黃春麗 周勛波 袁媛

關(guān)鍵詞高溫?zé)岷?變化特點;突變期;產(chǎn)量

2019年全球平均氣溫與18世紀(jì)80年代前相比偏高1.1℃。隨著全球氣溫不斷攀升，1958-2018年廣西高溫日數(shù)也呈現(xiàn)增加趨勢，且超過50%的氣象觀測站極端高溫日數(shù)突破歷史極值。水稻是耐高溫作物，但在生長發(fā)育關(guān)鍵時期遭受高溫會影響水稻開花受精過程及水稻灌漿過程。根據(jù)以往的研究結(jié)果顯示，出現(xiàn)35℃高溫天氣時，不同生長發(fā)育階段的水稻受影響不同。比如，在抽穗揚花期會提升空殼率，降低結(jié)實率，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降：在灌漿期容易導(dǎo)致籽粒灌漿加速，有效縮短灌漿期，降低籽粒充實度，進(jìn)而影響籽粒千粒重及米質(zhì)形成。賓陽縣作為全國500家產(chǎn)糧大縣之一，主要種植早稻、晚稻，全球氣候變暖對早稻關(guān)鍵生產(chǎn)階段影響較大。為了保障糧食安全，基于以往研究成果，著重分析賓陽縣早稻高溫?zé)岷δ觌H變化特點及對產(chǎn)量的影響，為轄區(qū)糧食安全生產(chǎn)提供防災(zāi)減災(zāi)的決策依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料與統(tǒng)計方法

研究區(qū)域位于廣西南寧市東北部，北回歸線南沿。數(shù)據(jù)來源于賓陽國家氣象觀測站（106°5000E，23°1500.N）1981-2019年的日平均氣溫、最高氣溫氣象數(shù)據(jù)，以及賓陽縣統(tǒng)計局提供的2007-2018年早稻單產(chǎn)數(shù)據(jù)。主要利用線性回歸、M-K突變性檢驗方法，分析賓陽縣逐年平均氣溫、高溫日數(shù)時間變化特點，高溫?zé)岷δ觌H變化特點、突變年份及對產(chǎn)量的影響。

1.2高溫?zé)岷Φ燃?/p>

采用的高溫?zé)岷χ笜?biāo)參考譚孟祥等的研究成果，即統(tǒng)計日平均氣溫≥30℃或日最高氣溫≥35℃，且連續(xù)天數(shù)超過3d以上視為1次高溫?zé)岷Γū?）。賓陽縣早稻生長發(fā)育關(guān)鍵時期受高溫?zé)岷τ绊懼饕?-7月，故主要統(tǒng)計6-7月出現(xiàn)的高溫?zé)岷^程，并采取分等級統(tǒng)計賓陽縣早稻高溫?zé)岷Υ螖?shù)。

1.3早稻產(chǎn)量處理方法

對產(chǎn)量進(jìn)行分類，即：y-yt十yw+8，式子中y、yt、8分別為實際、趨勢、氣象和隨機產(chǎn)量，單位為kg/hm2根據(jù)對實際產(chǎn)量貢獻(xiàn)大小情況，忽略8的貢獻(xiàn)，將產(chǎn)量公式化簡為：y=yt+yw，并以5年滑動平均分離趨勢產(chǎn)量，氣象產(chǎn)量與趨勢產(chǎn)量做商為相對氣象產(chǎn)量，即：）。選取2007-2018年發(fā)生的熱害頻次數(shù)據(jù)分析高溫?zé)岷Ξa(chǎn)量的影響。

2結(jié)果分析

2.1年際變化特點

2.1.1逐年平均氣溫、高溫日數(shù)時間變化特點利用5年滑動平均和一元線性回歸對賓陽縣1981-2019年年平均氣溫、年高溫日數(shù)進(jìn)行時間變化分析。賓陽縣逐年平均氣溫、高溫日數(shù)總體呈現(xiàn)波動升高態(tài)勢，其中，逐年平均氣溫、高溫日數(shù)線性系數(shù)分別為0.03℃/年、0.28d/年。20世紀(jì)80年代中后期到90年代前期、21世紀(jì)前期到10年代，逐年平均氣溫波動增長趨勢較明顯，且年高溫日數(shù)也呈現(xiàn)增加趨勢，這說明在全球氣候變暖背景下，高溫?zé)岷μ鞖膺^程將呈現(xiàn)多發(fā)趨勢（圖1）。

