气候变化对非洲水资源和农业的影响*

杨 笛，熊 伟，许吟隆

（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081）



气候变化对非洲水资源和农业的影响*

杨 笛，熊 伟**，许吟隆1

（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081）

摘要：尽管非洲是世界上温室气体排放总量或人均排放量最少的地区，但在承受气候变化造成的恶劣影响方面首当其冲。气候变化已经给非洲的水资源、农业、生物多样性、人类健康和国家安全等带来诸多严重影响，粮食生产和水资源一直是非洲长期面临的两大难题，也是深受气候变化影响的两大领域。本文系统梳理了气候变化对非洲水资源系统和农业生产影响的研究成果和不足，以期为非洲气候变化影响评估工作提供一定参考和借鉴。已有的观测结果表明，气候变化导致非洲许多山脉冰川面积正在大范围缩减、大部分地区降水量有所减少，降雨的年际间分布也更为不稳定，通过水文模型的模拟预测，未来气候变化将进一步影响降水量和非洲部分地区河流的径流量，导致非洲水资源供给压力加大。同样，气候变化也给非洲农业生产带来了巨大的挑战，无论是观测结果分析，还是统计模型和作物模型等对不同气候情景和时间尺度下非洲农业的模拟研究，都显示气候变化对非洲农业以负面影响为主，导致非洲干旱加剧、生长季改变和粮食产量下降，并可能危及非洲的粮食安全。然而，现有研究结果还存在较多不确定性，其主要集中在未来气候情景数据、研究方法、数据的质量和数量等方面。与世界其它地区相比，非洲气候变化影响研究无论是研究的深度和广度都还较欠缺，需要在未来的研究中进一步加强，以探寻减缓气候变化对非洲水资源和农业不利影响的有效途径。

关键词：非洲农业；气候变化；影响评估；水资源；适应

杨笛,熊伟,许吟隆.气候变化对非洲水资源和农业的影响[J].中国农业气象,2016,37(3):259-269

作为21世纪影响世界的主要和重要环境论题，气候变化已成为科学研究的焦点问题，它不但涉及大气、人类活动、海洋和陆地等多个自然生态系统，在一定程度上影响着所有领域，而且由于国际社会约束性的温室气体减排义务，制约着国家能源工业、制造业、国民经济和社会发展。IPCC第五次评估报告再次确认，自20世纪50年代以来，世界各地的气候都在发生变化[1]。

非洲是全球温室气体排放总量或人均排放量最少的地区，撒哈拉以南非洲（SSA）人口占世界人口的11%左右，但其二氧化碳排放量仅占全球排放总量2%[2]。同时，非洲也是对气候变化最敏感和最脆弱的地区之一，因此，在承受气候变化造成的恶劣影响方面也首当其冲[3]。从20世纪90年代开始，关于气候变化对非洲水资源和农业生产的影响研究陆续开展。大部分观测和研究认为，过去几十年，气候变化给非洲的水资源、农业生物多样性、人类健康和国家安全等方面带来了诸多严重影响，例如东非的热带高原冰川消退；西非河流水力发电减少；卡里巴湖面变暖，水体分层增加；自1970年以来，萨赫勒地区土壤干旱增加；热带非洲水域的珊瑚礁退化减少；萨赫勒西部地区和半干旱的摩洛哥地区的树木密度增加；多种植物和动物的生存范围产生变化；乞力马扎罗山的野火事件增多；卡里巴湖的渔业生产力下降等[4]。

