李顏顏， 康國華， 張鵬巖， 何堅堅， 閆宇航

(河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南開封 475004)

氣候變化作為全球廣泛關(guān)注的問題之一，對全世界的生態(tài)環(huán)境、城市規(guī)劃和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等產(chǎn)生了巨大的影響。自工業(yè)革命以來，由人類活動排放的大量CO2所引起的溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣候出現(xiàn)了明顯的變暖趨勢[1-4]。根據(jù)最新的研究結(jié)果，1880—2012年，全球的平均地表氣溫升高了 0.85 ℃[5-6]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第5次評估報告指出，全球變暖和氣候異常比過去100年來更加嚴重[7]，在全球變暖的背景下，我國的氣候波動越來越大，平均地表溫度增加了1.1 ℃，高于全球的增溫速率[8]。全球氣候變化所引起的問題對人類社會生存、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴重威脅，尤其是對農(nóng)業(yè)的影響是最大和最直接的，從而對作物氣候生產(chǎn)力產(chǎn)生重要影響[9-10]。氣候生產(chǎn)力可以用來表達一個地區(qū)的氣候資源狀況，掌握其變化規(guī)律對于合理利用氣候資源有重要的現(xiàn)實意義，對保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有促進作用[11-12]。

河南省是我國的人口大省、農(nóng)業(yè)大省、經(jīng)濟大省，糧食產(chǎn)量占全國糧食總產(chǎn)量的1/10，氣候變化對河南省農(nóng)業(yè)安全的影響尤為重要。目前，國內(nèi)外學(xué)者對氣候生產(chǎn)力方面進行了大量研究[13-16]。國內(nèi)的一些學(xué)者對河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力狀況做了一些探討，如王曉喆等利用河南省7個站點的氣象資料和13個站點的氣候生產(chǎn)力資料對氣候生產(chǎn)力的時空變化特征進行了研究，并預(yù)測了未來12年的糧食產(chǎn)量[17]；孫衛(wèi)國等運用交叉小波分析方法對河南省的氣候變化進行了分析[18]；燕玉超等根據(jù)河南省1960—2013年21個氣象站點的氣象資料探討了氣候變化特征及其對旱澇的影響[19]。綜上所述，大多是對河南省氣候變化的時空特征進行研究，較少有涉及到研究氣候變化對氣候生產(chǎn)力的影響。因此，本研究以河南省為研究區(qū)，利用近54年的氣象數(shù)據(jù)資料，運用Thornthwaite Memorial模型、Mann-Kendall檢驗法、反距離加權(quán)插值(inverse distance weighted，簡稱IDW)法法等分析農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力時空變化特征，以期揭示氣候變化對農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力影響的時空規(guī)律，為河南省積極應(yīng)對氣候變化給農(nóng)業(yè)帶來的不利影響、提高作物氣候生產(chǎn)力和充分利用氣候資源提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

河南省地處我國中東部，黃河中下游地區(qū)，是我國重要的糧食生產(chǎn)基地。地理坐標為31°23′～36°22′N，110°21′～116°31′E，土地總面積為16.7萬km2，總?cè)丝诩s1.07億人。該省屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同期，光照充足，地形平坦，適宜農(nóng)作物的生長發(fā)育[20]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究選取河南省境內(nèi)時間序列較長和分布均勻的19個地區(qū)的(鄭州市、開封市、新鄉(xiāng)市、安陽市、三門峽市、信陽市、南陽市、駐馬店市、商丘市、許昌市、孟津縣、欒川縣、盧氏縣、西峽縣、寶豐縣、永城市、西華縣、桐柏縣、固始縣)氣象站1961—2014年逐月的氣溫和降水資料，氣象站點分布見圖1，數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http：//data.cma.cn/)。

