本书在综合评述国内外研究现状的基础上，首先收集了多站点气象数据，利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的全球气候模式（GCM）平均数据，结合气候数据统计降尺度模型（NWAI-WG），估算了历史和未来时期（2022～2100年）作物生育期不同时间尺度下的标准化降水蒸散发指数（SPE）和土壤水分亏缺指数（SMDI），并对历史和未来时期的旱情发展和时空变异规律进行了分析。其次，在收集多站点冬小麦、春小麦、夏玉米和春玉米农业气象观测数据的基础上，结合DSSAT模型进行历史和未来时期作物生长和产量的模拟，获得了1961～2100年作物生长和产量的长序列数据。最后，结合上述研究结果，对干旱时空变异背景下的主要作物产量响应规律进行了深入分析，所得结果对于研究干旱背景下的粮食生产具有重要的参考价值。
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先后主持完成国家自然科学基金青年基金（50709028）、国家自然科学基金新疆联合基金（U1203182）、陕西省国际合作重点项目（(2012KW-24-01)）、西北农林科技大学青年学术骨干支持计划（2007）、中央高校基本科研业务费青年项目（QN2009087）、优青专项（YQ2013006）及培育项目（Z109021562）等
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究进展 2
1.2.1 干旱时空变化规律 2
1.2.2 作物生长和产量的时空变化规律 9
1.2.3 作物模型在作物生长和产量研究中的应用 10
1.2.4 干旱对作物生长和产量的影响 12
1.3 目前研究中存在的问题 15
第2章 气象干旱的时空演变规律 17
2.1 气象干旱多源数据融合与时空解析方法 17
2.1.1 研究区概况 17
2.1.2 数据来源 19
2.1.3 CMIP6数据 19
2.1.4 SPEI的计算 22
2.1.5 干旱变量的提取 23
2.1.6 趋势检验 24
2.1.7 森斜率计算 25
2.1.8 不确定性分析 25
2.2 区域干旱时空分异机制及气候驱动效应 26
2.2.1 统计降尺度效果评价 26
2.2.2 气象要素的时空变化规律 27
2.2.3 SPEI的时空变化规律 30
2.2.4 干旱特征分析 34
2.3 本章小结 52
第3章 冬小麦生育期气象和农业干旱时空演变规律 54
3.1 基于气象-GLDAS数据融合的农业干旱评估方法体系 54
3.1.1 研究区概况 54
3.1.2 气象数据 55
3.1.3 GLDAS土壤水分数据 55
3.1.4 干旱指标计算 58
3.2 作物生育期干旱耦合演变及水分胁迫阈值 59
3.2.1 历史时期冬小麦生育期内干旱变化规律 59
3.2.2 未来时期冬小麦生育期内干旱变化规律 63
3.3 本章小结 71
第4章 冬小麦生长和产量变化规律 73
4.1 基于DSSAT-CERES-Wheat模型的多要素耦合模拟方法 73
4.1.1 气象和作物数据 73
4.1.2 土壤数据 75
4.1.3 DSSAT-CERES-Wheat模型 75
4.2 冬小麦生产力时空演变及多情景响应 77
4.2.1 DSSAT-CERES-Wheat模型评价结果 77
4.2.2 冬小麦生育期气象要素变化规律 83
4.2.3 历史时期冬小麦生长和产量变化 84
4.2.4 未来时期冬小麦生长和产量变化 87
4.3 本章小结 92
第5章 干旱对冬小麦生长和产量的影响 94
5.1 干旱-产量耦合系统的统计方法 94
5.1.1 冬小麦数据和干旱指标数据 94
5.1.2 皮尔逊相关分析 94
5.1.3 减产率计算 95
5.2 历史时期和未来时期干旱对冬小麦生长和产量的影响 95
5.2.1 历史时期干旱对冬小麦生长和产量的影响 95
5.2.2 未来时期干旱对冬小麦生长和产量的影响 110
5.3 本章小结 123
第6章 春小麦生长和产量变化规律 124
6.1 CMIP6-DSSAT-GRA协同驱动的春小麦模拟方法体系 124
6.1.1 研究区概况 124
6.1.2 数据来源 124
6.1.3 最新CMIP6的GCM数据 126
6.1.4 干旱指标的计算 127
6.1.5 灰色关联分析 127
6.1.6 DSSAT-CERES-Wheat模型 128
6.2 历史时期和未来时期干旱对春小麦生长和产量的影响 129
6.2.1 模型效果评价 129
6.2.2 历史时期春小麦生长和产量的变化规律 131
6.2.3 未来时期春小麦生长和产量的变化规律 134
6.3 本章小结 137
第7章 春小麦生长和产量对干旱的响应 138
7.1 生育期干旱胁迫与产量响应的统计建模方法体系 138
7.1.1 春小麦数据和干旱指标 138
7.1.2 皮尔逊相关系数 138
7.2 历史时期和未来时期春小麦生长和产量对生育期干旱的响应 139
7.2.1 历史时期春小麦生长和产量对生育期气象干旱和农业干旱的响应 139
7.2.2 未来时期春小麦生长和产量对生育期气象干旱和农业干旱的响应 156
7.3 本章小结 157
第8章 玉米生育期干旱的时空演变规律 158
8.1 GLDAS-CMIP6协同驱动的玉米生育期内干旱评估方法 158
8.1.1 研究区概况 158
8.1.2 气象数据 158
8.1.3 GLDAS数据 158
8.1.4 CMIP6数据中GCM 数据 160
8.1.5 干旱指数的计算 160
8.2 历史时期和未来时期玉米生育期内干旱变化规律 161
8.2.1 历史时期玉米生育期内干旱变化规律 161
8.2.2 未来时期玉米生育期内干旱变化规律 165
8.3 本章小结 165
第9章 玉米生长和产量的时空变化规律 167
9.1 玉米的生物物理过程模型参数化与多情景模拟技术 167
9.1.1 研究区概况 167
9.1.2 气象及作物数据 167
9.1.3 土壤数据 167
9.1.4 DSSAT-CERES-Maize模型 168
9.2 历史时期和未来时期玉米生长和产量变化 169
9.2.1 DSSAT-CERES-Maize模型评价 169
9.2.2 历史时期玉米生长和产量变化 173
9.2.3 未来时期玉米生长和产量变化 176
9.3 本章小结 182
第10章 干旱对玉米生长和产量的影响 183
10.1 基于作物模型与统计验证的干旱影响评估框架 183
10.1.1 研究区概况及干旱指标的计算 183
10.1.2 玉米生长和产量模拟 183
10.1.3 干旱指标与产量相关要素之间的皮尔逊相关分析和线性斜率 183
10.2 历史时期和未来时期玉米生长和产量对干旱的响应 184
10.2.1 历史时期玉米生长和产量对干旱的响应 184
10.2.2 未来时期玉米生长和产量对干旱的响应 199
10.3 本章小结 208
第11章 主要结论 210
11.1 干旱时空变异性对冬小麦生长和产量的影响 210
11.2 干旱时空变异性对春小麦生长和产量的影响 211
11.3 干旱时空变异性对玉米生长和产量的影响 211
参考文献 213
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