金海東1,田淙海2,宋雨潤(rùn),張 碧,袁淑杰

(1.天津市薊州區(qū)氣象局,天津 301900;2.山西省氣象局,山西 太原 030002;3.成都信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610225)

1 引言

氣象條件不僅決定了作物的分布和品種布局,還是決定作物產(chǎn)量豐欠和品質(zhì)好壞的關(guān)鍵因素,了解作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣象條件的要求,根據(jù)本地的氣候特點(diǎn)和變化規(guī)律布置和指導(dǎo)作物生產(chǎn),做到趨利避害,是促進(jìn)作物生產(chǎn)發(fā)展的重要保證[1]。

有關(guān)氣象條件對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育影響的分析,可概括為以下兩個(gè)方面:①通過(guò)田間試驗(yàn)，結(jié)合氣象資料,分析氣象條件對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。葉海龍等[2]應(yīng)用1999—2008年浙江省衢州市龍游縣的油菜連續(xù)觀測(cè)資料,認(rèn)為油菜生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣溫最為敏感,溫度高、光照足是油菜物候加快的主要?dú)庀笠蛩?陳煥武等[3]認(rèn)為,陜西榆林棗樹(shù)開(kāi)花期空氣濕度<40%,出現(xiàn)“焦花”現(xiàn)象,棗花授粉受到限制,坐果率明顯下降;鄢德銳等[4]研究認(rèn)為,1978—1979年河南輝縣、林縣山楂花期日平均氣溫為10—23℃時(shí),氣溫升高有利于開(kāi)花;畢伯鈞等[5]在遼寧恒仁、本溪通過(guò)氣候考察,指出山楂產(chǎn)量與生產(chǎn)季≥10℃積溫呈“S”形關(guān)系;1982—1986年李清田[6]以人工氣候棚為主結(jié)合田間試驗(yàn),指出山楂花期空氣濕度過(guò)低會(huì)危害開(kāi)花座果,每日12—15時(shí)低濕危害最顯著,此時(shí)適宜的相對(duì)濕度為35—70%;1986—1991年李長(zhǎng)存[7]研究發(fā)現(xiàn)日最高氣溫>30℃、空氣相對(duì)濕度<70%時(shí),有日燒病發(fā)病的可能。隨著氣溫升高和空氣相對(duì)濕度下降,日燒病率相應(yīng)提高。②通過(guò)分析作物和當(dāng)?shù)貧庀髼l件的關(guān)系,研究當(dāng)?shù)刈魑锷L(zhǎng)發(fā)育期間的主要?dú)庀髼l件。張雅昕等[8]分析認(rèn)為,廣西壯族自治區(qū)桂林市永?？h年降水量為1800mm,年均溫為17.0—18.0℃,空氣濕度多數(shù)月份在75%以上,適宜羅漢果生長(zhǎng)發(fā)育;黃廷炎等[9]認(rèn)為1996—2005年福建省南平市≥10℃年活動(dòng)積溫為5438.1—6164.9℃,滿(mǎn)足煙草生長(zhǎng)所需,且季節(jié)溫度變化規(guī)律與烤煙生長(zhǎng)相一致;鄒玲等[10]指出廣西壯族自治區(qū)桂林市11月晝夜溫差可達(dá)到20℃,有利于馬鈴薯生長(zhǎng);龍振熙等[11]指出貴州省遵義市湄潭縣4—5月連綿陰雨天氣較多,常出現(xiàn)5—10d的連陰雨天氣,空氣濕度持續(xù)在80%以上,應(yīng)注意抑制病害的發(fā)生和流行;畢伯鈞[12]對(duì)遼寧省本溪市恒仁縣1965—1987年的山楂產(chǎn)量與氣象因子相關(guān)分析和積分回歸分析得出影響山楂產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蛩睾完P(guān)鍵期為秋季日照時(shí)數(shù)與冬季氣溫、降雪量,若日照充足、氣溫高、降雪多則有利于山楂花芽形成和增強(qiáng)越冬寒能力,促進(jìn)山楂產(chǎn)量提高;李吉洲[13]利用河南省新鄉(xiāng)市輝縣1981—2010年的氣溫與降水資料,得出山楂短期可忍受43.5℃的高溫,較長(zhǎng)時(shí)期可忍耐40℃的高溫。

