文章简介
题目：
Progress in joint application of crop models and hydrological models
期刊：
Agricultural Water Management
第一作者：
Yang You
第一发表单位：
西北农林科技大学
摘要
气候变化导致了极端天气事件和粮食安全问题，成为全球亟待解决的问题。作物模型和水文模型在分析这些问题中发挥了重要作用，但作物模型在大尺度模拟中存在局限性，而水文模型在描绘下垫面细节方面存在不足。联合使用这两种模型以互补其缺陷正成为一种重要的方法，在提高农业生产不同方面的定量表征能力中发挥了重要作用，并且对于提高水资源利用效率至关重要。本文回顾了作物模型和水文模型的发展过程，总结了目前广泛使用的模型，为研究人员选择作物和水文模型提供了参考；其次，总结了模型联合使用的类型、方法和实例，并分析了模型组合中可能出现的问题；最后，为作物模型和水文模型的联合使用提出了一些建议，为研究人员提供了参考。
文章解读
气候变化的深远影响正逐渐渗透到地球的每一个角落，包括气温和降水模式的突然变化，以及干旱和洪水等频繁的极端天气事件。气候变化的关键因素是二氧化碳。第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中的子项目CDRMIP的主要科学目标是，研究二氧化碳去除在多大程度上可以帮助缓解甚至逆转气候变化。光合作用是从大气中吸收二氧化碳的重要过程，然而，二氧化碳浓度的上升会对光合作用产生影响。这反过来会影响人类赖以生存的农业系统。
农业系统对气候变化非常敏感，这种敏感性不仅仅是由于光照、降水和温度变化，还由于强降雨增多、生态干旱频发和天气剧烈变化引起的区域农业产量下降，从而引发粮食安全问题。据统计，目前全球有8亿人处于粮食不安全状态。联合国粮食及农业组织（FAO）将粮食供应和质量列为粮食安全的五个关键方面之首。如何保证粮食供应和提高粮食质量安全，已成为解决粮食问题的关键。在预测和避免气候变化以及粮食安全问题带来的风险方面，各种作物模型和水文模型被提出。
作物模型（或作物生长模型）通过数学手段来表示植物的内部反应及其与环境的相互作用。植物的内部反应包括生长、发育、光合作用、同化物分配以及产量形成。作物模型涉及多个学科领域，如植物生理学、生态学、农业气象学以及植物营养与施肥。水文模型使用物理抽象、数学表达和计算机模拟来描述水循环的所有互动过程，例如径流、降水和蒸散。目前，水文模型被广泛应用于气候变化对水文过程的影响研究、洪水预报、水质分析、水资源开发与利用等多个领域，因其在描述复杂水文过程中的有效性，受到高度重视。水文模型还涉及生态水文学、地貌学等领域。
作物模型和水文模型在全球范围内广泛应用，并在应对气候变化、预测作物产量以及农业实践中发挥了重要作用。与干旱相关的作物产量损失的空间异质性的主要驱动因素是可用土壤水分的变化，这是水文模型模拟的一个重要结果。因此，水文模型弥补了作物模型简化水文过程的不足。然而，与水文模型相比，作物模型在其建模过程中充分考虑了作物生长的动态变化。虽然水文模型在模拟过程中也涉及到叶面积指数等动态作物生长变量，但在评估作物生长和发育方面，水文模型与作物模型的精确度仍存在差异。因此，作物模型与水文模型的联合使用将农业与水文学联系起来，跨越了这两个学科的边界。尽管作物模型和水文模型的联合应用仍处于早期阶段，但在气候变化研究、预测未来作物产量、粮食安全、调整种植结构和通量估算等领域已经取得了进展。
基于上述背景，本文回顾了作物模型和水文模型的发展过程，梳理了目前广泛使用的作物模型和水文模型及其应用场景；总结了作物模型和水文模型联合使用的类型、方法和实例；并希望为缓解气候变化的负面影响、应对粮食短缺危机、提高灌溉系统性能、增强水资源保护能力以及完善水文模拟过程提供参考。
（注：以上翻译来着ChatGPT，具体文章内容请以原文内容为准。若解读有误欢迎探讨指正。）
主要图表
Fig. 1. Annual publication volume of crop models (a) and hydrological models (b) (2000–2023).
Table 1. Summaries of typical single-crop models and multi-crop general models.
Fig. 2. The joint use of crop models and hydrological models (using DSSAT and VIC as examples).
Fig. 3. The joint use of crop models and hydrological models in various regions.
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https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.108746
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