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基于机器学习和未来气候变化模式的埃塞俄比亚粮食产量预测 被引量:1
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作者 徐宁 李发东 +7 位作者 张秋英 艾治频 冷佩芳 舒旺 田超 李兆 陈刚 乔云峰 《中国生态农业学报(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期490-504,I0001,I0002,共17页
对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚,粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系,预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度,机器学习技术为这种复杂系统变化的预测提供了一种有效途径... 对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚,粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系,预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度,机器学习技术为这种复杂系统变化的预测提供了一种有效途径。本研究利用37个全球气候模式(GCM)的数据以及土壤数据,基于机器学习模型,预测了埃塞俄比亚2021年至2050年5种主要粮食作物在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的产量变化。经GCM和变量的筛选后,利用梅赫季和贝尔格季中5种主要粮食作物的10个产量数据对直方图梯度提升决策树、极端梯度提升随机森林、轻梯度提升决策树、随机森林、极限树以及K近邻6种机器学习模型进行训练。经过模型评估,选择表现良好的3个模型,采用线性回归算法进行堆叠,然后使用堆叠模型进行预测。研究结果表明,未来30年埃塞俄比亚梅赫季5种主要粮食作物产量变化以增产<2 t·hm^(-2)为主;SSP126情景下的贝尔格季将出现更明显的减产现象,这可能是由于温室效应的减缓降低了CO_(2)的施肥效应。随着人类活动造成的生态环境恶化,研究区农业生产对粮食结构改变和重新分配生产力的需求不断增长,导致农作物生产力向新的适宜地区转移。研究区在SSP126和SSP585情景下将分别因为干旱缓解和温室效应加剧而获得更高的粮食作物生产力。 展开更多
关键词 粮食产量 机器学习 气候变化 全球气候模式 埃塞俄比亚
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华北平原农田N_2O排放通量的高频动态观测 被引量:5
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作者 李发东 杜锟 +7 位作者 张秋英 古丛珂 冷佩芳 乔云峰 朱农 郝帅 黄勇彬 施生锦 《中国生态农业学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期195-202,共8页
N_2O是主要源自农田的重要温室气体之一,可破坏臭氧层而导致全球增温。目前对N_2O的原位高频观测尚不多。为完善N_2O的观测方法,为华北地区N_2O变化研究提供参考,本研究以华北平原典型农田为研究对象,利用新型的N_2O测定仪器TGA200A,进... N_2O是主要源自农田的重要温室气体之一,可破坏臭氧层而导致全球增温。目前对N_2O的原位高频观测尚不多。为完善N_2O的观测方法,为华北地区N_2O变化研究提供参考,本研究以华北平原典型农田为研究对象,利用新型的N_2O测定仪器TGA200A,进行实时、自动、昼夜连续地观测中国科学院禹城综合试验站农田大气N_2O的日动态变化。本次观测自2017年6月中旬玉米播种后开始,持续至2017年9月(8月份仪器调试)。结果显示:1)晴朗天气下,农田大气N_2O呈现出夜晚(0:00—6:00、18:00—24:00)高(0.618~1.171 mg·m-3)、白天(6:00—18:00)低(0.526~1.145 mg·m-3)的趋势,而白天高温又促进农田N_2O排放,在午后15:00—17:00大多出现1次峰值,表明温度的促进作用存在滞后性。2)降雨天气下,农田N_2O在适当的雨量下逐渐增加(3 h内增加0.033 mg·m-3),且存在累积效应,但过度淹水后N_2O表现出逐渐降低的趋势。3)大风天气下,N_2O的浓度产生变化,但规律并不明显。研究结果表明,利用TGA200A可以实现对温室气体N_2O的实时、连续、动态的自动观测,观测结果具有较高可信度,可以反映出当前华北地区农田N_2O在不同环境要素(温度、降水及大风)下的动态变化趋势。 展开更多
关键词 华北平原 农田生态系统 N2O排放 通量监测 高频监测
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城市化进程中长江经济带长江干流水化学演变特征及影响因素 被引量:7
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作者 付凯 张秋英 +7 位作者 李兆 乔云峰 李发东 冷佩芳 田超 朱农 王健祺 柏杨巍 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期160-171,共12页
快速的城市化过程对城市周边水体水化学组成特征产生了诸多影响.为揭示长江经济带城市群发展对长江水化学特征的影响,于2020年10—11月沿长江干流,采集了四川宜宾至上海145个河流水样,并对比了历史水化学数据.同时,运用数理统计、离子... 快速的城市化过程对城市周边水体水化学组成特征产生了诸多影响.为揭示长江经济带城市群发展对长江水化学特征的影响,于2020年10—11月沿长江干流,采集了四川宜宾至上海145个河流水样,并对比了历史水化学数据.同时,运用数理统计、离子比值法等方法探究了长江经济带平水期水化学特征.结果表明:长江河水的主要水化学类型为HCO_(3)·SO_(4)-Ca型,主要受流域内分布的碳酸盐岩等岩石风化作用控制;河水中阳离子以Ca^(2+)为主,阴离子以HCO_(3)^(-)为主,Cl^(-)浓度沿径流方向升高,Ca^(2+)和Mg^(2+)浓度沿径流方向先升高后降低,SO_(4)^(2-)浓度沿径流方向逐渐上升,HCO_(3)^(-)浓度沿径流方向降低;城市化进程中,由于人类活动和工业活动加剧,除HCO_(3)^(-)外,Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na~+、K~+、SO_(4)^(2-)和Cl^(-)浓度均升高;沿线工业活动、矿产开发、农业生产活动和生活污水排放可能是SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和Cl^(-)的主要来源. 展开更多
关键词 长江经济带 水化学特征 离子来源 城市化
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Spatio-temporal Characteristics of the Extreme Climate Events and Their Potential Effects on Crop Yield in Ethiopia 被引量:4
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作者 SONG Shuai LI Fadong +3 位作者 LU Yonglong Kifayatullah Khan XUE Jianfang leng peifang 《Journal of Resources and Ecology》 CSCD 2018年第3期290-301,共12页
