呂曉敏 周廣勝

（1 中國(guó)氣象科學(xué)研究院，北京 100081 2 中國(guó)氣象局固城農(nóng)業(yè)氣象野外科學(xué)試驗(yàn)基地，保定 072656）

0 引言

工業(yè)革命以來，大氣中的二氧化碳等溫室氣體濃度呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，全球氣候變暖趨勢(shì)仍在持續(xù)。1900年以來，全球大陸平均增溫趨勢(shì)約1.00 ℃/100 a；降水有所增加，干旱區(qū)域趨于增大；1950年以來，全球極端冷天顯著減少，熱天顯著增多，極端降水增強(qiáng)的區(qū)域增大；1993年以來，全球平均海平面上升率約 3.1 cm/10 a，且正在加速。最新的均一化觀測(cè)資料表明，1900年以來，中國(guó)氣溫升高趨勢(shì)在1.3～1.7 ℃/100 a，北方更甚；1960年以來增暖更快，達(dá)0.27 ℃/10 a，冬春季更甚；極端冷天顯著減少、熱天顯著增多，霜凍日數(shù)減少（－3.31 d/10 a），生長(zhǎng)季延長(zhǎng)（2.82 d/10 a）；降水總體有所增加（4.2 mm/10 a），東南部、西部和東北北部增勢(shì)明顯，但東北南部、華北到西南一帶則呈減勢(shì)；暴雨普遍趨頻，東南部尤甚；同期極端少雨天氣也增多，特別是伴隨高溫?zé)崂硕焖侔l(fā)展的“驟旱”事件劇增。如此劇烈的氣候變化將對(duì)全球，尤其是中國(guó)的生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象產(chǎn)生重大影響。揭示生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制，科學(xué)地評(píng)估生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象的脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為全球變化研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)，也是中國(guó)科學(xué)家面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

生態(tài)或農(nóng)業(yè)氣象的脆弱性指生態(tài)或農(nóng)業(yè)系統(tǒng)遭受或沒有能力應(yīng)付氣候變化（包括氣候變率和極端氣候事件）不利影響的程度，是系統(tǒng)內(nèi)的氣候變率特征、幅度和變化速率及其敏感性和適應(yīng)能力的函數(shù)；生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險(xiǎn)指發(fā)生在未來特定時(shí)間段的生態(tài)或農(nóng)業(yè)潛在損失的事件。近年來，中國(guó)科學(xué)家從氣候變化影響的觀測(cè)事實(shí)與未來預(yù)估出發(fā)，開展了大量的生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象研究。本文試圖以生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象的脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)為切入點(diǎn)，從生態(tài)/農(nóng)業(yè)的地理/種植分布、物候/生育期和生產(chǎn)力/產(chǎn)量等方面，綜述中國(guó)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象研究進(jìn)展，提出未來擬關(guān)注的研究重點(diǎn)，以為中國(guó)生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象科學(xué)應(yīng)對(duì)氣候變化提供依據(jù)。

1 生態(tài)氣象的脆弱性與風(fēng)險(xiǎn)

生態(tài)氣象是研究生態(tài)系統(tǒng)與氣象條件相互作用的科學(xué)，它研究的基本單元是生態(tài)系統(tǒng), 指在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)，由生物群落與其環(huán)境組成的一個(gè)整體，其研究?jī)?nèi)容包括了氣象的生態(tài)效應(yīng)格局和規(guī)律，涉及了陸地、水生生態(tài)、自然資源生產(chǎn)和管理（森林、農(nóng)業(yè)、草地、濕地、園藝和海洋生態(tài)系統(tǒng)）、以及生態(tài)系統(tǒng)脆弱性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。氣候變化將對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的地理分布、物候和功能產(chǎn)生重大影響。

1.1 生態(tài)氣象脆弱性觀測(cè)研究

氣候變化明顯影響物種、群落和生態(tài)系統(tǒng)的地理分布。中國(guó)中東部地區(qū)的調(diào)查和文獻(xiàn)分析表明，80%的物種平均北移約3.37°；西北地區(qū)主要木本植物樹種呈西移趨勢(shì)；大興安嶺地區(qū)濕地面積呈減小趨勢(shì)。華北和東北遼河流域向草原化發(fā)展，西部荒漠和草原略有退縮；青藏高原高寒草地分布面積縮小并向高海拔地區(qū)移動(dòng)。青藏高原濕地面積顯著增加；華北地區(qū)濕地核心區(qū)呈北移趨勢(shì)；長(zhǎng)江中下游地區(qū)的濕地面積逐漸萎縮。

