推荐理由
气候变化威胁全球粮食系统，但适应措施将减少损失的程度尚不清楚且存在争议。该研究旨在量化全球气候变化对主粮作物产量的影响，并首次系统评估实际生产者适应行为的作用，利用涵盖12658个地区、跨越六个主要作物的纵向数据，捕捉全球作物热量的三分之二，实证估计全球生产者适应措施的影响。研究估计，全球每升高1°C，全球粮食产量减少5.5×1014千卡（相当于每人每日减少120千卡），适应和收入增长将缓解2050年全球损失的23%和世纪末的34%，但除水稻外，所有主食仍存在大量残余损失。研究发现全球影响主要由对气候适宜且目前适应能力有限的现代粮仓地区的损失所主导，尽管低收入地区的损失也相当严重。这些结果表明，可能需要规模创新、耕地扩张或进一步适应，以确保在变化的气候中保障粮食安全。
主要内容
1.基于适应性考虑的数据驱动方法
该研究构建了最大规模省级作物生产数据集之一，涵盖了54个国家的12658个次级行政单位的六种主要作物，这些作物跨越不同的地方气候和社会经济环境（图1a-c,e）。通过交叉验证等机器学习方法，系统筛选影响作物生物物理过程的气象变量，并针对每种作物构建最优模型。本方法直接基于实际观测数据，量化农户面对不同气候和经济条件时的真实适应性行为并估算这些适应措施的实际成本和效益。
由于数据涵盖了全球的气候区域，能够实证测量不同气候条件下的适应性实践如何调节环境条件的影响（图1d、f ）。这种“简化形式”的方法并不提供基于过程模型所包含的详细粒度，但它确实考虑了生产者可用的几乎所有与气候相关的适应性行动的净后果，而无需明确地对每个行动进行建模或观察。
该研究预测到本世纪末，气候变化对全球粮食产量的影响，包括高排放情景（代表性浓度路径（RCP）8.5）和中等排放情景（RCP 4.5），每个情景都与两个社会经济情景相匹配，在每个33个气候模型和模型替代品中，这些模型和替代品代表了气候敏感性的全范围（方法）。
2.全球影响分布
气候变化对作物产量的预期影响在全球范围内存在差异（图2）。对于所有作物，温度变化（通过积温以及水稻和小麦的最低温度）通常决定了当地预计影响的符号。降水强烈影响产量的年际变化，这对生产者、消费者和政府规划者都很重要，但通常不会推动整体趋势。
对不同作物的影响也不同。①玉米：在高排放情景下，研究预测本世纪末美国玉米带、中国东部、中亚、南非和中东的玉米产量损失严重（约-40%）（图2a），南美洲和中部非洲的损失更为温和（约-15%），部分得益于高降水量和长期降水量增加。②大豆：大豆产量影响的空间分布结构与玉米相似，尽管幅度更大（图2b），例如，在高度排放情景下，美国约为-50%，巴西湿润地区约为+20%。③水稻：印度和东南亚高排放水稻产量影响混合，这些地区是全球水稻生产的主要区域，有小的增减。在剩余的水稻种植区，中心估计通常为负，撒哈拉以南非洲、欧洲和中亚的幅度超过-50%（图2c）。④小麦：小麦损失在主要小麦种植区中特别一致，东欧、西欧、非洲和南美洲的高排放产量损失为-15%至-25%，而中国、俄罗斯、美国和加拿大的损失为-30%至−40%（图2d）。⑤木薯：木薯在目前种植的所有地区中预计将产生普遍的负面影响，其中撒哈拉以南非洲的损失最大（在高排放情景下平均损失40%）。尽管木薯在全球农业收入中占比不大，但它是在低收入和中等收入国家的重要自给作物。因此，这些产量损失可能对全球贫困人口的营养摄入构成重大未来威胁（图 2e）。⑥高粱：高粱损失在目前种植的主要地区几乎普遍存在：北美（-40%）、南亚（包括印度）（-10%）和撒哈拉以南非洲（-25%）。预计在西欧（+28%）和北方中国（+3%）将出现收益（图2f）。
3.全球产量影响
研究根据全球耕地的现有分布，考虑适应性收益，计算了全球总产量影响（图3a）。在考虑了统计和气候模型的不确定性后，除水稻外，估计所有作物在2050年之前可能会因升温而降低全球产量。在高排放/中排放情景下，全球世纪末损失的中心估计值分别为玉米-27.8%/−12.0%、水稻-6.0%/−1.1%、大豆-35.6%/−22.4%、木薯-29.8%/−12.8%、高粱-21.7%/−5.9%和小麦-28.2%/−13.5%。
研究发现，平均气温适中的地区的中位数50%往往遭受最大的产量损失（图3b）。这主要是因为较热的地方已经对热量有更强的适应性，因此进一步变暖的影响减小，而较冷的地方则从变暖中受益。此外，许多热地区的平均降雨量较高，与适度变暖带来的收益增加有关。这一发现强调了在全球规模分析中考虑现实世界中差异化适应性模式的重要性。预测表明，全球产量变化对世界各地人口的影响不平等。总热量生产通常在今天的富裕地区（图 3c）以及依赖木薯的最低收入十分位受到气候变化的影响更为严重。这一结果部分是因为低收入人群倾向于居住在更热的气候中，在这些地区，当前的适应率较高，以及在热带地区，高平均降水量减少了升温的影响（图 3b）。这对全球损害具有重要意义，因为高收入地区包括世界上许多粮食生产区。由于相对产量损失在现代农业集中的地区最大，它们在气候变化下的全球热量生产中具有放大影响。
4.全球卡路里产量
研究将六个作物的预测结果相结合，以估计全球热量生产的潜在总影响。将损失的卡路里产量与每个气候模型的ΔGMST进行指数化，描述这些六种主食作物在21世纪每个5年滑动窗口中ΔGMST和损失卡路里产量的联合分布（图3d）。研究估计，到2100年，对现有耕地的冲击程度几乎以线性方式增加，每增加1°C的GMST，卡路里产量减少的幅度为5.54 × 1014千卡。
5.适应与发展的作用
研究发现，考虑气候适应、其成本和收入增长对所有作物和地区的排放预测有重大影响（表1）。研究估计，到2050年，发展和适应性调整将使全球卡路里影响（相对于“无适应”情景）减少约23%和到世纪末减少34%，这是由于在更大气候变化的背景下调整范围不断扩大。适应的相对影响对水稻最大，对小麦最小。
6.碳的部分社会成本
未来全球产量的损失可以纳入当前的气候政策，例如，通过计算由于当前额外排放一吨二氧化碳（CO2）而产生的未来经济损害的净现值，这个值被称为碳的社会成本（SCC）。该研究计算了碳的社会成本的一个组成部分——“部分碳的社会成本”，通过将这些预测整合到全球产量的变化中得出。在不同建模假设下，我们研究的作物部分社会成本（SCC）从每吨 CO20.99美元到每吨49.48美元。
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