山楂含有豐富的碳水化合物、膳食纖維、鈣、鐵和維生素C,具有降血壓、降血脂、降血糖、抗氧化、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫等功能[14]。山楂樹(shù)冠美觀、花果艷麗,是一種良好的綠化樹(shù)種[16]。山楂樹(shù)喜光，不僅具有較強(qiáng)的耐旱性,還具有一定的抗?jié)承浴Ｉ介脑耘鄥^(qū)域較廣,在年平均氣溫5—15℃、年降水量500mm以上的地區(qū)均可種植[17]。天津市薊州區(qū)位于39°45′N(xiāo)—40°15′N(xiāo)、117°05′E—117°47′E,地勢(shì)北高南低,呈階梯分布,九山頂(海拔1078.5m)為最高點(diǎn),最低處為馬槽洼(海拔1.8m),屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)型氣候,年平均氣溫11.5℃,降水量678.6mm,無(wú)霜期約195d,適宜山楂樹(shù)的種植。薊州山楂肉質(zhì)松軟而肥厚、色澤鮮艷、籽小皮薄、酸甜適口,是山楂中的佳品。目前關(guān)于天津薊州山楂樹(shù)主要物候期氣象條件的分析相對(duì)較少,因此有必要進(jìn)行詳細(xì)的分析研究。

本文利用1957—2018年天津薊州地面常規(guī)觀測(cè)站逐日資料和43個(gè)區(qū)域自動(dòng)站建站到2018年的逐小時(shí)氣象資料,采用5日滑動(dòng)平均法計(jì)算天津薊州的山楂樹(shù)萌芽期、展葉期、開(kāi)花期初日,確定了天津薊州山楂樹(shù)的主要物候期持續(xù)時(shí)間,應(yīng)用氣候傾向率和克里金插值法進(jìn)行空間插值,并疊加DEM數(shù)據(jù)提取的山體陰影,分析了天津薊州山楂樹(shù)萌芽期、展葉期、開(kāi)花期、果實(shí)發(fā)育期的主要?dú)庀髼l件與時(shí)空分布特征,希望為天津薊州山楂樹(shù)的種植提供科學(xué)依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所采用的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于天津市薊州區(qū)氣象局,包括地面常規(guī)氣象觀測(cè)站1957—2018年的逐日日最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、降水,43個(gè)自動(dòng)觀測(cè)站自建站到2018年的逐小時(shí)氣溫、降水等資料，以及由地理數(shù)據(jù)云網(wǎng)站提供的分辨率為90m×90m天的津薊州區(qū)邊界圖層和數(shù)字高程地圖(DEM)。

2.2 研究方法

本文采用的方法主要包括:①五日滑動(dòng)平均法，以消除不穩(wěn)定的波動(dòng),顯示出氣象要素變化的平穩(wěn)性。②氣候傾向率，主要用以表征氣候要素的變化趨勢(shì)。③克里金插值，主要是對(duì)氣象要素進(jìn)行空間插值。

