艾力夏提·阿不力米提 巴哈古力·買買提 張仕明 地力扎提·多力坤

（1.新疆輪臺(tái)縣氣象局，新疆輪臺(tái) 841600；2.新疆巴州氣象臺(tái)，新疆庫爾勒 841000；3.新疆庫爾勒市氣象局，新疆庫爾勒 841000）

農(nóng)業(yè)氣候資源是指一個(gè)地區(qū)的氣候條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的潛在能力。農(nóng)業(yè)氣候資源在地理分布上具有不平衡性，而對一定地區(qū)來說又具有其相對穩(wěn)定性和有限性，在時(shí)間上具有季節(jié)性和年際變異性。自然環(huán)境的變化，特別是全球氣候的變化，日益成為世界各國廣泛關(guān)注的問題[1]。氣候變暖已引起人們的關(guān)注，部分地區(qū)氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響是利大于弊[2]。自20世紀(jì)50年代以來，我國平均氣溫已升高0.68 ℃，黃河以北地區(qū)平均升高0.80～1.20 ℃，黃河以南地區(qū)平均下降0.20～0.80 ℃，南澇北旱現(xiàn)象加劇[3]。施雅風(fēng)等[4]研究指出我國西北氣候從20世紀(jì)的暖干型向暖濕型轉(zhuǎn)型。何清等[5]研究指出40 a來新疆氣溫呈明顯上升趨勢，降水量增加明顯。新疆輪臺(tái)縣位于天山南麓，在沙漠邊界，主要以農(nóng)業(yè)為主，其中日照時(shí)間、無霜期、氣溫、降水對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大。因此，在全球增暖的大背景下，研究輪臺(tái)縣農(nóng)業(yè)氣候資源（主要是光照、熱量、降水資源）的變化情況，農(nóng)業(yè)氣候是否也存在突變現(xiàn)象，對搞好當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展可謂是意義重大。

1 資料與方法

選用1961-2016年輪臺(tái)縣氣象站日照時(shí)間、無霜期、積溫、氣溫和降水資料，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)行輪臺(tái)縣農(nóng)業(yè)氣候資源的研究。利用線性氣候傾向率、線性趨勢和相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)方法、Mann-Kendall檢驗(yàn)方法，參考魏鳳英[6]的相關(guān)研究，對近56 a輪臺(tái)縣的光照、熱量、降水等主要農(nóng)業(yè)氣候資源要素變化特征進(jìn)行分析，闡述氣候變暖對輪臺(tái)縣農(nóng)業(yè)氣候資源的影響，為合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及作物的品質(zhì)提供參考依據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照資源變化特征

2.1.1 日照時(shí)間年月分布及趨勢變化 日照時(shí)間是衡量一個(gè)地區(qū)光能資源的主要技術(shù)指標(biāo)，1961-2016年日照時(shí)間年平均值為2 692.0 h，最多為3 073.0 h（2009年），最少為2 382.0 h（2000年）。從各月日照時(shí)間分布來看（見圖1），7月最多（277.0 h），12月最少（162.0 h），5-10月占全年日照時(shí)間的58%，是輪臺(tái)縣光照資源最豐富的時(shí)段，光能資源方面非常豐富，有利于農(nóng)作物進(jìn)行充分的光合作用，促進(jìn)其生長發(fā)育。從趨勢變化來看（見圖2），年日照時(shí)間呈明顯減少的線性趨勢（信度0.02），平均每10 a減少35.7 h，日照時(shí)間的減少與降水和沙塵等天氣有密切關(guān)系。

圖1 輪臺(tái)縣月平均日照時(shí)間變化曲線

圖2 1961-2016年輪臺(tái)縣日照時(shí)間趨勢變化曲線

2.2 熱量資源的變化特征

2.2.1 無霜期變化特征 霜凍是指農(nóng)作物生長期間出現(xiàn)最低氣溫小于或等于0 ℃，包括春季終霜凍和秋季初霜凍，春季終霜凍是農(nóng)業(yè)主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。無霜期是評價(jià)熱量資源的重要指標(biāo)，是一年內(nèi)終霜凍日至初霜凍日之間的持續(xù)日數(shù)。無霜期用來表示一個(gè)地區(qū)喜溫作物可以生長的時(shí)間，表示該地區(qū)熱量資源的豐富程度。1961-2016年，輪臺(tái)縣無霜凍期平均為213.0 d，最長無霜期為240.0 d（2013年），最短無霜期為186.0 d（1968年），最長和最短無霜期相差了54.0 d。輪臺(tái)縣無霜期有明顯增加的趨勢（見圖3），每10 a增加5.5 d，通過0.001的信度檢驗(yàn)。

