与当地的科学技术水平、管理者的素质和有关政策、资金情况、该地区与其它地区的信息交流以及当地的文化教育水平等有关。（三）区域气候变化的脆弱性理论44（1）研究地区土地的自然生产潜力可以用下式表示：Yp=Ym×B0×C0×D0（3）式中Yp为土地的自然生产潜力，B0为温度系数，即热量条件限制对光合潜力的衰减系数，C0为水分条件限制的衰减系数，D0表示土壤条件的衰减系数。可见，若考虑到辐射条件的相对稳定性，讨论土地生产潜力与气候变化的关系只需研究温度系数C0及水分系数B0对Yp的影响，即气候要素通过温度、水分系数影响土地的生产潜力：Yp∝（B0，C0）（4）（1）研究地区土地的自然生产潜力可以用下式表示：45本研究中，研究地区土地的自然生产潜力式中各项的计算方案，如下文。光合生产潜力Ym由到达地面的太阳年总辐射量进行估算（牛文元，1981年），可用黄秉维经验公式计算，仅与一个地区的日照时数和地理位置有关，而与气温、降水量等气候变化中考虑的因素无关。由于土壤是气候、植被等气候条件作用下形成的综合体，土壤系数的确定非常复杂。这里采用由土壤的理化状况直接确定土壤影响权重的方法，土壤系数在0—1之间变化，不受气候要素变化的影响（冷书疏，1992），依据研究地区土壤普查结果，D0取为0.5—0.6。本研究中，研究地区土地的自然生产潜力式中各项的计算方案，如下46温度系数B0与作物（牧草）对热量资源的利用及生长期温度有关，在大量的研究实践中有许多的经验公式（李克煌，1990；冷书疏，1992）。比较常用的有两类：由土地上的作物（牧草）生长期的界限温度或累积温度估算温度系数B0与作物（牧草）对热量资源的利用及生长期温度有关，47由年平均气温或各发育期温度估算由于本研究将从事农作物（牧草）生产的土地作为研究对象，而非特定的作物（牧草），所以采用适合农牧业生产的界限温度持续的日数做为热量资源标志更合适。这里采用根据联合国粮农组织田间实验有关数据得到的公式（朱志辉等，1985）：B0农=[（N0-N10）/2+N10]/365（5）由年平均气温或各发育期温度估算48式中B0农表示为农作物的温度系数，N0为一年中气温稳定通过0℃的持续天数。N10为气温超过10℃的持续天数。N0、N10的意义是，对农作物，≥10℃期间的热量是生长的有效资源，0—10℃期间的热量对产量的贡献相当于≥10℃期间的1/2。式中B0农表示为农作物的温度系数，N0为一年中气温稳定通过049水分系数表示了作物水分供需矛盾对生产潜力的影响。国内外对水分限制与生产量的关系进行了大量的研究，其中最有代表性的是UNFAO（FAO，1979）在大量实验基础上得到的结果。土地的水分供给主要来自降水，因而可用降水量表示可供给农田的水分。土地的水分需要量，因种植的作物品种而异。据FAO实验研究，认为可用潜在蒸散量来估算。于是土地的光、温、水生产力与光温生产力之间的关系如下：水分系数表示了作物水分供需矛盾对生产潜力的影响。国内外对水分50（6）Y1，Y2分别表示光温水生产潜力和光温生产潜力，P为作物生长期的降水量，Ep为潜在蒸散量，α为作物系数，Ky为作物的产出系数，试验确定其在1.0左右，为研究方便，这里取为1.0。（7）式中C0农为农作物的水分系数，P为年降水量，Ep为潜在蒸散量，是气温、日照、水气压、风速等的函数，α为作物系数。

51由以上各式，研究地区土地的自然生产潜力对气温、降水变化的敏感性响应指数即敏感度，可表示为：对气温变化的敏感性响应：（8）

对降水变化的敏感性响应：（9）由以上各式，研究地区土地的自然生产潜力对气温、降水变化的敏感52综上所述，土地的自然生产潜力对气温变化ΔT、降水量ΔP时的敏感性响应ΔYp，可由下式计算：（10）利用上述公式能计算土地的自然生产潜力对气温变化ΔT、降水量ΔP时的敏感度。通过模拟得到的未来气候情景代入上述公式，即能得到未来相应气候情景下土地的自然生产潜力对气温变化ΔT、降水量ΔP时的敏感度。综上所述，土地的自然生产潜力对气温变化ΔT、降水量ΔP时的敏53（2）区域对气候变化的适应能力影响某一区域对气候变化的适应能力的因素主要涉及区域的技术、管理、经济和文化水平。IPCC指出技术进步可以提高诸如农业和水供应等领域的适应能力。而适应对策的有效实施又取决于国内外的资金、技术转让、文化、教育、管理、组织和法律法规等。联合国关于气候变化的框架公约中特别指出加强发达与发展中国家（地区）之间的技术交流是提高适应能力的重要方面。（2）区域对气候变化的适应能力54可选取以上表示各方面水平的社会经济指标，采用模糊分级方法对各个因素的综合影响加以评价。以上各方面因素的指标可以由社会经济统计资料提炼。国家定期公布的社会经济统计资料作为区域社会经济状况的定量指标已被越来越多的研究所采用。用模糊识别法分别计算以上指标属于各级别的隶属函数，求得综合隶属函数，然后依据隶属度最大原则，判断研究地区对气候变化适应能力级别。可选取以上表示各方面水平的社会经济指标，采用模糊分级方法对各55例如某区域对气候变化适应能力属于k级的综合隶属函数由下式计算：（11）式中：Uki为第i项指标属于k级的隶属函数。则适应能力级别为使Sk最大的k值。未来的社会经济情景在后一种方法中做详细介绍。通过未来的社会经济情景数据，可以判断出未来的适应能力。2、进行流域气候变化脆弱性评价例如某区域对气候变化适应能力属于k级的综合隶属函数由下式计算56（五）农业生产的气候脆弱性评估的另一种定量计算方法本评估方案首先确定敏感性和适应性评估指标，采用AHP层次分析法分配指标权重，其次根据有关研究成果确定单指标评估标准和敏感性、适应性计算方案，最后给出脆弱性计算方案和等级划分标准。（五）农业生产的气候脆弱性评估的另一种定量计算方法571、脆弱性评估指标体系及其权重农业生产气候脆弱性研究指标体