黃英華 ,馬永忠 ,李明春 ,萬緒江 ,唐遠明 ,王國莉
(1.建昌縣氣象局,遼寧建昌125300;2.遼寧省人工影響天氣辦公室,遼寧沈陽110000;3.遼寧省氣象保障中心,遼寧沈陽110000;4.寬甸縣氣象局,遼寧寬甸118200)
近年來,全球氣候變暖[1-2]是人們最為關(guān)心的問題之一,氣溫升高、熱量資源增加是氣候變暖的具體表現(xiàn)[3-6]。北方大田作物生長季氣候變化與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān),影響著農(nóng)作物布局和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定性,進而影響糧食安全生產(chǎn)[7-11]。因此,探討大田作物生長期的熱量資源變化,對農(nóng)作物合理布局和糧食生產(chǎn)具有重要意義。在氣候變暖大環(huán)境下,因受地理環(huán)境、地理位置的影響,氣候變化存在明顯的區(qū)域性,遼寧西部及建昌地區(qū)氣溫變化趨勢與各地趨勢基本一致,但也有該地區(qū)的特點[12-15]。
本研究通過對建昌地區(qū)1960—2012年53 a的大田作物生長季氣溫資料進行診斷分析,并探討熱量資源變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響,旨在為深入了解建昌地區(qū)熱量資源的變化規(guī)律,合理開發(fā)利用熱量資源,確保糧食生產(chǎn)安全以及穩(wěn)步豐產(chǎn)豐收提供決策依據(jù)。
建昌地區(qū)位于遼寧省西部丘陵山區(qū),隸屬遼寧省葫蘆島市,地理坐標為 119°12′47″~120°17′46″E,40°24′30″~41°05′57″N之間。該區(qū)總面積 3181 km2,耕地面積約6萬hm2;境內(nèi)有松嶺山脈貫穿東北—西南,最高峰大青山海拔為1 223m;主要河流有大凌河、六股河、青龍河、黑水河;地勢呈西北高、東南低。建昌縣處于暖溫季風氣候帶,具有大陸性季風氣候特點,所以四季分明。春季雨少多大風,空氣干燥,常有春寒和倒春寒出現(xiàn);夏季多雨炎熱,雨量比較集中;秋季雨少,氣溫下降迅速;冬季空氣冷寒,降水量稀少。
1960—2012年氣溫資料由葫蘆島市氣象局資料室提供,包括逐日平均氣溫、初終霜日期和無霜期,在逐日平均氣溫基礎上分別統(tǒng)計出年、月平均氣溫、作物生長季平均氣溫,并運用5 d滑動平均法確定≥10℃初終日期,計算≥10℃積溫。大田作物生長季為4—9月。
采用標準偏差方法[16]分析氣象要素異常年,確定極端事件發(fā)生幾率。通過一元線性回歸方程的回歸系數(shù),確定氣候傾向率[17]。應用累積距平的最大值確定氣溫、積溫、無霜期的氣候突變點,使用信噪比(XZB)[18]對突變點的顯著性進行檢驗,當XZB≥1.0時,認為存在明顯氣候突變;當1.0>XZB>0.6時,存在氣候突變;當XZB≤0.6時,氣候突變不明顯。
1960—2012年建昌地區(qū)年平均氣溫為8.5℃,4—9月大田作物生長季平均氣溫為18.7℃,1994年最高,為20.4℃,1976年最低,為16.9℃。標準偏差為±0.7℃,作物生長季平均氣溫正常值在18.0~19.4℃之間,在近53 a里,異常偏高有9 a,幾率為17.0%,均出現(xiàn)在1981年之后;異常偏低有7 a,幾率為13.2%,均出現(xiàn)在1995年之前(圖1)。
由圖1-a可知,1960—2012年作物生長季氣溫序列出現(xiàn)3個明顯跳躍階段,即:1969—1980年(T1)為低溫時段,平均為18.0℃;1981—1995年(T2)由低到高過渡,跳躍至平均為18.8℃;1997—2009年(T3)為高溫時段,跳躍至平均為19.4℃;高低相差1.4℃。1960—2012年作物生長季平均氣溫總趨勢呈波動升高,線性相關(guān)系數(shù)為0.399 7,達到極顯著水平(P<0.01),氣候傾向率為0.19℃/10 a,平均每10 a作物生長季氣溫升高約0.2℃。
從年代際平均溫度分析可以看出,20世紀70年代(18.1℃)最低,其次是60年代(18.4℃),80年代(18.7℃)與總平均值持平,而90年代(19.2℃)和21世紀10年代(19.1℃)較高,年代最大相差1.1℃。
由圖1-b可知,作物生長季平均氣溫累積距平均小于0,在1980年累積距平絕對值達到最大,然后逐漸回升,這是由低到高的轉(zhuǎn)折點,由此可假設1980,1981年存在氣候突變。根據(jù)信噪比檢驗結(jié)果,XZB為0.74,突變較為顯著,假設成立。說明從1981年開始作物生長季平均氣溫突變性升高,突變之前1960—1980年平均值為18.2℃,突變之后1981—2012年平均值為19.0℃,升高了0.8℃。