非洲土壤贫瘠、水分不足，多数非洲国家的农业主要“靠天吃饭”，农业是非洲大多数国家的经济命脉。粮食生产系统是最容易受到气候变化影响的系统之一，而非洲的粮食生产系统又是世界上最脆弱的，气候变化给非洲农业带来的风险和挑战将远超越其它任何地区和国家，甚至直接威胁到非洲一些国家的粮食安全[3]。同时非洲大部分地区自然条件恶劣，自古以来淡水就是非洲最珍贵的资源之一，据联合国教科文组织统计，非洲每年有6000人死于水资源缺乏，约有3亿人因为缺水而生活在贫困中，然而非洲落后的经济水平导致了落后的水资源管理。因此，非洲大陆的很多河流对气候变化，尤其是降水量变化高度敏感。气候变暖后，非洲的河流也面临极大的威胁，受其影响，在21世纪末1/4的非洲大陆将处于严重的缺水状态[5]。因此，本文拟从水资源和农业这两个与非洲人民生产和生活息息相关的领域出发，总结和评述前人有关气候变化对非洲影响的研究，梳理气候变化对非洲水资源和农业研究的现状，总结研究取得的成果，找出现有研究的不足和问题，这不仅有助于了解非洲水资源和农业对气候变化的响应机制，探寻有效的适应途径，促进气候变化对非洲影响评估工作的深入开展和完善，为气候变化对非洲水资源和农业系统的影响和评估研究献策献力，而且也可以为中国气候脆弱区水资源和农业的研究提供一定参考和借鉴。

1 气候变化对非洲水资源的影响

1.1 冰川面积减少

虽然有关气候变化对非洲水资源的影响已经取得了到一定研究成果，但由于缺乏长期的水文数据和气候观测数据，目前关于非洲水资源对气候变化响应的认识仍较缺乏[6-7]。

在过去的50～100a，非洲大部分地区近地表温度至少上升了0.5℃，最低气温上升速度远高于最高气温[4]，受此影响，非洲山脉的冰川面积正在大范围缩减[8-10]。1912-2000年，乞力马扎罗山的冰川面积减少了81%，如果情况持续恶化，15a后山上的冰盖将全部消失[8]。非洲其它一些山脉也存在同样问题，如1976-2000年坦桑尼亚境内的Furtwangler冰川和北冰原的面积缩减了60000m2，约减少了一半[9-10]；肯尼亚山的冰盖也大范围融化，自1963年以来该山40%的冰盖已经消失[3]。冰川的消退，导致许多发源于此地的非洲湖泊、河流日渐干涸，阿特拉斯山的积雪融化使摩洛哥的季节融水供应减少[10]；维多利亚湖和乍得湖的水量在1973-2002年减少了一半，尼罗河、尼日尔河和赞比西河等也都出现了严重的水质和水量下降的情况[3]。

1.2 降水量减少

据实测资料分析[11-14]，近年来，非洲部分地区年降水量有所减少，降雨的年际间分布也更加不稳定。研究人员利用CRU(Climate Research Unit)提供的格点气象资料，通过Mann-Kendall趋势检验法发现，1951-2002年非洲大陆大部分地区的降水呈明显减少趋势，虽然撒哈拉以南非洲大陆在赤道附近有小部分地区降水量呈增加趋势，但它仍是全球降水量减少最显著且范围最大的地区[15]。西非的撒哈拉沙漠以南地区年降水量逐年减少，如尼日尔的马腊迪市1979-1982年历年降雨量分别为557、512、413 和286mm[11]；分析全球历史气候网数据集GHCN （Global Historical Climatology Network）的5° × 5°气候插值数据，结果显示，1901-2005年非洲的萨赫勒地区的降水明显减少；1950-1999年，萨赫勒地区的夏季（7-9月）降水量显著减少[16]，1997-2008年平均每年的干旱天数（日降水不超过1mm）超过300d[17]。受厄尔尼诺的影响，近年来东非的降水总体增加，但是在过去的30a间东非3-5/6月的降水减少，1949-2009年非洲之角的夏季（6-9月）季风降水呈减少趋势[4]。在20世纪下半叶南半球的夏季，南部非洲降水减少，南非的西部、博茨瓦纳和津巴布韦的降水呈现轻微的下降趋势[16]。

