何 軍，陳 鵬，馮 睿，董秋明

(1. 三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2. 武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072；3. 三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002)

全球范圍來看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展嚴(yán)重依賴當(dāng)?shù)貧夂驐l件。世界糧農(nóng)組織(FAO)把應(yīng)對氣候變化列為解決世界糧食供應(yīng)和緩解饑餓的全球重大挑戰(zhàn)。我國是自然資源缺乏、自然災(zāi)害嚴(yán)重的發(fā)展中國家，我國國民經(jīng)濟(jì)和社會生活已經(jīng)受到氣候變化的嚴(yán)重影響，未來可持續(xù)發(fā)展受到日益加劇的氣候變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，首當(dāng)其沖的便是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。三峽庫區(qū)是生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，三峽工程建成后，水庫的蓄(泄)洪水等運(yùn)行調(diào)度可能造成局部氣候條件變化，進(jìn)而影響宜昌市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本文選取宜昌市(氣象臺站)1952-2011年逐日氣象資料，分析其變化趨勢，并采用參考作物需水量(ET0)進(jìn)行綜合評價。研究結(jié)論可為宜昌及長江三峽兩岸類似地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式、農(nóng)作灌溉制度制定、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等科學(xué)和生產(chǎn)實(shí)際問題提供參考。

1 研究方法及數(shù)據(jù)分析

選取宜昌市(臺站編號57461，N30°42′，E111°18′)1953-2011年近60 a逐日氣象資料，包括平均氣壓P、平均氣溫T、最高氣溫Tmax、最低氣溫Tmin、平均相對濕度RH、降雨量H、平均風(fēng)速V、日照時數(shù)h等。對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用EXCEL軟件分析其變化規(guī)律。

ET0可反映氣象要素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系----“土壤-植物-大氣連續(xù)體(SPAC)”水分傳輸與水汽擴(kuò)散速率影響[1]，是制定農(nóng)作物需水量和灌溉制度的重要參數(shù)[2]。其計(jì)算方法很多，本文采用標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化后的FAO Penman-Monteith[3,4]公式：

(1)

式中：ET0為參考作物蒸騰蒸發(fā)量，mm/d；Rn為參照作物表面冠層接受的凈輻射，MJ/(m2·d)；G為土壤熱通量密度，MJ/(m2·d)；T為2 m高處日平均氣溫，℃；U2為2 m高處風(fēng)速，m/s；ea、ed分別為空氣飽和、實(shí)際水汽壓，kPa；Δ為溫度～飽和水氣壓關(guān)系曲線上在T處的切線斜率，kPa/℃；γ為濕度計(jì)常數(shù)，kPa/℃。各參數(shù)計(jì)算參考文獻(xiàn)[5,6]。

1.1 氣象要素時間序列變化趨勢

考慮三峽工程建設(shè)周期長，經(jīng)綜合比對，本次研究選取1997年三峽工程大江截留年份作為建成前后時段分界線，對建成前后各氣象要素隨時間序列變化趨勢進(jìn)行分析對比，見表1。平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫等系列溫度因子的多年平均值在三峽工程建成后一律要高于建成前，分別高出0.7、0.7、0.8 ℃。該系列溫度因子的極大值在三峽工程建成后也均高出建成前，分別高出0.4、0.3、0.6 ℃。系列溫度因子的極小值在三峽工程建成后也均高出建成前，分別高出0.7、1.3、1.2 ℃。結(jié)合趨勢線方程，平均氣溫、最高氣溫在三峽工程建成前及建成后均呈現(xiàn)下降趨勢，除最高氣溫建成前呈顯著下降外，其余均為不顯著。最低氣溫在三峽工程建成前后均呈現(xiàn)不顯著的上升。上述分析可以看出，三峽工程建成后宜昌市氣溫一定程度上升。

表1 三峽工程建成前后各氣象要素時間序列變化趨勢對比Tab.1 Variation tendency comparison of every meteorological factor with time series before and after the construction of Three Gorges Project

注：“[]”外表示三峽工程建成前，“[]”內(nèi)表示三峽工程建成后；趨勢線方程形式為y=kx+b，y為各氣象要素，x為年份；α取0.01、0.05，下同。

平均氣壓、平均相對濕度和日照時數(shù)在三峽工程建成后的均值、極大值和極小值均比建成前有所下降。均值分別下降了0.33%、1.69%和18.42%；極大值分別下降了1.68%、3.16%和19.34%；極小值分別下降了0.02%、1.01%和5.67%。從趨勢線方程可知，平均相對濕度和日照時數(shù)在工程建成前后均呈現(xiàn)下降趨勢，前者為不顯著下降，后者下降趨勢由特顯著變?yōu)轱@著。值得注意的是，平均氣壓的變化趨勢在工程建成前呈現(xiàn)特顯著的下降，建成后則是一定規(guī)模的上升。降雨量的均值、極大值分別下降0.1、0.8 mm，極小值上升了0.1 mm，總體呈現(xiàn)不顯著的下降趨勢。平均風(fēng)速變化趨勢由工程建成前不顯著上升變?yōu)榻ǔ珊蟮娘@著下降，其均值、極小值分別上升了0.03、0.38 m/s，極大值下降0.42 m/s。

