氣候變遷下稻作生長期之變化與產量模擬

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魏郁婷(Yu-ting Wei) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

氣候變遷下稻作生長期之變化與產量模擬
(Yield simulating and principle components analysis on the impacts of growing periods of rice under climate change)

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摘要(中)

受氣候環境變遷之影響，糧食問題為全球之重要議題，如何建立適當之水田灌溉操作管理方法，以確保農業生產以及水資源之有效利用，為水資源規劃之重要課題。本研究以桃園為研究區域，使用DSSAT(The Decision Support System for Agrotechnology Transfer) 作物生長模式，對不同種植日期(提前一周、正常、延後一周及延後兩周)之水稻進行模擬。探討氣候變遷下3個不同時期：近未來(2020-2039)、未來(2050-2069)及遠未來(2080-2099)，稻作生長天數、產量、作物需水量及灌溉需水量之變化。作物生長與氣象環境之間的交感相當複雜，在不同時間與空間皆有不同反應。作物模式中需要各種的氣象資料及現地資料，其中氣象資料以溫度、降雨量及輻射量最廣為被探討。本研究將影響產量之因子運用多變量統計分析中之主成份分析法探討其變數對作物產量之影響。所採用之影響產量的八項因子分別為：開花前之累積日輻射量、開花前之累積生育度數、開花前之累積作物蒸散量、開花前之生長天數、開花後之累積日輻射量、開花後之累積生育度數、開花後之作物蒸散量及開花後之生長天數。通過現在(1985-2011) 、近未來(2020-2039)、未來(2050-2069年)及遠未來(2080-2099)資料之主成份分析。分析結果可以得知，在目前影響產量的主要成因為稻作開花前之輻射，而在氣候變遷情境中發現近未來、未來及遠未來影響產量的主要因素為稻作開花前之生長天數。

摘要(英)

Food production is an important issue among the effects of climate and environmental change. Furthermore, how to perform an appropriate management in paddy irrigation is a significant topic of water resource planning. This research takes Taoyuan county as research region , uses DSSAT (The Decision Support System for Agrotechnology Transfer) model to simulate the growing of rice which were planted on different time, i.e., ahead of one week, regular, one week delayed and two weeks delayed , and Investigate the changing of days and output of rice farming on 3 different period under climate change, namely, near future (2020-2039), future (2050-2069), far future (2080-2099). The mutual influence between crop growing and meteorology is complicated. It is expected that different time and environment will lead to dissimilar reaction. Crop simulating model needs all kinds of meteorological data and Situ data. Among all the meteorological data, temperature, rainfall and radiation are probed in more detailed.

This research uses principal components analysis of multivariate statistical analysis to investigate how these factors will influent output. The eight factors are listed below: 1.Solar radiation accumulation before bloom; 2.Growing degree before bloom; 3. Crop Evapotranspiration accumulation after bloom; 4. Growing days after bloom; 5. Solar radiation accumulation before bloom; 6. Growing degree after bloom; 7. Crop Evapotranspiration accumulation before bloom; 8. Growing days after bloom. The analysis was performed with meteorological data of nowadays (1985-2011), near future (2020-2039), future(2050-2069) and far future (2080-2099). The results show that the main factor to affect output is solar radiation accumulation before bloom in present, while the growing days before bloom is the main factor to affect output in the near future, future and far future under climate change.

關鍵字(中)

★ 氣候變遷
★ 水稻
★ DSSAT作物模式
★ 灌溉需水量
★ 主成分分析

關鍵字(英)

★ Climate change
★ Rice
★ Irrigation water requirement
★ principle components analysis

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VIII
第一章緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 2
1.3本文架構 3
1.4研究流程圖 4
第二章文獻回顧 5
2.1作物模式 5
2.2灌溉需水量 5
2.2.1作物需水量 5
2.2.2灌溉方法 6
2.3氣候變遷 7
第三章理論分析 9
3.1 DSSAT模式簡介 9
3.2 系統動力模式(VENSIM) 11
3.3氣象合成模式(WGEN) 13
3.3.1日溫度模擬模式 13
3.3.2日降水量模擬模式 14
3.4基礎理論 15
3.4.1水平衡理論 15
3.4.2灌溉需水量 15
3.4.3作物需水量 15
3.4.4湛水深 16
3.4.5水田滲漏量 17
3.5主成分分析(PCA) 19
3.6氣候變遷預設情境 21
3.7研究區域概述與基本資料 22
3.7.1氣象與水文環境 22
3.7.2灌區之農作時期 24
3.7.3測站基本資料 24
第四章結果與討論 26
4.1 氣候變遷情境與大氣環流模式(GCMs)選擇 26
4.2 DSSAT氣象資料推估 31
4.3氣象資料選擇 36
4.4 DSSAT模擬結果 37
4.4.1 DSSAT作物模式之檢定及驗證 38
4.4.2 不同時期之模擬產量 38
4.4.3 不同時期之作物生長期 41
4.4.4 不同時期之作物需水量 44
4.5 VENSIM灌溉系統流程 46
4.5.1 演算流程 46
4.5.2輸入資料 46
4.5.3模擬結果 47
4.6 主成分分析 51
4.6.1 現在資料之主成份分析 51
4.6.2 近未來資料之主成份分析 56
4.6.3 未來資料之主成份分析 60
4.6.4 遠未來資料之主成份分析 64
4.6.5 產量推估模式 69
第五章結論與建議 73
5.1 結論 73
5.2建議 74
參考文獻 75
附錄A 80

參考文獻

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指導教授

吳瑞賢(Ray-shyan Wu)

審核日期

2014-7-30

推文