2 研究方法

2.1 氣候生產(chǎn)力模型

氣候、品種、土壤、作物群體結(jié)構(gòu)和栽培技術(shù)等都會影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。當其他因素處于最適宜狀態(tài)時，因氣候因素所決定的在單位面積土地上可能獲得的最高生物學(xué)產(chǎn)量被稱為氣候生產(chǎn)力[21]。氣候生產(chǎn)力的計算方法有很多，但考慮到數(shù)據(jù)既要易于獲取，又能有效說明氣候變化的影響，并參照以往學(xué)者的研究[22-23]，選用Lieth等在1972年提出的Thornthwaite Memorial模型[24]。計算公式如下：

Pv=30 000[1-e-000 969 5(V-20)]；

(1)

V=1.05R/[1+(1.05R/L)2]1/2；

(2)

L=0.05T3+25T+300。

(3)

式中：Pv表示氣候生產(chǎn)力[kg/(hm2·年)]；V表示年平均蒸散量(mm)；R為年降水量(mm)；L為平均蒸發(fā)量(mm)；T為年平均氣溫(℃)。

2.2 氣候傾向率

氣候傾向率是指氣象要素的趨勢變化，本研究中的氣候傾向率主要是指氣溫和降水隨著時間的推移變化而得出的一種表示氣候變化的速率，用線性方程表示[25]：

yt=at+b(t=1，2，3，…，n)。

(4)

式中：yt表示要素值；t表示時間；a表示氣候傾向率；b為常數(shù)。其中，氣溫傾向率和降水傾向率的單位分別取 ℃/10年、mm/10年。

2.3 氣候變率

氣候變率與洪澇、干旱和寒暑等極端天氣事件的頻率及強度有著密切的關(guān)系，因此，本研究采用氣候變率(絕對變率和相對變率)來表示河南省內(nèi)氣候變化幅度的大小。其中，絕對變率的公式為

(5)

相對變率的公式為

(6)

2.4 反距離加權(quán)插值法

反距離加權(quán)插值法是一種常用而簡單的空間插值方法，它是根據(jù)地理第一定律來進行插值，即插值點越近(2個物體的距離越近，相似性越大)，樣本賦予的權(quán)重越大，此種方法不僅能直觀地看出插值結(jié)果，而且效率也很高、簡單易行，這種方法的插值結(jié)果處在數(shù)據(jù)的最大值和最小值之間，且已知點分布均勻的情況下插值效果好，但缺點是易受極值的影響。

2.5 突變檢測

本研究對氣溫和降水的時序分析采用的是一種非參數(shù)的統(tǒng)計檢驗方法，即Mann-Kendall檢驗法，被世界氣象組織推薦并廣泛應(yīng)用于氣溫、降水、徑流、水質(zhì)等領(lǐng)域[26]。Mann-Kendall檢驗法的優(yōu)點在于不受少數(shù)異常值的干擾，且不須要樣本遵從一定的分布。

假設(shè)n個獨立的、隨機分布的時間序列數(shù)據(jù)樣本(X1，X2，X3，…，Xn)，對于所有的i和j均小于或等于n，且i≠j，則構(gòu)造統(tǒng)計變量S：

(7)

式中：sign()為符號函數(shù)，

當n≥10時，S為正態(tài)分布，均值E(S)為0，方差Var(S)=n(n-1)(2n+5)/18。

Mann-Kendall統(tǒng)計量Z為

(8)

在趨勢檢驗中，給定置信水平α，如果|Z|≥Z1-α/2，則原假設(shè)是不能被接受的，即在α水平上，時間序列數(shù)據(jù)存在明顯的上升或下降趨勢。Z值為正，表示增加的趨勢；Z值為負，則表示減少趨勢。Z的絕對值≥1.28、1.64、2.32時，表明分別通過了信度90%、95%、99%置信水平的顯著性檢驗。

對于具有n個樣本量的時間序列x1，x2，…，xn，定義一個統(tǒng)計量Sk，表示第i個樣本xi>xj(1≤j≤i)的累計數(shù)，則

(9)