森林植被生長(zhǎng)季的開始期以提前為主，結(jié)束期以推遲為主。1960—2012年，714條木本植物（含喬木和灌木）的春、夏季物候期序列中有94%提前，平均提前趨勢(shì)為－2.55 d/10 a；294條木本植物秋季物候期（葉變色和落葉期）序列中有77.5%推后，平均推后趨勢(shì)為1.98 d/10 a。中國(guó)春季物候區(qū)域差異顯著，華北平原木本植物物候變化趨勢(shì)最大，云貴高原變化趨勢(shì)最小。森林植物春季物候盡管在多數(shù)站點(diǎn)呈顯著變化趨勢(shì)，但個(gè)別站點(diǎn)的變化并不明顯，如牡丹江的40種木本植物中僅1種在1978—2014年顯著提前。遙感物候監(jiān)測(cè)表明，東北地區(qū)針葉林的春季物候期以2 d/10 a的速率顯著提前，但大興安嶺山地植被和闊葉林的春季物候期變化不顯著。1982—2010年，中國(guó)植被秋季物候呈推遲趨勢(shì)，其中溫帶落葉闊葉林平均推遲2.5 d/10 a、落葉松林平均推遲1.3 d/10 a、寒溫帶大興安嶺山地植被平均推遲3.2 d/10 a。青藏高原高寒草甸和高寒草原返青期提前速率為7.8 d/10 a和7.2 d/10 a、枯黃期推遲，生長(zhǎng)季均呈延長(zhǎng)趨勢(shì)。也有研究表明，新疆草地返青期提前，枯黃期呈推遲趨勢(shì)，生長(zhǎng)季延長(zhǎng)速率為0.25 d/a；東北地區(qū)草甸和草原返青期呈提前趨勢(shì)，枯黃期呈推遲趨勢(shì)。但是，一些草地物種，如典型草原糙隱子草（

Cleistogenes squarrosa

）和克氏針茅（

Stipa krylovii

）隨氣候變化返青期顯著延遲，后續(xù)物候期均呈提前趨勢(shì)，整個(gè)生長(zhǎng)季呈縮短趨勢(shì)。1960—2012年發(fā)表文獻(xiàn)中，127條草本植物的春、夏季物候期序列中有83%提前。遙感物候監(jiān)測(cè)表明，草原返青期在青藏高原西南地區(qū)和內(nèi)蒙古高原于1980—2000年主要呈提前趨勢(shì)，在東北地區(qū)于2000年后開始推遲；草原黃枯期在青藏高原的推遲趨勢(shì)不明顯，但在內(nèi)蒙古高原以1.1 d/10 a的速率推遲。

中國(guó)南方闊葉林、針葉林和森林的總地上生物量以及東北地區(qū)，特別是長(zhǎng)白山和小興安嶺北部的森林生物量均呈顯著增加趨勢(shì)。內(nèi)蒙古草原植被生產(chǎn)力在典型草原和荒漠草原呈下降趨勢(shì)，而在草甸草原呈弱上升趨勢(shì)。氣溫變暖使得中國(guó)北方森林的碳儲(chǔ)量持續(xù)增加，盡管對(duì)北方草原土壤碳儲(chǔ)量的影響存在較大的空間差異，但高寒草甸、高寒草原、溫帶草甸草原、典型草原、高寒荒漠和溫帶荒漠的土壤碳儲(chǔ)量均呈下降趨勢(shì)。

