張翠英,樊獻(xiàn)政

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菏澤市氣候變化及主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律的研究

張翠英1,樊獻(xiàn)政2

1.山東省菏澤市氣象局, 山東 菏澤 274000 2. 山東建筑大學(xué), 山東 濟(jì)南 250101

利用菏澤市1964~2014年溫度、降水、光照、相對(duì)濕度和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)分析氣候變化及農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)情出現(xiàn)的概率。結(jié)果表明：菏澤市冬季氣溫升高比較明顯，年降水量、秋季降水呈增多趨勢(shì)，春、夏初降水呈減少趨勢(shì)；相對(duì)濕度呈升高趨勢(shì)；日照時(shí)間呈減少趨勢(shì)。氣候變化使近20年主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害變化總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，但10月份干旱發(fā)生次數(shù)較1990年以前有所增加，70%的年份出現(xiàn)干旱，嚴(yán)重影響秋播及冬小麥冬前生長(zhǎng)；秋季連陰雨出現(xiàn)機(jī)率較1990年以前大，使秋作物貪青晚熟，從而影響冬小麥播種；近20年無(wú)霜期延長(zhǎng)，終霜日提前及初霜日推遲，對(duì)菏澤市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利；干熱風(fēng)、大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)減少，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)威脅減輕。

菏澤市; 氣候變化; 農(nóng)業(yè)氣象; 災(zāi)害

氣候變化會(huì)引起氣候資源和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的變化。有關(guān)研究表明，在過(guò)去100多年中全球氣溫約上升0.3~0.6 ℃[1]；中國(guó)20世紀(jì)80年代的平均氣溫比前30年平均高0.21 ℃[2-9]。研究證實(shí)近百年來(lái)由于自然和人類活動(dòng)的共同影響造成全球氣候正經(jīng)歷著一次以變暖為主要特征的顯著變化[10]。在全球氣候變暖的大趨勢(shì)下，近二十年來(lái)魯西南的氣候變化也是顯著的[11]，從菏澤市近幾年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象也可以看出，氣候變化對(duì)本地的農(nóng)業(yè)影響比較明顯[12-15]。隨著氣候的變化，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害也隨之發(fā)生變化[16-21]，本文從魯西南近50年來(lái)的氣象資料分析最新的氣候變化趨勢(shì)及主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害變化的特征，對(duì)應(yīng)當(dāng)前多變的氣象災(zāi)害、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、做好防災(zāi)減災(zāi)、災(zāi)害天氣對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失降到最低及為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要意義。

1 材料與方法

菏澤地處山東省西南部，選擇菏澤市9個(gè)縣（區(qū)）氣象站1964~2014年平均氣象資料，根據(jù)菏澤市災(zāi)害性天氣氣候和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)，分析菏澤市氣候變化特征及農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)情出現(xiàn)的概率。

2 主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害及其標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)“菏澤市災(zāi)害性天氣氣候”確定計(jì)算旱澇指標(biāo)的近似值公式[22]。

式中O為旬旱澇指標(biāo)近似值，為常年旬平均降水量，為常年旬平均蒸發(fā)量。

為防止各旬之間出現(xiàn)突然偏多或偏少的現(xiàn)象，將本旬與前后旬的標(biāo)準(zhǔn)近似值相加求平均為該旬的標(biāo)準(zhǔn)值1。

式中為旬降水量，1為旬的標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，＜100%為旱，＞250%為澇，其余正常。

低溫連陰雨：春、秋季連續(xù)陰雨≥5 d，總雨量≥20 mm稱為春、秋季連陰雨型；日平均氣溫連續(xù)2 d＜10 ℃稱為春季低溫型。

干熱風(fēng)：按中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)干熱風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)[23]確定出現(xiàn)在5月中旬到6月上旬輕、重干熱風(fēng)等級(jí)。

大風(fēng)；全年瞬時(shí)風(fēng)速大于等于17.0 m/s次數(shù)。

冰雹：4~9月菏澤市冰雹發(fā)生的次數(shù)。

霜凍：在植株生長(zhǎng)季節(jié)里，夜間土壤和植株表面的溫度下降到0 ℃以下使植株體內(nèi)水分形成冰晶，造成作物受害的短時(shí)間低溫凍害[24]。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣候變化特征