而气候变化对未来非洲降水量的影响，不同地区和时段的降水量变化程度不同[12-14]。应用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的多模式模拟RCP8.5情景下非洲未来降水情况，结果表明，在21世纪中期，中非和东非的年均降水将会增加，而在21世纪中期和末期，北非的地中海地区和南部非洲的年均降水将会减少[4]。然而应用区域气候模式得到的各地区降水模拟结果与全球气候模式的模拟结果不尽一致。12个CMIP3的全球气候模式对21世纪末东非的降水模拟结果显示，东非10-12月和3-5月的气候将会变得更加湿润，干旱减少，模拟结果与东非降水的历史趋势相反[4]；而应用区域气候模式WRF（Weather Research and Forecasting Model）对东非未来降水的模拟结果显示，相较于1981-2000年，21世纪末（2081–2100年）乌干达、肯尼亚和南苏丹8-9月的降水将减少。在西非，Itiveh等[18]应用HadCM3、PCM、CGCM和 CSIRO共4种全球气候模式预测了21世纪70年代尼日尔河流域（西非最大的河流）的降水变化情况，HadCM3和PCM模型的模拟结果为尼日尔河流域降水将会增多，而CGCM和CSIRO模型的模拟结果则显示降水减少。而ICTP（the International Centre for Theoretical Physics）区域气候模式的模拟结果显示，2031-2050年该流域的降水并不是在所有季节都减少，其中雨季降水将会减少而干季降水增多[19]。在北非的突尼斯的北部盆地，Bargaoui等[20]应用6种区域气候模式（CNR-A，DMI-A，DMI-B，ICT-E，SMH-B和SMH-E）模拟A1B情景下2051-2090年该地区冬季（12-2月）和春季（3-5月）降水情况，结果显示，相较于1961-2000年，该地区降水将会分别下降23% 和35%。在南部非洲，CMIP3的多个全球气候模式在A2情景下的模拟结果显示，相较于1981-2000年，2081-2100年纳米比亚和博茨瓦纳部分地区的夏季干旱次数将增加10%～20%，冬季降水显著减少[21]；而同样在A2情景下，CCAM（Conformal-Cubic Atmospheric Model）的降尺度模拟结果显示，2070-2100年南非的东南地区和德拉肯斯堡山脉的夏季将变得更加湿润[22]。

1.3 径流减少

气候变化使某些地区径流量减少，加大了当地的水资源供应压力，南部非洲地区尤为严重[23]。研究人员利用不同的降水径流模型、气候模式和气候情景，进一步预测了不同气候变化背景下未来南部非洲的河道径流情况（表1）。从表1可见，大部分研究结果表明，非洲河流的径流量将会减少[24]，但不同地区减少程度不同：12个全球气候模式和Watbal降水径流模型的模拟结果显示，斯威士兰主要流域的径流量在未来（2021-2060年）将出现不同程度的减少，最严重的减少40%[25]；Beck等[26]使用水文模型将水资源需求情景和未来气候数据结合，评估2050年南部非洲的赞比西河流域（南部非洲第一大河）可利用的水资源情况，结果显示赞比西河流域的径流量将减少，其中Cuando Chobe子流域径流量甚至会下降100%；HBV水文模型和RCA3区域气候模式的模拟结果显示，与1961-1990相比，1991-2020年莫桑比克的Bué Maria子流域（属蓬圭河流域）的部分地区的年均径流量将减少55%～75%[27-28]；Zhu等[29]应用半分布式水文模型和IMPACT的水模拟模块，分析了4种气候变化情景下2030年非洲东南部的林波波河流域的径流量，结果显示比1961-1990年减少35%；Andersson等[30]应用Pitman水文模型和4个GCM模拟博茨瓦纳的奥卡万戈河流域未来的水流量变化，结果显示，相较于基准年，A2（B2）情景下2050-2080和2070-2090年该地区的流量分别减少20%（14%）和26%（17%）。然而个别流域的径流量也可能会增加，根据10个GCM的统计和动力降尺度模拟结果显示，到2050年南非的图盖拉河的部分流域径流量将会增加[31]，斯威士兰的某些流域将增加5%～34%[25]。

表1 南部非洲地区的主要流域径流量对未来气候变化的响应Table 1 The response of runoff of major basins in southern Africa to climate change in the future

1.4 地下水受其影响较小

对非洲地下水资源的观测还比较缺乏，已有研究认为，气候变化对非洲地下水的影响总体而言相对较小[32-35]，但在不同气候区略有差别[4]。气候变化对非洲地下水的影响和地下水供应潜力的评估也还需要对非洲水资源现状和潜力有更多的认识[35]。