1.2 生態(tài)氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估

氣候變暖將導(dǎo)致樹種向高海拔和高緯度地區(qū)遷移，樹線向高海拔遷移；熱帶和暖溫帶森林的面積呈增加趨勢(shì)，溫帶和北方森林面積呈減少趨勢(shì)，中國(guó)東部的大部分植被特別是北方森林和熱帶森林的北界北移；熱帶常綠樹種分布區(qū)將大幅度減小，僅在云南省存在；熱帶雨綠樹種分布區(qū)將增加2倍以上；亞熱帶常綠樹種分布區(qū)減?。粶貛淙~闊葉樹種和溫帶常綠針葉樹種分布區(qū)西移；北方落葉針葉樹種分布南界北移，分布面積減小。未來降水增加或CO濃度增加有利于森林凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）的增加，但不同類型和區(qū)域的森林NPP對(duì)氣候變化的響應(yīng)存在差異。未來氣候變暖不利于成熟林固碳，在氣溫增幅較大的東北和東南林區(qū)，特別是長(zhǎng)白山林區(qū)，森林植被和土壤固碳速率將大幅降低，而在氣溫增幅較小的西南林區(qū)的南部和其他林區(qū)，植被和土壤固碳速率將提高。也有研究表明，氣候變化整體效應(yīng)仍然能夠增加大興安嶺森林的碳儲(chǔ)量，未來100年森林地上和土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分別增加9%～22%和6%～9%。到2050年，中國(guó)喬木林和新造林的總碳儲(chǔ)量和平均碳密度與2010年相比將分別增加81%和41%。

未來氣溫升高、中國(guó)西南部降水顯著增加而東北部降水減少情景下，內(nèi)蒙古溫性草原的總面積有所增加，主要源自典型草原和荒漠草原向西和向北擴(kuò)張；草甸草原的南北邊界都有北移趨勢(shì)，但面積將有所減少；內(nèi)蒙古草原東部的氣候暖干化有使森林被草甸草原替代的趨勢(shì)，而西部的氣候暖濕化有使溫性草原向荒漠帶擴(kuò)張的趨勢(shì)；凍原高山草地向西北的冷干氣候區(qū)移動(dòng)，青藏高寒區(qū)凍原高山草地面積比從60.40%減少至36.75%，東部季風(fēng)區(qū)的凍原高山草地將在21世紀(jì)末消失；溫性典型草原和高寒草甸的適宜區(qū)減小，大針茅、貝加爾針茅、短花針茅等主要建群種的分布范圍向西南擴(kuò)展。未來氣候變化情景下，溫帶草原NPP呈下降趨勢(shì)；青藏高原高寒草甸NPP呈增加趨勢(shì)，在考慮CO肥效作用時(shí)增加更明顯。也有研究表明，中國(guó)各類型草地的生產(chǎn)力均呈增加趨勢(shì)；若考慮大氣CO肥效作用，高寒草甸、溫性草甸草原、溫性典型草原和溫性荒漠草原4類草原的NPP均明顯增加。未來氣候變化情景下，高寒區(qū)域草地的土壤有機(jī)碳均明顯增加，而溫帶地區(qū)草地均有所降低。但也有研究表明，未來氣候變化情景下三江源草地的土壤有機(jī)碳呈顯著減少趨勢(shì)。

未來氣候變化情景下，東北地區(qū)沼澤濕地面積呈明顯減少趨勢(shì)，且分布區(qū)呈由東向西遷移、南北向中心收縮的趨勢(shì)；青藏高原濕地總面積呈減少趨勢(shì)。也有研究表明，三江平原沼澤濕地盡管受未來氣候變化的不利影響，但面積仍呈增加趨勢(shì)。皺蒴蘚屬（

Aulacomnium

）和寒蘚屬（

Meesia

）是北溫帶沼澤或濕原蘚類屬的代表，未來氣候變化情景下，皺蒴蘚屬的分布區(qū)呈增加趨勢(shì)，寒蘚屬的分布區(qū)則呈減少趨勢(shì)。未來氣候情景下，三江平原沼澤濕地的NPP及其空間分布沒有顯著變化，但年際波動(dòng)加劇。但也有研究表明，未來不同氣候情景下的三江平原濕地NPP均呈增加趨勢(shì)，但增加的幅度不同。遼河三角洲蘆葦沼澤NPP呈增加趨勢(shì)。濕地是全球最大的甲烷自然排放源。研究表明，即使青藏高原和三江平原濕地保持現(xiàn)有分布面積不變，未來氣候變化將使?jié)竦丶淄榕欧帕枯^當(dāng)前水平增加32.0%～90.8%。

