余弘泳，趙俊芳，余會(huì)康

(1.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京 100875；2.中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081； 3.福建省寧德市氣象局,寧德 352100)

氣候變化對(duì)年代際東北玉米冷害影響分析*

余弘泳1，趙俊芳2※，余會(huì)康3

(1.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京 100875；2.中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081； 3.福建省寧德市氣象局,寧德 352100)

[目的]氣候變化對(duì)中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)的東北地區(qū)產(chǎn)生顯著影響，加強(qiáng)氣候變化背景下東北作物冷害分析研究對(duì)保障糧食生產(chǎn)安全具有重要作用和意義。[方法]利用1981～2010年中國(guó)地面氣溫0.5°×0.5°格點(diǎn)數(shù)據(jù)集，以各年代東北玉米生長(zhǎng)季(5～9月)的月平均氣溫、月平均氣溫之和以及近30年(1981～2010年)各年代月平均氣溫之和距平等主要?dú)庀笠胤治鰱|北氣候變化趨勢(shì)，根據(jù)《北方春玉米冷害評(píng)估技術(shù)規(guī)范》(QX/T 167-2012)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步對(duì)1980s～2010s各年代各等級(jí)東北玉米冷害發(fā)生時(shí)空變化進(jìn)行分析和區(qū)劃，結(jié)合有關(guān)東北歷史冷害記載進(jìn)行對(duì)照分析。[結(jié)果]東北玉米生長(zhǎng)季氣候趨暖明顯，熱量增加，近30年東北玉米各等級(jí)冷害發(fā)生年數(shù)、區(qū)域及頻率都呈顯著減少趨勢(shì)， 20世紀(jì)80年代東北幾乎每年都有冷害發(fā)生， 20世紀(jì)90年代為冷害發(fā)生轉(zhuǎn)折點(diǎn)，年代后段(1996～2000年)冷害年數(shù)較前段(1991～1995年)明顯減少，到21世紀(jì)10年代冷害年數(shù)進(jìn)一步減少，輕度冷害區(qū)主要分布在黑龍江省中北部和東南部地區(qū)，其發(fā)生頻率也小(0.1～0.2次/年)，中度及重度冷害只在局部發(fā)生，冷害的顯著減少為東北玉米連續(xù)豐產(chǎn)增收創(chuàng)造了十分有利條件。[結(jié)論]氣候變暖背景下，東北玉米冷害減少，但個(gè)別年份還發(fā)生重度以上冷害(如2002、2003、2009年)，冷害發(fā)生仍具不確定性。

氣候變化 東北 玉米 冷害 影響

0 引言

低溫冷害是造成農(nóng)作物減產(chǎn)的重要原因之一[1]。21世紀(jì)以來，氣候總體呈變暖態(tài)勢(shì)，但氣溫變化幅度也增大，低溫冷害等極端天氣氣候事件發(fā)生頻率有增大趨勢(shì)。在中國(guó)東北農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)，極端低溫事件頻率發(fā)生變化，造成糧食生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加，已成為全國(guó)糧食產(chǎn)量波動(dòng)顯著區(qū)域[1-4]。在中國(guó)南方水稻產(chǎn)區(qū)，春季出現(xiàn)的低溫也呈增多趨勢(shì)，對(duì)糧食生產(chǎn)及安全產(chǎn)生重要影響。事實(shí)表明，氣候變化背景下，農(nóng)業(yè)低溫冷害出現(xiàn)出新特點(diǎn)和變化，如極端低溫事件發(fā)生的不確定性及突發(fā)性更加凸顯，由此構(gòu)成對(duì)糧食安全及其可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重威脅。為此，開展氣候變化背景下糧食主產(chǎn)區(qū)的低溫冷害研究具有重要意義。

