欧洲1公里分辨率作物特异性灌溉面积年度数据集（2010-2020年）的构建与应用研究

本文推荐：研究团队开发了欧洲作物特异性灌溉面积数据集（ECIRA），提供2010-2020年16种作物类型在28个欧洲国家的1公里网格年度灌溉数据。该数据集整合了作物类型（DGPCM）、灌溉基础设施（GMIA v5.0/HID）和实际灌溉面积（ELIAD）等多源数据，通过创新性空间降尺度方法，解决了欧洲高分辨率作物灌溉动态监测的难题。ECIRA与LUCAS实地观测、EIM 2010等数据集高度吻合，为水资源管理、作物模型和气候变化研究提供了重要数据支持。

　　

背景与摘要

灌溉作为全球最大的淡水需求部门，对水文循环产生显著影响。在欧洲，灌溉实践呈现明显的区域差异：地中海地区依赖灌溉维持农业生产，而中北欧地区则主要作为干旱年份的降水补充。然而，高分辨率、作物特异性的灌溉面积时间序列数据在欧洲仍然稀缺。研究团队通过整合作物类型和灌溉输入数据，开发了欧洲作物特异性灌溉面积数据集（ECIRA），填补了这一研究空白。

方法与数据

ECIRA数据集采用多步骤方法构建：

1. 数据源整合：融合欧洲长期灌溉数据集（ELIAD）的年度灌溉面积、全球灌溉面积地图（GMIA v5.0）和历史灌溉数据集（HID）的基础设施数据，以及基于概率数据生成过程的作物类型图（DGPCM）的1公里网格作物种植信息。

2. 空间降尺度：将NUTS2级别的灌溉数据通过校准系数降尺度至1公里网格，同时保持与原始统计数据的总量一致。

3. 作物特异性分配：利用2010年欧盟农业普查的作物灌溉比例，实现年度动态分配。

技术特点

ECIRA具有三大创新点：

1. 高时空分辨率：1公里网格年度数据，覆盖2010-2020年共11个年份

2. 作物特异性：包含16类主要作物，如玉米、水稻、其他谷物、马铃薯等

3. 动态表征：能够反映灌溉面积年际变化，特别是在温带地区的补充性灌溉

验证与应用

通过与多个独立数据集的对比验证，ECIRA表现出优异的性能：

1. 与LUCAS实地观测点的空间分布高度一致（R≥0.42）

2. 与EIM 2010和SPAM等现有灌溉数据集在主要作物灌溉热点区域吻合良好

3. 成功捕捉到干旱年份（如2018年）的灌溉扩张现象

研究意义

ECIRA数据集在多个领域具有重要应用价值：

1. 水资源管理：为欧洲水资源规划和分配提供数据支持

2. 农业模型：作为陆面模型、作物模型和水文模型的输入参数

3. 气候变化研究：评估气候变化对灌溉需求的影响

4. 政策制定：支持农业用水效率提升和可持续灌溉发展

局限与展望

当前版本ECIRA存在以下改进空间：

1. 灌溉基础设施数据的时间动态性有待完善

2. 作物分类可进一步细化，特别是"其他作物"类别

3. 未来可结合遥感数据提升在湿润地区的监测精度

该研究为欧洲尺度的农业水资源研究提供了重要基础数据，其方法论也为其他地区的灌溉制图提供了参考。随着数据源的丰富和方法的改进，ECIRA有望成为欧洲农业水资源管理的标准数据集之一。