最新研究：中國未來70年約60%省份灌溉用水量都會增加

統計顯示，灌溉農業約佔全球耕地面積的20%，貢獻了40%以上的糧食產量。中國擁有全球最大面積的灌溉農田，佔中國耕地面積的一半以上。未來，中國灌溉用水變化趨勢如何、對經濟有何影響等議題頗受關注。

據中新網報道，中國科學院空天信息創新研究院(空天院)3月11日向媒體發布信息說，該院王樹東研究員帶領的遙感科學國家重點實驗室生態水文遙感團隊最新在灌溉用水估算領域取得重要進展，他們研發構建出一種基於機器學習和遙感觀測數據的全國尺度灌溉用水量估算模型，研究結果表明，基於不同的溫室氣體排放情景，未來70年，中國約60%省份的灌溉用水量都會增加，特別是西北和華北區域。

這一揭示未來氣候變化情景下中國灌溉用水的變化趨勢和經濟影響的重要成果，由中國科學院空天院、中國氣象科學研究院和美國賓夕法尼亞大學等中外機構合作完成，相關論文近日以「應用機器學習方法揭示目前和未來中國灌溉用水變化」為題，在美國地球物理學會旗下全球變化旗艦期刊《未來地球》(Earth's Future)上發表。

論文通訊作者王樹東研究員指出，灌溉用水對作物生長和產量至關重要，尤其是在水資源短缺的地區，頻繁的乾旱和極端氣溫可能加劇其影響。因此，在全球氣候變化導致糧食安全日益受到挑戰的背景下，準確估算灌溉用水變化對於制定最優的水資源分配政策的重要性日益凸顯。而現有的灌溉用水估算方法，受到數據可用性和模型結構的約束，在全國尺度和未來氣候變化情景下適用性差。

為此，在本項研究中，研究團隊開發出一個基於機器學習的新模型，通過整合一系列高精度水文要素衛星遙感產品(降水、蒸散、土壤水分和雪水當量)、氣象驅動因子、經濟統計數據和數值模型模擬，在數據驅動框架下估算全國尺度的灌溉用水。

論文第一作者、中國科學院空天院劉凱助理研究員介紹說，新模型在估算灌溉用水方面表現出較高的準確性，與中國339個地級市的水利部公報值相比，確定係數介於0.86到0.91之間，均方根誤差從0.261到0.361立方千米/年不等。通過11個農田站點的獨立觀測驗證，模擬數據與實地觀測數據具有顯著相關性，準確率達到90%以上。

隨後，研究團隊進一步考慮到一系列氣候和社會經濟情景，將建立的機器學習框架與4個先進的地球系統模型結合，提供出未來70年中國灌溉用水的變化趨勢和相關成本。他們發現，基於不同的溫室氣體排放情景，未來70年，約60%的省份的灌溉用水量都會增加，特別是西北和華北區域。對比20世紀80年代至2010年的數據，全國灌溉用水到2050年預計最高將增加17.1%，灌溉用水的增加帶來每年新增成本最高達到39.1億美元；到2100年預計最高將增加34.8%，每年新增成本最高達到65億美元。

王樹東表示，這項研究結果突顯了水資源可持續利用與管理的迫切性，研究團隊提出的一種有效估算當前和未來灌溉用水的方法，既可以擴展到其他面臨日益增長的灌溉需求的國家，也可為農業用水政策制定和決策提供重要信息，有利於指導在氣候變化和社會經濟動態背景下進行水資源的可持續利用與管理。