東北三省(即黑龍江、吉林和遼寧省)是全國(guó)玉米商品糧基地，部分地區(qū)為中國(guó)黃金玉米生產(chǎn)帶，玉米種植面積約占全國(guó)1/3 左右，產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)的四成，其產(chǎn)量豐歉關(guān)系到全國(guó)玉米總產(chǎn)與國(guó)家糧食安全[2]。東北也是中國(guó)受全球氣候變化影響極顯著地區(qū)之一，根據(jù)東北區(qū)域氣候變化評(píng)估報(bào)告， 1961～2010年地面年平均氣溫增溫速率約0.35℃/10年，較全球及全國(guó)增溫速率都高[5-6]。受氣候變暖影響，東北地區(qū)熱量增加有利于糧食生產(chǎn)，但區(qū)域性和階段性的低溫冷害仍時(shí)有發(fā)生，低溫冷害仍是其主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一[7-9]。近30年來，有關(guān)東北玉米低溫冷害研究方面取得了許多成果，其中多數(shù)采用指標(biāo)方法對(duì)冷害進(jìn)行分析及評(píng)估，較為廣泛應(yīng)用的冷害指標(biāo)主要有4種：一是馬樹慶等提出基于積溫、積溫距平指標(biāo)，將冷害劃分為一般和嚴(yán)重冷害年，該類指標(biāo)較好地反映了玉米的延遲型冷害性質(zhì)，能反映積溫與產(chǎn)量關(guān)系。二是高素華、劉布春等采用玉米發(fā)育期距平指標(biāo)，利用發(fā)育期延遲天數(shù)判斷冷害是否發(fā)生。三是郭建平等提出熱量指數(shù)，該指數(shù)與作物發(fā)育期相結(jié)合，考慮玉米不同發(fā)育期的三基點(diǎn)溫度，以指數(shù)大小直接反映熱量對(duì)玉米發(fā)育影響程度。四是將幾種指標(biāo)組成冷害綜合指標(biāo)，李袆君等定義3個(gè)不同發(fā)育階段綜合指標(biāo)并討論了低溫發(fā)生情況； 馬樹慶等建立了不同熟制玉米冷害綜合監(jiān)測(cè)指標(biāo)，此類指標(biāo)適用于冷害監(jiān)測(cè)及評(píng)估[10]。綜合上述，東北玉米冷害所確定指標(biāo)不同，采用站點(diǎn)數(shù)、氣象資料及研究方法不相同，則玉米冷害發(fā)生時(shí)空分布、頻率等特征也不盡相同。為此，文章采用國(guó)家氣象信息中心規(guī)范整編、更為準(zhǔn)確的中國(guó)地面氣溫格點(diǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合2012年中國(guó)氣象局頒布的《北方春玉米冷害評(píng)估技術(shù)規(guī)范》(QX/167-2012)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選擇東北春玉米生長(zhǎng)季通用的5～9月溫度距平作為冷害指標(biāo)，對(duì)近30年(1981～2010年)各年代東北玉米延遲低溫冷害各等級(jí)時(shí)空分布進(jìn)行分析和精細(xì)化區(qū)劃，以期更真實(shí)地反映氣候變化對(duì)東北玉米低溫冷害影響，為東北玉米生產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)、優(yōu)化布局提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 資料與方法

采用2012年國(guó)家氣象信息中心新整編的中國(guó)地面氣象站基礎(chǔ)資料中的0.5°×0.5°地面氣溫格點(diǎn)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)運(yùn)用薄盤樣條法(TPS，Thin Plate Spline)結(jié)合地理空間三維信息(經(jīng)緯度及海拔)進(jìn)行空間插值，水平分辨率可達(dá)0.5°×0.5°的日、月值氣溫格點(diǎn)數(shù)據(jù)，插值格點(diǎn)多，數(shù)據(jù)經(jīng)交叉質(zhì)量檢驗(yàn)，誤差小、精度高，能客觀真實(shí)反映東北地區(qū)地面氣溫?cái)?shù)值。相比實(shí)際國(guó)家觀測(cè)站點(diǎn)，格點(diǎn)數(shù)多(359個(gè))，氣溫的分辨率及精度更高。

依據(jù)中國(guó)氣象局《北方春玉米冷害評(píng)估技術(shù)規(guī)范》(QX/167-2012)中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將東北玉米延遲型冷害年中的5～9月平均氣溫之和距平作為指標(biāo)[11](表1)。