圖3 1961-2016年輪臺(tái)縣無霜期變化趨勢

2.2.2 積溫變化特征 農(nóng)業(yè)上把日平均氣溫5日滑動(dòng)平均穩(wěn)定通過0 ℃的時(shí)期作為適宜農(nóng)耕期，該時(shí)段的活動(dòng)積溫是農(nóng)作物可利用的熱量資源；日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的時(shí)期是越冬作物生長活躍期和喜溫作物播種期與生長活動(dòng)期，初、終日則決定了喜溫作物開始播種的日期，并影響到作物成熟和品質(zhì)[7]。0、10 ℃活動(dòng)積溫代表當(dāng)?shù)氐臒崃抠Y源狀況，是農(nóng)業(yè)氣候熱量的分析和區(qū)劃、農(nóng)作物種植規(guī)劃和引進(jìn)或推廣地區(qū)溫度條件等的常用指標(biāo)[8]。

輪臺(tái)縣日平均氣溫穩(wěn)定通過0 ℃的平均初日為2月20日，平均終日11月20日；10 ℃的初日平均為3月24日，終日平均為10月17日。0、10 ℃的活動(dòng)積溫平均分別為4 638、4 203 ℃·d，兩者線性增加趨勢明顯（見圖4），平均每10 a分別增加114、110 ℃·d，線性趨勢均通過0.001的顯著性水平。2006-20160年，0、10 ℃的平均活動(dòng)積溫分別為4 919、4 529 ℃·d，比1961-2016年偏高281、325 ℃·d。

圖4 1961-2016年輪臺(tái)縣積溫變化趨勢

2.2.3 年平均氣溫變化特征 1961-2016年，輪臺(tái)縣平均氣溫為11.20 ℃，最高值為13.80 ℃（2007和2009年），最低值為9.70 ℃（1975年）。近56 a來，年平均氣溫呈上升趨勢，平均每10 a增加0.37 ℃（見圖5），線性增溫趨勢達(dá)到了0.001的信度水平。

2.2.4 最熱月氣溫變化特征 輪臺(tái)縣7月為最熱月，近56 a最熱月平均氣溫為25.60 ℃，最高為28.80 ℃（2015年），最低為22.70 ℃（1972年）。近56 a來，7月平均氣溫呈上升趨勢（見圖6），平均每10 a增加0.50 ℃，線性增溫趨勢達(dá)到了0.001的信度水平。

圖5 1961-2016年輪臺(tái)縣年平均氣溫變化趨勢

圖6 1961-2016年輪臺(tái)縣最熱月平均變化趨勢

2.2.5 年最高氣溫變化特征 近56 a，輪臺(tái)縣最高氣溫年平均值為38.60 ℃，最高值為41.40 ℃（2000年），最低值為36.80 ℃（1985年）。近56 a來，最高氣溫達(dá)40.00 ℃以上的年份有9年，其中2000年以后出現(xiàn)5次，說明年最高氣溫有上升趨勢（見圖7），平均每10 a增加0.20 ℃，線性增溫趨勢達(dá)到了0.05的信度水平。

圖7 1961-2016年輪臺(tái)縣最高氣溫變化趨勢

2.2.6 年最低氣溫變化特征 近45 a，輪臺(tái)縣最低氣溫年平均值為-18.60 ℃，最底值為-25.60 ℃（2012年），最高值為-13.20 ℃（2009年）。近45 a來，最低氣溫-20.00 ℃以下的年份有11年，其中2005年以后出現(xiàn)5次，20世紀(jì)80年代后期到90年代后期最低氣溫在平均值以上，其他年代偏低幅度較明顯，雖然線性回歸趨勢變化率平均每10 a增加0.50 ℃，線性增溫趨勢沒通過0.1的信度水平，說明年最低氣溫變化趨勢不穩(wěn)定（見圖8）。