未來氣候情景下，溫帶荒漠向冷濕氣候遷移，半荒漠向暖濕氣候遷移，西北干旱區(qū)溫帶荒漠呈減少趨勢(shì)?；哪畼浞N的東部邊緣適宜區(qū)縮減，多數(shù)樹種適宜區(qū)西移。57.14%的荒漠植物適宜分布區(qū)明顯向高緯度地區(qū)遷移，而42.86%的荒漠植物適宜分布區(qū)向低緯度地區(qū)遷移。梭梭林在未來氣候情景下呈顯著增加趨勢(shì)，其分布區(qū)呈向西北和東北遷移趨勢(shì)。未來氣候變化情景下，西北干旱區(qū)植被NPP呈增加趨勢(shì)；西鄂爾多斯5種荒漠灌叢（沙冬青、霸王、四合木、半日花和紅砂）的土壤碳排放量將比基準(zhǔn)高出6.60%～14.66%，其中沙冬青灌叢地增加幅度最小，半日花灌叢地增加幅度最大。也有研究表明，新疆北部和南部的荒漠碳匯潛力在未來降水持續(xù)增加條件下將明顯增加。

以 1961—1990年為基準(zhǔn)期，未來氣候情景下中國(guó)自然生態(tài)系統(tǒng)整體表現(xiàn)為適應(yīng)性減弱、脆弱性增加的趨勢(shì)。溫帶草原向西南遷移，占據(jù)了大片高寒植被區(qū)。未來典型濃度路徑 RCP4.5氣候情景下，高寒荒漠和高寒草原幾乎消失；而在 RCP8.5氣候情景下，熱帶雨林、高寒草原、高寒荒漠均基本消失。在區(qū)域上，表現(xiàn)為高緯度、農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)和青藏高原地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性加劇。

2 農(nóng)業(yè)氣象的脆弱性與風(fēng)險(xiǎn)

農(nóng)業(yè)氣象是研究氣象條件與農(nóng)業(yè)相互關(guān)系及其規(guī)律的科學(xué)，主要研究與農(nóng)業(yè)有關(guān)的氣象條件和制約農(nóng)業(yè)的氣象條件及其解決措施。在氣候變化背景下，農(nóng)業(yè)氣象研究作為基礎(chǔ)與邊緣交叉學(xué)科，堅(jiān)持需求和問題導(dǎo)向、跟蹤國(guó)際學(xué)科發(fā)展前沿，信息技術(shù)和生物技術(shù)的發(fā)展提高了其研究手段，加強(qiáng)了作物模式與遙感和GIS技術(shù)的結(jié)合，開展全球氣候變化背景下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)所受的影響及響應(yīng)；完善農(nóng)業(yè)氣象研究理論和方法，在解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重大需求和科學(xué)問題中得到發(fā)展。已有研究表明，氣候變化將嚴(yán)重影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的熱量資源、水分資源、光資源和大氣資源。1961年以來，全球氣候變化極大地改變了我國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源的時(shí)空分布格局。熱量資源表現(xiàn)出總量增加、空間分布極其不均衡的變化特征，水分資源總體表現(xiàn)出顯著的年際和年代際變化、空間分布不均以及農(nóng)業(yè)水分利用效率偏低的特征，光資源表現(xiàn)出總體減少、空間分布不均的顯著變化特點(diǎn)，大氣資源總體表現(xiàn)出溫室氣體濃度明顯增加和大氣污染日趨嚴(yán)重的特征。同時(shí)，氣候變化加劇了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，主要表現(xiàn)為干旱、洪澇、高溫和低溫災(zāi)害頻率和強(qiáng)度的變化，從而將對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)種植格局和作物產(chǎn)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2.1 農(nóng)業(yè)氣象脆弱性觀測(cè)研究