平均氣壓由特顯著下降呈現(xiàn)不顯著上升趨勢，風(fēng)速由不顯著上升呈現(xiàn)顯著下降趨勢。最低氣溫總體呈現(xiàn)上升趨勢，其余氣象要素表現(xiàn)為總體下降。

將研究時段1953-2011年劃分為4個階段，每部分約14 a，比對不同階段各氣象要素的均值。其中，第Ⅳ階段為三峽工程建成后。如表2所示，平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均第Ⅳ階段均值高于前3個階段，結(jié)合表1中平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫工程建成前后變差系數(shù)Cv值均介于0.020 6～0.028 3，樣本點(diǎn)離散程度較為均一，進(jìn)一步表明三峽工程建成后會一定程度促使宜昌氣溫的上升。平均氣壓、平均相對濕度和日照時數(shù)第Ⅳ階段均值均小于前3個階段。

表2 不同時段氣象要素均值對比Tab.2 Comparison of mean of every meteorological factor at different periods

1.2 ET0變化規(guī)律及其影響因子

表3為三峽工程建成前后宜昌ET0時間序列變化趨勢對比?？梢钥闯鋈龒{工程建成后ET0多年日均值、極大值均出現(xiàn)不同程度的下降，分別下降了3.1%、8.8%。三峽工程建成后極小值上升1.0%。從趨勢線方程可以看出，三峽工程建成前、后ET0多年日均值總體呈現(xiàn)下降趨勢，下降趨勢均不顯著。

表3 三峽工程建成前后ET0時間序列變化趨勢對比Tab.3 Variation tendency comparison of ET0 with time series before and after the construction of Three Gorges Project

注：y為ET0多年日均值，mm/d；x為年份。

由圖1可知，三峽工程建成前ET0多年日均值在與平均氣溫、最高氣溫、平均風(fēng)速、日照時數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，顯著性檢驗(yàn)為特顯著；與平均相對濕度、降雨量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，顯著性檢驗(yàn)為特顯著。ET0多年日均值與平均氣壓呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，顯著性檢驗(yàn)為不顯著。ET0多年日均值與最低氣溫呈現(xiàn)不顯著正相關(guān)。三峽工程建成后ET0多年日均值與日照時數(shù)呈現(xiàn)特顯著正相關(guān)，與平均氣溫呈顯著正相關(guān)。ET0多年日均值與最高氣溫、最低氣溫、平均風(fēng)速呈現(xiàn)不顯著正相關(guān)；與平均氣壓、平均相對濕度、降雨量呈現(xiàn)不顯著負(fù)相關(guān)。

圖1 宜昌市各氣象要素與ET0相關(guān)性對比Fig.1 Comparison of correlation of every meteorological factor with ET0 in Yichang

對比可知，ET0多年日均值在三峽工程建成前后均與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均風(fēng)速、日照時數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，與降雨量、平均相對濕度以及平均大氣壓呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。這與劉增進(jìn)[5]，曹紅霞[7]等人研究結(jié)果一致，也與參考作物需水量表征“水分傳輸與水汽擴(kuò)散速率”的實(shí)質(zhì)相符合。結(jié)合表1～表3的分析，宜昌市參考作物需水量ET0呈現(xiàn)逐年不顯著下降趨勢，然而與之正相關(guān)的溫度系列氣象要素在三峽工程建成后表現(xiàn)為上升，日照時數(shù)表現(xiàn)為下降，且與之負(fù)相關(guān)的平均大氣壓在三峽工程建成后呈現(xiàn)不顯著的上升，降雨量、平均相對濕度也均呈現(xiàn)下降。因此，宜昌參考作物需水量ET0未來的變化趨勢是否表現(xiàn)為持續(xù)下降尚不能下定論，需要更多年份資料的收集和論證。

2 結(jié) 語

本文對宜昌市1953-2011年逐日氣象資 料進(jìn)行了整理，采用EXCEL軟件以三峽工程建成前后為分界線對各氣象要素變化規(guī)律進(jìn)行了對比，并以參考作物蒸騰蒸發(fā)量ET0為指標(biāo)分析了其影響因子以及未來變化趨勢。主要有以下結(jié)論。

(1)三峽工程建成后宜昌市氣溫一定程度上升，平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫的多年均值分別上升了0.7、0.7、0.8 ℃；多年極大值分別上升了0.4、0.3、0.6 ℃；多年極小值分別上升了0.7、1.3、1.2 ℃。宜昌市平均氣壓、平均相對濕度和日照時數(shù)一定程度下降，其多年均值分別下降了0.33%、1.69%和18.42%。

(2)三峽工程建成后平均氣壓、最低氣溫呈現(xiàn)不顯著上升，平均風(fēng)速、日照時數(shù)呈現(xiàn)顯著下降趨勢，其余氣象要素均呈現(xiàn)不顯著下降趨勢。宜昌市參考作物需水量ET0呈現(xiàn)逐年不顯著下降趨勢，與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均風(fēng)速、日照時數(shù)呈現(xiàn)為正相關(guān)，與降雨量、平均相對濕度以及平均大氣壓呈現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。

氣象要素的變化規(guī)律對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展尤為重要，下一步應(yīng)持續(xù)收集更多年份資料，進(jìn)一步豐富三峽工程建成后的數(shù)據(jù)樣本，分別按枯水期、豐水期等影響作物灌溉制度制定的典型水文年份進(jìn)行分析。

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