表1 北方春玉米延遲型冷害強(qiáng)度等級(jí)指標(biāo)

∑T5～9(℃)≤8080 1～8585 1～9090 1～9595 1～100100 1～105>105 0輕度冷害⊿T5-9-1 4～-1 1-1 9～-1 4-2 4～-1 7-2 9～-2 0-3 1～-2 2-3 3～-2 3-3 5～-2 4中度冷害⊿T5-9-1 7～-1 4-2 4～-1 9-3 1～-2 4-3 7～-2 9-4 1～-3 1-4 4～-3 3-4 7～-3 5嚴(yán)重冷害⊿T5-9<-1 7<-2 4<-3 1<-3 7<-4 1<-4 4<-4 7 注：∑T5-9：5～9月平均氣溫之和的多年平均值，代表相應(yīng)熱量條件的區(qū)域；⊿T5-9：當(dāng)年5～9月平均氣溫之和的距平值

玉米冷害頻率計(jì)算方法及分布空間區(qū)劃。依據(jù)表1中北方春玉米延遲型冷害強(qiáng)度等級(jí)指標(biāo)，應(yīng)用Arcgis地理信息軟件中柵格計(jì)算器功能，對(duì)各年代各等級(jí)冷害發(fā)生年數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再計(jì)算各格點(diǎn)在該年代的冷害發(fā)生頻率：

f=n/N

(1)

式中，f為某年代某等級(jí)冷害發(fā)生頻率(次/年)，n為該等級(jí)冷害發(fā)生年數(shù)，N為該年代年數(shù)(N=10)。應(yīng)用Arcgis地理信息軟件反距離插值法(IDW)對(duì)東北地區(qū)各等級(jí)冷害發(fā)生頻率進(jìn)行空間區(qū)劃。

2 結(jié)果與分析

2.1 東北年代氣溫與熱量變化

根據(jù)IPCC第四次評(píng)估報(bào)告(2007年)和中國(guó)氣候變化評(píng)估報(bào)告(2011年)，近50年全球和中國(guó)線性增溫速率分別為0.13、0.23℃/10年。而東北區(qū)域的年平均氣溫增溫速率約為0.35℃/10年，其中黑龍江、吉林、遼寧省年平均增溫速率分別為0.38、0.30、0.29℃/10年[6]，均高于全球及全國(guó)的增溫速率，東北地區(qū)增溫趨勢(shì)表現(xiàn)非常明顯。

以每10年為1個(gè)年代(如1981～1990年為20世紀(jì)80年代，以此類推)，對(duì)東北玉米冷害主要?dú)庀笾笜?biāo)，即1981～2010年各年代中5～9月平均氣溫(T5-9)、5～9月平均氣溫之和(∑T5-9、代表熱量)、5～9月平均氣溫之和距平⊿T5-9(該年代 ∑T5-9減去1981～2010年 ∑T5-9)，分析這些影響玉米冷害主要?dú)庀笠氐哪甏兓卣鳎从硸|北地區(qū)氣候變化狀況。

平均氣溫變化。從1981～2010年東北各年代5～9月平均氣溫T5-9分布變化看(圖1 a、b、c)，T5-9<15℃區(qū)域逐年代縮小，到21世紀(jì)10年代，面積縮減至黑龍江省北部大興安嶺和吉林省白山市的南部及其他零星局地； 而T5-9≥15℃、≥20℃區(qū)域逐年代不斷擴(kuò)展，其中≥20℃區(qū)域由20世紀(jì)80年代遼寧省西部擴(kuò)展到21世紀(jì)10年代遼寧省南部地區(qū)，吉林省西部，黑龍江省西南部，反映了東北升溫區(qū)域面積在擴(kuò)大，T5-9隨年代升高趨勢(shì)明顯。經(jīng)統(tǒng)計(jì)， 20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代東北地區(qū)平均氣溫線性遞增率為0.37℃/10年，近30年平均溫度(T5-9)升高了約0.75℃。

圖1 20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代東北三省5～9月平均氣溫及其之和變化 注：5～9月平均氣溫：a-20世紀(jì)80年代；b-20世紀(jì)90年代；c-21世紀(jì)10年代；5～9月平均氣溫之和：d-20世紀(jì)80年代；e-20世紀(jì)90年代；f-21世紀(jì)10年代

