基于遥感研究气候变化背景下农业旱灾时空变化对粮食生产影响

It is very difficulty to quantify agricultural drought in previous studies by using remote sensing data alone, and it also can not quantify the current agricultural drought temporal changes how to affect food cropping systems and food production by studying the relationship between one meteorological factor and food production alone, as well as how to adapt to climate changes for food cropping systems, and how to ensure national food security needs. In this study, we will build meteorological parameters inversion algorithm, and assimilate weather observation site data to improve the accuracy of our agricultural drought monitoring, and introduce data-based optimization rules autoregression Kalman filter algorithm. The historical drought data will be used to analyze the spatial and temporal variation of agricultural drought by integrated using of remote sensing, geographic information systems, spatial statistics and computer simulation technology, which can obtain the spatial pattern dynamic characteristics of agricultural drought and food production. It will reveal the drought impact on China's grain production, and help to find out the impact on food production and the development of spatial and temporal changes in drought changes which promote the development and improvement of relevant interdisciplinary theories, techniques and methods.

通过单独使用遥感数据或者利用单气象要素与粮食产量之间关系不能满足目前农业旱灾时空变化如何影响粮食种植制度和粮食产量，以及怎样改变粮食种植制度适应气候变化，提高粮食产量，保障国家粮食安全研究的需要。本研究通过星载遥感数据，建立气象参数反演算法，同化地面气象观测站点数据，提高我国农业旱灾监测精度；同时通过引入基于最优化自回归数据处理规则的卡尔曼滤波器等新型同化算法，同化分析历史旱灾数据，分析我国农业旱灾时空变化规律；综合运用遥感、地理信息系统、空间统计和计算机模拟等技术，采用多时期遥感信息与空间化属性数据融合的方法获取全球变化背景下区域农作物空间格局动态变化特征，分析农业旱灾时空变化与农作物种植制度和粮食产量之间的关系，揭示旱灾时空变化对我国粮食生产的影响途径和过程，摸清旱灾时空变化对我国粮食生产发展变化影响、促进相关交叉学科相关理论、技术和方法的发展和完善。

农业灾害影响到我国社会各个方面，特别是2018年中美贸易战对我国粮食生产影响非常大，病虫害频繁发生，旱涝灾害等极端气候事件逐渐加剧必将给我国未来粮食生产带来许多严峻的挑战。研究自然灾害演变特征及粮食灾损规律，对实现我国社会经济可持续发展、解决我国粮食安全问题具有重要意义。本研究先利用遥感数据对气象灾害关键参数进行反演研究，并在此基础上结合统计数据进行了时空变化分析，1949-2015年我国31省市自然灾害造成的受灾、成灾、绝收面积，构建灾害强度指数分析不同灾种的时序特征分异，利用趋势分析、ESDA方法分析不同灾种在省域空间的分布特征及冷热区；再获取1949-2015年粮食种植数据，通过粮食灾损估算模型、定义粮食灾损率、地理空间探测器，计算并检验中国粮食损失时空特征及分异性。结果表明：①相比受灾面积曲线，本研究构建的灾害程度指数能够更好揭示自然灾害时序演变特征；②1949-2015 年期间中国两大主力灾害（洪灾、旱灾）交替出现，未来5-10年以洪灾为主；③灾种排序旱灾＞洪灾＞风雹＞低温＞台风，其中旱灾、洪灾受灾占比过半；④省域不同灾种间空间趋势变化特征明显，区域受灾面积东部＞西部，北部＞南部，且北部灾种单一、南部多灾并发；⑤自然灾害受灾总和、旱灾、雹灾、低温空间上全局自相关性不显著，呈随机模式分布，洪涝、台风在空间分布上具有显著的全局自相关性，呈集聚模式；⑥1949-2015年灾害、灾损量、灾损率整体时序趋势呈现先升后降，2000年为临界点，空间分布具有异质性，单因子解释力度差异显著，多因子交互均呈非线性增强关系，胡焕庸线两侧冷热点分布呈两极化且其重心向北迁移。建议政府加强除旱减雹（西北）、除旱排内涝（东北）、排涝防冻（中部）、排涝预台（东南沿海）等工程技术措施；同时西北（环境恶劣）、东北（中国粮仓）应作为防灾减灾重点保护区，制定专项保护方案，以保证中国粮食丰产增收。为应对未来自然灾害影响的不确定因素，我们提出尽快启动藏粮于民和乡村振兴的民间计划，保障我国粮食安全。