2.1.2過程次數(shù)年際變化特點對賓陽縣1981-2019年早稻高溫?zé)岷^程次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明：早稻高溫?zé)岷^程總次數(shù)呈現(xiàn)波動上升趨勢，線性系數(shù)為0.032次/年。20世紀(jì)80年代初到90年代初，熱害過程發(fā)生次數(shù)先急速增長達(dá)到峰值后進(jìn)入平緩增長階段，而后又迅速增長達(dá)到峰值后降低：20世紀(jì)90年代中期到21世紀(jì)20年代，早稻高溫?zé)岷偞螖?shù)密集且呈現(xiàn)連續(xù)性的波動上升，出現(xiàn)了8個峰值區(qū)（圖2a）。早稻高溫?zé)岷偞螖?shù)多發(fā)時間段與高溫日數(shù)增加時間段基本一致。由此可推，賓陽縣早稻高溫?zé)岷Υ螖?shù)有進(jìn)一步發(fā)展趨勢。

由圖2b、c、d可知：輕度次數(shù)線性系數(shù)為0.025次/年，20世紀(jì)80年代初期到90年代初期，水稻高溫?zé)岷Υ螖?shù)出現(xiàn)2個峰值，最大峰值出現(xiàn)在1988年，為3次：20世紀(jì)90年代中期到21世紀(jì)10年代中期，呈現(xiàn)階段性熱害過程;21世紀(jì)10年代中期到20年代，早稻高溫?zé)岷Υ螖?shù)波動性增加趨勢，且最大峰值出現(xiàn)在2013年、2014年、2016年，均為3次。早稻高溫?zé)岷χ卸?、重度次?shù)線性趨勢不顯著，中度次數(shù)階段性出現(xiàn)，且少數(shù)年份出現(xiàn)中度早稻高溫?zé)岷?，?個高峰值分別出現(xiàn)在1987年、1995年、2000年、2006年、2007年。20世紀(jì)80年到21世紀(jì)00年代并未出現(xiàn)重度次數(shù)，進(jìn)入21世紀(jì)00年代中后期，重度次數(shù)才階段性發(fā)生，有4個高值，分別出現(xiàn)在2003年、2005年、2010年、2015年，均為1次。

2.1.3連續(xù)天數(shù)年際變化特點對1981—2019年早稻高溫?zé)岷^程連續(xù)天數(shù)進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，早稻高溫?zé)岷ζ骄鞌?shù)為6.9d，最多達(dá)到21d，出現(xiàn)在2015年。賓陽縣早稻高溫?zé)岷B續(xù)總天數(shù)呈現(xiàn)波動性上升趨勢，且線性傾系數(shù)為0.153 d/年，20世紀(jì)80年代初到80年代末，熱害過程連續(xù)天數(shù)有3個高峰值，出現(xiàn)在1983年（12 d）、1987年（13 d）、1988年（12 d）：20世紀(jì)90年代初期前后沒有出現(xiàn)早稻高溫?zé)岷^程;20世紀(jì)90年代中后期，過程連續(xù)天數(shù)表現(xiàn)出較為明顯的波動增長態(tài)勢，最值出現(xiàn)在2010年。過程連續(xù)天數(shù)年際變化趨勢與次數(shù)年際變化類似，但連續(xù)天數(shù)年際變化差別較大（圖3）。

2.1.4熱害強度年際變化特點采用災(zāi)害強度公式（即D=d/cx 100%，其中D為災(zāi)害強度，單位為d/次，d、c分別為高溫?zé)岷Πl(fā)生的總天數(shù)、總次數(shù)）計算1981-2019年賓陽早稻高溫?zé)岷姸?。賓陽縣熱害強度線性系數(shù)為0.055 d/次，20世紀(jì)80年初期熱害強度有下降趨勢，之后有所增長：1982-1990年熱害強度變化不大，20世紀(jì)90年代前期到90年末期，熱害強度呈現(xiàn)階段性增減趨勢，進(jìn)入21世紀(jì)后，熱害強度則呈現(xiàn)波動式上升趨勢，這表明賓陽縣早稻高溫?zé)岷姸瓤傮w上呈現(xiàn)增長趨勢（圖4）。