平均氣溫之和變化。從20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代5～9月平均氣溫之和(∑T5-9)區(qū)域分布看(圖1 d、e、f)，其變化特征與T5-9相似，西南部及西部 ∑T5-9≥100℃區(qū)域逐年代向東擴(kuò)展，而≤80℃區(qū)域則呈逐年代減小趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，東北玉米種植不同熱量區(qū)面積也發(fā)生顯著變化(圖2)， 1981～2000年中 ∑T5-9>90℃熱量區(qū)面積增加約12.3萬km2，其中 ∑T5-9≥100℃熱量區(qū)面積增約9.1萬km2，而≤80℃熱量區(qū)面積減小約9.5萬km2，熱量由西南部向中部遞減。20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代東北地區(qū) ∑T5-9平均線性遞增率為1.9℃/10年，可見，近30年東北地區(qū)氣候變暖區(qū)域面積增大，生長(zhǎng)季節(jié)熱量不斷增加，對(duì)玉米等糧食生產(chǎn)更加有利。

平均氣溫之和距平變化。從20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代5～9月平均氣溫之和距平⊿T5-9變化看(圖3)，距平前低后高， 20世紀(jì)80年代⊿T5-9為負(fù)值(⊿T5-9≤-1，負(fù)距平)； 至20世紀(jì)90年代前期，⊿T5-9還呈負(fù)值，而后轉(zhuǎn)為正值(正距平)； 至21世紀(jì)10年代，⊿T5-9全為正值。⊿T5-9在20世紀(jì)90年代實(shí)現(xiàn)了由負(fù)轉(zhuǎn)正變化(負(fù)距平變?yōu)檎嗥?，說明東北玉米生長(zhǎng)季(5～9月)的氣溫及熱量在20世紀(jì)90年代發(fā)生了轉(zhuǎn)折性增加。根據(jù)東北三省有關(guān)冷害方面歷史統(tǒng)計(jì)資料，東北玉米冷害在20世紀(jì)80年代發(fā)生的頻次高，幾乎每年都有不同程度冷害發(fā)生； 20世紀(jì)90年代前期則多于后期，發(fā)生主要年份有： 1991～1993年、1995～1997年、1999年[12-14]。21世紀(jì)10年代發(fā)生年份明顯減少，主要在2002、2003、2009年份[15-20]。通過近30年對(duì)比，年代⊿T5-9值能反映出玉米生長(zhǎng)季熱量變化特征，也與實(shí)際年代冷害發(fā)生年份多寡相一致。

圖2 東北各熱量分區(qū)面積年代變化 圖3 20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代5～9月平均氣溫之和距平變化

綜合上述，在東北玉米生長(zhǎng)季(5～9月)， 20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代平均氣溫(T5-9)、平均氣溫之和(∑T5-9)都明顯增加[7]，T5-9≥15℃、≥20℃及 ∑T5-9>90℃區(qū)域隨年代擴(kuò)大顯著。氣溫升高和熱量增加造成的變暖態(tài)勢(shì)使玉米冷害發(fā)生年份整體呈減少趨勢(shì)。

2.2 1981～2010年東北玉米冷害時(shí)空變化

2.2.1 玉米冷害年代分布特點(diǎn)

按照東北玉米種植區(qū)熱量劃分(表1)，以及7個(gè)不同熱量區(qū)各等級(jí)玉米冷害指標(biāo)閾值，對(duì)20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代中各年代冷害發(fā)生年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