综上所述，气候变化已经在冰川面积、降水量、河流径流量等多方面对非洲水资源产生影响，导致非洲水资源危机进一步加剧。但是也有研究认为，关于气候变化对非洲水资源短缺的影响有夸大嫌疑，一些非气候因素的影响才应该承担主要责任，如人口和经济的增长，灌溉农业的扩张和水利调度等[13,34]。Droogers等[33]指出，2050年北非地下水资源的短缺其78%归因于社会经济因素，而20%决定于气候变化。

2 气候变化对非洲农业生产的影响

2.1 干旱加剧

非洲是世界上气候干旱面积最广的大洲，约有3/5的地区属于干旱、半干旱气候区。许多地区都是旱灾频发地，受到周期性干旱的长期困扰[36]。干旱对非洲的经济、自然资源、生态系统、人类健康等产生巨大影响。近几十年来，整个非洲干旱频率和强度均有所增加。根据CRU的格点气象数据，通过计算地表湿润指数，发现1951-2002年全球大部分地区均出现干旱化趋势，尤以非洲大陆的干旱化最为剧烈，明显由湿向干转换，1979 年以前的非洲大陆相对较湿，而从1979年开始转为一个严重的干旱时段[15]。在过去的30～60a间，东非的干旱频次增加，2011年非洲之角遭遇了特大干旱，降水量仅为正常年份的5%～50%不等。Lott等[37]使用海平面温度观测数据和HadGRM3-A模型下的ACE2010 （Attribution of Climate-related Extremes）系统来研究该次干旱发生的原因，结果显示，由人类活动引起的气候变化导致了此次大旱。IPCC第五次评估报告（2013年）指出，气候变化背景下，非洲北部和非洲南部等干旱的地区将会更加缺水，干旱程度进一步加剧[4]。到2020年，旱灾将会影响SSA地区的7500万～2.5亿多人口[23]；到2060年，SSA地区遭受旱灾的地区可能增加6000万～9000万hm2，损失可达260亿美元（以2003年的价格为标准）[2]。在东非和南部非洲的部分地区，由于降水减少和蒸散增加，干旱将会加剧，其中南部非洲的西南地区将会在21世纪末面临非常严重的干旱[4]。

2.2 作物生长季变化

非洲许多国家盛行迁移农业，多数地区的耕作方式和技术都非常落后，现代化水平极低，粮食单产不足世界平均水平的50%。但农业又是大多数非洲国家的经济命脉，非洲国家25%～35%的国内生产总值、60%的就业及农村人口的主要收入都来自农业。气候变化对非洲农业的影响涉及方方面面，如改变了生长季长短，加大了对高产和稳产的不利影响，影响病虫害分布等，总体来说，以负面影响为主，但其影响程度也因区域、作物种类不同而存在差异[10,38-44]。

气候变化使非洲生长季的长短发生改变，不同地区生长季缩短和延长的程度不同[45-46]。Cook等[46]模拟A1B情景下2041-2060年非洲生长季的长度，结果显示：在西非，生长季对气候变化的响应表现出高度的区域性，几内亚海岸附近地区的生长季天数将减少20%，在东部地区将增加5%～10%；萨赫勒的中部和东部地区的生长季天数预计将增加30%，其它区域内生长季将缩短；随着印度洋变暖，东非越来越多种植区域的生长季缩短；中非大部分地区的生长季将增加20～60d（5%～15%）；非洲南部的绝大部分地区生长季将会缩短，其中西南地区的生长季将减少30～90d（40%～80%）。

2.3 粮食产量下降

粮食生产一直是非洲各国面临的重要问题，近30a来，受单产和播种面积均增加的影响，尽管非洲粮食产量总体上呈现增加趋势[47]，但人均粮食产量却持续下降[48]，而这也是全球唯一人均产量持续下降的地区。气候变化对粮食产量的影响，是气候变化对非洲农业影响评估领域的关注焦点，也是目前相关研究资料中涉及最多的方面。气候变化对非洲主要粮食作物产量总体上以负面影响为主[4]。全球平均气温每升高1℃，非洲干旱地区农作物产量将减少约10%[2-3]。Sivakumar[49]研究尼日尔的降雨格局变化与珍珠粟产量变化之间的关系发现，该地区1965-1988年的生长季降雨天数相对于1945-1965年减少5～20d，作物减产风险因此增大。Lobell等[41]通过对1999-2007年非洲2万个以上的历史玉米实验数据进行分析，认为非洲玉米产量对热量响应的主要限制因素是水分，在充分灌溉和雨养两种条件下，生育期内日平均气温比30℃每增加1℃，玉米产量将分别降低1%和1.7%。