對(duì)菏澤市氣溫、降水量、相對(duì)濕度及日照時(shí)數(shù)等進(jìn)行分析，分時(shí)段統(tǒng)計(jì)1964~2014年氣候要素（表1）。

表 1 菏澤市1964~2014年氣候要素變化

由表1可見(jiàn)，年極端最低氣溫六十年代為零下13.0 ℃，近年已上升到零下10.2 ℃，年日較差由六十年代的10.9 ℃逐漸減少到近年的9.5 ℃，降水量、雨日及相對(duì)濕度均呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，但日照時(shí)數(shù)相對(duì)有所減少。

3.1.1 氣溫資料統(tǒng)計(jì)分析，菏澤市1964~1990年平均氣溫為13.7 ℃，而近年來(lái)的平均氣溫為14.4 ℃，平均氣溫比1990年以前升高了0.7 ℃，各月平均氣溫均比1964~1990年有不同程度的升高，其中冬季增溫較多，升溫最明顯的時(shí)段是2、3月份，月平均氣溫分別比1990年以前升高2.4 ℃和1.5 ℃。1964~1990年間菏澤市極端最低氣溫零下16.5 ℃、極端最高氣溫42.0 ℃，而近年來(lái)極端最低氣溫為零下１4.9 ℃，極端最高氣溫為41.1 ℃（表2）。

表 2 菏澤市1964~1990年和1991~2014年月平均氣溫（℃）

圖 1 菏澤市1964~2014年平均氣溫變化趨勢(shì)

圖1可見(jiàn)，菏澤市近50年來(lái)的平均氣溫呈不斷上升趨勢(shì)，平均每10年約增0.2 ℃。將1964~2014年平均氣溫與年份進(jìn)行模擬，多項(xiàng)式回歸模擬效果最好，回歸方程為：=0.00072－2.8453+2813.1，氣溫與年份間的相關(guān)系數(shù)為0.5066***，達(dá)極顯著性檢驗(yàn)。

3.1.2 降水菏澤市1964~1990年平均年降水量為617.5 mm，而1991~2014年平均年降水量為641.5 mm，呈明顯的增加趨勢(shì)。特別是2003年、2004年、2005年累計(jì)降水量達(dá)1004.9 mm、841.2 mm、834.6 mm，降水量的增多，年雨日天數(shù)也相對(duì)增加。

圖 2 菏澤市1964~2014年年降水量變化趨勢(shì)

由圖2可見(jiàn)，菏澤市近50年的年降水量呈明顯增加趨勢(shì)，其中年增率為1.73，平均每10年約增17.3 mm。1964~2014年年降水量與年份間的多項(xiàng)式回歸方程為：=0.25572－12.255+733.61。降水仍然是主要集中在夏季，但集中程度已不如1990年以前。

3.1.3 日照時(shí)數(shù)菏澤市1964~1990年平均日照時(shí)數(shù)為2465.7 h，1991~2014年平均日照時(shí)數(shù)為2253.9 h，減少211.8 h。月累計(jì)日照時(shí)數(shù)除4月份增加4.4 h以外，其余月均比1990年以前有不同程度減少，減少的幅度1~2月、10月及春季較小，12月、夏季和秋季（10月除外）較大，均在10%以上。

圖 3 菏澤市1964~2014年年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)

由圖3可見(jiàn)，菏澤市近50年的年日照時(shí)數(shù)與時(shí)間序列呈明顯的負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為-0.6135，達(dá)到了極顯著檢驗(yàn)，說(shuō)明隨著時(shí)間推移，年累積日照時(shí)數(shù)逐漸減少。

3.1.4 相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)顯示，菏澤市1964~1990年平均年相對(duì)濕度為69%，1991~2014年的年平均相對(duì)濕度為70%，增加了1%。分析兩時(shí)段月增濕除1~3月相對(duì)濕度減少1~2%，其余各月均不同程度增加，其中5、6月增濕達(dá)4%。

圖 4 菏澤市1964~2014年年相對(duì)濕度變化趨勢(shì)

由圖4可見(jiàn)，1964~2014年平均相對(duì)濕度與年的多項(xiàng)式回歸方程為：=-0.00542+0.3104+66.436，平均每年相對(duì)濕度增加了0.5%。

3.2 主要?dú)庀鬄?zāi)害分析

氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響主要反映在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害方面。根據(jù)“菏澤市災(zāi)害性天氣氣候”分析1964~2014年菏澤市旱澇、低溫連陰雨、干熱風(fēng)、大風(fēng)、冰雹及霜凍等主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生機(jī)率及危害。