年份統(tǒng)計(jì)表明(表2)，在20世紀(jì)80年代，東北玉米各等級(jí)冷害發(fā)生年份都是最多， 10年中幾乎每年不同省份、不同等級(jí)冷害皆有發(fā)生。到20世紀(jì)90年代，各等級(jí)冷害發(fā)生年份減少，且前半年代多于后半年代，這與前述的20世紀(jì)90年代玉米生長(zhǎng)季5～9月平均氣溫之和(∑T5-9)在前半期為負(fù)距平、后半期為正距平熱量變化相一致，說明20世紀(jì)90年代熱量增加，造成了冷害發(fā)生年份減少。而到21世紀(jì)10年代，冷害發(fā)生年份顯著減少，只有3年(2002、2003、2009年)有冷害發(fā)生。盡管21世紀(jì)10年代5～9月平均氣溫之和(∑T5-9)全為正距平，但仍有輕度、中度及重度冷害發(fā)生，說明隨氣候變暖，熱量增加，玉米冷害發(fā)生仍具不確定性，個(gè)別年份(如2002、2003、2009年)仍有中度乃至重度等級(jí)的冷害發(fā)生[20]。

表2 東北三省各年代各等級(jí)玉米冷害發(fā)生年份

冷害等級(jí)年代黑龍江省吉林省遼寧省輕度20世紀(jì)80年代1982，1984～1986，1988～19901981～1985，1987～1988，19901981，1982，1985，1989，199020世紀(jì)90年代1991，1993，1995～1997，19991991，1993，1995，19961991～1993，199621世紀(jì)10年代2002，2003，20092002，20092009中度20世紀(jì)80年代1984～19901981～1983，1985～1989，19901981，1982，1985～1987，1989，199020世紀(jì)90年代1991～1993，1995～1997，19991993，1995，19961992，1993，199521世紀(jì)10年代2002，2003，20092009無重度20世紀(jì)80年代1981，1983～19901981～1983，1986～19901981，1982，1985～1987，1989，199020世紀(jì)90年代1991～1993，1995～19961991～1993，1995，19961992，1993，199521世紀(jì)10年代2002，20032009無

圖4 東北三省各年代各等級(jí)玉米冷害發(fā)生年數(shù)變化

從各省年代冷害發(fā)生年數(shù)看(圖4)，各等級(jí)冷害也是20世紀(jì)80年代最多， 20世紀(jì)90年代減少， 21世紀(jì)10年代最少，呈明顯遞減趨勢(shì)。從區(qū)域分布看，黑龍江省冷害年數(shù)最多，吉林省次之，遼寧省最少，這與各省所處緯度高低及與東北熱量分布由西南向中部遞減有關(guān)。

2.2.2 玉米冷害分布區(qū)域及頻率特點(diǎn)

輕度冷害分布區(qū)域及頻率。從各年代各等級(jí)冷害分布區(qū)域看(圖5 a1、b1、c1)， 20世紀(jì)80年代輕度冷害分布面積最廣，主要在黑龍江省西部、中部與北部，覆蓋該省大部地區(qū)； 吉林省的中部及西南部，遼寧省的東部與中部。高頻率區(qū)主要在黑龍江省西部、北部及遼寧省中部局地，其發(fā)生頻率為0.4～0.5(該年代中有4～5年發(fā)生，單位:次/年，下同)，重現(xiàn)期為2年一遇。黑龍江省中南部、吉林省中北部以及遼寧省西部地區(qū)為低頻率區(qū)(0.0～0.1)。至20世紀(jì)90年代，輕度冷害發(fā)生區(qū)域相比20世紀(jì)80年代明顯減少，主要位于黑龍江省大部地區(qū)，吉林省西北及東南部，遼寧省中部、西北部少部地區(qū)。在吉林省中部以南、遼寧大部地區(qū)的冷害頻率顯著減少，該地區(qū)發(fā)生頻率也最低(0.0～0.1)，而在黑龍江中部與東北部冷害發(fā)生頻率最高(0.3～0.4)。至21世紀(jì)10年代，東北地區(qū)輕度冷害區(qū)域范圍顯著縮減，主要位于黑龍江省中部、東南部，吉林省南部，遼寧省東北部，高頻率區(qū)為黑龍江省東南部一帶(0.2)。

圖5 20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代東北三省各等級(jí)冷害分布及發(fā)生頻率 注：輕度冷害：a1-20世紀(jì)80年代；b1-20世紀(jì)90年代；c1-21世紀(jì)10年代；中度冷害：a2-20世紀(jì)80年代；b2-20世紀(jì)90年代；c2-21世紀(jì)10年代；