Extreme climate events exhibit an increasing spatio-temporal trend globally, and the increasing intensity and frequency may have severe impacts on the human society and natural ecosystems. This study analyzed the extr... Extreme climate events exhibit an increasing spatio-temporal trend globally, and the increasing intensity and frequency may have severe impacts on the human society and natural ecosystems. This study analyzed the extreme temperature and precipitation variability from 1956 to 2016, and evaluated their potential effects on crop yield in Ethiopia. Relative extreme temperature indices exhibited a decreasing trend with low-temperature events, but a significantly upward trend with extreme high temperature events. The frequency of annual warm nights increased to a greater degree than that of cold days. The total annual wet-day precipitation decreased significantly at a rate of-46 mm/decade. Further, the succession of dry days gradually increased by 5.6 day/decade, while an opposite trend of wet days was found with a decline of 1.4 day/decade. The correlation between annual precipitation and crop production was 0.422, indicating that extreme precipitation indices may have higher explanatory power than extreme temperature indices in the crop yield variations. Moreover, the extreme climate changes have induced significant adverse impacts on crops yield particularly in Ethiopia where no proper adaptation measures have been implemented. 展开更多
关键词 extreme climate crop yield trend analysis Ethiopia
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Understanding Agriculture Production and Food Security in Ethiopia from the Perspective of China
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作者 LI Fadong leng peifang +9 位作者 ZHANG Qiuying SONG Shuai QIAO Yunfeng GU Congke ZHANG Qian WU Liang Mulubrhan Balehegn Dagne Mojo ZHU Nong ZHAO Xin 《Journal of Resources and Ecology》 CSCD 2018年第3期237-249,共13页
Food security and sustainable agricultural development are the hot issues of scientific research, especially after the population affected by hunger surprisingly increased in 2016. Long-lasting and recurrent famines c... Food security and sustainable agricultural development are the hot issues of scientific research, especially after the population affected by hunger surprisingly increased in 2016. Long-lasting and recurrent famines caused by natural disasters and wars have afflicted Ethiopia. Unlike Ethiopia, which is still struggling to achieve food self-sufficiency, China managed to quickly become food self-sufficient at a rapid speed, despite the fact that it also faced the same challenges of famine over the last century. In the backdrop of differing environmental and socio-political challenges the two countries face, comparing the similarities and differences between the two countries will yield important lessons and insights for Ethiopia to follow to achieve food self-sufficiency. Here, the progress towards food security in Ethiopia and China is presented to quantitatively compare the gap of agricultural production between both countries. We found that food production in Ethiopia is heavily constrained by drought, soil degradation, climate change, out-dated agricultural production technologies, and poverty. According to these challenges, we examined corresponding responses in China to propose solutions for achieving food self-sufficiency in Ethiopia, given the realities of its unique national situation. 展开更多
关键词 food security agriculture production Ethiopia China SELF-SUFFICIENCY
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