在時間序列隨機獨立的假定下，Sk的均值和方差分別為

E[Sk]=k(k-1)/4、Var[Sk]=k(k-1)(2k+5)/72，1≤k≤n。

(10)

將Sk標準化：

(11)

式中：UF1=0。給定顯著水平α，如果Uα<|UFk|，則表明序列存在明顯的變化趨勢。同樣，將以上方法應(yīng)用到逆序列，則逆序列UBk為

UBk=-UFk。

(12)

給定顯著性水平α=0.05或0.01，則臨界值U0.05=±1.96 或U0.01=±2.58；將所有的UF和UB組成一條曲線，并與臨界值繪制到一張圖上，如果UF或UB的值大于0，則表明序列是上升的，否則則是下降的；當超過臨界值時，表明上升或者下降趨勢顯著，如果兩者出現(xiàn)相交的情況，則對應(yīng)的交點的時刻即為突變開始的時間。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水的時空變化特征

3.1.1 降水的時間變化特征 降水的變化趨勢是研究氣象要素的重要指標之一。從圖2可以看出，河南省在1961—2014年的年總降水量的年際變化較大，在波動中減少，但降幅并不大，傾向率為-8.92 mm/10年。其中，最大年總降水量出現(xiàn)在1964年，為1 135.64 mm，最小年總降水量出現(xiàn)在1966年，為 492.89 mm，兩者年總降水量相差642.75 mm，由此可見，研究區(qū)豐水年和枯水年的年總降水量相差較大，且二者年份也很接近，表明在1964—1966年間，研究區(qū)的降水量波動很大，易出現(xiàn)洪災(zāi)和旱災(zāi)。由Mann-Kendall檢驗可知，河南省降水量在1961—2014年間并沒有通過顯著性檢驗，在2011—2012年之間發(fā)生了突變，突變前，年總降水量比平均降水量多7.96 mm，突變后，年總降水量比平均降水量少106.82 mm，可見，在突變前后，河南省的年總降水量經(jīng)歷了由多到少的突變，且突變后，年總降水量發(fā)生了較為明顯的減少。由于時間序列較長，降水在不同時段會有不同的變化，因此將河南省1961—2014年54年時間，共劃分為1961—1970年、1971—1980年、1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年、2011—2014年等6個時段，根據(jù)氣候變率公式，計算出各個時段平均降水量的絕對變率和相對變率。由表1可知，除2011—2014年間外河南省平均降水量在這6個階段的平均降水量變化并不明顯，但是氣候變率變化較大，尤其是絕對變率變化幅度較為明顯。2011—2014年間，平均降水量為 671.22 mm，比54年間平均降水量少99.51 mm，這一時期干旱災(zāi)害發(fā)生頻率較大。對于氣候變率來說，1961—1970年間降水絕對變率和相對變率均最大，分別為131.15 mm、0.166，說明這一時期降水量不穩(wěn)定，使得旱澇災(zāi)害的頻率增大，會造成農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力產(chǎn)生不穩(wěn)定的變化。進入21世紀后，河南省降水量減少速度較快，這一時期干旱災(zāi)害時常發(fā)生。而這一時期的降水變率波動并不是很大，說明21世紀以來，河南省存在較為穩(wěn)定的降水趨勢，但是年總降水量呈現(xiàn)減少趨勢。

