2025年11月5日，北京師范大學(xué)徐佳路老師指導(dǎo)研究生張宗亮在Nature Communications期刊在線發(fā)表了題為“Decadal changes in wind speed have offset and then aggravated the impact of warming on maize production in China since 1980”的研究論文。
風(fēng)速是氣候變化影響評估中一個被嚴(yán)重忽視的變量，研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)速變化對玉米單產(chǎn)存在顯著影響。在歷史風(fēng)速靜止（下降）階段，風(fēng)速趨勢抵消了升溫對玉米生產(chǎn)帶來的負(fù)面影響；但隨著風(fēng)速靜止趨勢逆轉(zhuǎn)（上升），風(fēng)溫共同升高，玉米減產(chǎn)風(fēng)險加劇。該研究凸顯了在評估氣候變化對糧食生產(chǎn)的影響時，必須系統(tǒng)考慮風(fēng)的作用，為深入理解氣候影響及制定適應(yīng)措施提供了重要參考。
風(fēng)對作物生長和產(chǎn)量形成的主要影響
風(fēng)速是影響植物生長的重要環(huán)境因子。它可直接調(diào)節(jié)氣孔導(dǎo)度、改變?nèi)~片姿態(tài)、影響冠層光截獲，進(jìn)而調(diào)控光合作用與蒸騰作用等關(guān)鍵生理過程。此外，風(fēng)常與其他環(huán)境因素互作影響蒸散發(fā)，從而改變植物生長的水熱條件。
在特定情況下，風(fēng)可能引發(fā)土壤侵蝕與養(yǎng)分流失，或?qū)е氯~片撕裂、莖稈倒伏等直接機械損傷。生態(tài)系統(tǒng)尺度的研究已揭示風(fēng)速變化對植被的大范圍影響，田塊及作物尺度的研究也積累了風(fēng)影響作物生長與產(chǎn)量形成的證據(jù)。然而，在宏觀時空尺度上，風(fēng)對作物的影響仍有待進(jìn)一步闡明。
圖1. 風(fēng)對作物生長和產(chǎn)量形成的主要影響
歷史風(fēng)速趨勢及玉米單產(chǎn)對風(fēng)速的響應(yīng)
近幾十年來，全球多地近地表風(fēng)速出現(xiàn)了顯著的靜止和逆轉(zhuǎn)趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)，我國大部分玉米種植區(qū)在生育期內(nèi)也存在類似氣候變化規(guī)律。1980?2010年間，風(fēng)速以0.013 m s-1 yr-1的速率顯著下降；2011?2017年間，風(fēng)速以0.05 m s-1 yr-1的速率迅速回升。
在研究期內(nèi)，溫度以0.03 °C yr-1的速率持續(xù)上升，降水未表現(xiàn)出顯著變化趨勢。基于多源觀測數(shù)據(jù)，本研究構(gòu)建了氣象-單產(chǎn)固定效應(yīng)模型，發(fā)現(xiàn)玉米單產(chǎn)與風(fēng)速之間存在顯著負(fù)相關(guān)：風(fēng)速距平每增加1m/s，玉米單產(chǎn)平均下降9.4%。該關(guān)系通過了多項穩(wěn)健性檢驗。
圖2. 玉米單產(chǎn)對風(fēng)速距平的響應(yīng)及穩(wěn)健性
歷史風(fēng)速趨勢對玉米生產(chǎn)的影響
研究進(jìn)一步評估了我國歷史風(fēng)速變化對玉米生產(chǎn)的累計影響。結(jié)果顯示，1980?2010年年風(fēng)速減弱期間，風(fēng)速下降趨勢累計促進(jìn)全國玉米增產(chǎn)101 Mt，完全抵消了同期因升溫所造成的產(chǎn)量損失。然而，2011年之后風(fēng)速趨勢發(fā)生逆轉(zhuǎn)，其抵消效應(yīng)顯著減弱。
圖3. 歷史氣候趨勢對玉米產(chǎn)量的影響
盡管從全國累計影響來看，風(fēng)速變化的整體效應(yīng)仍為增產(chǎn)，但在縣級尺度上已出現(xiàn)風(fēng)速與溫度共同導(dǎo)致減產(chǎn)的情況。1980?2010年間，受風(fēng)溫共同升高影響的縣域其玉米產(chǎn)量僅占全國的4.3%；而在風(fēng)速趨勢逆轉(zhuǎn)后，這一比例上升至55.3%。表明風(fēng)溫共同升高對玉米生產(chǎn)的威脅正在不斷擴大。
圖4. 典型風(fēng)溫趨勢組合及其對玉米產(chǎn)量的累積影響
作物模型在評估風(fēng)速影響上的表現(xiàn)
研究進(jìn)一步探討了風(fēng)速影響被忽視的原因，主要可歸結(jié)為數(shù)據(jù)差距與機理不足兩方面?；贗SIMIP3a數(shù)據(jù)的分析顯示，現(xiàn)有作物模型在表征歷史風(fēng)速趨勢影響方面存在明顯局限：
再分析氣象數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確反映實際風(fēng)速變化趨勢，導(dǎo)致模擬結(jié)果與本研究的觀測事實差異顯著
作物模型中尚未完整納入與風(fēng)相關(guān)的機理，造成其對歷史風(fēng)速變化影響的低估
為更全面評估風(fēng)速對糧食生產(chǎn)的影響，未來仍需持續(xù)改進(jìn)氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量并完善作物模型中對風(fēng)速機制的刻畫。
研究團(tuán)隊與資助信息
教育部巨災(zāi)模擬與系統(tǒng)性風(fēng)險應(yīng)對國際合作聯(lián)合實驗室及北京師范大學(xué)國家安全與應(yīng)急管理學(xué)院為論文的第一及第二單位，碩士研究生張宗亮為論文第一作者，徐佳路副教授為本文通訊作者。
合作者還包括：
北師大糧食安全團(tuán)隊張朝教授
博士研究生莊慧敏、李少坤
西湖大學(xué)張羽中研究員
中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陶福祿研究員
該研究得到以下項目資助：
國家自然科學(xué)基金（42301187、42061144003）
中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金（2243300007）
原文：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64725-z
