近日，我院王卫光教授团队在《Geophysical Research Letters》和《Water Resources Research》发表农田灌溉的陆气反馈系列研究成果。

农业是我国第一用水大户。大量的水资源由灌溉输入农田，不仅增加土壤湿度、增强土壤蒸发，还通过促进作物生长增强植被蒸腾，共同调节地表能量收支平衡，改变自然水文循环，对区域气候产生重要影响。华北平原是我国重要的粮仓，也是灌溉活动最为集中的地区，近年来，农业高效用水技术在华北平原推广并得到了快速的发展，缓解了该区域的水资源短缺。动态变化的华北平原农业用水活动（图1），会导致灌溉气候效应在年际尺度上产生波动。尽管农业灌溉的区域气候效应得到了广泛认知，但目前尚不清楚灌溉动态变化和农田扩张共同作用下区域气候-农田生态水文过程的互馈机制。

图1 华北平原灌溉面积和灌溉用水强度的历史变化

针对上述科学问题，研究团队基于高分辨率遥感数据构建的相同气候场窗口移动算法，定量评估了华北平原灌溉对作物生长影响的时空变化规律（图2），结合耦合动态灌溉算法的WRF模式，开展区域气候模式敏感性试验模拟，量化识别了灌溉“绿化”作用对模拟灌溉气候效应的影响（图3），提升了区域气候模式模拟灌溉陆气反馈季节性变化的能力。

图2 华北平原灌溉的作物“绿化”作用

图3 华北平原灌溉“绿化”作用对模拟灌溉气候效应的影响

研究团队基于耦合次网格尺度动态灌溉算法的WRF区域气候模式，构建了能够反映灌溉用水量均值和变化趋势的参数集，实现了时变灌溉面积和灌溉水平的区域气候效应模拟，从观测数据分析和区域气候模拟的两个角度揭示了华北平原灌溉气候效应的时空演变规律和驱动机制。研究发现，在20世纪90年代中期之后，节水灌溉的推行，导致该地区农业用水强度的显著下降，抑制了灌溉降温效应（图4）。研究成果有助于深入认识气候变化成因、制定应对气候变化的水资源管理措施。

图4 华北平原灌溉冷却效应的年际变化特征及归因分析.（a）灌溉面积和用水强度时变的情景模拟；（b）固定灌溉面积和用水强度的情景模拟；（c）仅灌溉面积时变的情景模拟；（d）仅灌溉用水强度时变的情景模拟

论文信息：

(1) Liu Guoshuai, Wang Weiguang*, & Shao Quanxi. (2023). Recent Decline of Irrigation-Induced Cooling Effect Over the North China Plain in Observations and Model Simulations. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL101973.

(2) Liu Guoshuai, & Wang Weiguang*. (2023). Irrigation-Induced Crop Growth Enhances Irrigation Cooling Effect Over the North China Plain by Increasing Transpiration. Water Resources Research, 59, e2022WR034142.