氣候變化將嚴(yán)重影響我國(guó)主要糧食作物的種植制度、作物布局和適宜種植區(qū)以及作物產(chǎn)量。氣候變暖使我國(guó)多熟制可能的種植北界向高緯度高海拔地區(qū)擴(kuò)展，多熟種植面積擴(kuò)大。與1951—1980年相比，1981—2010年中國(guó)一年一熟區(qū)種植面積由19.7%減少到19.2%，相當(dāng)于減少8200 hm，二熟區(qū)耕地面積由52.3%減少到50.0%，相當(dāng)于減少49900 hm，三熟區(qū)耕地面積由28.0%增加到30.8%，相當(dāng)于增加 98500 hm，復(fù)種指數(shù)可增加1.7%。預(yù)計(jì)2011—2040年和2071—2100年，我國(guó)一年一熟和一年兩熟種植面積將進(jìn)一步縮小，而一年三熟種植面積將持續(xù)增加。

氣候變化使作物布局變化，可種植面積擴(kuò)大。與1951—1980年相比，1981—2010 年?yáng)|北三省寒地水稻種植北界平均北移120 km，水稻安全種植北界可北移至嫩江中部—五大連池—遜克北部一線；未來升溫1～3℃情景下，寒地水稻安全種植北界向北移動(dòng)411～545 km，向北擴(kuò)展至黑龍江省呼瑪以北地區(qū)，溫度升高3℃時(shí)，除漠河地區(qū)外都可種植寒地水稻。與1951—1980年相比，1981—2010年華南地區(qū)麥稻兩熟、早三熟、中三熟和晚三熟可種植北界平均移動(dòng)分別約10 km、30 km、52 km和66 km。

氣候資源變化使得主要糧食作物的適宜種植區(qū)發(fā)生變化。與1951—1980年相比，1981—2010年中國(guó)冬小麥光溫潛在產(chǎn)量最高產(chǎn)區(qū)和高產(chǎn)區(qū)面積分布增加6.3%和7.4%，最穩(wěn)產(chǎn)區(qū)面積減少了25.8%；冬小麥最適宜區(qū)、適宜區(qū)和可種植區(qū)界限在空間上都發(fā)生改變。其中，最適宜區(qū)界限北移西擴(kuò)，適宜區(qū)界限向東北方向移動(dòng)。與1951—1980年相比，1981—2010年中國(guó)單季稻和雙季早稻適宜區(qū)減小，而雙季中稻和雙季晚稻適宜區(qū)擴(kuò)大，預(yù)計(jì)2011—2040年和 2071—2100年呈現(xiàn)類似的變化趨勢(shì)；1981—2010年?yáng)|北三省春玉米氣候適宜區(qū)和次適宜區(qū)面積比例由 61.1%增加為83.0%，最適宜區(qū)面積比例由18.8%減少為6.7%，可種植區(qū)面積比例由20.1%減少為10.3%。

氣候變暖已對(duì)我國(guó)主要糧食作物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程產(chǎn)生了顯著影響，但不同作物的物候期對(duì)氣候變化響應(yīng)不同，大多數(shù)表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期及全生育期時(shí)長(zhǎng)縮短，生殖生長(zhǎng)期變化不明顯或略有延長(zhǎng)。1981—2010年中國(guó)冬小麥的平均播種推遲了2.29 d/10 a，成熟期提前了1.42 d /10 a，全生育期平均縮短了3.69 d/10 a，但生殖生長(zhǎng)期的平均長(zhǎng)度延長(zhǎng)了0.61 d/10 a。華北地區(qū)玉米生育期內(nèi)平均氣溫每上升1 ℃，其全生育期和生殖生長(zhǎng)期天數(shù)分別縮短2.7 d和1.1 d。

由于我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)不同區(qū)域氣候變化特征差異較大，因此氣候變化對(duì)不同主產(chǎn)區(qū)糧食作物的影響不盡相同。1981—2009年，氣候變化使我國(guó)北方小麥增產(chǎn)0.9%～12.9%，南方小麥減產(chǎn)1.2%～10.2%；華北平原夏玉米減產(chǎn)15.0%～30.0%，西南玉米減產(chǎn)13.0%～17.0%，西北玉米增產(chǎn)13.0%～14.0%。