3.1.2 降水的空間變化特征 通過運用ArcGIS 10.1的插值工具中的IDW法，得出河南省1961—2014年近54年的年均降水量和降水傾向率分布。從圖3-a可以看出，河南省降水大致與緯線平行，緯度越高，降水越少，總體上呈南多北少的空間分布特征，年均降水量的地區(qū)差異還是比較明顯的。降水較多的地區(qū)主要集中在河南省南部地區(qū)，如駐馬店、信陽、南陽的桐柏等地區(qū)，年均降水量均在900 mm以上，其中桐柏是河南省年均降水量最高的地區(qū)，年均降水量達 1 135.48 mm。另外，河南省東部永城、西部欒川和西峽等地區(qū)降水也較多，均在800 mm以上。隨著緯度的升高，河南北部地區(qū)降水較少，如安陽、新鄉(xiāng)等地的年均降水量在600 mm以下，河南省降水最少的地區(qū)是西部的三門峽，年均降水量為 548.30 mm。河南省南部多山區(qū)，由于海拔較高，阻擋了夏季風對北部的進一步影響，因此會造成河南省降水南多北少的現(xiàn)象，也表明了降水和緯度有著密切關(guān)系，尤其是1975年8月在河南省中南部更是形成了歷史上罕見的特大暴雨。

表11961—2011年河南省不同時段平均降水量及其變率

從圖3-b可以看出，不同站點所處的地理位置、下墊面和環(huán)境不同，各站的年均降水量存在著較為明顯的差異，這也就引起了各站點的降水傾向率也存在著較大差異，變化范圍在-26.33～13.61 mm/10年之間。從總體上看，河南省大部分地區(qū)的降水傾向率是負值，即大部分地區(qū)的降水是逐漸減少的。河南省西部的盧氏和南陽地區(qū)，降水量減少的幅度不大，尤其是盧氏地區(qū)，其降水傾向率為-0.355 mm/10年，而永城、桐柏和新鄉(xiāng)等地區(qū)的降水幅度減少較大，但是河南省東部的商丘和西華地區(qū)的降水是逐漸增加的，其降水傾向率分別為12.78、13.61 mm/10年。

3.2 氣溫的時空變化特征

3.2.1 氣溫的時間趨勢變化分析 通過對河南省1961—2014年間氣溫長期變化趨勢分析，由圖4可知，河南省近54年氣溫整體上呈現(xiàn)波動上升的趨勢，上升速率為 0.157 ℃/10年，與趙路偉等的研究結(jié)果[27]相似，不僅低于華北地區(qū)的氣溫傾向率(0.216 ℃/10年)，更低于全國的氣溫傾向率(0.22 ℃/10年)[28-29]。1961—2014年間，河南省的平均氣溫為14.515 ℃，氣溫最大值出現(xiàn)在1961年，為15.666 ℃，最小值出現(xiàn)在1985年，為13.055 ℃，兩者相差 2.611 ℃。在1961—1985年間，河南省的氣溫傾向率為 0.295 ℃，說明在這一時期河南省降溫較為明顯。根據(jù) Mann-Kendall 檢驗可知，河南省氣溫在1961—2014年間通過了99%顯著性檢驗，并在2000—2001年相交，說明在2000年附近河南省氣溫發(fā)生了突變，突變前河南省氣溫較低，即1961—1999年為相對低溫期，平均氣溫為14.344 ℃，比54年平均氣溫低了 0.171 ℃，突變后河南省氣溫升高，即2000—2014年為相對高溫期，平均氣溫為14.959 ℃，比54年平均氣溫高了 0.444 ℃。說明在2000年前后，河南省的氣溫經(jīng)歷了由低到高的突變。

由于時間序列較長，將河南省1961—2014年54年間每10年為1個時段，來分析每個時段的氣候變率。從表2可以看出，20世紀90年代，河南省氣溫出現(xiàn)較快升溫，尤其是進入21世紀后，升溫速率更加明顯，平均氣溫為各時段最高，達到了15.098 ℃，比54年平均氣溫高了0.583 ℃，這與人口的增加、城市化迅速發(fā)展有很大關(guān)系。氣候變率對于氣候變化有著重要影響，河南省在54年間各個時段的氣溫變率有著不同的變化，1991—2000年，氣溫的絕對變率和相對變率均最大，而其他時段的氣溫變率均小于54年時段的氣溫變率，說明1991—2000年這一時期氣溫變化較大，異常天氣出現(xiàn)的頻率較高，對農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力產(chǎn)生的影響也較大。