3.2.1 旱澇干旱是菏澤市發(fā)生頻繁、范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)危害最重的氣象災(zāi)害之一，平均每年受災(zāi)面積占總耕地面積的28%，澇災(zāi)的發(fā)生也給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)很大的威脅。由“主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害及其標(biāo)準(zhǔn)”確定菏澤市1964~2014年各季旱澇災(zāi)害出現(xiàn)次數(shù)(見(jiàn)表3)。

表 3 菏澤市1964~1990、1991~2014年各季旱澇出現(xiàn)次數(shù)(單位：次)

3.2.2 干旱由于入冬后，越冬作物土壤凍結(jié)，停止生長(zhǎng)，干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本無(wú)害，本文只討論菏澤市的春、夏、秋季，春播（4月）、秋播期（10月）旱情。

由表3可見(jiàn)，由于菏澤市近20年降水量呈明顯增加趨勢(shì)，旱災(zāi)發(fā)生的機(jī)率明顯減小。但由于降水全年分布不均，4月份、春、夏季干旱發(fā)生次數(shù)較1990年以前偏少，秋季持平，但10月份干旱發(fā)生次數(shù)較1990年以前有所增加，秋播期間70%的年份出現(xiàn)干旱，嚴(yán)重影響秋播及冬小麥冬前生長(zhǎng)。

干旱的頻繁發(fā)生嚴(yán)重影響了菏澤市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使灌溉量和灌溉次數(shù)增加，從而增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本投入，同時(shí)也造成水源短缺。

3.2.3 澇災(zāi)菏澤市澇災(zāi)主要發(fā)生在夏、秋季，資料顯示1990年以前較為頻繁(見(jiàn)表3)，較重的澇災(zāi)平均2年一遇，近年來(lái)范圍較大的澇災(zāi)僅有2003年、2004年，平均10年一遇。由于近年降水量的增加，春、夏季發(fā)生澇災(zāi)的機(jī)率增多，嚴(yán)重影響菏澤市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。如2003年夏季降水較常年偏多，秋季降水量多達(dá)296.1 mm，出現(xiàn)較重的秋澇災(zāi)害，不僅使夏播作物成熟期推遲，還影響作物產(chǎn)量、秋收和秋播進(jìn)度，菏澤市2003年晚茬麥較多，有的地塊秋季甚至無(wú)法播種，直接影響到冬小麥產(chǎn)量。

3.2.4 干熱風(fēng)干熱風(fēng)是冬小麥生育后期的一種高溫、低濕的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。菏澤市干熱風(fēng)主要出現(xiàn)在5月中旬到6月上旬，危害冬小麥灌漿成熟，小麥?zhǔn)芨蔁犸L(fēng)影響一般年份減產(chǎn)5~10%，嚴(yán)重年份減產(chǎn)20%以上[25]。根據(jù)氣象行業(yè)干熱風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)[23]確定輕、重干熱風(fēng)等級(jí)。

表 4 干熱風(fēng)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及在菏澤市出現(xiàn)的天數(shù)

表4可見(jiàn)，1990年以前平均出現(xiàn)干熱風(fēng)4.37 d/a，近20年來(lái)由于5月降水量較以前有所增加、風(fēng)速的減小、高溫日數(shù)減少，出現(xiàn)干熱風(fēng)的幾率明顯減輕，平均干熱風(fēng)日數(shù)減少到出現(xiàn)1.24 d/a，重干熱風(fēng)發(fā)生較少，干熱風(fēng)危害程度較輕。干熱風(fēng)出現(xiàn)天數(shù)逐年減少，有利于冬小麥增產(chǎn)。

3.2.5 大風(fēng)大風(fēng)是菏澤市災(zāi)害性天氣之一，使植株倒伏折斷，土壤風(fēng)蝕，墑情銳減，籽粒脫落，農(nóng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備受損。菏澤市1990年以前大風(fēng)（≥17.0 m·s-1）出現(xiàn)日數(shù)較多,平均每年出現(xiàn)16.1 d，最多年份達(dá)48 d(1969年)，其中春季出現(xiàn)大風(fēng)的次數(shù)最多，占全年的45%，嚴(yán)重危害冬小麥及春播幼苗生長(zhǎng)。統(tǒng)計(jì)分析近20年來(lái)，大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)較以前明顯下降，但大風(fēng)出現(xiàn)仍對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生威脅。