2.2 農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估

對(duì)于東北地區(qū)春玉米種植區(qū)域來說，在RCP4.5 和 RCP8.5 情景下，預(yù)計(jì) 2011—2100年晚熟玉米種植區(qū)域北擴(kuò)至黑龍江省、內(nèi)蒙古中部地區(qū)和吉林省大部分，不能種植區(qū)域明顯減少。對(duì)于中國(guó)水稻適宜區(qū)來說，與 1951—1980年相比，未來2011—2040年和2071—2100年中國(guó)單季稻和雙季早稻適宜區(qū)減小，而雙季中稻和雙季晚稻適宜區(qū)擴(kuò)大。未來升溫 1～3℃情景下，寒地水稻安全種植北界向北移動(dòng)411～545 km，向北擴(kuò)展至黑龍江省呼瑪以北地區(qū)，溫度升高 3 ℃時(shí)，除漠河地區(qū)外都可種植寒地水稻。另外，未來RCP2.6和RCP8.5氣候情景下，無(wú)論是全國(guó)水平，還是各稻區(qū)持續(xù)3～5 d的高溫事件明顯增多，1961—2000年中國(guó)水稻高溫中心主要集中在110°—113°E，28°—30°N，湖南北部與湖北省交界處附近，預(yù)計(jì)2021—2050年高溫中心有向東北方向移動(dòng)的趨勢(shì)。

在不考慮品種更替的背景下，1980—2008年，溫度變化引起我國(guó)水稻單產(chǎn)增加0.8%，小麥、玉米的單產(chǎn)分別降低0.3%和0.4%；而溫度和降水的協(xié)同變化引起我國(guó)水稻單產(chǎn)增加1.2%，總產(chǎn)增加4.6×10t；小麥、玉米的單產(chǎn)分別降低0.3%和0.4%，總產(chǎn)分別降低2.5×10t和1.5×10t，溫度升高1 ℃，作物產(chǎn)量降低5%～10%，甚至更多。在僅改變未來氣候變化的條件下，冬、春小麥的灌溉小麥單產(chǎn)相對(duì)于1996—2005年普遍減產(chǎn)，并且隨著氣候變化，灌溉小麥的減產(chǎn)概率上升，預(yù)估到21世紀(jì)末期，RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下冬小麥分別減產(chǎn)2%、6%和9%左右，減產(chǎn)概率超過85%，春小麥分別減產(chǎn)5%、8%和15%以上，減產(chǎn)概率超過90%；在雨養(yǎng)條件下，預(yù)估到21世紀(jì)末期，在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下，冬小麥增產(chǎn)21%～25%以上，增產(chǎn)概率超過90%。未來隨著氣溫和CO濃度的上升，水稻產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)，在RCP8.5 情景下，2020—2099年中國(guó)區(qū)域平均水稻產(chǎn)量在21世紀(jì)末達(dá)到22%，在空間上，東北和西南地區(qū)水稻增產(chǎn)較多，可達(dá) 40%以上；2000—2100年，東北地區(qū)玉米生育期會(huì)縮短，產(chǎn)量也會(huì)相應(yīng)地下降，中熟和晚熟玉米平均減產(chǎn)3.3%和2.7%。

以 1961—1990 年為基準(zhǔn)期，未來氣候變化總體對(duì)主要糧食作物（水稻、小麥、玉米）種植面積擴(kuò)大有利，但不同糧食作物對(duì)氣候變化的適應(yīng)性與脆弱性因作物而不同。未來全球升溫 1.5 ℃和2.0 ℃情景下，中國(guó)玉米平均減產(chǎn)幅度分別為 3.7%和11.5%。氣候變化對(duì)西北半干旱地區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量具有顯著的負(fù)效應(yīng)。1961—2016年氣候變化使得晉北地區(qū)馬鈴薯氣候生產(chǎn)潛力每年降低 17.7 kg/hm，其中輻射的影響最大，而在未來氣候變化的背景下（2011—2060 年），中國(guó)黃土高原馬鈴著產(chǎn)量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3 研究展望