2.3 薊州山楂樹(shù)主要物候期

李桂榮[15]指出,山楂樹(shù)日平均氣溫在5—5.5℃時(shí)芽開(kāi)始萌動(dòng),8—8.5℃時(shí)開(kāi)始展葉;鄢德銳等[4]認(rèn)為,山楂花期的最適宜日平均氣溫為15.5℃;劉汝誠(chéng)[18]得出山楂樹(shù)的花期為10d;趙煥諄等[17]指出山楂樹(shù)果實(shí)發(fā)育期在150d左右。根據(jù)上述研究結(jié)果，山楂樹(shù)萌芽期、展葉期、開(kāi)花期起始溫度分別為5.5℃、8.5℃、15.5℃,開(kāi)花期、果實(shí)發(fā)育期分別為10d、150d。由于缺少山楂樹(shù)物候期的觀測(cè)記錄,天津薊州山楂樹(shù)物候期參考相關(guān)文獻(xiàn)[19](表1),將山楂樹(shù)劃分為6個(gè)物候期,并應(yīng)用5日滑動(dòng)平均法,確定每年穩(wěn)定通過(guò)5.5℃、8.5℃、15.5℃初日為天津薊州山楂樹(shù)該年萌芽期、展葉期、開(kāi)花期、果實(shí)發(fā)育期分布持續(xù)10d、150d,各日期與表1基本相符。

表1 天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)各物候期時(shí)間分布

3 山楂樹(shù)物候期初日時(shí)間變化特征

本研究根據(jù)以上方法確定了天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)1957—2018年逐年初日,得到天津薊州山楂樹(shù)的萌芽期、展葉期、開(kāi)花期、果實(shí)發(fā)育期初日時(shí)間變化圖，見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn),天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期、展葉期初日隨時(shí)間變化通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn),氣候傾向率分別為-1.7d/10a、-1.6d/10a,每10年天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期、展葉期初日分別提前1.7天、1.6天。開(kāi)花期、果實(shí)發(fā)育期初日時(shí)間變化未通過(guò)檢驗(yàn),時(shí)間變化不明顯。

注:(a)萌芽期;(b)展葉期;(c)開(kāi)花期;(d)果實(shí)發(fā)育期。

圖1天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)主要物候期初日時(shí)間變化(1957—2018年)

4 山楂樹(shù)主要物候期氣象條件分析

4.1 山楂樹(shù)萌芽期氣象條件時(shí)間變化

天津市薊州站1957—2018年萌芽期日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫和降水量時(shí)間變化見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn),天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期日最高氣溫、日最低氣溫分別為11.8—24.3℃、-4.9—4.4℃。隨時(shí)間變化通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn),氣候傾向率分別為-0.4℃/10a、0.5℃/10a。萌芽期日最高氣溫每10年降低0.4℃,日最低氣溫每10年升高0.5℃,日平均氣溫、降水量分別為5.0—10.2℃、0—35.6mm。隨時(shí)間變化未通過(guò)顯著性檢驗(yàn),時(shí)間變化不明顯。

注:(a)日最高氣溫;(b)日最低氣溫;(c)日平均氣溫;(d)降水量。

圖2天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期氣象條件時(shí)間變化(1957—2018年)

4.2 山楂樹(shù)萌芽期氣象條件空間分布

天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期的平均日最低氣溫、平均日最高氣溫、極端最低氣溫、極端最高氣溫、平均氣溫、降水量空間分布見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn):①天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期的平均日最低氣溫、極端最低氣溫分別為-5.4—1.2℃、-7.2—-0.3℃,最低處位于桑園,最高處位于盤(pán)山,由西南向東北逐漸升高。②平均日最高氣溫為13.7—21.7℃,最低處為石礦山,最高處為洇溜,由東向西氣溫逐漸升高再逐漸降低;極端最高氣溫為15.6—28.9℃,最低值位于安棋盤(pán),最高值位于石礦山,由西南向東北逐漸降低。③平均氣溫為6.3—9.2℃,最低值位于鐵嶺子,最高值位于洇溜、下倉(cāng),由西南向東北氣溫逐漸升高再逐漸降低。④降水量為0.0—7.9mm,最小值位于安棋盤(pán)、尤古莊,最大值位于下倉(cāng),由西南向東北降水量逐漸升高再逐漸降低。綜上所述,天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期東北部氣溫較低,而西南部平原地區(qū)氣溫較高。