表 5 菏澤市1964~1990年和1991~2014年各月大風(fēng)次數(shù)

3.2.6 低溫連陰雨低溫連陰雨是菏澤市溫暖季節(jié)出現(xiàn)的主要災(zāi)害性天氣之一，它常導(dǎo)致棉花爛種，落蕾爛桃，影響玉米灌漿和大豆鼓粒，促使某些病繁殖蔓延。低溫連陰雨對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響與它發(fā)生的季節(jié)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短、強(qiáng)度等有密切關(guān)系，菏澤市常見(jiàn)的主要類型低溫連陰雨有春播期低溫連陰雨、秋季連陰雨。

表 6 菏澤市1964~1990年、1991~2014年低溫連陰雨及冰雹出現(xiàn)次數(shù)

（1）春播期低溫連陰雨菏澤市春播期一般在4月，如4月遇低溫連陰雨會(huì)影響春播作物的正常發(fā)芽和出苗，尤其棉花易造成爛種。春播期低溫連陰雨又分為連陰雨型和低溫型兩種類型，其指標(biāo)見(jiàn)上述主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害及其標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，1964~1990年春季菏澤市連陰雨型和低溫型分別出現(xiàn)5次、26次，而近二十年只出現(xiàn)2次、16次。雖然春播期低溫連陰雨逐漸減少，但由于它主要影響春播，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍造成一定的影響。

（2）秋季連陰雨如果秋作物的灌漿成熟期和棉花吐絮期遇連陰雨天氣，會(huì)造成灌漿不足，貪青晚熟，甚至籽粒空癟，從而降低棉花品級(jí)，嚴(yán)重影響秋作物的產(chǎn)量。9~10月是菏澤市秋作物灌漿成熟期，此期遇連陰雨對(duì)產(chǎn)量影響較大。統(tǒng)計(jì)表明，1964~1990年出現(xiàn)18次，而近二十年出現(xiàn)17次，連陰雨出現(xiàn)機(jī)率較1990年以前大。玉米從開(kāi)花到成熟時(shí)間越長(zhǎng)，這個(gè)時(shí)期的積溫值越高，其產(chǎn)量就越高[26]。但如果長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)陰雨天氣，會(huì)導(dǎo)致玉米、棉花等秋作物貪青晚熟而使作物減產(chǎn)。如2003年、2011年，秋季連陰雨使玉米等作物貪青晚熟，產(chǎn)量降低，冬小麥播種延遲了半個(gè)月。

3.2.7 霜凍霜凍是指在一年溫暖時(shí)期里，土壤表面和植物表面的溫度下降到足以引起植物遭受傷害或者死亡的短時(shí)間低溫凍害[27]。由于大部分農(nóng)作物在地面溫度降到0 ℃以下時(shí)會(huì)遭到不同程度的危害，通常以地面最低溫度降到0 ℃做為霜凍指標(biāo)。春季最后一次晚霜出現(xiàn)的日期為終霜，秋末初冬第一次霜出現(xiàn)的日期為初霜[24]。統(tǒng)計(jì)分析，1964~1990年初霜期最早出現(xiàn)在10月8日，最晚出現(xiàn)在11月9日，平均初霜期為10月25日，而1990~2014年初霜期最早出現(xiàn)在10月19日，最晚出現(xiàn)在11月14日，平均初霜期為11月1日，比1990年以前出現(xiàn)晚7 d。1964~1990年終霜期最早出現(xiàn)在2月19日，最晚出現(xiàn)在5月4日，平均終霜期為3月30日，而1990~2014年終霜期最早出現(xiàn)在2月4日，最晚出現(xiàn)在4月26日，平均終霜期為3月23日，比1990年以前出現(xiàn)早7 d。菏澤市4月正值冬小麥拔節(jié)、孕穗期及早播春作物幼苗期，此時(shí)出現(xiàn)霜凍作物易受凍害，嚴(yán)重影響了作物產(chǎn)量。如2001年3月29日菏澤市出現(xiàn)霜凍，此時(shí)冬小麥正處于拔節(jié)期，62%的小麥?zhǔn)艿剿獌龅奈：?，出現(xiàn)莖桿軟化、呈水浸狀，另外部分果樹(shù)、蔬菜也受到不同程度的危害。菏澤市全年平均無(wú)霜期1990~2014年比1990年以前多6.5 d。由于菏澤市近20多年無(wú)霜期的延長(zhǎng)，終霜日的提前和初霜日的推遲，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利。

