中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王樹東帶領(lǐng)的生態(tài)水文遙感團(tuán)隊(duì)在灌溉用水估算領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究團(tuán)隊(duì)提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)和遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)的全國尺度灌溉用水量估算模型，并基于該模型揭示了未來氣候變化情景下中國灌溉用水的變化趨勢(shì)和經(jīng)濟(jì)影響。

灌溉農(nóng)業(yè)約占全球耕地面積的20%，貢獻(xiàn)了40%以上的糧食產(chǎn)量。中國擁有全球最大面積的灌溉農(nóng)田，占中國耕地面積的一半以上。在全球氣候變化導(dǎo)致糧食安全日益受到挑戰(zhàn)的背景下，準(zhǔn)確估算灌溉用水變化對(duì)于制定最優(yōu)的水資源分配政策的重要性日益凸顯。

據(jù)介紹，現(xiàn)有的灌溉用水估算方法，受到數(shù)據(jù)可用性和模型結(jié)構(gòu)的約束，在全國尺度和未來氣候變化情景下適用性差。基于此，該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的新模型，通過整合一系列高精度水文要素衛(wèi)星遙感產(chǎn)品（降水、蒸散、土壤水分和雪水當(dāng)量）、氣象驅(qū)動(dòng)因子、經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和數(shù)值模型模擬，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)框架下估算全國尺度的灌溉用水。新模型在估算灌溉用水方面表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性。通過11個(gè)農(nóng)田站點(diǎn)的獨(dú)立觀測(cè)驗(yàn)證，模擬數(shù)據(jù)與實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)具有顯著相關(guān)性，準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。

全國灌溉用水在2030年-2100年的變化趨勢(shì)和經(jīng)濟(jì)影響

該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步考慮了一系列氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)情景，將建立的機(jī)器學(xué)習(xí)框架與四個(gè)先進(jìn)的地球系統(tǒng)模型結(jié)合，提供了未來70年中國灌溉用水的變化趨勢(shì)和相關(guān)成本。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，基于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(huì)增加，特別是西北和華北區(qū)域。對(duì)比20世紀(jì)80年代至2010年的數(shù)據(jù)，全國灌溉用水到2050年預(yù)計(jì)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(dá)到39.1億美元；到2100年預(yù)計(jì)最高將增加34.8%，每年新增成本最高達(dá)到65億美元，研究結(jié)果突顯了水資源可持續(xù)利用與管理的迫切性。

該項(xiàng)研究提出了一種有效估算當(dāng)前和未來灌溉用水的方法，研究成果可以擴(kuò)展到其他面臨日益增長(zhǎng)的灌溉需求的國家。研究結(jié)果也可為農(nóng)業(yè)用水政策制定和決策提供重要信息，有利于指導(dǎo)在氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)背景下進(jìn)行水資源的可持續(xù)利用與管理。

針對(duì)中國未來氣候變暖導(dǎo)致灌溉用水量持續(xù)增加的情況，王樹東建議，可以通過提高灌溉效率、推廣節(jié)水型農(nóng)業(yè)、實(shí)施水資源管理政策、加強(qiáng)水資源保護(hù)和補(bǔ)給、發(fā)展再生水利用等多種舉措實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和管理。

該研究成果以“Uncovering Current and Future Variations of Irrigation Water Use Across China Using Machine Learning”（應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法揭示目前和未來中國灌溉用水變化）為題，于2024年3月9日在美國地球物理學(xué)會(huì)（AGU）旗下全球變化旗艦期刊Earth's Future（《未來地球》）上發(fā)表。該研究由空天院、中國氣象科學(xué)研究院和美國賓夕法尼亞大學(xué)等單位合作完成，遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為本研究的第一完成單位，劉凱博士為第一作者，王樹東為通訊作者。