注:(a)平均日最低氣溫;(b)平均日最高氣溫;(c)平均氣溫;(d)極端最低氣溫;(e)極端最高氣溫;(f)降水量。

圖3天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期氣象條件空間分布

4.3 山楂樹(shù)展葉期氣象條件時(shí)間變化

天津市薊州站1957—2018年展葉期的日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫及降水量時(shí)間變化見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn),天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)展葉期的日最低氣溫為-1.6—4.9℃，隨時(shí)間變化通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn),氣候傾向率為0.5℃/10a,日最低氣溫每10年升高0.5℃;日最高氣溫、日平均氣溫、降水量分別為33.6—20.9℃、16.0—10.6℃、0—99.2mm，隨時(shí)間變化未通過(guò)顯著性檢驗(yàn),變化趨勢(shì)不太明顯。

注:(a)日最高氣溫;(b)日最低氣溫;(c)日平均氣溫;(d)降水量。

圖4天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)展葉期氣象條件時(shí)間變化(1957—2018年)

4.4 山楂樹(shù)展葉期氣象條件空間分布

天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)展葉期平均日最低氣溫、平均日最高氣溫、極端最低氣溫、極端最高氣溫、平均氣溫、降水量空間分布見(jiàn)圖5。從圖5可見(jiàn):①天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)展葉期平均日最低氣溫為-1.9—3.7℃,最低值位于桑園,最高值位于石礦山,空間分布不均;極端最低氣溫為-3.1—2.6℃,最低值位于羅莊子,最高值位于石礦山,北部山區(qū)氣溫較低。②平均日最高氣溫為25.7—30.2℃,最低值位于盤(pán)山、石礦山,最高值位于上倉(cāng)、下倉(cāng),空間分布由南到北降低又增高;極端最高氣溫為33.6—27.4℃,最低值位于薊州站,最高值位于八仙山、石礦山,由南向北逐漸降低。③平均氣溫為13.0—14.7℃,最低值位于大紅峪,最高值位于下倉(cāng)、石礦廠及西龍虎峪,由西南向東北逐漸降低。④降水量為19.58—68.88mm,最低值位于東二營(yíng),最高值位于八仙山,由南到北逐漸變小再逐漸變大。

4.5 山楂樹(shù)開(kāi)花期氣象條件時(shí)間變化

天津市薊州站1957—2018年開(kāi)花期日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫及降水量時(shí)間變化見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn),天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)開(kāi)花期日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫、降水量分別為24.2—33.3℃、12.2—3.8℃、22.4—16.0℃、0—49.4mm,均未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn),變化趨勢(shì)不明顯。

4.6 山楂樹(shù)開(kāi)花期氣象條件空間分布

天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)開(kāi)花期平均日最低氣溫、平均日最高氣溫、極端最低氣溫、極端最高氣溫、平均氣溫、降水量空間分布見(jiàn)圖7。從圖7可見(jiàn):①天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)開(kāi)花期平均日最低氣溫為3.4—10.2℃,最低處位于大紅峪,最高處位于盤(pán)山,由南到北日最低氣溫逐漸降低;極端最低氣溫為-3.1—2.6℃,最低值位于羅莊子,最高值位于石礦山,由西南向東北逐漸升高。②平均日最高氣溫為26.8—31.1℃,最低值位于盤(pán)山,最高值位于穿芳峪、桑梓、下倉(cāng),由南到北逐漸降低;極端最高氣溫為30.0—34.5℃,最低值位于九頂山、漳泗河,最高值位于桑梓,空間分布不均。③平均氣溫為17.4—19.7℃,最低值位于大紅峪,最高值位于下倉(cāng),由南到北逐漸增高。④降水量為1.10—20.42mm,最低值位于洇溜,最高值位于倉(cāng)上屯,由東向西逐漸降低再逐漸升高。