研究者利用不同方法（如统计模型、作物机理模型、计量经济学模型等），针对不同时间尺度和未来不同假设情景，进一步评估了未来气候变化对非洲粮食产量的影响。Schlenker等[50]应用面板回归法分析了非洲多种作物的产量和历史气候数据之间的关系，发现至21世纪50年代，气候变化使撒哈拉以南非洲地区的主要粮食作物产量下降，玉米、高粱、稷、落花生、木薯产量分别下降22%、17%、17%、18%和8%；Lobell等[38]应用统计模型分析非洲4个地区的10余种作物在20种气候模式下2030年未来情景数据的响应表明，以玉米为主的生产系统最易受到损害，尤其是在南部非洲地区，该地区的玉米将会减产30%左右；Thornton等[51]使用DSSAT模型模拟东非各国的未来产量，结果表明2030和2050年东非国家中玉米增产幅度最大的是肯尼亚（15.0% 和17.8%），玉米减产最多的分别是坦桑尼亚（3.1%）和乌干达（8.6%）。Eid等[52]的研究表明，北非的小麦对未来气候变暖有很高的脆弱性。

非洲不同地区、不同作物种植系统受到气候变化的影响和应对气候变化的能力不同。部分研究认为，由于气候变暖和干旱，非洲大部分地区粮食减产将愈演愈烈，21世纪50年代，非洲总体的粮食产量预计将下降10%～20%，并且由于极端气候，如高温、干旱和洪水，某些地区产量损失将更严重[53-54]；Roudier等[42]基于16篇文献的总结也得出相似的结论：非洲地区粮食作物平均减产11%。但也有研究认为，由于不同作物的最适温度不同，其对气候变化的响应具有很强的空间异质性，因此，并非所有作物都会因气候变暖而减产，粮食产量整体上可能会略有增加，如使用GEPIC模型模拟21世纪30年代，撒哈拉以南非洲地区主要粮食产量，其中稷、水稻和玉米将分别增产7%～27%、5%～7%和3%～4%[39]。除了粮食作物，升温将会使适宜种植高价值经济作物（茶、咖啡和可可豆等）的农业气候区面积缩减，可能会对出口产生不利影响[55-58]。另外，耕地面积将会减少，如果没有足够时间和切实有效的适应措施应对，将会严重影响农业发展[59]。

玉米作为非洲一半以上人口的主要粮食作物，是非洲种植面积最广的作物，也是目前被研究最多的作物，以玉米为主的生产系统最易受到气候变化的不利影响[50]。模拟不同气候情景下非洲的玉米产量对气候变化的响应后发现，没有水分限制条件时，在CO2浓度加倍和日平均气温升高的条件下，玉米产量的变化会在CO2的有利影响和升温的不利影响中达到一定程度的平衡。CO2浓度加倍和日平均温度升高2℃时玉米将增产，但升高4℃则会导致减产。在所有情景下播期提前将促进玉米产量增加，从而减缓气候变化带来的不利影响[60]。

用元分析法对前人研究进行总结，发现到21世纪50年代非洲玉米产量变化显著，将减产5.4%[61]，其中有研究认为减产幅度将达10%[50]。玉米产量变化显著的地区包括南部非洲（-11.4%）、中非（+13.1%）、西非（-7.4%）和萨赫勒（-12.6%），东非和北非的玉米产量变化不显著[61]。津巴布韦和南非是SSA地区化肥使用最高的国家，虽然这两个国家平均产量高，但是也对温度升高更加敏感，因此，津巴布韦和南非预计是撒哈拉以南非洲地区玉米减产幅度最大的区域[50]。在21世纪末（2070-2100年），南非玉米产量减产幅度可能高达28%[62]。

而有些地区产量则会受益于气候变化，如在埃塞俄比亚高原靠近亚的斯亚贝巴的地方，局部地区作物增产幅度预计可达100%[50]。此外，非洲东部地区海拔1700m以上一些地区玉米的生产也将会受益于升温的影响。目前非洲玉米生产主要分布在低海拔地区，因此未来非洲玉米生产的分布可能会发生改变[40]。

