气候变化对华北平原农业生产的影响与应对策略

原文刊载于《中国科学院院刊》2026年第4期“专题：气候变化与粮食安全”。本文为精简版

1 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心

2 中国科学院大学

3 中国科学院新疆生态与地理研究所

全球变暖及其引发的干旱、极端温度等极端事件频发、广发、重发，正深刻影响国家粮食增产稳产格局。华北平原是我国最重要的粮食生产核心区之一，范围横跨京、津、冀、鲁、豫、皖、苏五省二市。长期高强度农业灌溉导致地下水严重超采。更为严峻的是，华北平原气候演变呈现高频次、强波动的极端化特征，农业生产面临从单一“资源性缺水”向“气象灾害复合”转变的严峻挑战。粮食增产稳产与气候波动的矛盾日益突出，传统的防灾减灾体系亟需升级。因此，有必要重新审视气候演变的新规律，针对性地提出从品种改良、周年耕作制度优化到智慧气象防御的系统性应对策略，以保障区域农业的长期韧性。

华北平原气候变化的新特征

过去几十年，华北平原呈“暖干化”趋势。但近几年，气候格局表现出显著的不稳定“暖湿化”倾向。一方面，降水模式由以往相对均匀的“细水长流”转变为“阶段性干旱-突发性强降水”并存的模式；另一方面，高温高湿天气频率增加，近年6—7月频繁出现最低气温显著偏高的“热带夜”现象。

气温升高呈现出显著的“非对称性”。一方面，冬季增温速率高于夏季（图2），导致小麦越冬期缩短、返青期提前；同时，极地涡旋稳定性下降，造成春季发生剧烈降温的概率上升，“暖冬诱发冷害”成为华北平原小麦生产面临的新常态。另一方面，夏季高温过程强度增强且持续时间显著延长，严重威胁夏玉米播种出苗及冬小麦后期灌浆过程。

图1 1951-2024年华北平原年平均温度和降水变化

数据来源: 中国区域地面气象要素驱动数据集 v2.0

图2 1951-2024年华北平原不同季节平均温度变化

数据来源: 中国区域地面气象要素驱动数据集 v2.0

华北平原近几年降水量增加，但无法抵消气温升高引起的蒸散需求增强，土壤墒情改善并不显著。农业生产对地下水的依赖仍处高位。同时，华北平原气候屏障效应减弱，以往台风多在黄淮地区衰减消失，现今频繁深入内陆，在太行山地形抬升的作用下，造成华北山前平原局地出现短历时强降水事件。

华北平原已进入一个干旱、热浪和暴雨等极端气候逐渐常态化的新时期（图3）。

图3 1951-2024年干旱、热浪和暴雨事件频率统计

数据来源: 干旱指标数据来自欧洲中期天气预报中心, 最高温度和降水数据来自中国区域地面气象要素驱动数据集 v2.0

华北平原农业生产的气候风险与挑战

气候“暖干化”向“暖湿化”过渡给农业生产带来风险。华北平原气候“暖湿化”倾向加大作物遭遇高温热浪风险，降低干物质积累效率，减少灌浆历时，并影响产量形成。并且，春秋季频繁出现阶段性低温寡照现象，延缓籽粒灌浆速率并推迟作物成熟，甚至影响越冬作物播种。

表1 干旱、热浪和暴雨事件识别方法

农业用水需求增加，但水资源供给不足。华北平原地下水亏空量高达1800亿 m³，超采面积达18万 km²，形成了世界最大的地下水“漏斗区”。农业用水占总用水量60%，由于种植面积扩张及气候变暖，农业用水需求预计继续增加，高效用水技术可能难以根本性扭转缺水态势。

水分异常制约华北平原农业生产。干旱和洪涝事件频发、广发、重发，造成华北平原大面积减产，“旱涝急转”加剧粮食产量的负面影响。由于我国主降水带北移，华北平原强降水及持续性增强，进一步加大农业遭受暴雨和洪涝灾害的风险。

除水分异常外，温度异常也对农业生产构成严重威胁。自20世纪末以来，华北平原热浪和春季低温（倒春寒）频发，不仅加速作物发育、缩短灌浆期，还通过加剧水分消耗降低作物产量和品质；春季低温（倒春寒）多发生在小麦播种和返青阶段，导致出苗率下降和生育期推迟，造成减产甚至绝收。

害虫越冬存活率和繁殖速率提高，加剧病虫害风险。气温升高增加了农业害虫的世代数，放大极端天气事件对农业生产的影响。同时，极端天气事件影响病虫害发作时间和疾病热点，病虫害风险加大。

农业气象灾害致灾机理认识不足，气候变化新特征进一步提高了破解致灾机理的难度。当前对农业气象灾害致灾机理缺乏系统性认识，同时，农业系统自身适应性及调节能力（如品种更替、播期调整和灌溉管理等）放大了气候-作物响应关系的复杂性。