生態(tài)氣象主要研究生態(tài)系統(tǒng)與氣象條件的相互關(guān)系，是生態(tài)學(xué)與氣象學(xué)的交叉融合，體現(xiàn)了以生態(tài)系統(tǒng)為核心的多圈層的相互作用，以及氣候變化對(duì)生態(tài)類型及其地理分布的決定作用等。農(nóng)業(yè)氣象主要研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件之間的相互關(guān)系。農(nóng)業(yè)氣象的形成與發(fā)展是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，是農(nóng)業(yè)科學(xué)與氣象科學(xué)的交叉融合，既要研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣象條件的要求和響應(yīng)，揭示氣象條件的發(fā)生、變化和空間分布規(guī)律對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；同時(shí)也研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的對(duì)象和過程對(duì)氣象條件的反饋?zhàn)饔茫粩嗟亟鉀Q影響和制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣象問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效益。相對(duì)來說，生態(tài)氣象研究涉及的時(shí)間尺度跨度更大，空間范圍更廣（從葉片氣孔到全球），研究?jī)?nèi)容不僅包括多圈層相互作用的生物－物理－化學(xué)－管理過程與定量描述, 還涉及災(zāi)變過程、識(shí)別與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理等。

氣候變化從植被地理分布/作物種植分布、物候/生育期和生產(chǎn)力/產(chǎn)量等方面顯著影響了生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象，改變了生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象的脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有氣候變化背景下生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象的脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)研究為生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和糧食安全提供了決策依據(jù)。盡管如此，現(xiàn)有研究成果仍難以滿足高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)與糧食安全的需求，主要體現(xiàn)在對(duì)生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象脆弱性與風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制與變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足，使得現(xiàn)有研究主要停留在觀測(cè)研究階段，而預(yù)估研究仍存在很大的不確定性，甚至無(wú)法進(jìn)行預(yù)估研究。為此，科學(xué)地制定生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象應(yīng)對(duì)氣候變化決策迫切需要開展以下研究：

1）生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象承載力及其優(yōu)化布局研究。中國(guó)生態(tài)/農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)暴露程度較高，氣候變化所引起的極端天氣氣候事件極易造成生態(tài)/農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失。尤其是農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)具有風(fēng)險(xiǎn)單位大、區(qū)域性、伴生性、風(fēng)險(xiǎn)事故與風(fēng)險(xiǎn)損失的非一致性，災(zāi)害發(fā)生頻率高且損失規(guī)模較大等特點(diǎn)。生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生具有較強(qiáng)的客觀性，但是最終造成的實(shí)際損失還取決于生態(tài)/農(nóng)業(yè)體系的承災(zāi)能力與減災(zāi)措施的成效。中國(guó)氣候變化的時(shí)空變異大、不同地區(qū)的種植制度不同，以往關(guān)于不同植物在氣候變化背景下的種植制度、分布格局以及不同類型/品種在不同地區(qū)對(duì)資源的利用效率、對(duì)氣象災(zāi)害的效果評(píng)價(jià)研究等還較缺乏。未來需根據(jù)中國(guó)不同地區(qū)的氣候變化特征和資源能力，重點(diǎn)研究生態(tài)/農(nóng)業(yè)的氣候資源高效利用機(jī)制，生態(tài)/農(nóng)業(yè)的氣象災(zāi)害時(shí)間和空間分布規(guī)律，明確影響生態(tài)分布格局和農(nóng)業(yè)種植格局的氣象敏感指標(biāo)，發(fā)展基于氣候資源和氣象災(zāi)害的生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象承載力評(píng)估技術(shù)，提出基于生態(tài)/產(chǎn)量最優(yōu)的優(yōu)化布局對(duì)策措施。

2）生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象的災(zāi)變過程與調(diào)控機(jī)制研究。目前氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)指標(biāo)仍以氣象指標(biāo)為主，結(jié)合植物生長(zhǎng)特性、發(fā)育過程并能指示災(zāi)害對(duì)其生產(chǎn)力/產(chǎn)量影響程度的指標(biāo)較少，現(xiàn)有研究主要考慮災(zāi)害的發(fā)生與強(qiáng)度或?qū)ι鷳B(tài)/農(nóng)業(yè)的影響，未考慮災(zāi)害過程的影響進(jìn)展及其與生產(chǎn)力/產(chǎn)量的關(guān)系，且生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象的災(zāi)變過程與各氣象災(zāi)害影響因子之間的關(guān)系及其影響機(jī)制仍不清楚，使災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警與減災(zāi)保產(chǎn)不能很好地聯(lián)系起來。未來需重點(diǎn)研究不同生態(tài)/作物類型、不同生育階段以及不同環(huán)境下不同災(zāi)害的影響過程和機(jī)制，明確不同生態(tài)/作物類型、不同生育階段的致災(zāi)臨界氣象條件，發(fā)展災(zāi)變識(shí)別技術(shù)與方法，建立災(zāi)變監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警模型，提出不同類型、不同生育階段的生態(tài)/農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害應(yīng)對(duì)技術(shù)與措施。