中度冷害分布區(qū)域及頻率。20世紀(jì)80年代中度冷害主要分布于黑龍江省西南部與中北部，吉林省西部，遼寧省東北部、西部及南部地區(qū)(圖5 a2)，其中在黑龍江省西南部，吉林省西部，遼寧省南部局部區(qū)域頻率最大(0.4～0.5)，黑龍江省中南部、吉林省中部發(fā)生頻率最低(0.0～0.1)。20世紀(jì)90年代主要發(fā)生在黑龍江省北部、中西部與中部，吉林省中西部，遼寧省南部地區(qū)(圖5 b2)，冷害發(fā)生區(qū)相對(duì)集中，呈帶狀連片分布。其中黑龍江省中部及中北部、遼寧省南部的局部地區(qū)頻率最高(0.2～0.3)； 對(duì)照20世紀(jì)80年代，冷害發(fā)生頻率減小。至21世紀(jì)10年代，冷害發(fā)生區(qū)域、頻率都顯著減小，主要位于黑龍江省東南部、北部和吉林省東南部的局部地區(qū)(圖5 c2)，分布稀散，且發(fā)生頻率低(0.1)，東北大部區(qū)域無冷害發(fā)生。通過20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代比較，東北玉米中度冷害發(fā)生區(qū)域、頻率也呈顯著減少態(tài)勢(shì)。

嚴(yán)重冷害分布區(qū)域及頻率。通過20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代嚴(yán)重冷害發(fā)生區(qū)域分析(圖5 a3、b3、c3)， 20世紀(jì)80年代冷害幾乎遍及東北地區(qū)，高頻率區(qū)域主要位于黑龍江省北部，西北部及東南部等地，吉林省東北部，遼寧省東部等地，該區(qū)域發(fā)生頻率最高(0.5～0.7)。而在遼寧省中部發(fā)生頻率最低(0.1～0.2)。至20世紀(jì)90年代，發(fā)生區(qū)域主要位于東北地區(qū)北部、東南部等地，其中黑龍江中北部和吉林東南部局地發(fā)生頻率最高(0.3～0.4)，也是發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)最大區(qū)域[21]。在黑龍江省西南部，吉林省西部，遼寧省中西部等地，發(fā)生頻率較低(0.1～0.2)。而在遼寧省南部的大連則不發(fā)生嚴(yán)重冷害。到21世紀(jì)10年代，冷害主要在黑龍江省中北部和其他零星區(qū)發(fā)生，且發(fā)生頻率低(0.1～0.2)。20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代東北嚴(yán)重冷害發(fā)生區(qū)域及頻率也呈逐年代減小趨勢(shì)。

近30年來(1981～2010年)，東北地區(qū)冷害區(qū)域呈現(xiàn)逐年代面積減少、發(fā)生頻率明顯降低趨勢(shì)，至21世紀(jì)10年代，冷害發(fā)生高頻率區(qū)主要集中在黑龍江省中北部、東部及東南部一帶，吉林省局部地區(qū)發(fā)生。但黑龍江省東部及東南部的輕度玉米冷害發(fā)生區(qū)域仍然較大，最大頻率仍達(dá)0.2。