3.2.2 氣溫的空間變化特征分析 根據(jù)各站點多年平均逐月逐日氣溫數(shù)據(jù)，得出河南省平均氣溫和氣溫傾向率的空間分布情況。從圖5-a可以看出，平均氣溫總體上呈現(xiàn)南高北低、東高西低的分布特征。平均氣溫較高的地區(qū)主要集中在緯度較低的南部山區(qū)，如固始、信陽、桐柏、西峽、駐馬店等地區(qū)，平均氣溫均在15 ℃以上，其中固始地區(qū)平均氣溫最高，達15.61 ℃。而最低平均氣溫出現(xiàn)在河南省的西部地區(qū)，如盧氏和欒川地區(qū)，平均氣溫低于13 ℃，欒川地區(qū)的平均氣溫最低，為12.3 ℃。河南省各站點的平均氣溫受緯度和地形的影響較大，南高北低的空間特征主要是受緯度因素的影響，緯度越低，輻射就越多，反之，則越少，因此南部氣溫偏高；而東高西低的氣溫分異主要是受地形影響，東部為平原地區(qū)，西部多山地，山地海拔高，空氣密度相對較小，大氣的保溫效應(yīng)較差，因此，河南省西部山地氣溫要低于東部平原地區(qū)。

表21961—2014年河南省不同時段平均氣溫及其變率

從圖5-b可以看出，河南省的氣溫傾向率均為正值，說明各站氣溫均呈上升的趨勢，但是各站點在增溫速率上有地區(qū)差異，主要表現(xiàn)為西部增速小于東部、沿黃河地區(qū)增溫快的空間分布特征，氣溫傾向率主要在0.019～0.294 ℃/10年之間變化。氣溫傾向率較高的地區(qū)主要有鄭州、開封、新鄉(xiāng)、永城、駐馬店等地區(qū)，氣溫傾向率大于0.200 ℃/10年，其中氣溫傾向率最大的是鄭州，達0.294 ℃/10年，而氣溫傾向率較低的地區(qū)為許昌和盧氏等地區(qū)，傾向率均低于0.030 ℃/10年，傾向率最低的是許昌，為0.019 ℃/10年。

3.3 農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的時空變化特征

3.3.1 農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力時間變化趨勢分析 根據(jù)氣候生產(chǎn)力模型，計算出河南省1961—2014年間的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力。從圖6可以看出，河南省54年間農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力總體上呈微弱距平是指某一個數(shù)值與平均值的差，分正距平和負距平。農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力距平可以體現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力在某一時段的生產(chǎn)力變化情況。從圖7可以看出，河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力距平變化是比較明顯的，正距平年份比負距平年份多，正距平年份占57.40%，出現(xiàn)正距平的年份，降水量也較多，正距平最大值的年份是1964年，距平為1 570.87 kg/(hm2·年)，而這一年份的降水量也是近54年來最多的年份，這在一定程度上也說明了農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力受降水的影響很大。

上升趨勢，上升速率為0.228 4 kg/(hm2·年)。農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力大于13 000 kg/(hm2·年)的年份有13個，其中最高的年份是1964年，其農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力為13 902.42 kg/(hm2·年)；農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力小于11 000 kg/(hm2·年)的年份有1966年、1986年、1997年和2001年，其中最小的年份是1966年，其農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力值為10 029.88 kg/(hm2·年)。

依據(jù)每10年為1個階段的時間分段，分析河南省不同時段的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力和變率。由表3可知，年平均農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力最低的時間段是2011—2014年，為11 855.77 kg/(hm2·年)，是因為這一時間段河南省的降水較少。農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力最高的時段是2001—2010年，為12 626.72 kg/(hm2·年)，這一時期的降水量是最大值，氣溫也較高，降水和氣溫這2個要素共同影響了農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力，同時，也進一步說明了降水對農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的影響比氣溫大。