3）生態(tài)與農(nóng)業(yè)變化的氣象條件貢獻(xiàn)率評(píng)估及其適應(yīng)技術(shù)研究。影響生態(tài)/農(nóng)業(yè)變化的主要因素有天氣氣候條件和人為干擾。天氣氣候作為決定生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境最活躍、最直接的因子，對(duì)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)有著重要的影響。特別是重大氣象災(zāi)害給生態(tài)/農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的破壞，不利氣候變化造成的生態(tài)系統(tǒng)逆向演替。國(guó)家在考核生態(tài)文明建設(shè)、進(jìn)一步做好生態(tài)保護(hù)/農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中需要知道氣象條件的貢獻(xiàn)大小，但目前氣候和氣候變化對(duì)生態(tài)質(zhì)量影響評(píng)價(jià)技術(shù)與指標(biāo)體系還沒有建立；過去與現(xiàn)在氣候變化影響識(shí)別歸因，及如何區(qū)分氣候變化與其它因素（如人類活動(dòng)）影響，明確氣候變化貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)方法仍不明確，不能定量評(píng)價(jià)氣象條件在保障生態(tài)/農(nóng)業(yè)安全中的貢獻(xiàn)率，一定程度上制約著減緩氣候變化對(duì)生態(tài)與農(nóng)業(yè)變化不良影響的科學(xué)政策與措施的制定。迫切需要重點(diǎn)研究生態(tài)/農(nóng)業(yè)變化與氣象條件（氣候資源和氣象災(zāi)害）的關(guān)系，發(fā)展綜合考慮生態(tài)分布/農(nóng)業(yè)種植的地理格局、生產(chǎn)功能與服務(wù)功能的生態(tài)/農(nóng)業(yè)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，明確影響生態(tài)/農(nóng)業(yè)健康的氣象敏感指標(biāo)，研發(fā)氣象條件對(duì)生態(tài)/農(nóng)業(yè)變化貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)模型，研究提出不同類型生態(tài)/農(nóng)業(yè)適應(yīng)氣候變化的技術(shù)與措施。

4）高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)與糧食提質(zhì)增效的氣候資源高效利用和定向調(diào)控研究。當(dāng)前科學(xué)研究提高了氣候變化對(duì)生態(tài)保護(hù)/農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的客觀認(rèn)識(shí)，為確保生態(tài)保護(hù)/農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與糧食安全提供了決策支持，但仍存在一定的不足，如氣候變化（包括氣候、大氣成分和土地利用變化等）對(duì)生態(tài)/農(nóng)業(yè)的綜合影響認(rèn)識(shí)不足，評(píng)估模型不能動(dòng)態(tài)地反映生態(tài)保護(hù)/農(nóng)業(yè)種植制度與各種調(diào)控措施的影響等。保護(hù)生態(tài)環(huán)境已成為全球共識(shí)，目前關(guān)于生態(tài)變化，尤其是人類-生態(tài)/農(nóng)業(yè)相互作用的過程、格局與驅(qū)動(dòng)力仍不清楚，嚴(yán)重制約著生態(tài)保護(hù)的監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)管理和糧食的增產(chǎn)增效。因此，未來研究需進(jìn)一步提出高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)與糧食提質(zhì)增效指標(biāo)體系及其氣象敏感指標(biāo)，分析高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)與糧食提質(zhì)增效的氣候資源數(shù)量及其配置，揭示高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)與糧食提質(zhì)增效的氣候調(diào)控機(jī)制，研發(fā)高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)與糧食提質(zhì)增效的精細(xì)化氣候區(qū)劃，發(fā)展高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)與糧食提質(zhì)增效的氣象災(zāi)害識(shí)別與調(diào)控技術(shù)。