4.7 山楂樹(shù)果實(shí)發(fā)育期氣象條件時(shí)間變化

天津市薊州站1957—2018年果實(shí)發(fā)育期的日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫及降水量時(shí)間變化見(jiàn)圖8。由圖8可見(jiàn),天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)果實(shí)發(fā)育期的日最低氣溫、日平均氣溫分別為0.1—12.4℃、21.9—25.5℃,隨時(shí)間變化通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn),氣候傾向率為1.0/10a,0.3/10a,日最低氣溫每10年升高1.0℃,日平均氣溫每10年升高0.3℃;日最高氣溫和降水量分別為33.8—41.7℃、265.2—1242.5mm,隨時(shí)間變化未通過(guò)顯著性檢驗(yàn),變化趨勢(shì)不明顯。

4.8 山楂樹(shù)果實(shí)發(fā)育期氣象條件空間分布

天津薊州山楂樹(shù)果實(shí)發(fā)育期平均日最低氣溫、平均日最高氣溫、極端最低氣溫、極端最高氣溫、平均氣溫、降水量空間分布見(jiàn)圖9。從圖9可見(jiàn):①平均日最低氣溫為1.8—9.8℃,最低值位于大紅峪,最高值位于石礦山,由南向北逐漸降低;極端最低氣溫為-1.1—8.1℃,最低值位于大紅峪,最高值位于石礦山,由南向北逐漸降低。②平均日最高氣溫為34.6—40.6℃,最低值位于盤(pán)山,最高值位于下倉(cāng),由南到北逐漸降低;極端最高氣溫為33.6—27.4℃,最低值位于薊州站,最高值位于八仙山、石礦山,空間分布不均。③平均氣溫為19.3—24.9℃,最低值位于八仙山,最高值位于洇溜,呈南高北低形勢(shì)。④降水量為406.62—725.54mm,最低值位于白莊子,最高值位于八仙山,由南到北逐漸變小。

綜上所述,天津薊州山楂樹(shù)果實(shí)發(fā)育期平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫空間分布均由南向北逐漸降低。

注:(a)平均日最低氣溫;(b)平均日最高氣溫;(c)平均氣溫;(d)極端最低氣溫; (e)極端最高氣溫;(f)降水量。

圖5天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)展葉期氣象條件空間分布

注:(a)日最高氣溫;(b)日最低氣溫;(c)日平均氣溫;(d)降水量。

圖6天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)開(kāi)花期氣象條件時(shí)間變化(1957—2018年)

注:(a)平均日最低氣溫;(b)平均日最高氣溫;(c)平均氣溫;(d)極端最低氣溫;(e)極端最高氣溫;(f)降水量。

圖7天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)開(kāi)花期氣象條件空間分布

注:(a)日最高氣溫;(b)日最低氣溫;(c)日平均氣溫;(d)降水量。

圖8天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)果實(shí)發(fā)育期氣象條件時(shí)間變化(1957—2018年)

注:(a)平均日最低氣溫;(b)平均日最高氣溫;(c)平均氣溫;(d)極端最低氣溫;(e)極端最高氣溫;(f)降水量。

圖9天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)果實(shí)發(fā)育期氣象條件空間分布

5 結(jié)論

主要結(jié)論為:①天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期、展葉期、開(kāi)花期、果實(shí)發(fā)育期的多年平均降水量分別為0—35.6mm、0—99.2mm、0—49.4mm、265.2—1242.5mm,平均氣溫分別為5.0—10.2℃、16.0—10.6℃、22.4—16.0℃、21.9—25.5℃。②天津市薊州區(qū)山楂樹(shù)萌芽期日最低氣溫顯著升高0.5℃/10a,日最高氣溫顯著降低0.4℃/10a;展葉期日最低氣溫顯著增高0.5℃/10a;開(kāi)花期日最低氣溫、日最平均氣溫變化不明顯;果實(shí)發(fā)育期日最低氣溫、日平均氣溫顯著增高1.0℃/10a,0.3℃/10a。③天津市薊州區(qū)氣象條件適宜山楂樹(shù)的種植。