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        茂名氣候及其生產(chǎn)力變化與糧食產(chǎn)量關(guān)系研究

        2020-07-28 11:47:02武君于晉秋黃冬至
        關(guān)鍵詞:氣候因子日照時數(shù)平均氣溫

        武君 于晉秋 黃冬至

        (廣東省茂名市氣象局,茂名 525000)

        0 引言

        近年來有關(guān)氣候變化對中國農(nóng)業(yè)影響的研究受到學術(shù)界越來越廣泛的關(guān)注,研究的結(jié)論并不一致。一方面,一些研究[1-2]表明,氣候變暖使中國大部分地區(qū)熱量資源增多,使得作物單產(chǎn)有所增加;另一方面,也有研究[3]表明,氣候變暖后土壤微生物分解有機質(zhì)速度加快, 這樣在相同的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)條件下必然會造農(nóng)作物生育期縮短和農(nóng)田地力下降,使農(nóng)作物產(chǎn)量下降,導致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)減收。目前還沒有對茂名氣候生產(chǎn)力狀況及其與農(nóng)作物產(chǎn)量關(guān)系方面的研究,預(yù)計本文的研究成果對茂名農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)對氣候變化將起到促進作用。

        1 資料和方法

        采用茂名山閣國家氣象觀測站1960—2010年的逐月平均氣溫、降水量以及日照時數(shù)等資料進行氣候以及氣候生產(chǎn)力的變化趨勢分析;采用茂名統(tǒng)計局年鑒確定糧食產(chǎn)量以及耕地面積等數(shù)據(jù)。

        計算氣候生產(chǎn)力的方法很多,常用的計算模型有Miami模型、Memorial模型、Chikugo模型、筑后數(shù)學模型等[4-6]。本文選用了Thornthwaite Memoria氣候生產(chǎn)力模型,該模型是根據(jù)世界各地植物生物產(chǎn)量與年平均氣溫、年降水量之間的關(guān)系,用實際蒸發(fā)散量估算氣候生產(chǎn)力,具體公式參見文獻[7-8]。

        2 結(jié)果

        2.1 茂名氣候變化趨勢

        圖1 茂名氣候變化趨勢(a)年平均氣溫,(b)年降雨量,(c)年日照時數(shù)Fig. 1 The trends of climatic factors in Maoming(a) annual average temperature, (b) annual precipitation,(c) annual sunshine hours

        從茂名山閣氣象站1960—2010年的年平均氣溫變化趨勢(圖1a)來看,茂名年平均氣溫以0.12 ℃/10 a的速度遞增,1995年以后變化幅度明顯增大;年降雨量變化(圖1b)與氣溫變化趨勢大致相同,以65.985 mm/10 a的速度遞增;年日照時數(shù)(圖1c)與年平均氣溫、年降雨量的變化趨勢相反,呈減少趨勢,遞減率為45.433 h/ 10a。

        分析茂名各氣候因子年代際變化趨勢,發(fā)現(xiàn)20世紀80年代前年平均氣溫為負距平,90年代后為正距平;年降雨量20世紀60、80年代為負距平,70年代正常,90年代和21世紀00年代為正距平;年日照時數(shù)20世紀70—80年代為正距平,90年代后為負距平。

        2.2 茂名氣候生產(chǎn)力以及相對應(yīng)的糧食產(chǎn)量年代際變化趨勢

        模型計算結(jié)果(圖2)表明,1960—2010年茂名氣候生產(chǎn)力呈上升趨勢,遞增率21.3×103kg/(hm2·a)。從茂名氣候生產(chǎn)力年代際變化趨勢(表1)來看,20世紀90年代最高,21世紀00年代次之,距平百分率分別為2.4%和1.0%。

        圖2 茂名市氣候生產(chǎn)力變化趨勢Fig. 2 The trend of climate productivity in Maoming

        表1 氣候生產(chǎn)力以及對應(yīng)糧食產(chǎn)量的年代際變化Table 1 The decadal trends of climate productivity and grain yield

        茂名糧食單產(chǎn)的年代際變化趨勢與氣候生產(chǎn)力變化趨勢基本一致,20世紀60—70年代為負距平,90年代的糧食單產(chǎn)最高,到了21世紀00年代有所下降。