2.3 歷史冷害驗(yàn)證分析

依據(jù)中國(guó)氣象局編撰的《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》各省卷，其中黑龍江省、吉林省和遼寧省1981～2000年有關(guān)低溫冷害的歷史記載[12-14]， 1981～2000年間(表3)，主要受低溫、霜凍、降雪、寒潮等天氣影響，以及伴隨著陰雨、寡照天氣等，在5～9月生長(zhǎng)季氣溫低，積溫少，造成了低溫冷害，致使作物生育期延遲，有延遲型冷害、障礙型冷害以及混合型冷害發(fā)生，給東北三省玉米生產(chǎn)造成了嚴(yán)重災(zāi)害。在20世紀(jì)80年代，幾乎每年都有冷害發(fā)生，且發(fā)生縣份多，冷害分布區(qū)域廣； 20世紀(jì)90年代，冷害受災(zāi)記載年份減少，而且年代前段(1991～1995年)冷害年份較后段(1996～2000年)多，這與該文上述分析相一致。到21世紀(jì)10年代，有關(guān)東北三省冷害記載年份少，通過文獻(xiàn)、媒體、網(wǎng)絡(luò)搜索的冷害年份主要有： 2002、2003和2009年，冷害年份顯著減少。2002年低溫冷害主要在黑龍江省中東部，以東部為嚴(yán)重，中部次之，西部無冷害。2003年黑龍江省低溫冷害影響最為嚴(yán)重，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。2009年6～7月間，東北中北部持續(xù)低溫陰雨，黑龍江省及吉林省平均氣溫為1984年以來歷史同期最低值，出現(xiàn)了階段性罕見低溫冷害天氣過程[18]，玉米生產(chǎn)遭受了嚴(yán)重災(zāi)害。結(jié)合2002、2003、2009年冷害受災(zāi)記載與該文分析的21世紀(jì)10年代冷害分布，主要發(fā)生區(qū)域都集中在黑龍江省的中北部、東部及東南部一帶。

綜合相關(guān)歷史文獻(xiàn)、年鑒記載及新聞報(bào)道， 20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代，東北玉米冷害發(fā)生年數(shù)也是呈逐年代減少趨勢(shì)； 按分省分析，黑龍江省冷害年份最多，吉林省次之，遼寧省最少，三省的冷害發(fā)生年數(shù)分別為21、19、12年。通過對(duì)比，除1994年黑龍江冷害年(實(shí)際發(fā)生較輕)外，實(shí)際發(fā)生冷害記載年(表3)基本都包括在該文分析得出的玉米冷害年之中(表2)，而1994年吉林、1997～2000年遼寧無冷害記載年份，同樣也沒在表2中出現(xiàn)?？梢?，該文采用東北玉米延遲型冷害年中的5～9月平均氣溫之和距平作為指標(biāo)，得出的東北玉米冷害年份與歷史記載基本一致。

表3 1981～2010年5～9月東北三省歷史冷害記載[12-14,18-19]

續(xù)表3

3 結(jié)論與討論

受氣候變化影響， 1981～2010年東北玉米生長(zhǎng)季(5～9月)的5～9月平均氣溫及平均氣溫之和都隨年代而逐漸增加，氣候趨暖態(tài)勢(shì)明顯； 近30年(1981～2010年)中5～9月平均氣溫之和距平在20世紀(jì)90年代由負(fù)距平轉(zhuǎn)正距平，至21世紀(jì)10年代完全為正距平，東北地區(qū)玉米生長(zhǎng)季氣溫顯著升高，熱量不斷增加，有利于冷害減少，為玉米生產(chǎn)創(chuàng)造更好的氣候條件。

20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代東北地區(qū)各等級(jí)玉米冷害(輕度、中度、嚴(yán)重)發(fā)生年數(shù)、分布面積及發(fā)生頻率，隨年代都呈現(xiàn)顯著減少、減小趨勢(shì)，各等級(jí)冷害在20世紀(jì)80年代基本每年都有不同區(qū)域不同程度地發(fā)生，至20世紀(jì)90年代發(fā)生年數(shù)減少(7年)，而21世紀(jì)10年代發(fā)生年數(shù)最少(3年)。在分布區(qū)域上，黑龍江省分布區(qū)域最廣、頻率最高，吉林省次之，而遼寧最小，但都隨年代呈顯著縮減趨勢(shì)。冷害隨年代減少為東北玉米豐產(chǎn)增收創(chuàng)造了有利條件，尤其是助推了玉米連年增產(chǎn)。盡管東北冷害等級(jí)及頻率呈減弱、減小趨勢(shì)，但并不排除個(gè)別年份仍然發(fā)生嚴(yán)重的冷害危害，如2002、2003和2009年，表明氣候變暖背景下，東北冷害發(fā)生仍具有不確定性，玉米遭受極端低溫冷害事件在個(gè)別年份依然發(fā)生，還可能造成嚴(yán)重的災(zāi)害，須重視監(jiān)測(cè)及防范工作。