农业气象灾害预报能力不足，且气象预报与农业响应之间脱节。华北平原部分地区气象监测网络覆盖不足，数据实时整合能力较薄弱。强对流暴雨、短时高温热浪等突发性极端天气事件预测能力不足，且缺少气象预报与农业管理决策的动态联动机制，导致气象预报难以及时转化为可操作的农事指导方案。

农业应对气候灾害的整体科技支撑仍显薄弱。农业生产高度依赖经验判断，对气候风险的科学认知和主动适应能力不足。农业保险体系尚未发挥核心作用，现有农业保险产品保障水平普遍偏低，难以有效弥补农户真实损失，尤其对小规模和脆弱农户的保障能力有限。

华北平原农业生产应对气候风险的策略与建议

完善高精度农业气象灾害监测网络，提升极端天气的预测能力。加密建设覆盖“大气-作物-土壤”连续体的立体监测系统，同化“空天地”一体化监测资料，提高区域强降水、热浪、寒潮等极端事件的预测精度和提前量，增强农业气象灾害的实时感知能力。

构建气象预报-作物耦合模型，建立预测-决策的科学支撑。发展多源数据同化算法，解决遥感反演参数与作物模型初始场之间的时空不匹配问题，建立“气象预报-作物生长”耦合模型，为优化灌溉制度、调整播期及品种选择等适应性措施提供动态、定量的决策支撑。

发展高效用水与节水技术。华北平原需围绕地下水压采总量与强度双控的方针，严格实施用水总量控制和定额管理。借助遥感、物联网等现代信息技术动态监测土壤墒情和作物需水，实现从“经验灌溉”到“精准调控”的转变，大力推广喷灌、微灌以及滴灌等高效节水技术，达成节水与产能提升双赢的目标。

加强高标准农田建设。高标准农田不仅是节水技术的载体，也通过田、水、路、林、电综合治理增强了农田抗灾能力，是增强农业韧性的重要抓手。华北平原需要协同推进区域水资源优化配置与高标准农田建设，筑牢气候变化的防御体系。

推动气候变化适应技术研发。华北平原需要以高标准农田为“系统底座”，配套保护性耕作、综合养分管理、种植密度和种植制度调整等种植管理技术，增强农田抗旱防涝与稳产能力。

强化人工智能与大数据融合，完善农业气象服务与应急响应机制。整合气象、遥感、土壤和作物产量损失等多源数据，建立分作物、分生育期、分区域的风险分级标准。通过数字化平台、移动终端和乡镇农技推广网络，将预警信息精准传递至农户和基层管理部门，提高预警信息的实际应用效果和减灾增效能力。

选育与推广抗逆作物品种，建立应对气候胁迫的遗传基础。植物育种是提升作物产量潜力与逆境适应能力的核心手段。通过育种可提高作物干旱和高温适应性，增强病虫害、盐碱和洪涝的抵抗能力。华北平原需要将传统和现代分子育种及转基因方法结合，深化抗逆稳产品种研发。

构建绿色高效的病虫害防控体系。利用精准绿色防控技术取代传统依赖化学农药的防治模式，实现产量与收益双赢。对于干热风等气象灾害，可通过发布风险预警和指导落实“一喷三防”等措施，挽回产量损失。

完善农业保险体系。优化农业保险的保费补贴结构和保障方案，推动保险产品创新，应用遥感、无人机、人工智能等技术，实现对受灾面积的精准查勘和快速理赔，提升服务效率与透明度。此外，农业保险体系的完善不应局限于灾后补偿功能，而应结合气象监测预警、防灾减灾工程与农业技术推广，形成“风险预警-风险降低-保险兜底”的综合应对机制，提升华北平原农业气象灾害应对能力。

加强农业规模化经营。规模化经营是现代农业应对风险、提升效率的组织基础，规模化经营主体更有意愿和能力投资于长期性、资本性的改善措施。政策层面应积极引导土地有序流转，并大力培育家庭农场、农民合作社等新型农业经营主体。

提高应对风险的科技支撑。科技支撑贯穿于风险应对的全过程，在风险预警与监测层面，需持续推动农业气象灾害的监测预警、影响评估及防控技术的提升；在生产管理环节，着力推广智慧农业技术，提升水资源利用效率。

结语

华北平原“暖干化”向“暖湿化”转型、气候非对称性增温、极端灾害性天气增多等气候变化新特征，显著增加了华北平原农业稳产增产难度。当前，在农业气象灾害机理认知、预测预警能力、灾害应对能力和科技成果转化等方面仍存在不足，制约了农业系统的主动适应能力。未来应着重加强气候-水文-农业多过程耦合机制等基础研究，完善农业气象预警监测体系，推动人工智能与作物模型深度集成，提升灾害早期识别与动态决策能力。持续推进高标准农田建设，配套抗逆作物品种、水肥一体化等智慧农业技术，筑牢气候变化防御体系。完善农业保险体系，健全规模化经营与政策协同机制，形成风险分担与长效激励并重的政策环境。

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