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        廊坊市近50 a 四季初日及時(shí)間長度的變化

        2020-05-18 05:49:46王亞明李丹陽石林芝張召賢
        河北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:廊坊市物候平均氣溫

        王亞明,李丹陽,石林芝,張召賢

        (1.大城縣氣象局,河北 大城 065900;2.固安縣氣象局,河北 固安 065500)

        氣候變化對(duì)人類生存、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著極其深遠(yuǎn)的影響。目前,全球變暖已成為世界熱點(diǎn)問題。IPCC 第5 次評(píng)估報(bào)告指出,1880~2012 年全球地表平均氣溫升高了約0.85 ℃[1]。20 世紀(jì)以來,全球變暖日益顯著,導(dǎo)致溫度以及大氣環(huán)流等都出現(xiàn)不同程度的響應(yīng)變化。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明[2],近年來區(qū)域氣候變化特別是溫度的升高成為影響許多地區(qū)各種自然和生物系統(tǒng)的重要因素,如中高緯度地區(qū)生長期延長、樹木提前開花等。由于氣候增暖,20 世紀(jì)80 年代以后,歐洲許多物候現(xiàn)象發(fā)生了明顯變化,春季動(dòng)植物物候期提前,秋季物候期推遲,植物的生長季節(jié)延長[3,4]。葛全勝等[5]對(duì)過去40 a 中國氣候與物候的變化進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)20 世紀(jì)80 年代以后東北、華北、西北、長江中下游地區(qū)以及云南南部春季物候期提前,西南地區(qū)東部、長江中游地區(qū)春季物候期推遲。張世軒[6]研究了近50 a 全球顯著增暖情形下中國四季的時(shí)空演變特征,結(jié)果表明,氣候增暖背景下中國大部分地區(qū)冬季持續(xù)時(shí)間明顯縮短,夏季增加,秋季增加,春季持續(xù)時(shí)間增加。任妍等[7]分析了我國43 a 的四季起始日以及生長期的變化特征,發(fā)現(xiàn)全國大部分地區(qū)春季和夏季起始日提前,春季比夏季提前趨勢(shì)更明顯,秋季和冬季起始日推遲,秋季比冬季推遲的范圍更大,且地域差異較大。很多學(xué)者對(duì)不同區(qū)域四季初日及長度變化特征進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域的四季長度和起止時(shí)間均發(fā)生了不同程度的變化,且有地域差異[8~15]。氣候變暖的一個(gè)顯著效應(yīng)將會(huì)使一些地區(qū)的四季起止時(shí)間和長度發(fā)生改變,進(jìn)而對(duì)植物等的生長物候期產(chǎn)生作用,并且對(duì)人們的生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著直接的影響,且在不同地域呈現(xiàn)出一定的差異。因此,研究在全球氣候變暖背景下,四季的變化特征有非常重要的意義。

        1 材料與方法

        1.1 數(shù)據(jù)資料

        氣溫?cái)?shù)據(jù)來源于河北省廊坊市9 個(gè)國家氣象觀測(cè)站1969~2018 年A 文件。

        1.2 研究方法

        1.2.1 確定季節(jié)初日 依據(jù)候溫法[16]分別計(jì)算出廊坊市9 個(gè)觀測(cè)站的四季初日,將候平均溫度(連續(xù)5 a氣溫的平均) 穩(wěn)定降到10 ℃以下作為冬季初日,從10 ℃以下穩(wěn)定上升到10 ℃以上時(shí)作為春季初日,穩(wěn)定上升到22 ℃以上作為夏季初日,從22 ℃以上穩(wěn)定降到22 ℃以下時(shí)作為秋季初日。

        1.2.2 構(gòu)建模型 采用線性回歸算法定量描述4 個(gè)季節(jié)的長度,并利用Mann-Kendall 檢驗(yàn)對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行突變分析。Mann-Kendall 檢驗(yàn)法是時(shí)間序列數(shù)據(jù)趨勢(shì)檢驗(yàn)中使用廣泛的非參數(shù)檢驗(yàn)方法,該方法不需要樣本遵從一定的分布,也不受少數(shù)異常值的干擾,適用于水文、氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)[17]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 9 個(gè)氣象觀測(cè)站空間變化規(guī)律

