第一章基于CropWatch农气监测指标,分析了2017年7月-10月期间,全球65个报告单元(MRU)的降水、温度、光合有效辐射以及潜在累积生物量(BIOMSS)的距平状况。其中降水、温度、光合有效辐射的距平是基于当前监测时段与近15年同时段的对比,潜在累积生物量距平是基于当前监测时段与近5年同时段的对比。附录A的A.1提供了各指标在各MRU单元上的具体信息。更多相关报告单元和农业气象指标的信息,可以查看附录C和www.cropwatch.com.cn网站中的资源信息。
CropWatch全球农情遥感速报第1章旨在识别近期全球农业气象综合特征。考虑到情况众多,本章重点针对有限数量的特征,这些特征与农业相关,具有空间一致性,在一定程度上时间连续(参考时期为4个月),且在本章的空间分布图上容易识别出来。
监测期内,其中一个持续的大尺度范围特征是降水高于常年平均,影响了从西非萨赫勒地区(MRU-08)至蒙古南部(MRU-47)及更远的半干旱和干旱区域的陆域。该区域横跨阿拉伯半岛(MRU-64,撒哈拉至阿富汗沙漠)和中亚半干旱地区(MRU-31,西亚)。我们注意到,一年以前该区域呈现出明显相对持续的特点。需要强调的是,该区域空间分布图斑是在CropWatch农业气象指标(CWAIs)计算环境中生成,在指标生成过程中设置了内部偏差,提高了农业区域的权重。另一个重要情况是CropWatch农业气象指标是与过去15年平均进行比较,而不是采用气象学中的30年平均的标准时间间隔。这是因为农业对生态环境变化的响应时间短于30年,近似代表了一代人的农耕条件。15年是可接受的统计代表期和农业适应期的折中时间间隔。
除发现广袤地区的降水大于常年平均的稳定性特征外,还发现2017和2016年一些农业气象指标距平在参考时期内具有显著相关性(图1)。
图1 2017年和2016年7月至10月与近15年同期农业气象指标距平比较
(a)降水
(c)光合有效辐射
(d)潜在生物量
注:与65个监测报告单元相对应,每幅图有65个点
2017和2016年降水指标距平在参考时期内特征相似,具有显著相关性(R=0.794;R=0.410对应的显著水平低于0.0005),温度相关性略低(R=0.750)。潜在生物量具有最高的相关性(R=0.85),该结果有部分是因为潜在生物量是降水和温度的函数,但绝不表明影响比降水和温度更为持久。光合有效辐射在这2年具有很弱的正向相关性,以至于可忽略不计。
在监测期间灾害特别严重,灾害章节关注灾害的预测,即利用旱灾、洪涝和飓风特征在气候变化条件下较好进行日益频繁增长的灾害预测的可能(见第5章)。当前的观测结果也是与气候变化相一致的。在CropWatch指标的气象学描述中,Gommes和吴及其同事(2016)引用该例证“在地质学时间尺度上,由全球变暖造成的温度上升与当前半干旱区域的较高降水具有相关趋势”(Spaulding,1991;Guo等,2000;Petit-Maire和Bouysse,2000)。在更短的时间尺度,De Paola 和 Giugnia (2013)发表了相关论文,美国长期温度增长与降水增长相关;研究表明年均温度年均偏高4°C,全球降水将增长38%,温度偏高2°C则全球降水将增长22%。
第5章非洲草地章节列出了Sachs和Myhrvold (2011)研究工作,假定气候变化可能引起非洲热带辐合带向北移动。这可以解释从萨赫勒地区(MRU-08)至横跨阿拉伯半岛(MRU-64,撒哈拉至阿富汗沙漠)区域降水增长,以及南亚季风增强导致近期洪水频发。很明显,亚洲内陆半干旱地区(例如,MRU-47, 蒙古南部),主要的气候属于柯本气候中的温带沙漠气候和温带草原气候,需要采用其它的机理进行分析。
就食物安全而言,降水连续2年匮缺(因而土壤含水量低)造成即使轻微的降水减少都能潜在导致大范围作物歉收。
全球而言,在7-10月监测期间降雨量较常年平均大约增长6%,极端距平范围从-75%至+144%。在高降水区域相对距平有增大趋势(R=0.303;在2016年,相关性较弱,R=0.159,表明降水距平与降水量近乎独立)。
欧亚大陆和非洲大部分地区,北美洲和中美洲降水接近常年平均或者略高于常年平均。
图2 全球制图报告单元(MRU)2017年7月至10月与近15年同期降水距平(%)
降水较常年平均偏高最多的区域为蒙古南部(MRU-47,477 mm,降水偏高144%),中国甘新区(MRU-32,300 mm,降水偏高97%),中国内蒙古及长城沿线区(MRU-35,487 mm,降水偏高70%)。降水偏高约30%的情况发生在中国,平均降水量至少有400 mm,因此降水增长实际上很显著,包括中国黄土高原区(MRU-36,降水偏高28%),中国青藏区(MRU-39,降水偏高30%),以及中国黄淮海区(MRU-34,降水偏高36%)。还需要提及的降水偏高大的区域包括马达加斯加主岛(MRU-05, 降水偏高32%,159mm)以及美国北部大平原(MRU-12,降水偏高35%,409mm)。