气候变化还改变了非洲地区病虫害的分布，从而进一步影响作物产量。如在东非高原，升温使作物害虫的活动范围扩大到了以前热量资源不足的地区。升温使咖啡果小蠹对东非的阿拉比卡咖啡生产产生严重威胁，如埃塞俄比亚、肯尼亚、乌干达、卢旺达和布隆迪等国家的咖啡产区[63]。升温还使东非的香蕉产区香蕉穿孔线虫分布的海拔高度扩大[64]。至2020年，最低温度的升高将会扩大黑叶条斑病分布的范围[65]。

3 气候变化对非洲粮食安全的影响

粮食安全是人类生存发展面临的首要问题，它与社会和谐、政治稳定、经济的可持续发展息息相关。由于长期的殖民统治，非洲农业畸形发展，重经济作物、轻粮食生产，农业基础设施及技术普遍落后，人才匮乏，抵御自然灾害能力差，粮食持续严重短缺。在非洲，农业年均增长率仅2.5%左右，粮食增长尚不够养活增长的人口。联合国粮农组织（FAO）发布的报告称，非洲撒哈拉以南地区是人口营养不良率最高的地区，饥饿人口占2/3，比例之高居全球之首，世界上30个急需粮食捐助的国家中，非洲有20个[48]。Smith等[66]使用食物能量赤字衡量评估12个非洲国家的目前平均粮食不安全率约为59%，FAO的评估结果为39%。

全球变暖给非洲带来的最大挑战就是粮食安全问题。气候变化使南非西开普省的农业生产受到严重影响，导致22%的居民挨饿[3]；2008年，南非第一次成为粮食进口国[3]；2011年非洲东部的非洲之角遭遇了60a不遇的大旱，爆发了自20世纪80年代以来最严重的饥荒，据援助机构估计，超过1000万人口已经受到了严重的影响，数万人饿死，并由此引发了世界广泛关注的粮食危机[67]。吴文斌等[68]利用构建的评价框架和模型，选择水稻、玉米、小麦和大豆等4种全球主要作物类型，对未来2020年的全球粮食安全状况进行了评价，结果表明，到2020年，由于其人均粮食占有量和人均GDP两个指标值都明显降低，多数非洲国家存在高度的粮食危机和饥饿风险加重的趋势。同样，气候变化还对非洲畜牧业产生严重危害。在农牧过渡带，包括西非萨赫勒地带、非洲东部和东南部的海岸和中等海拔地带，预计畜牧业将在2050年之前取代种植业，这些地区目前养活了3500万人，并且长期面临着粮食安全问题[51]。渔业也是事关非洲地区粮食安全问题的重要因素，非洲居民饮食中27%的蛋白质来自鱼类[3]。温度升高使东非Tanganyika湖的渔业生产力降低，预计鱼类产量减少约30%[69]。对132个国家的渔业脆弱性的评估结果显示，其中2/3最脆弱的国家在非洲，如安哥拉、刚果、毛里塔尼亚和塞内加尔。未来非洲地区对鱼类的需求将增加，为了保证鱼类的供需平衡，至2020年非洲的水产养殖需要增产近500%[70]。

可见，无论从广义农业的角度，还是狭义上的农业，气候变化都给非洲的粮食安全带来了威胁，作为世界粮食危机的中心，撒哈拉以南非洲，预计在21世纪上半叶将面临更为严重的粮食问题[71]。

4 研究的局限性

4.1 研究结果的差异性和不确定性

已有研究结果还存在一定的不确定性。不同的研究者、研究方法和时空尺度的评估结果差异较大，有些研究即使针对同一地区，其结果都存在较大差异，甚至是相互冲突的结论。这些不确定性主要集中在以下几个方面：