對變率而言，農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力相對變率出現(xiàn)最大值和最小值的時段分別是1991—2000年、1971—1980年與2001—2010年，相對變率小說明農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力波動小，反之波動就大。這3個時段的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的波動與降水、氣溫的波動有著密切聯(lián)系。

表3河南省1961—2014年不同時段農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力及其變率

3.3.2 農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力空間變化特征分析 從圖8-a可以看出，河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的空間變化總體上呈由南向北遞減的特征，各站點的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力存在較大的差異。河南省南部的信陽、桐柏、固始等地的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力較大，均在14 000 kg/(hm2·年)以上，其中信陽地區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力最大，為14 421.47 kg/(hm2·年)；河南省西部的三門峽、盧氏及北部的安陽、新鄉(xiāng)等地的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力較低，均在11 000 kg/(hm2·年)以下，其中西部的三門峽農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力最低，為10 527.80 kg/(hm2·年)。

從圖8-b可以看出，河南省氣候傾向率在不同站點的差異較大，總體上呈由東向西遞減的特征，傾向率在-140.70～193.02 kg/(hm2·10年)之間變化，大部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力是下降的，只有42.11%的地區(qū)是呈上升的趨勢。豫東和豫南地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力上升速率較快，如商丘、西華、南陽等地區(qū)，其中商丘地區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力上升速率最快，為193.02 kg/(hm2·10年)，這與商丘的降水量增加較快有關(guān)；豫西和豫北地區(qū)的傾向率大多是負值，如孟津、新鄉(xiāng)、三門峽等地，這些地區(qū)的年降水量減少影響了農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的減少。

從圖8還可以看出，河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力和傾向率的空間分布特征與圖3所示的降水量和傾向率的空間分布特征大致一樣，說明農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力受降水量的影響很大。另外，一些地區(qū)降水傾向率為負值，農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力傾向率卻為正值，如鄭州、開封、駐馬店、南陽等地區(qū)，這主要是氣溫的升高引起了這些現(xiàn)象的發(fā)生。由此可以推斷出降水量和氣溫對農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的影響是雙重的，因此，氣溫對農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的影響也要加以重視。

3.4 農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力對降水和氣溫的敏感性分析

本研究利用SPSS軟件的相關(guān)分析功能，對農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力與降水量和氣溫的關(guān)系進行了相關(guān)分析和偏相關(guān)分析。從表4可以看出，河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力與降水量之間的相關(guān)性值P<0.01，即通過了顯著性檢驗，但是與氣溫的相關(guān)性不顯著，甚至相關(guān)系數(shù)小于0，說明河南省近54年來氣溫不僅沒有提高農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力，反而降低了農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力。由此可以看出，河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力是隨著降水量的增減而變動，降水量是農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的主導(dǎo)因素。主要是由于河南省處于中溫帶和暖溫帶，溫度適中，因而氣溫并沒有成為農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的限制性因素。但是，通過上面的降水傾向率、氣溫傾向率和農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力傾向率分析發(fā)現(xiàn)，一些地區(qū)降水傾向率為負值時，農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力傾向率是正值，這是由于氣溫傾向率是正值，說明氣溫的作用也不容忽視。在偏相關(guān)分析中，農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力與降水量和氣溫均通過了0.01水平的顯著性檢驗；在氣溫因素固定下，農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力和降水量的偏相關(guān)系數(shù)達到了0.972，在降水因素固定下，農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)為0.635。由此可見，降水量和氣溫這2個氣候因子都對農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力產(chǎn)生了影響。