空间一致的大范围降水匮缺发生在5个区域,其中最大的区域发生在南美洲。以下区域中第1个的两个区域降水匮缺最为严重:(1)非洲:南非西开普地区(MRU-10,38mm,偏低74%)和马达加斯加岛西南半干旱地区(MRU-06,22 mm,偏低62%);(2)大洋洲:新西兰(MRU-56,152mm,偏低46%以及纳拉伯至达令河(MRU-55,115mm,偏低42%);(3)欧洲:对将成熟的夏季作物的总的影响可能很有限,但是干旱状况推迟了冬季作物的播种时间。受影响最大的区域包括整个地中海流域(MRU-59,欧洲沿地中海地区及土耳其,91mm,偏低44%;MRU-07,北非地中海58mm,偏低42%)以及东部相邻地区,高加索地区(MRU-29)117mm,偏低30%。(4)亚洲:尽快降水匮缺严重程度小于上述一些所列区域,由于持续的干旱范围狭长,东亚(MRU-43,包括朝鲜半岛)也被列为5个区域之一;(5)南美洲:潘帕斯草原(MRU-26),主要的农业区域,降雨为全球平均水平(偏高3%),需要强调的是以下区域的降水匮缺程度在减小,包括巴塔哥尼亚西部(MRU-27,245 mm,偏低33%),巴西东北部(MRU-22,40mm,偏低31%),巴西中部和东部(MRU-23,166mm,偏低19%),安第斯山脉中部和北部(MRU-21,280mm,偏低19%)。
美国西海岸(MRU-16)降水较常年平均偏低22%,导致了大范围火灾(详见第5章监测期的灾害事件报道)。
全球而言,温度接近常年平均。温度与其距平相关性为负但不显著,温度距平大的区域集中在非热带地区,如图3所示。
图3全球制图报告单元(MRU)2017年7月至10月与近15年同期温度距平(°C)
监测到的相对低温(温度偏低0.5°C)发生在欧洲东部和俄罗斯西部(MRU-58,乌克兰至乌拉尔山脉,温度偏低0.6°C),以及相邻的乌拉尔山脉至阿尔泰山脉((MRU-62,偏低0.9°C),该区域包括俄罗斯和哈萨克斯坦部分区域。西伯利亚东部(MRU-51,偏低0.7°C))是同样区域的一部分,但由于非农业区可忽略不计。马达加斯加岛西南地区(MRU-06)温度偏低0.8°C,已提及过发生了大的旱情。
最后要提到的“冷”区域是美国棉花主产区及墨西哥湾平原(MRU-14),温度低于常年平均0.7°C。在相邻区域,温度偏低情况相对没那么显著,例如谢拉马德雷地区(MRU-17)、墨西哥西南部及北部高原(MRU-18)以及美国北部大平原(MRU-12)。
温度高于常年平均但偏高不是太多的区域包括东亚的部分地区,其中偏高最多的是日本南部及韩国(MRU-46,偏高1.3°C)。更显著偏暖的区域包括澳大利亚北部(MRU-53,偏高1.5°C),新西兰(MRU-56,偏高0.7°C),南非西开普地区(MRU-10,偏高0.9°C),南美潘帕斯草原(MRU-26,偏高1°C),欧洲沿地中海地区及土耳其(MRU-59,偏高1.4°C),以及东边相邻地区,高加索地区(MRU-29,偏高0.6°C)。所列区域的一部分降雨低于常年平均(新西兰、高加索地区、南非西开普地区以及欧洲沿地中海地区)。
曾提起过,2017年全球光合有效辐射特征与其它CropWatch指标不同,而且2017年全球光合有效辐射空间变异与2016年有很大不同。此外其平均距平低于常年平均3.4%(2016年为偏低1.4%),考虑到日照与降水和温度相比空间变化较小,2017年光合有效辐射平均距平偏低显著。2017年,极端距平为-12%至+5%(去年为-8%至+7%)。
2017年,如图4所示,大部分地区的地面光合有效辐射低于常年平均,只有少数地区接近常年平均,这些地区从MRU-64(撒哈拉至阿富汗沙漠)至MRU-62(乌拉尔山脉至阿尔泰山脉),横跨MRU-30(帕米尔地区)以及MRU-31(西亚),此外还有MRU-02(东非高原)。高于常年平均的日照发生在3个不相邻地区,最为显著的包括:(1)欧洲沿地中海地区及土耳其(MRU-59,偏高3%)以及高加索地区(MRU-29,偏高5%),这两个区域温度均创历史记录。(2)中国台湾(MRU-42,偏高4%);(3)蒙古南部(MRU-47,偏高2%)。
图4 全球制图报告单元(MRU)2017年7月10月与过去15年同期光合有效辐射距平(%)
光合有效辐射偏低最大的情况主要发生在亚洲,尤其是中国:中国黄淮海区(MRU-34,偏低12%),中国黄土高原区(MRU-36,11%),中国西南区(MRU-41,偏低10%),中国长江中下游区(MRU-37,偏低8%),中国华南区(MRU-40,偏低7%),中国甘新区(MRU-32,偏低6%),中国内蒙古及长城沿线区(MRU-35,偏低6%)。光合有效辐射偏低的亚洲区域还包括日本南部及韩国(MRU-46,偏低8%),喜马拉雅山南部(MRU-44,偏低6%),南洋群岛(MRU-49,偏低9%)。