建昌地區(qū)氣溫穩(wěn)定通過≥10℃初日平均在4月16日,終日平均在10月12日,≥10℃積溫平均為3471℃·d,1998年最多,為 3863℃·d,1969年最少,為3031℃·d,極差為832℃·d。標準偏差為±191℃·d,≥10℃積溫正常值在3 280~3662℃·d之間,積溫異常偏多有10 a,均出現(xiàn)在1975年之后,幾率為18.9%;積溫異常偏少也有10 a,幾率為18.9%,分布較為分散(圖2)。
從圖2-a可以看出,1960—2012年≥10℃積溫年際變化呈波動性遞增趨勢,線性相關(guān)系數(shù)為0.400 6,達到極顯著水平(P<0.01),氣候傾向率為49.98(℃·d)/10 a,平均每 10 a增加≥10℃積溫約50.0℃·d。
從年代際平均值可知,20世紀70年代≥10℃積溫(3339℃·d)最少,其次是60年代(3390℃·d),80年代(3470℃·d)居中與總平均值相近,90年代(3564℃·d)和 21世紀 10年代(3546℃·d)較多,年代際最大相差225℃·d。
由圖2-b可知,≥10℃積溫累積距平均小于0,在1996年累積距平絕對值達到最大,然后逐漸回升,這是由少到多的轉(zhuǎn)折點,由此可假設1996,1997年存在氣候突變。根據(jù)信噪比檢驗結(jié)果,XZB為0.64,突變較為顯著,假設成立。說明從1997年開始≥10℃積溫突變性增加,突變之前1960—1996年平均值為3410℃·d,突變之后1997—2012年平均值為3611℃·d,升高了201℃·d。
建昌地區(qū)終霜日平均在4月22日,初霜日平均在10月8日,無霜期平均為168 d,2009年最長,為197 d,1979年最短,為142 d,極差為55 d。標準偏差為±10.3 d,無霜期正常在157.7~178.3 d之間,異常偏多有7 a,幾率為13.2%,異常偏少有7 a,幾率為 13.2%(圖3)。
由圖3-a可知,無霜期呈波動增加趨勢,線性相關(guān)系數(shù)為0.387 6,達到極顯著水平(P<0.01),氣候傾向率為2.44 d/10 a,平均每10 a無霜期延長約2.5 d。
從年代際變化看,20世紀70年代(161 d)無霜期最短,其次是 60年代(164 d),80年代(172 d),90年代(173 d)和 21世紀 10年代(172 d)相接近,最大相差12 d。
由圖3-b可知,無霜期累積距平絕對值在1984年達到最大,然后逐漸回升,這是由少到多的轉(zhuǎn)折點,由此可假設1984,1985年存在氣候突變。根據(jù)信噪比檢驗結(jié)果,XZB為0.62,突變較為顯著,假設成立。說明從1985年開始無霜期突變性延長,突變之前1960—1984年平均值為163 d,突變之后1985—2012年平均值為173 d,無霜期延長了10 d。
(1)建昌地區(qū)大田作物生長季在4—9月份,此時段氣溫高低對農(nóng)作物生長發(fā)育以及產(chǎn)量形成至關(guān)重要。分析結(jié)果與氣候變暖相吻合,1960—2012年建昌地區(qū)作物生長季氣溫呈明顯升高趨勢,這與馬永忠等[15]的研究結(jié)果相一致,平均每10 a升高約0.2℃,近20 a平均氣溫升高了1.0℃。在近53 a里,異常低溫年有7 a,其中,有6 a發(fā)生在1985年之前,而近20 a里僅有一年發(fā)生在1995年,說明在近年代持續(xù)性低溫年對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響概率較低。作物生長季平均氣溫在1981年突變性升高,突變之后氣溫平均升高了0.8℃。
(2)熱量資源呈明顯增加趨勢,1960—2012年≥10℃積溫平均每10 a增加約50℃·d,近10 a(2003—2012年)與前 10 a(1960—1969年)相比,≥10℃積溫平均增加了180℃·d?!?0℃積溫從1997年突變性增加,突變之后≥10℃積溫平均增加了201℃·d?!?0℃積溫異常偏少有10 a,且1985年之前有7 a,1986年之后有3 a,而最近的異常偏少發(fā)生在2007年。說明熱量資源雖然增加顯著,但還不穩(wěn)定,這對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)作物生長還存在一定的影響。
(3)無霜期明顯延長,每10 a平均延長2.5 d。在1985年無霜期突變性延長,突變之后無霜期平均延長約10 d。無霜期異常偏少有7 a,1979年之前有6 a,1980年之后僅有一年(2004年),說明近年代無霜期延長相對穩(wěn)定。
氣溫升高、熱量資源增加對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在2種不同的可能性。一方面是有利因素,當熱量資源增加時,可改變栽培管理模式,更換作物品種品系和增加復種指數(shù),使作物生育期延長或增加兩茬栽培,以此提高生物產(chǎn)量或者提高單位面積產(chǎn)量。另一方面,氣溫升高使得作物蒸騰與地表面蒸發(fā)加大、加快,導致水資源短缺,造成作物水分供應不足,發(fā)生階段性干旱[19-20]等,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進一步惡化。