        通過匯總9 個(gè)氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)(表1) 顯示,廊坊市春季初日北部地區(qū)(三河、大廠、香河) 和南部地區(qū)(霸州、文安、大城) 最大相差3 d,夏季初日北部地區(qū)和南部地區(qū)最大相差6 d,秋季初日北部地區(qū)和南部地區(qū)最大相差4 d,冬季初日北部地區(qū)與南部地區(qū)最大相差3 d。廊坊市氣候空間差異較明顯,春夏兩季初日從北到南基本呈漸早趨勢(shì),秋冬兩季初日從北到南基本呈漸晚趨勢(shì),這與氣溫的地域變化特征[18]一致。

        表1 9 個(gè)觀測(cè)站1969~2018 年四季的平均初日 (月-日)Table 1 The average beginning days of four seasons of 9 national meteorological stations from 1969 to 2018

        2.2 9 個(gè)氣象觀測(cè)站四季初日和長度年際變化

        2.2.1 廊坊市春季初日、長度變化分析 廊坊市近50 a 春季初日呈提早趨勢(shì),平均速率為2.3 d/10 a,并通過了0.01 顯著性檢驗(yàn);春季初日最早日期為3 月18 日(2002 年和2014 年),最晚日期為4 月20 日(2010 年),平均日期為4 月1 日。廊坊市春季長度變化不明顯,總體呈縮短趨勢(shì),平均速率為1 d/10 a;春季持續(xù)時(shí)間最長為74 d(1969 年和1973 年),最短為30 d(2010 年),平均值為56 d(圖1)。

        2.2.2 廊坊市入夏初日和長度變化分析 廊坊市近50 a夏季初日呈明顯提早趨勢(shì),平均速率為3.4 d/10 a,并通過了0.01 顯著性檢驗(yàn);夏季初日最早日期為5月10日(2007 和2009 年),最晚為6 月19 日(1969年),平均日期為5 月17 日。夏季持續(xù)時(shí)間呈明顯延長趨勢(shì),平均速率為4.3 d/10 a,并通過了0.01 顯著性檢驗(yàn);夏季持續(xù)時(shí)間最長為130 d(2007 年),最短為80 d(1978 年),平均值為103 d(圖2)。

        2.2.3 廊坊市入秋初日和長度變化分析 廊坊市近50 a秋季初日呈延遲趨勢(shì),平均變化速率為0.9 d/10 a;最早秋季初日為8 月20 日(1976 年),最遲為9 月21日(2008 年),平均日期為9 月15 日。秋季持續(xù)時(shí)間呈縮短趨勢(shì),平均速率為0.05 d/10 a;秋季持續(xù)時(shí)間最長為71 d(1979 年),最短為38 d(1986 年),平均長度為53 d(圖3)。

        2.2.4 廊坊市入冬初日和長度變化分析 廊坊市近50 a冬季初日呈推遲趨勢(shì),平均變化速率為0.8 d/10 a;最早冬季初日為10 月17 日(1986 年),最晚為11 月11 日(1995 年),平均入冬日期為10 月29 日。冬季持續(xù)時(shí)間明顯縮短,平均速率為3.2 d/10 a,并通過了0.01 顯著性檢驗(yàn);冬季持續(xù)時(shí)間最長為176 d(1980年),最短為134 d(2014 年),平均長度為153 d(圖4)。

        綜上所述,1969~2018 年廊坊市多年平均春夏秋冬4 個(gè)季節(jié)長度占比分別為15.3%、28.3%、14.4%和41.9%,冬季持續(xù)時(shí)間最長,約為春季和秋季持續(xù)時(shí)間的3 倍;夏季初日提早和持續(xù)時(shí)間延長趨勢(shì)明顯,由此也引起了春、冬兩季持續(xù)時(shí)間縮短,說明在全球氣候變暖的大背景下,對(duì)夏季影響最為明顯,冬季次之,春秋季變化較平穩(wěn)。

