机器学习如何改变中国灌溉用水未来变化趋势与经济影响?

经过深入探索,中国科学院空天信息创新研究院(空天院)的遥感科学国家重点实验室传来喜讯,研究员王树东率领的生态水文遥感团队在灌溉用水估算领域取得了令人瞩目的突破。这支团队巧妙地融合了机器学习与遥感观测数据,成功构建出一个全新的全国尺度灌溉用水量估算模型。这一创新性的模型不仅精确度高,更能够深刻揭示未来气候变化背景下中国灌溉用水的动态变化轨迹及其对经济社会的深远影响。这一成果不仅彰显了空天院在生态水文遥感领域的强大科研实力,也为我国水资源管理与农业可持续发展提供了宝贵的科学依据。

灌溉农业,作为地球生命线的滋养者,虽仅占全球耕地面积的五分之一,却贡献着超过四成的粮食产量。在中国,广袤的灌溉农田尤为突出,占据了国土面积的半壁江山。水资源,尤其是灌溉用水,对作物的茁壮成长与丰收具有不可替代的作用。尤其在那些水资源稀缺的地区,频繁的干旱与极端气温仿佛贪婪的猛兽,企图吞噬每一寸绿意。
如今,全球气候变化为粮食安全敲响了警钟,而在这波涛汹涌的挑战之中,准确衡量灌溉用水的起伏变化显得尤为重要。这不仅关乎农田的命运,更关乎亿万人民的饭碗。因此,制定科学、合理的水资源分配政策,成为了摆在我们面前的一项紧迫而重大的任务。

图片

△灌溉用水估算框架在全国尺度和未来气候变化情境下的验证与评估
目前所运用的灌溉用水估算方法,因数据稀缺性与模型构造的局限性,使得其在国家层面及预测未来气候变迁下的适用性颇显不足。为此,该研究团队砥砺奋进,研发了一款基于机器学习的新型估算模型。这一模型巧妙地融合了众多高精度水文关键要素卫星遥感资料,如降水、蒸散、土壤湿度及雪水当量等,同时还囊括了气象驱动因子、经济统计数据和数值模型模拟,于数据驱动的框架下精准推算出全国范围的灌溉用水。该新模型在灌溉用水估算上展现了令人瞩目的精确度。经过11个农田站点的独立实地观测验证,模拟数据与现场数据间的关联性显著,其准确率高达90%以上,这一成就不仅证明了新模型的可靠性,也为其在未来的广泛应用奠定了坚实的基础。
该研究团队精心构建了一个机器学习框架,并与四个尖端的地球系统模型相结合,深入探讨了未来70年中国灌溉用水的演变趋势及其相关成本。他们全面考虑了多种气候和社会经济因素,为我们揭示了未来水资源面临的挑战。随着温室气体排放的不同情景,未来70年内,约有60%的省份将面临灌溉用水量的增长,特别是西北和华北这两个关键区域。与20世纪80年代至2010年的历史数据相比,到2050年,全国灌溉用水量预计最高将激增17.1%。这一增长不仅意味着水资源的日益紧张,更带来了每年高达39.1亿美元的新增成本。而到了2100年,预计灌溉用水量将最高增加34.8%,每年的新增成本更是高达65亿美元。这些令人警醒的数据不仅揭示了水资源管理的严峻挑战,更突显了实现水资源可持续利用和有效管理的迫切性和重要性。面对未来水资源日益紧张的局势,我们必须采取切实有效的措施,加强水资源的保护和合理利用,以确保水资源能够持续为我们的社会经济发展提供坚实的支撑。

图片

△全国灌溉用水在2030—2100年的变化趋势和经济影响
该研究精心雕琢出一种精准估算当前及未来灌溉用水需求的方法论,其影响不仅局限于学术领域,更能为其他面临灌溉压力的国家提供宝贵的参考。这一研究犹如一把智慧的钥匙,打开了水资源可持续利用的大门。其发现与洞见为农业用水政策的制定提供了关键指引,让我们在气候变迁与社会经济风云变幻的大潮中,仍能游刃有余地管理与利用水资源,确保人类生存与自然的和谐共生。
合作完成这项研究的单位还包括中国气象科学研究院和美国宾夕法尼亚大学等,该研究成果近日在美国地球物理学会(AGU)旗下期刊Earth’s Future(《未来地球》)上发表。


分享到:
客服咨询
0752-7897707
邮政编码:516870
客服邮箱:156449799@qq.com
公司地址:广东省惠州市永汉文建路59号
宝禄微信公众号
宝禄微信小程序
在线客服
 
 
 工作时间
周一至周五 :8:00-18:00
周六至周日 :10:00-17:00
 联系方式
客服热线:0752-7897707
赵工邮箱:156449799@qq.com