结合两种作物模型预测气候变化对作物产量的影响

结合两种作物模型预测气候变化对作物产量的影响

科学家现在有了一个新的工具来预测气候变化对农作物产量的未来影响。

伊利诺伊大学的研究人员正试图将两种类型的计算作物模型连接起来，以成为美国玉米带作物生产的更可靠预测因子。

“一类作物模型是基于农艺的，另一类是嵌入在气候模型或地球系统模型中。”他们是为了不同的目的而开发的，适用于不同的尺度，”伊利诺伊大学的环境科学家和该项研究的首席研究员凯宇说。“因为每个人都有自己的长处和弱点，我们的简单想法是将两种模式的优势结合起来，形成一种新的作物模型，从而提高预测性能。”

研究团队通过结合社区土地模型(CLM)和农业生产系统模拟器(APSIM)的优势，对一种新的玉米生长模型进行了实施和评估，该模型以CLM - APSIM模型为代表。

在CLM中，原始的玉米模型只有三个表观阶段，即生命周期。一些重要的发育阶段，如花期消失了，使得在这些特定的发育阶段不可能应用一些关键的应力，比如水压力或高温，我们的解决方案是将APSIM的生命周期开发方案纳入CLM模型中，该方案有12个阶段。通过这种集成，可以在新模型中考虑高温、土壤水和氮的缺陷引起的应力。

彭先生说，他们选择CLM作为托管框架来实现新模型，因为它更基于流程，而且可以与气候模型相结合。“这是很重要的，因为新工具可以用来研究农业生态系统和气候系统在我们未来研究中的双向反馈。”

除了用APSIM模型代替CLM中原有的玉米物候模型之外，研究人员还在新模型中进行了其他一些创新改进。增加了一个新的碳分配方案和一个颗粒数值模拟方案，并对原有的冠层结构方案进行了细化。

“最诱人的改进是，我们的新模式更接近于用正确的机制获得正确的产量，”研究人员说。“原始的CLM模型低估了地上的生物量，但是高估了玉米的收获指数，导致了明显的右产量模拟和错误的机制。”我们的新模型修正了原始CLM模型中的缺陷。

彭补充说，APSIM的物候学方案是很普通的。“我们可以很容易地扩展我们的新模型，以模拟其他主要作物(如大豆和小麦)的生长过程。”这绝对是我们的计划，我们已经在努力了。

“所有的研究都是在蓝色水域进行的，这是位于美国伊利诺伊大学(University of Illinois)的超级计算机应用中心(National Center for Supercomputing Applications,NCSA)的超级计算机。”彭教授说。“我们目前正在研究这个新模型的参数灵敏度分析和贝叶斯校准，以及美国玉米带的高分辨率区域模拟，所有这些都是不可能的，没有蓝色水域提供的宝贵的计算资源。”

这项研究“改善了社区土地模型中的玉米生长过程:实施和评价”，发表在《农业与森林气象学》上。

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