近日，中国科学院空天信息创新研究院CropWatch农情监测团队助理研究员田富有、研究员吴炳方在灌溉地图绘制领域取得重要突破，发布了全球100米分辨率的灌溉范围数据产品—全球最大灌溉范围数据集（GMIE）。这一成果不仅为全球水资源管理提供高精度的数据支持，也为粮食安全评估和可持续发展目标的实现奠定坚实基础。
灌溉是全球主要的人类用水方式之一，占据全球淡水取水量的67%和总用水量的87%。随着气候变化加剧，干旱和热浪事件愈发频繁，灌溉在缓解极端气候影响、增强农业系统韧性方面的作用愈发重要。然而，现有的全球灌溉地图分辨率较低，通常在500米到10公里之间，难以满足精细化水资源管理和作物监测的需求。因此，绘制高分辨率的灌溉地图对于优化水资源利用和保障粮食安全至关重要。
研究团队创新性地利用干旱胁迫下的灌溉性能作为指标，成功识别全球灌溉农田。在每个灌溉制图区域，团队分析了2017年至2019年的生长季干季月份，以及2010年至2019年中最干旱的月份。通过计算干旱季节归一化植被指数（NDVI）的阈值和10年平均值的偏差，精准划分了灌溉农田和雨养农田。最终生成的GMIE数据集整体精度达到83.6%，揭示了全球灌溉农田的最大范围为4.0317亿公顷，占全球农田总面积的23.4%。
研究发现，全球灌溉农田主要集中在肥沃的平原地区和靠近主要河流的区域。印度、中国、美国和巴基斯坦是灌溉农田面积最大的四个国家，分别占据全球灌溉农田的23.5%、21.1%、6.6%和4.5%。此外，全球约55.6%的灌溉农田分布在平原地区，如恒河平原、印度河平原和中国华北平原等。这些地区由于灌溉设施的完善，成为全球粮食生产的重要基地。
除了灌溉范围的绘制，研究团队还利用深度学习方法，通过Pivot-Net模型识别全球圆形灌溉系统（CPIS）。这种灌溉系统因其独特的圆形布局，在卫星图像上具有明显的识别特征。经研究发现，全球共有约1150万公顷的圆形灌溉系统，占全球灌溉农田总面积的2.9%。在纳米比亚、美国、沙特阿拉伯、南非、加拿大和赞比亚等国家，CPIS的比例超过10%。这一成果是首次在全球范围内对特定灌溉方法进行识别和量化，为灌溉效率的评估提供了重要数据支持。
目前，GMIE数据集和全球圆形喷灌系统数据集（GCPIS）已公开发布，供全球研究人员和政策制定者使用。这一高分辨率的灌溉数据集将为各国制定精准的水资源管理策略、评估粮食生产潜力以及应对气候变化挑战提供有力支持。该研究不仅在技术上取得了突破，还为实现联合国可持续发展目标提供重要支持。通过精准识别灌溉农田，GMIE-100数据集能够帮助评估全球灌溉提升潜力、粮食增产潜力以及粮食安全预测预警，为实现“零饥饿”目标提供科学依据。此外，该研究还为全球灌溉效率的提升和水资源的可持续利用提供了数据支持，有助于缓解灌溉用水与生态需水之间的矛盾。
该项研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究，国家自然科学基金，中国科学院-马普学会（CAS-MPG）合作研究项目，国际科学组织联盟（ANSO）战略咨询项目，以及国家重点研发计划等项目的支持。
数据下载链接：https://doi.org/10.7910/DVN/HKBAQQ
相关文章：
[1].Tian, Fuyou., Wu, Bingfang., Zeng, Hongwei., Zhang, Miao., Zhu, Weiwei., Yan, Nana., Lu, Y., and Li, Y.: GMIE: a global maximum irrigation extent and irrigation type dataset derived through irrigation performance during drought stress and machine learning method, Earth Syst. Sci. Data 2025, https://doi.org/10.5194/essd-2023-536
[2].Fuyou Tian, Bingfang Wu, Hongwei Zeng, Miao Zhang, Yueran Hu et.al A Shape-attention Pivot-Net for Identifying Central Pivot Irrigation Systems from Satellite Images using a Cloud Computing Platform: An application in the contiguous US, GIScience & Remote Sensing, 2023
[3].Bingfang Wu, Fuyou Tian , Mohsen Nabil, José Bofana , Yuming Lu , Abdelrazek Elnashar, Awetahegn Niguse Beyene, Miao Zhang , Hongwei Zeng, Weiwei Zhu, Mapping the global maximum irrigation extent using irrigation performance under drought stress, Global Environmental Change, 2023
图1 灌溉与雨养农田作物生长曲线与长势差异图
图2 GMIE全球灌溉耕地空间分布图
图3 GMIE与统计数据（a）、FAO-MIAM、IWMI-GMIA、LGRIP-30、GRIPC-500等已公开的数据的比例对比
图4 全球圆形喷灌系统（GCPIS）空间分布
动态新闻