依據(jù)以上分析結(jié)果,建昌地區(qū)作物生長季平均氣溫和無霜期穩(wěn)步升高和延長,≥10℃積溫增加雖然還不十分穩(wěn)定,但該區(qū)域熱量資源豐富[15],為開發(fā)利用熱量資源,調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)奠定了穩(wěn)固的基礎。因此,可研究引進培育新的栽培品種,調(diào)整農(nóng)業(yè)布局,更加科學地利用熱能資源,增加農(nóng)業(yè)經(jīng)濟收入。
[1]李學勇,秦大河,李家祥,等.氣候變化國家評估報告[M].北京:科學出版社,2007.
[2]秦大河,羅勇,陳振林.氣候變化科學的最新進展:IPCC第四次評估綜合報告解析[J].氣候變化研究進展,2007,3(6):311-314.
[3]劉允芬.現(xiàn)代氣候變化對中國熱量資源的影響 [J].自然資源學報,1993,8(2):166-174.
[4]韓奇,趙從舉,黃秋如.1971—2011年海南氣候變化特點及其對農(nóng)業(yè)的影響:以海南省儋州市為例 [J].天津農(nóng)業(yè)科學,2013,19(2):45-49.
[5]劉德祥,董安祥,鄧振鏞.中國西北地區(qū)氣候變暖對農(nóng)業(yè)的影響[J].自然資源學報,2005,20(1):119-125.
[6]張宏利,陳豫,任廣鑫,等.近50年來渭河流域氣溫變化特征分析[J].西北農(nóng)業(yè)學報,2008,17(2):106-109,113.
[7]王素梅,任曉穎,張超,等.遼首-花生15適宜播種期及熱量指標研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學,2012,41(2):54-58.
[8]羅憲力,張國林.遼西地區(qū)無霜期變化特征與糧食生產(chǎn)安全[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2012,40(10):353-355.
[9]梁群,張國林,劉月英,等.遼寧西部農(nóng)村環(huán)境近50年最高最低氣溫變化[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2011,32(增 1):47-50.
[10]楊軍,張少文,孫殊芹,等.赤峰地區(qū)作物生長季氣候變化特點分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技,2012(5):88-89.
[11]肖志強,趙彥鋒.隴南山區(qū)農(nóng)業(yè)低溫凍害氣候特征及災害風險區(qū)劃[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2013,41(7):716-719,722.
[12]米娜,紀瑞鵬,張玉書,等.遼寧省玉米適宜播種期的熱量資源分析[J].中國農(nóng)學通報,2010,26(18):329-334.
[13]姜曉艷,張菁,高杰,等.沈陽地區(qū)農(nóng)作物生長季熱量資源變化特征[J].氣象與環(huán)境學報,2011,27(2):19-24.
[14]周廣學,張國林,戴海燕,等.遼西作物生長季光熱資源變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2013,41(9):955-958.
[15]馬永忠,李明春,黃英華,等.近50年建昌縣熱量資源特征變化研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2010,38(28):15749-15750,15722.
[16]安維默.用Excel管理和分析數(shù)據(jù)[M].北京:人民郵電出版社,2003:208-263.
[17]楊永岐.農(nóng)業(yè)氣象中的統(tǒng)計方法[M].北京:氣象出版社,1983:26-53.
[18]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預測技術(shù) [M].北京:氣象出版社,2007:13-204.
[19]安昕,張國林.遼寧西部半干旱區(qū)近50年降水趨勢及周期變化[J].中國農(nóng)學通報,2012,28(5):214-220.
[20]馬永忠,李明春,黃英華,等.遼寧建昌作物生長季降水變化對農(nóng)業(yè)干旱程度的影響 [J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2010,38(29):16327-16328,16331.