2.2早稻高溫?zé)岷ν蛔兎治?/p>

M-K檢驗方法是一種非參數(shù)Mann-Kendall法突變檢測，兼具較好的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用效果。目前，該方法被世界氣象組織推薦，并廣泛應(yīng)用于氣候資料隨時間變化的長期變化趨勢中，如氣溫、降水、徑流、水質(zhì)等。鑒于賓陽早稻高溫?zé)岷Υ螖?shù)呈現(xiàn)波動增長趨勢，采用M-K檢驗方法來檢測賓陽縣1981-2019年早稻熱害發(fā)生次數(shù)趨勢的突變性。

20世紀(jì)80年代初到80年代末，UF值為0且除少數(shù)年份超過置信區(qū)間外，大多數(shù)處在置信區(qū)間內(nèi)，說明該階段早稻高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)增長趨勢由顯著變?yōu)椴伙@著，UF、UB曲線在1981年有1個交點，此后熱害次數(shù)增長態(tài)勢較為明顯，說明1981年為早稻高熱發(fā)生次數(shù)增加突變年：到21世紀(jì)10代后，UF、UB曲線有1個交點發(fā)在2010年，且UF值0并在置信區(qū)間內(nèi)，表明2010年為早稻高溫?zé)岷Υ螖?shù)突變年，但該階段早稻高溫?zé)岷Σ⑽赐ㄟ^a=0.05的顯著性檢驗（圖5）。

2.3高溫?zé)岷Ξa(chǎn)量的影響

2007-2008年熱害頻次與相對氣象產(chǎn)量均呈現(xiàn)下降趨勢;2009-2015年熱害頻次與相對氣象產(chǎn)量大致呈現(xiàn)反向波動的趨勢，隨著熱害頻次增加，相對氣象產(chǎn)量隨之降低，反之亦然：2008-2017年產(chǎn)量受熱害影響相對顯著，且該時段內(nèi)熱害發(fā)生次數(shù)多：進(jìn)入2017年后，熱害對產(chǎn)量影響不明顯（圖6）。由此可知，賓陽縣高熱害對產(chǎn)量的影響大致上呈現(xiàn)反向波動增減的趨勢，但不排除極端年份的異常影響。

3討論與總結(jié)

相關(guān)研究表明，近56年廣西極端變暖事件有增強、增加趨勢。隨著高溫?zé)岷κ录l發(fā)，嚴(yán)重影響我國水稻生長發(fā)育，致使減產(chǎn)，在湖南極端高溫頻次與晚稻呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。結(jié)果也表明，賓陽縣高溫日數(shù)呈現(xiàn)增長態(tài)勢，高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)趨勢與其基本相似，且熱害強度總體上呈現(xiàn)出增長趨勢。產(chǎn)量與熱害次數(shù)呈現(xiàn)反向波動趨勢，即高溫?zé)岷Υ螖?shù)增加、強度增強，早稻產(chǎn)量下降，反之亦然。究其原因在于：（1）全球氣候變暖大背景下，各區(qū)域之間氣溫也會相應(yīng)呈現(xiàn)增加趨勢，只是幅度大小差別;（2）由于每個區(qū)域種植品種、氣候條件、農(nóng)業(yè)技術(shù)水平不同，高溫?zé)岷Ξa(chǎn)量的影響也會有所不同。

賓陽縣熱害次數(shù)表現(xiàn)為階段性波動增減趨勢，線性系數(shù)為0.032次/年，但熱害次數(shù)總體上呈現(xiàn)上升趨勢，20世紀(jì)80～90年代、21世紀(jì)10年初后熱害次數(shù)較多。輕度、中度熱害次數(shù)則呈現(xiàn)出階段性增減，有的年份偏多，有的年份偏少或沒有，進(jìn)入21世紀(jì)00年代后重度熱害才開始出現(xiàn)。M-K趨勢突變分析表明，賓陽縣熱害過程次數(shù)突變年份發(fā)生在1981年、2010年。賓陽縣平均熱害天數(shù)為6.9d，最多可達(dá)21d。連續(xù)天數(shù)增長趨勢與熱害次數(shù)變化趨勢相似，線性傾系數(shù)為0.153d/年，且年際變化差異大。這是因為全球氣候變暖進(jìn)一步持續(xù)，導(dǎo)致極端高溫事件頻發(fā)，熱害次數(shù)、持續(xù)天數(shù)增加。因此，建議通過選擇耐熱水稻優(yōu)良種植品種、建設(shè)現(xiàn)代化田間管理系統(tǒng)等避免產(chǎn)量減損。