        2.3 廊坊市四季長度突變分析

        通過分析1969~2018 年廊坊市四季長度的M-K曲線顯示,春季長度總體變化不明顯,無明顯突變年份(圖5)。夏季長度在1971 年以后呈增加趨勢(shì),且在20 世紀(jì)90 年代多次突變,1990~1995 年、2001~2003 年和2006 年以后為突變的時(shí)間區(qū)域;夏季長度增加明顯,均超過了0.05 置信度(圖6)。秋季長度多年變化平穩(wěn),沒有發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)(圖7)。冬季長度呈現(xiàn)逐漸減少趨勢(shì),且在20 世紀(jì)90 年代附近發(fā)生突變,由波動(dòng)變化轉(zhuǎn)變?yōu)闃O速減少(圖8)。

        2.4 氣溫與四季長度的相關(guān)分析

        近50 a,通過對(duì)廊坊市年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫與四季長度的相關(guān)系數(shù)(表2) 分析可知,夏季長度與平均氣溫和平均最高氣溫呈顯著正相關(guān),冬季長度與平均氣溫和平均最低氣溫呈顯著負(fù)相關(guān),秋季長度與平均最低氣溫呈顯著正相關(guān)。按線性趨勢(shì)進(jìn)行估算,平均氣溫每升高0.1 ℃,夏季長度延長1.2 d,冬季長度縮短0.9 d,驗(yàn)證了在全球變暖的大背景下,對(duì)夏季影響最為明顯,冬季長度次之。

        表2 1969~2018 年廊坊市氣溫與四季長度相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between temperature and four seasons length in Langfang City from 1969 to 2018

        3 結(jié)論與討論

        通過應(yīng)用趨勢(shì)分析、相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)、Mann-Kendall 檢驗(yàn)等方法,對(duì)廊坊市近50 a 的四季初日和長度進(jìn)行分析,得到以下結(jié)論:

        (1) 廊坊市春、夏兩季初日從北到南基本呈漸早趨勢(shì);秋、冬兩季初日從北到南基本呈漸晚趨勢(shì)。這與氣溫的地域變化特征一致。

        (2) 1969~2018 年廊坊市春夏秋冬4 個(gè)季節(jié)的平均初日分別為4 月1 日、5 月17 日、9 月15 日、10月29日,入春初日呈提早趨勢(shì)(平均速率為2.3 d/10 a);入夏初日呈明顯提早趨勢(shì)(平均速率為3.4 d/10 a);秋季初日無明顯變化;入冬初日略有推遲趨勢(shì)(平均速率為0.8 d/10 a)。

        (3) 1969~2018 年,廊坊市春夏秋冬4 個(gè)季節(jié)的平均長度為56 d、103 d、53 d、153 d,冬季長度分別為春季、秋季的2.7 倍和2.9 倍。四季長度變化特征為春季縮短(平均速率為1 d/10 a);夏季明顯延長(平均速率為4.3 d/10 a);秋季無明顯變化;冬季明顯縮短(平均速率為3.2 d/10 a)。夏季和冬季長度均在20 世紀(jì)90 年代發(fā)生突變,夏季長度突變超過0.05 置信度。

        (4) 夏季長度與平均氣溫、平均最高氣溫呈顯著正相關(guān),冬季長度與平均氣溫、平均最低氣溫呈顯著負(fù)相關(guān),秋季長度與平均最低氣溫呈顯著正相關(guān)。平均氣溫每升高0.1 ℃,夏季長度延長1.2 d,冬季長度縮短0.9 d。

        廊坊市春季的提前,意味著大田作物物候期的提前,小麥提前了返青期,促使小麥生長發(fā)育更好,莖稈粗壯,但是入春越早,越可能出現(xiàn)“倒春寒”;入夏的提前,有利于瓜果成熟,提前開啟夏季經(jīng)濟(jì)模式。由此可見,四季初日及長度變化對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響,因此遵循氣候季節(jié)變化規(guī)律,適當(dāng)調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu),合理利用氣候資源趨利避害,是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增收的保證。

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