其它光合有效辐射偏低区域包括大洋洲的新西兰(MRU-56,偏低10%)以及纳拉伯至达令河(MRU-55,偏低6%),还有中美洲和南美洲的阿根廷中北部(MRU-25,偏低9%),巴西东北部(MRU-22,偏低8%),巴塔哥尼亚西部(MRU-27,偏低8%),潘帕斯草原(MRU-26,偏低6%)。
本小节忽略与农业关系不大的高纬度地区。由于日照距平偏大,充足的降水不太可能带来有利影响。
监测期间,由于高降水、通常的低温和低光合有效辐射组合而造成对农业生产不利的情况的区域几乎都位于中国,包括中国甘新区(MRU-32,降水偏高97%;温度偏低0.4°C;光合有效辐射偏低6%),中国黄淮海区(MRU-34,降水偏高36%,温度偏高0.1°C,光合有效辐射偏低12%),中国黄土高原区(MRU-36,降水偏高28%;温度为常年平均;光合有效辐射偏低11%),中国华南区(MRU-40,降水偏高17%,温度偏低0.2°C,光合有效辐射偏低7%)以及中国内蒙古及长城沿线区(MRU-35,降水偏高70%,温度偏低0.1°C,光合有效辐射偏低6%),还有以下3个区域,中国西南区(MRU-41)、中国东北区(MRU-38)、中国长江中下游区(MRU-37),其降水超过常年平均10%到20%,温度略低于常年平均,光合有效辐射在低于常年平均3%至10%之间变化。
图5 全球制图报告单元(MRU)2017年7月至10月与过去5年同期生物量距平(%)
值得一提的是,还有亚洲的4个地区具有相似的情况,降水偏高(偏高20%至25%),温度略偏低(最多偏低0.5°C),光合有效辐射显著偏低(偏低3%至9%)。这些区域为中亚东部(MRU-52),旁遮普至古吉拉特地区(MRU-48),喜马拉雅山南部(MRU-44)以及南洋群岛(MRU-49)。
在其它地方,相似的情况占主导的还有乌克兰至乌拉尔山脉(MRU-58)。
干旱和温暖情况发生在以下4个区域,包括:
De Paola F, Giugnia M, 2013. Coupled spatial distribution ofrainfall and temperature in USA. Prog Environ Sci 19:178–187.doi:10.1016/j.Proenv 2013.06.020
Gommes R, Wu B, Zhang N, Feng X, Zeng Hi, Li Z, Chen B, 2016.Cropwatch agroclimatic indicators (CWAIs) for weather impact assessment onglobal agriculture. Int. J. Biometeorol. doi:10.1007/s00484-016-1199-7.
Guo, Z.T., N. Petit-Maire, and S. Kropelin, 2000. Holocenenon-orbital climatic events in present-day arid areas of Northern Africa andChina. Global Planet. Change, 26(1-3):97-103.
Petit-Maire N and Bouysse P, 2000. Geological records of therecent past a key to the near future world environments. Episodes23(4):230–246.
Petit-Maire, N. 1999. Variabilité naturelle des environnementsterrestres : les deux derniers extrêmes climatiques. CR. Acad. Sci. Paris,Sciences de la terre et des planètes, 328:273-279.
Sachs J and C L Myhrvold, 2011. A shifting band of rain.Scientific American, 3:60-65
Spaulding WG, 1991. Pluvial climatic episodes in North Americaand North Africa: types and correlation with global climate. PalaeogeogrPalaeoclimatol Palaeoecol 84(1–4):217–227