灌溉农业对中国区域极端温度的影响及机理的模拟研究

Human activity is one of the most important external forcing agents in the climate system. Anthropogenic land use activities have altered over 50% of the global land surface during the past three centuries. The widespread and intensification of such land use activity exerts increasingly scarce of the land resources, which promotes the sustainable land management changes to better satisfy societal demand for food, fiber and fuel. As one of the sustainable land management options, irrigation is proved to be an important anthropogenic agent in affecting the global and regional climate. Agriculture is a vital industry in China, ranking first in worldwide farm output. The agricultural irrigation in China has been significantly developed and intensified during the past decades, however, the potential impact and related mechanisms of such development on regional extreme climate (i.e., temperature and precipitation extremes) remains largely unexplored and not understood. In the context of this research frontier and hot topics, the project attempts to carry out comprehensive explorations on irrigation-induced changes in temperature extremes over China and the possible mechanisms, based on the state-of-art regional climate model with a quasi-realistic irrigation parameterization. The project aims to explain the possible mechanisms of irrigated agriculture affecting extreme temperatures, expand the understanding of land-atmosphere interactions, and provide a scientific basis for the formulation and implementation of the related policy in countering anthropogenic-induced global warming.

人类活动是影响气候系统的重要外强迫因子之一。在过去300年里，已有超过50%的陆地表面被人类所利用。如此高强度的人类活动使得能够利用的土地愈发紧张，这就促使了土地管理方式的改变来更好的满足社会对农业、能源等的需求。灌溉农业作为土地管理方式的一种，已经逐渐被认为是影响气候系统的人类外强迫因子之一，且会对区域乃至全球的气候产生一定的影响。我国作为农业大国，近几十年灌溉农业也在不断的发展和扩张，然而针对灌溉农业对我国区域气候尤其是极端温度、降水等极端气候事件影响的估计及相关的机理依然缺乏详细深入的认识。介于此，本项目拟利用带有灌溉模型的区域气候模式设计多组敏感性试验，针对灌溉农业影响我国区域极端温度及相应的物理机制这一气候变化的前沿热点问题展开详细的探讨。通过项目的研究旨在解释灌溉农业影响极端温度的可能机制，拓展对陆气相互作用的理解，为人为应对气候变化相关决策的制定和实施提供一定的科学依据。

灌溉农业是人类利用自然资源进行农业生产的重要方式之一，其被认为是应对气候变化最具潜力的可持续土地管理方式之一。越来越多的研究已经证实了灌溉可以通过改变地表水热状况和能量平衡进而影响到区域气候甚至是极端事件，但目前在气候评估中仍然没有很好地认识灌溉对极端温度的作用和机理。因此，本项目利用多组集合数值模拟试验，围绕灌溉活动对我国极端温度影响的科学问题开展了全面深入的研究，主要进展包括：（1）厘清了我国极端气候的变化特征及其与外部强迫因子的联系：明晰了我国近几十年极端气候事件变化的复杂性，强调了温度变率的改变在区域气候变化中不可忽视的作用，揭示了极端温度、降水的变化与外部强迫因子和大气内部动力过程的重要联系，为全面理解灌溉活动对极端温度的影响提供了重要的科学认知；（2）定量评估了农田灌溉对我国多类极端温度指数的潜在影响：发现灌溉活动能显著影响多类极端温度指数的变化，主要使得与最高和最低温度分布的暖尾部相关的极端温度指数明显减少，而冷尾相关的极端指数则变化不大，同时强调了温度平均态变化对极端温度的主导作用；（3）全面揭示了农田灌溉调制极端温度变化的两种生物物理途径：从温度平均态变化的角度，揭示灌溉引起地表湍流热通量（感热通量和潜热通量）的再分配是极端温度变化的主要生物物理机制；从温度变率变化的角度，揭示了潜热的改变抑制了感热和地表热通量的变率是导致温度方差降低的主要原因。通过项目研究，在农田灌溉的气候效应、陆-气相互作用机理，尤其是灌溉农业影响中国区域极端温度高阶矩（如：温度均方差）变化的物理机制方面获得一些新认识，为深入理解我国极端气候变化成因提供了重要的科学线索。