圖8 1961-2016年輪臺(tái)縣最低氣溫變化趨勢

2.3 降水資源的變化 輪臺(tái)縣屬中溫帶干旱區(qū)，土地含鹽堿度較高，自然降水稀少，區(qū)域農(nóng)業(yè)屬于灌溉農(nóng)業(yè)。降水不僅影響熱量條件，尤其是春季作物播種、出苗期的降水容易引起作物堿害，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利影響。1961-2016年，輪臺(tái)縣年平均降水量只有64.7 mm，年最大降水量為126.2 mm（1981年），年最小降水量為16.7 mm（1967年）。對1961-2016年的降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，年降水量有明顯的上升趨勢，通過了0.02的信度檢驗(yàn)，降水量每10 a增加5.9 mm。

從季節(jié)變化來看，春季平均降水量為13.5 mm，占全年降水的21%，最小的年份為0.1 mm（1968年），最多的年份達(dá)到44.9 mm（2005年），50%以上的年份春季降水量在10.0 mm以上，對作物苗期生長較為有利；夏季平均降水量為36.1 mm，占全年降水的56%，最少的年份只有3.4 mm（2010年），最多的年份達(dá)到93.8 mm（1987年）；秋季降水量相比春季較少，秋季平均降水量為10.9 mm，占全年降水的16%，最多的年份達(dá)到42.5 mm（1981年），最少年份無降水，降水天氣較少有利于作物成熟收獲；冬季平均降水量為5.4 mm，占全年降水的8%，最多的年份達(dá)到20.1 mm（1977年）由于冬季降雪較少，積雪不穩(wěn)定，對種植冬小麥越冬不利，因此輪臺(tái)縣主要種植春小麥。

2.4 突變檢驗(yàn) 利用M-K突變檢驗(yàn)法對1961-2016年輪臺(tái)縣日照時(shí)間、無霜期、積溫、年平均氣溫、最熱月平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和年降水量進(jìn)行突變檢測。結(jié)果顯示，日照時(shí)間突變較明顯的年份為1992年（信度0.05），1994-2007年超過了0.001的信度檢驗(yàn)（ua=2.56，uf＞3，uf＞ua）（見圖9）。

圖9 1961-2016年輪臺(tái)縣日照時(shí)間突變分析曲線

無霜期突變開始的時(shí)間為20世紀(jì)90年代中后期，突變點(diǎn)為2000年（信度0.05），2003年以后無霜期明顯增加，增加趨勢超過了0.001信度的顯著性水平（ua=2.56，uf＞3，uf＞ua）（見圖10）。

圖10 1961-2016年輪臺(tái)縣無霜期突變分析曲線

0 ℃活動(dòng)積溫在1994年開始發(fā)生增多突變（見圖11a），突變較明顯的日期為1998年；10 ℃活動(dòng)積溫在1999年開始發(fā)生增多突變，突變較明顯的日期2000年（見圖11b）。0、10 ℃活動(dòng)積溫增多的趨勢超過了0.001信度的顯著性水平（u0.001=2.56，uf＞3，uf＞ua）。進(jìn)入21世紀(jì)以來，0、10 ℃活動(dòng)積溫的增加有利于農(nóng)作物的生長，為干物質(zhì)積累、產(chǎn)量形成提供了豐富的熱量資源。

圖11 1961-2016年輪臺(tái)縣0、10 ℃積溫突變分析曲線

年平均氣溫在20世紀(jì)90年代初期有一次增溫突變過程（見圖12），突變點(diǎn)為1991年（信度0.05），20世紀(jì)90年代中期到2016增暖趨勢大大超過了信度0.05臨界線（ua=1.96，uf＞ua），甚至信度0.001（ua=2.56，uf＞ua）。這表明輪臺(tái)縣年平均氣溫升溫趨勢比較明顯。

圖12 1961-2016年輪臺(tái)縣年平均氣溫突變分析曲線

7月平均氣溫在20世紀(jì)90年代后期有一次增溫突變過程（見圖13），突變點(diǎn)為1997年（信度0.05），20世紀(jì)90年代后期到2016增暖趨勢大大超過了信度0.05臨界線（ua=1.96，uf＞ua），甚至信度0.001（ua=2.56，uf＞ua），表明輪臺(tái)7月年平均氣溫升溫趨勢比較明顯。