采用東北玉米延遲型冷害年中的5～9月平均氣溫之和距平作為指標(biāo)，得出的東北玉米冷害年份與歷史記載年份基本相一致。20世紀(jì)80年代幾乎每年都有冷害發(fā)生， 20世紀(jì)90年代為冷害發(fā)生轉(zhuǎn)折點(diǎn)，歷史記載年代前段(1991～1995年)冷害年份較后段(1996～2000年)多， 21世紀(jì)10年代冷害發(fā)生區(qū)域主要集中在黑龍江省的中北部、東部及東南部，這些都與文中分析相一致。

采用新整編的地面氣溫格點(diǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)北方春玉米延遲型冷害標(biāo)準(zhǔn)，借助Arcgis地理信息軟件來分析東北玉米生長(zhǎng)季(5～9月)溫度、熱量變化以及冷害分布區(qū)域、頻率的空間分布，數(shù)據(jù)精確規(guī)范，格點(diǎn)數(shù)多(359個(gè))，分布區(qū)域?qū)哟吻逦?，邊界分明，精?xì)化區(qū)劃效果好，能更精準(zhǔn)地反映氣候變化對(duì)東北玉米冷害影響。

由于冷害依據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、分析方法等不盡相同，基于格點(diǎn)數(shù)據(jù)分析東北玉米各等級(jí)冷害區(qū)域及頻率空間分布與其他文獻(xiàn)所分析的玉米冷害分布區(qū)域、頻率有些差別，主要體現(xiàn)在輕度與中度冷害分布區(qū)，而嚴(yán)重冷害的分布區(qū)域、頻率卻大抵相同，也與歷史及其他文獻(xiàn)記載大致相符。

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IMPACT OF CLIMATE CHANGE ON DECADAL CHILLING INJURY OF CORN IN NORTHEASTERN CHINA*

Yu Hongyong1，Zhao Junfang2※，Yu Huikang3

(1. Faculty of Geographical Science of Beijing normal university，Beijing100875, China; 2.State Key Laboratory of Severe Weather, Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China; 3. Meteriological Bureau of Ningde City of Fujian province，Ningde 352100, China)

Climate change has a great impact on grain production in Northeast China, one of the major grain producing areas of China. So the study on the impacts of the chilling injury on crops in Northeast China is of great importance for food safety. Based on the dataset of soil surface temperature with 0.5°x0.5°lattice in China from 1981 to 2010, this paper analyzed the climate change trend in terms of the monthly mean temperature, the sum of monthly mean temperature during the growing season of the corn(May to September), the sum of decade (1980s-2000s) monthly mean temperature anomaly, and other main meteorological factors. According to the industrial standard of "Technical specification for assessment of chilling injury to spring maize in Northern China"(QX/T 167-2012), it further analyzed the temporal and spatial variation of the chilling injury from 1981～2010, combining with the historical records of cold damage in Northeast China. The results showed that the climate became warmer during the corn growing season. The number of years, regions and frequencies of the chilling injury decreased significantly in past 30 years. In 1980s, chilling injury occurred every year in Northeast China. The 1990s was the turning point of chilling injury when the chilling injury decreased significantly, and the number of years of chilling injury decreased further in 2000s. The areas of mild chilling injury were mainly in the north-central and southeastern area of Heilongjiang province, where showed a low frequency of chilling injury (0.1-0.2 times / year). The reduction of cold damage had favorable conditions for continuous increase of corn yield in Northeast China. It concluded that under the climate warming background, the frequency of cold damage reduced but the occurrence was still uncertain.

climate change; northeastern China; corn; chilling injury; impact

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170517

2017-01-16

余弘泳(1996—)，男，福建寧德人，本科。研究方向：地理與遙感信息?！ㄓ嵶髡撸黑w俊芳(1977—)，女，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，博士、副研究員。研究方向：氣候變化與農(nóng)業(yè)氣象。Email：zhaojf@camscma.cn

*資助項(xiàng)目：國(guó)家公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)“氣候變化背景下北方主要旱地作物脆弱性及其評(píng)價(jià)技術(shù)”(GYHY201506016)

S162.5

A

1005-9121[2017]05113-10