3.2.8 冰雹菏澤市平均每年因冰雹（包括同時(shí)出現(xiàn)的暴雨、大風(fēng)等）受災(zāi)面積42476 hm2,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.5×108元[28]。冰雹的產(chǎn)生是由于積雨云發(fā)展比較強(qiáng)烈，范圍多數(shù)不到20 km，但是移動(dòng)速度可達(dá)50 km/h[29]，冰雹易受地形的影響。氣象記錄發(fā)現(xiàn)即使在平原地區(qū)較小的縣級(jí)范圍內(nèi)，冰雹的分布也不一定均勻。4~9月是菏澤市冰雹易發(fā)生的時(shí)段，6~7月出現(xiàn)較多，危害嚴(yán)重，冰雹主要危害農(nóng)作物和林木，嚴(yán)重時(shí)危害人和畜。菏澤市1964~1990年共發(fā)生冰雹37次(見(jiàn)表6)，平均每年發(fā)生1.37次，而1990~2014年出現(xiàn)15次，平均每年發(fā)生0.71次，近年來(lái)冰雹災(zāi)害有減少趨勢(shì)，這對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利。

4 結(jié)論

菏澤市氣候變化有其自身的規(guī)律，近50年年平均氣溫呈升高趨勢(shì)并且氣溫升高主要在冬季[30]。年降水量呈增多趨勢(shì)，秋季降水呈增多趨勢(shì)，春、夏初降水呈減少趨勢(shì)。相對(duì)濕度呈增加趨勢(shì)，日照時(shí)間呈減少趨勢(shì)。

菏澤市氣候變化使近20年主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害變化總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，干旱、洪澇、冰雹、大風(fēng)、霜凍等災(zāi)害的出現(xiàn)仍對(duì)菏澤市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成威脅。夏季澇災(zāi)減輕有利于秋糧穩(wěn)產(chǎn)。但10月干旱發(fā)生次數(shù)較1990年以前有所增加，70%的年份出現(xiàn)了干旱，嚴(yán)重影響秋播及冬小麥冬前生長(zhǎng)。秋季連陰雨出現(xiàn)機(jī)率較1990年以前大，使秋作物貪青晚熟，從而影響冬小麥播種。由于近20年無(wú)霜期的延長(zhǎng)，終霜日的提前及初霜日的推遲，對(duì)菏澤市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利。干熱風(fēng)、大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)減少，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)威脅減輕。

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Study on Occurrence Laws of Climate Changes and Main Agricultural Meteorological Disasters in Heze City

ZHANG Cui-ying1, FAN Xian-zheng2

1.274000,2.250101,

Using the statistics of temperature,precipitation, light, relative humidity and the agro-meteorological disaster indexes from 1964 to 2014 in Heze Shandong province, this paper statistically analyzes the probability of the appearance of climate changes and agro-meteorological disasters. We conclude the following results. The winter temperature increases more obviously. Annual precipitation and autumn precipitation tend to increases. The precipitation in the beginning of spring and summber tends to decrease. The relative humidity tends to rise. The sunshine duration tends to decreases. The climate changes causes the decrease of the major agro-meteorological disasters during the last 20 years .the number of the drought in October is more that that before 1990, and drought happens in 70% of the years. The drought heavily affects autumn sowing and the growth of the winter wheat before winter. The probability of autumn continuous rain is higher that that before 1990, which leads to later maturation of autumn crops and affects the sowing of winter wheat. During the last 20 years, the frost-free period is extended, the latest frost is advanced, and the first frost is delayed. All of them is helpful to the crops production. Due to the decrease of the dry-hot wind and high wind, the threat to the crops production is diminished.

Heze City; climate chagnes; agro-meteorology; disaster

S164

A

1000-2324(2019)01-0078-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.017

2017-07-12

2017-10-06

山東省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)項(xiàng)目:菏澤市霜凍氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃及預(yù)報(bào)技術(shù)研究(SDYBY2016-16)

張翠英(1972-),女,學(xué)士,高級(jí)工程師,主要從事農(nóng)業(yè)氣象科技服務(wù). E-mail:hezezcy@126.com