        2.3 茂名各氣候因子對氣候生產(chǎn)力的影響

        通過將各氣候因子與氣候生產(chǎn)力做相關(guān)分析(表2)可知,年平均氣溫與同期氣候生產(chǎn)力的相關(guān)系數(shù)高達0.99(P<0.001)。與8月、10—12月、1—4月的月平均氣溫的相關(guān)系數(shù)通過了0.01的顯著性水平檢驗;與7月的降雨量以及7、9、11月的日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)通過了0.05的顯著性水平檢驗,說明茂名氣候生產(chǎn)力的高低與某些月份的平均氣溫、降水量以及日照時數(shù)等氣候因子都有著直接的關(guān)系,與年平均氣溫的相關(guān)系性明顯高于其他氣候因子。

        表2 氣候因子與氣候生產(chǎn)力的相關(guān)性Table 2 The correlation between climatic factors and climatic productivity

        然后,在氣溫以及降水量1960—2010年多年平均值的基礎(chǔ)上,研究了它們增加或減少時氣候生產(chǎn)力的變化情況(表3)。結(jié)果表明,年平均氣溫、年降雨量與氣候生產(chǎn)力變化趨勢一致。如果年降雨量保持平均水平,年平均氣溫改變0.5 ℃,氣候生產(chǎn)力改變1.1%;年平均氣溫改變1 ℃變平氣候生產(chǎn)力改變2.2%左右;年平均氣溫改變1.5 ℃,氣候生產(chǎn)力變化-3.6%~3.2%。 如果年平均氣溫保持平均水平,年降雨量變化1成,氣候生產(chǎn)力變化-2.7%~2.2%;年降雨量變化2成,氣候生產(chǎn)力變化-6.1%~3.9%;年降雨量變化3成,氣候生產(chǎn)力的變化為-10.4%~5.4%。

        表3 氣候變化條件下茂名氣候生產(chǎn)力距平百分率Table 3 Percentage of climate productivity anomaly in Maoming under climate change conditions

        如果年平均氣溫升高0.5 ℃,同時年降水量增加1成,氣候生產(chǎn)力會增加3.4%;年平均氣溫升高1 ℃,年降水量增加2成,氣候生產(chǎn)力會增加6.4%;由此可見,偏“暖濕”氣候有利于植物干物質(zhì)的積累[9]。而年平均氣溫升高0.5 ℃時,如果年降水量減少1成,氣候生產(chǎn)力會降低1.7%,年降水量減少3成,氣候生產(chǎn)力則會降低9.6%,說明氣候偏“暖干”時會加劇水分不足,造成植物生物產(chǎn)量下降。

        如果年平均氣溫降低0.5 ℃,同時年降水量增加1成, 氣候生產(chǎn)力增加0.9%;年平均氣溫降低1 ℃,年降水量增加2成時,氣候生產(chǎn)力則會增加1.3%,說明在偏“冷”的背景下,降雨對氣候生產(chǎn)力的增幅并不明顯;而年平均氣溫降低0.5 ℃,年降水量減少1成時,氣候生產(chǎn)力會降低3.7%,當年平均氣溫降低1.0 ℃,年降水量減少2成時,氣候生產(chǎn)力更會降低8%,氣候偏“冷干”時對氣候生產(chǎn)力是最不利的。

        3 小結(jié)

        茂名氣候生產(chǎn)力的高低與某些月份的氣溫、降水量以及日照時數(shù)等氣候因子都有著直接的關(guān)系,其中與年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)達0.99,明顯高于其他氣候因子。通過分析未來氣候因子的虛擬變化對氣候生產(chǎn)力影響可知,在一定條件下,氣溫越高、降水越多,氣候生產(chǎn)力就越高,說明茂名氣候在向偏暖濕方向發(fā)展時對糧食生產(chǎn)是最有利的。不過由于茂名地區(qū)雨量的波動比較大,在氣候變暖的大背景下,降雨對氣候生產(chǎn)力的增幅并不太明顯,而氣溫上升會增強田間土壤蒸散能力[10],所以還需要合理利用水資源才能使茂名的氣候優(yōu)勢更穩(wěn)定。

        盡管文中研究取得了一些有意義的結(jié)論,但還存在一些局限。首先該研究所選用的站點僅為國家基準站,這可能對研究結(jié)果有所影響,其次,對未來的氣候變化的趨勢,特別是降水量的變化,還有較大不確定性,特別是區(qū)域尺度下降水和氣溫的組合關(guān)系是否協(xié)調(diào),會直接影響氣候生產(chǎn)力的狀況[10]。因此,關(guān)于茂名地區(qū)氣候變化對氣候生產(chǎn)力影響的研究還有待進一步深入。

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