（1）未来气候情景数据的不确定性。无论是IPCC排放情景特别报告（Special Report on Emissions Scenarios，SRES）的排放方案，还是IPCC第五次评估报告提供的典型浓度路径情景（Representative concentration pathways, RCPs），基于辐射强迫预测的未来气候变化，都设定了多个级别的未来可能的情景假设，也由此生成了多套气候情景数据。尽管这些气候情景为气候变化研究工作提供了科学参考，但是其自身仍不可避免地存在不确定性。依据这些气候情景，利用不同的时间和空间的降尺度方法获得了逐日天气数据，而这一过程也不可避免地存在不确定性。尽管这些不确定性不可避免，但是如果评价过程中采用多套情景数据、多种模式进行分析将有助于有效地降低这些不确定性，并展现这些不确定的分布和来源。

（2）研究方法的不确定性。目前气候变化对非洲农业的影响和评估研究，主要采用作物模型、统计模型和经济模型3种方法。不同研究方法所得的结果往往存在较大差异，作物机理模型方法显示的气候变化对非洲农业影响率范围在-84%～62%；统计方法评价的影响率范围则在-57%～30%；而用计量经济学方法研究显示则处于-100%～168%[72]。

每种研究方法各有其优缺点，也各有其本身的不确定性。作物模型可以基于不同的模型输入数据，有效模拟出不同驱动因子对作物产量的时空影响。近年来，其在农业决策管理、气候变化影响评价、精准农业以及农田科学管理等方面发挥着日益重要的作用，也是目前非洲气候变化研究领域中运用最多的研究方法。然而，利用作物模型进行模拟时，由于模型本身的缺陷（如模型不能反映病虫草害的影响，还无法模拟一些气象灾害等）、观测的误差以及模型输入数据质量等原因，模拟结果存在着不确定性，而且不同的作物模型，由于其本身的机理、初始条件、输入数据等不同，导致不同模型的模拟结果之间也存在较大差异。而统计模型在分析气候变化影响评估研究中具有很多优点，如需要较少的数据、能定量给出结果的置信区间和不确定性大小等，但受到所用数据的质量和数量、统计模型选择、以及简化问题等因素限制，而且也很难将数据之间的统计关系外推到几十年后的将来，故降低了这些统计结果的应用价值[73-75]。而经济模型在评价经济作物产量受气候变化的影响，以及农民收入、产量系统和环境条件直接的统计关系等方面发挥着自身的优势，但是由于数据质量和数量的限制，基于的相关假设，以及复杂问题的简化等因素限制，其结果尚存在较大的不确定性。

今后的研究中，需开展作物模型与统计模型的比较研究，通过比较两类模型结果的差异，取长补短，降低不确定性，提升研究成果的科学性和研究精度。

（3）数据质量和数量引起的不确定性。研究数据的数量和质量直接关系到研究结果的正确性和准确性。然而，受多种原因的影响，长期、全面的农业和水资源观测数据在非洲地区还较匮乏，诸如非洲地区作物栽培、管理、土壤条件、地下水量等资料都是非常难能可贵的。长时间序列的观测数据，不但是模型参数校准和确定中所必需的，也在统计模型构建中起着重要作用。然而目前非洲地区的数据无论是从质量还是数量的角度，都难以满足研究需要，导致研究的不确定性也相应增大。

进一步收集非洲地区相关数据的同时，立足于非洲现有农业生产和水资源的实际情况和数据质量、数量，科学分析和评估研究结果不确定性的来源和大小，将有助于提高研究结果的科学性。

4.2 进一步加强综合性研究工作

目前已有的非洲气候变化影响和评估研究，主要集中在温度、降水变化等方面，而且主要是针对日平均温度或降雨总量的变化进行分析。然而，气候变化本身是一个多气候因子相互作用的复杂过程，它不仅包括平均温度、降水等气候指标平均状态的增减，而且包括各气候因子的时间和空间的动态变化。况且粮食生产和水资源也不仅仅是农业和水资源问题，还受到社会、经济、政策、劳动力、气候环境、作物生理等多个方面影响，因此，有必要从多角度、多层面、系统性开展气候变化对非洲粮食生产和水资源的影响研究，通过多学科、多领域的配合，全面了解和评估气候变化的影响。