表4河南省1961—2014年農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力

注：**表示通過了置信度99%的顯著性檢驗(P<0.01)。

綜上所述，農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力受降水量和氣溫的雙重作用，雖然降水量或氣溫的變化規(guī)律在一定程度上能反映出其變化情況，但并不能很好地對應(yīng)。氣溫的升高雖然有利于提高河南省的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力，但是也只有在降水充足、供水適宜的情況下，才能大幅度提高農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力。事實上，干旱是河南省比較常見的氣象災(zāi)害，且持續(xù)時間長、波及面積大[30]，對于河南省的北部和西部地區(qū)，降水量比較少，且降水減少速率又較大，應(yīng)該加強水利的修建，通過人為因素來保證農(nóng)業(yè)灌溉用水，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。盡管氣溫的升高在一定程度上能提高農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力，但是也會加劇水分蒸發(fā)，使得那些降水量少而氣溫又較高的地區(qū)用水更加緊張，如果這種情況長期得不到改善，有可能會改變種植農(nóng)作物的種類。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

通過對河南省1961—2014年的降水量、氣溫和農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力等進行時空特征分析，得到以下結(jié)論：

(1)河南省1961—2014年的降水量年際變化較大，呈波動減少態(tài)勢，減少幅度為8.92 mm/10年。在2011年附近發(fā)生了突變，在突變前后，河南省降水量經(jīng)歷了由多到少的突變。河南省降水量大致與緯線平行，即緯度越高，降水量越小，總體上呈南多北少的空間分布特征，年降水量的地區(qū)差異比較明顯。降水較多的地區(qū)主要集中在河南省南部地區(qū)，而降水最少的地區(qū)是在西部。從總體上看，河南省大部分地區(qū)的降水傾向率是負值，即大多地區(qū)降水是在逐漸減少的，尤其是豫東、豫南和豫北地區(qū)。

(2)河南省1961—2014年間氣溫整體上呈現(xiàn)波動上升的趨勢，上升速率為0.157 ℃/10年，并在2000年附近發(fā)生了由低到高的突變。空間上，氣溫總體上呈現(xiàn)南高北低、東高西低的分布特征。氣溫較高的地區(qū)主要集中在緯度較低的南部山區(qū)，氣溫較低的地區(qū)主要在西部。河南省各地區(qū)的氣溫傾向率均為正值，呈現(xiàn)西部增速小于東部、沿黃河地區(qū)增溫快的特征，氣溫傾向率較高的地區(qū)主要有鄭州、開封等地，氣溫傾向率較低的地區(qū)主要在許昌、盧氏等地區(qū)。

(3)河南省1961—2014年農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力總體上呈微弱上升趨勢，上升速率為0.228 4 kg/(hm2·年)。年際波動大，農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力距平變化明顯，正距平年份比負距平年份多，正距平年份占57.40%，出現(xiàn)正距平的年份，降水量也較大。河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的空間變化總體上呈由南向北遞減的特征，各站點的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力存在較大的差異，河南省南部農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力較大，西部的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力較小。河南氣候傾向率在不同站點的差異比較大，大部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力是下降的，豫東和豫南地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力上升速率較快，豫西和豫北地區(qū)的傾向率大多為負值。

(4)河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力與降水相關(guān)性顯著，但與氣溫的相關(guān)性不顯著。降水量是影響農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的主導(dǎo)因素，但是不能忽略氣溫的作用。在水分適宜的情況下，氣溫升高對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是有利的，也將會提高農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力。

4.2 討論

(1)河南省農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力呈逐年上升的趨勢，有利于農(nóng)業(yè)的發(fā)展，但是降水量作為影響氣候生產(chǎn)的主要因素，卻是逐漸減小，這勢必會影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此，要更加注重人為的作用，如興修水利、發(fā)展灌溉技術(shù)、集約節(jié)約利用河水和地下水資源等來保障農(nóng)業(yè)用水。

(2)本研究對河南省氣候資源的研究主要是從影響農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)力的2個氣候因子(氣溫和降水量)來探討的，僅從時間和空間上進行了分析，得出了一些現(xiàn)實結(jié)論。但是對于降水量為什么會減小以及氣溫為什么會持續(xù)上升的原因沒有進一步深入分析，這也是未來工作的一個重要內(nèi)容。

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