圖13 1961-2016年輪臺(tái)縣最熱月平均氣溫突變分析曲線

最高氣溫有多次突變過程（見圖14），突變點(diǎn)為1973年（信度0.05）和1994年（信度0.05），20世紀(jì)90年代中后期到2016增暖趨勢接近信度0.05臨界線（ua=1.96，uf略大于ua），表明輪臺(tái)最高氣溫有升溫趨勢。

最低氣溫在20世紀(jì)80年代初期有一次最低氣溫突變過程（見圖15），突變點(diǎn)為1987年（信度0.05），1999-2011年最低氣溫偏高趨勢超過了信度0.05臨界線（ua=1.96，uf＞ ua），甚至信度 0.001（ua=2.56，uf＞ ua），表明這些年輪臺(tái)縣最低氣溫偏高趨勢比較明顯。2012-2016年，最低氣溫偏高趨勢沒有超過信度0.05臨界線（ua=1.96，ua＞uf），說明這些年最低氣溫呈偏低趨勢。

圖14 1961-2016年輪臺(tái)縣最高氣溫突變分析曲線

圖15 1961-2016年輪臺(tái)縣最低氣溫突變分析曲線

歷年降水量在20世紀(jì)70年代中期有一個(gè)突變開始年（見圖16），突變點(diǎn)為1994年，20世紀(jì)80年代開始突變最明顯，有增多趨勢。

圖16 1961-2016年輪臺(tái)縣年降水量突變分析曲線

3 結(jié)論

（1）年平均日照時(shí)間呈明顯減少的線性趨勢，平均每10 a減少35.7 h，日照時(shí)間的減少與降水和沙塵等天氣有密切關(guān)系，還需進(jìn)一步研究。

（2）輪臺(tái)縣無霜期有明顯增加的趨勢，每10 a增加5.5 d，無霜期突變開始的時(shí)間為20世紀(jì)90年代中后期，突變點(diǎn)為2000年，2003年以后無霜期明顯增加，使農(nóng)作物生長季延長，對提高作物產(chǎn)量和作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了有利的氣候條件。

（3）0、10 ℃的活動(dòng)積溫線性增加趨勢明顯，平均每10 a分別增加114、110 ℃·d，2006-2016年比1961-2016年偏高281、325 ℃·d。利用M-K突變檢驗(yàn)，0 ℃活動(dòng)積溫在1994年開始發(fā)生了增多突變，突變較明顯的日期1998年；10 ℃活動(dòng)積溫在1999年開始發(fā)生了增多突變，突變較明顯的日期2000年。活動(dòng)積溫的增加，有利于喜溫作物生長。

（4）年平均氣溫呈上升趨勢，平均每10 a增加0.37 ℃，檢測結(jié)果顯示，輪臺(tái)縣年平均氣溫在20世紀(jì)90年代初期有一次增溫突變過程，突變點(diǎn)為1991年。20世紀(jì)90年代中期到2016增暖趨勢比較明顯。最熱月平均氣溫呈上升趨勢，平均每10 a增加0.50 ℃，90年代后期到2016增溫趨勢比較明顯。年最高氣溫有上升趨勢，平均每10 a增加0.20 ℃，90年代中后期到2016增暖趨勢，但增溫幅度不大。最低氣溫20世紀(jì)80年代后期到90年代后期在平均值以上，其他年代偏低幅度較明顯，雖然線性回歸趨勢變化率平均每10 a增加0.50 ℃，線性增溫趨勢沒有通過0.1的信度水平，說明年最低氣溫變化趨勢不穩(wěn)定。

（5）輪臺(tái)縣自然降水稀少，年平均降水量只有64.7 mm，年最大降水量為126.2 mm（1981年），年最小降水量為16.7 mm（1967年）。對1961-2016年的降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，年降水量有明顯的上升趨勢，降水量每10 a增加5.9 mm。從季節(jié)變化來看，春季平均降水量占全年降水量的21%，對作物苗期生長較為有利；夏季平均降水量占全年降水量的56%，減少棉花等農(nóng)作物病蟲害發(fā)生的同時(shí)對農(nóng)作物補(bǔ)充水分；秋季降水量相比春季較少，有利于作物成熟收獲；冬季降雪較少，積雪不穩(wěn)定，對種植冬小麥越冬不利，因此輪臺(tái)縣主要種植春小麥和棉花。

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