4.3 加强气候变化适应行动的研究工作

减缓和适应是应对气候变化影响的有效途径。随着气候变化对非洲影响认识的加深，非洲水资源和农业对气候变化的适应问题也得到非洲国家以及国际社会的越来越多的关注和重视，如欧盟-非洲的气候变化联合行动，全球农业磋商组织的气候变化、农业和粮食安全研究计划，2008年联合国环境规划署、中国和非洲签署的南南合作以及世界银行、21世纪议程和国家环境行动计划提出的可持续水资源管理框架等[3,76]。非洲的部分国家也制定了相关的国家行动计划来适应气候变化，在埃塞俄比亚的北部地区，正在推行一个全球环境基金资助的旨在遏制土壤退化和帮助农牧民提高抗旱能力的计划。

截至目前，部分非洲的农户和政府已经提出或者采取了一定的适应气候变化的措施。南非和埃塞俄比亚调查了1800家农户，分析和总结了农户采取的适应气候变化的措施，主要包括品种更替，播期调整，植树造林，水土保持和增加灌溉等，其中大部分当地农民并没有调整耕作方式[77]。受气候变化等因素的影响，近年来乍得湖水量急剧下降，当地渔民为了适应这一变化已在裸露的河床上改种作物[5]。但是由于非洲农业生产体系的特殊性，简单的调整播期、更替品种等措施对改善和解决非洲农业所面临的粮食安全问题效果并不明显。灌溉和施肥在粮食产量提高中的作用和贡献不容忽视，Fox等在非洲生长季降雨为583mm 的布基纳法索实验农场发现，灌溉可使高粱产量增加41%[78]。苏丹自1978年就开始增加农业灌溉面积，目前粮食产量已基本达到自给自足水平。因此，改变非洲农业目前过于依赖天气的现状，在区域和国家层面上增加灌溉面积，合理施肥是提高农业的适应能力，保障粮食安全的重要和必要的举措之一。然而，不断增加的农业灌溉用水需求与水资源缺乏之间的矛盾也会因此更为突出。为了缓解水资源紧张问题，Matondo[25]提出了高效用水、污水回用、雨水收集、利用地下水、水资源综合管理（IWRM）、实现水资源开发和跨流域调水等应对策略。

在非洲，尽管减缓和适应措施在应对气候变化中的作用越来越得到肯定，但是目前相关研究仍然较缺乏。已有研究提出的应对措施往往是政策性、宏观层面的，可操作性和指导性较差，且缺乏适应的风险分析、成本分析和效果分析等，容易导致适应实施过程中的盲目性和主观性，因此，今后仍需进一步加强非洲水资源和农业的气候变化的适应性研究，探寻符合非洲区域特征的、有效而可行的适应道路。

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A Review on Impacts of Climate Change on Water Resource and Agriculture in Africa

YANG Di, XIONG Wei, XU Yin-long
(Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081,China)

Abstract:Africa shares the lowest portion of greenhouse gases emission in the world both in total and per capita, yet she suffers mostly from climate change. Climate change affects Africa’s water resources, agriculture, biodiversity, human health, and national security. Food and water security are the two major challenges facing Africa whilst have been deteriorated by climate change. This study reviews the new findings of climate change impacts on water system and agriculture in Africa and their limitations, with the attempt to facilitate and promote enhanced researches related to climate change impact and vulnerability. Observation shows that climate change has led to rapid melting of glaciers, reduced rainfall and increased variability. Hydrological simulation demonstrates that further climate change would decrease precipitation and runoff in some areas, worsening current fragile water supply in most of Africa. Africa’s agriculture faces unprecedented challenges under climate change. Both observation and simulation indicate climate change posed negative effects on Africa’s agriculture. Increased risks of drought, changed growth season and decreased crop yield, would likely threat food security in Africa. Uncertainties in these studies mainly come from climate scenarios, methods, quality and quantity of data. Compared to other regions, Africa is short of comprehensive and in-depth researches related to climate change impact and vulnerability, therefore expectssubstantial investment on such activities to devise effective strategies in mitigating the negative effects of climate change on water resources and agriculture.

Key words:Africa agriculture; Climate change; Impact assessment; Water resource; Adaptation

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.001

* 收稿日期：2015-10-29**通讯作者。E-mail：xiongw@ami.ac.cn

基金项目：国家自然科学基金（41171093；41471074）；“十二五”科技支撑课题（2012BAC19B0101）

作者简介：杨笛（1992-），女，硕士生，主要从事气候资源与气候变化研究。E-mail：yangdi_caas@126.com