2021年10月，美國太空總署（NASA）在【自然-食品】雜誌上發表的一項新研究結果，在大量溫室氣體排放的情況下，氣候變遷可能最早在2030年影響玉米和小麥的生產。 玉米作物的產量預計將下降24%，而小麥可能會有大約17%的增長。
科學家們利用先進的氣候和農業模型發現，產量的變化是由於預測的溫度上升、降雨模式的轉變以及人類造成的溫室氣體排放造成的地表二氧化碳濃度的升高。這些變化將使玉米在熱帶地區更難種植，但可以擴大小麥的生長範圍。
研究第一作者Jonas Jägermeyr說：「與2014年進行的上一次氣候和作物模型的作物產量預測相比，我們沒有想到會有如此根本的轉變。」他是NASA戈達德空間研究所（GISS）和哥倫比亞大學地球研究所的作物建模師和氣候科學家。他說，預測的玉米反應大得出奇，而且是負面的。「從目前的生產水平下降20%可能會在全世界產生嚴重的影響。」
為了得出他們的預測結果，研究小組使用了兩套模型。首先，他們使用了第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）的氣候模型模擬。本研究使用的五個CMIP6氣候模型中的每一個都執行著自己獨特的地球大氣對2100年溫室氣體排放情景的反應。由於它們對地球氣候系統的表述存在差異，這些反應有一定的區別。
然後，研究小組將氣候模型模擬作為12個最先進的全球作物模型的輸入，這些模型是「農業模型比較和改進專案」(AgMIP)）的一部份，這是一個由哥倫比亞大學協調的國際夥伴關系。作物模型大規模地模擬了作物如何生長和對環境條件的反應，如溫度、降雨量和大氣中的二氧化碳，這些條件由氣候模型提供。每個作物物種的行為都是基於它們在室內和室外實驗室實驗中研究的現實生活的生物反應。最後，該團隊為每種作物建立了大約240個全球氣候-作物模型模擬。透過使用多個氣候和作物模型的不同組合，研究人員對他們的結果更有信心。
「我們正在做的是驅動作物模擬，這些模擬有效地逐日種植虛擬作物，由超級電腦提供動力，然後觀察世界上每個地方逐年和逐年的變化，」GISS氣候影響小組的聯合主任和該研究的共同作者Alex Ruane說。
這項研究的重點是氣候變遷的影響。這些模型並不涉及經濟激勵、改變耕作方式和適應力，如培育更耐寒的作物品種，盡管這是一個積極研究的領域。研究小組計劃在後續工作中研究這些角度，因為這些因素也將決定未來農業產量的命運，因為人們會對氣候驅動的變化做出反應。
該小組研究了長期平均作物產量的變化，並提出了一個新的估計，即氣候變遷的影響何時從通常的、歷史上已知的作物產量變化中「出現」，成為一個可辨別的訊號。對大豆和水稻的預測顯示在一些地區有所下降，但在全球範圍內，不同的模型對氣候變遷的總體影響仍有分歧。對於玉米和小麥，氣候的影響要明顯得多，大多數模型的結果都指向同一個方向。
玉米在世界各地都有種植，大量的玉米是在靠近赤道的國家生產的。北美和中美洲、西非、中亞、巴西和中國在未來幾年及以後可能會看到它們的玉米產量下降，因為這些地區的平均氣溫上升，給植物帶來更多壓力。
小麥在溫帶氣候下生長得最好，隨著溫度的上升，它可能會有更廣泛的種植區域，包括美國和加拿大北部、中國華北平原、中亞、澳洲南部和東非，但這些收益可能會在本世紀中期趨於平緩。
溫度不是模型在模擬未來作物產量時考慮的唯一因素。大氣層中更高的二氧化碳水平對光合作用和水分保持有積極的影響，增加了作物產量，盡管往往要以營養為代價。這種影響在小麥上比在玉米上發生得更多，這在當前一代模型中得到了更準確的體現。全球氣溫上升還與降雨模式的變化以及熱浪和幹旱的頻率和持續時間有關，這可能影響作物的健康和生產力。更高的溫度還影響生長季節的長度，並加速作物的成熟。
Jägermeyr說：「即使在樂觀的氣候變遷情景下，社會為限制全球溫度上升作出了雄心勃勃的努力，全球農業也面臨著一個新的氣候現實。由於全球糧食系統的相互關聯性，即使是一個地區的糧倉所受到的影響也將在全世界範圍內感受到。」
