趙斯文杜宏娟朱永寧魏月娥金飛

(1.中國氣象局旱區(qū)特色農業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏 銀川 750002)

引言

20世紀80年代以來，大量研究結果表明全球年平均地表溫度持續(xù)上升。在過去的100a，全球氣溫以0.1℃·10a-1的速度遞增，在不考慮氣候政策干預的情況下，未來20a仍將以此速度遞增[1]。在全球氣候變暖大背景下，光能、熱能和水分等農業(yè)氣候資源發(fā)生了明顯變化，對農業(yè)會造成一定影響[2]。

為更好地利用越來越多的熱量資源，解決“糧—飼”、“糧—糧”等征地的矛盾，發(fā)展復種，促進農牧業(yè)良性發(fā)展，寧夏吳忠市開展了麥收后復種水稻試驗。復種水稻前茬作物為冬小麥或“冬牧70”，播種時間在上年10月上旬，收獲時間分為2種，“冬牧70”的收獲時間為5月下旬，冬小麥的收獲時間為6月中旬；麥后迅速整地、灌水，6月下旬中期開始水稻移栽。有關麥后復種作物的品種、茬口和種植模式研究較多，產(chǎn)量和效益較好，但麥后復種水稻是寧夏灌區(qū)近年來種植制度改革的一種新嘗試。該模式不僅可實現(xiàn)引黃灌區(qū)1a2季“細糧”，而且可避開用水高峰，充分利用自然資源，節(jié)約水資源，提高復種指數(shù)，提高單產(chǎn)。熱量資源是制約水稻生長發(fā)育的重要因素,麥收后留給水稻的生長期十分有限，農作物的生長、發(fā)育和產(chǎn)量形成需要一定的熱量條件，這個熱量通常是用相應時段內逐日平均氣溫的累積值表示的，這個累計溫度稱為積溫[3]?；顒臃e溫是指高于生物學下限溫度的日平均溫度的總和,本文旨在分析麥收后復種水稻期間積溫、≥10℃積溫終日、平均氣溫的變化特征以及氣候保證率，為麥后復種水稻提供理論支撐。

1 資料和方法

1.1 資料來源

所用資料為寧夏吳忠市國家氣象臺站1960—2019年期間每年小麥收獲后(6月中旬)的逐日平均氣溫，利用日平均氣溫的5d滑動平均法求算穩(wěn)定通過10℃界限溫度終日，分析積溫氣候特征，以及氣候保證率。

1.2 分析方法

用線性傾向估計法分析氣候趨勢，用信噪比進行突變檢測。通過分組法繪制氣候保證率曲線圖。

1.2.1 線性傾向估計法

xi=a+bti(i=1，2，…，n)

(1)

式中，xi為氣候變量；ti為xi所對應的時間；n為樣本量。當回歸系數(shù)b>0時，說明隨時間t的增加x呈上升趨勢；當b<0時，說明隨時間t的增加x呈下降趨勢。b×10稱為氣候變化傾向率，表征某氣候要素上升或下降的速率，單位為某要素單位·10a-1。

1.2.2 突變檢驗

用累積距平法，制作≥10℃積溫累積距平折線圖，根據(jù)累積距平圖對轉折年進行初步判斷。以初步判斷出的轉折年為基準年，構造前后2段子序列，依據(jù)文獻[4-6]給出的氣候突變的信噪比方法，檢驗轉折年的突變情況。

(2)

為檢驗轉折是否達到氣候標準，對轉折年份計算信噪比。

(3)

1.2.3 平均絕對變率和氣候保證率

平均絕對變率是某個氣象要素多年絕對變率的平均值，反應該氣象要素多年平均的變動情況。

(4)

保證率是指某段時間內氣象要素值高于(或低于)某一界限指標頻率的總和。表示某氣象要素高于(或低于)某界限值的可靠程度。

確定組數(shù)N：5lgn≥N>2.5lgn，n為樣本總數(shù)。

確定頻數(shù)、頻率：找出資料內落入各組內次數(shù)，即頻數(shù)。計算各組頻數(shù)與樣本總數(shù)的百分比，即頻率。

保證率：將各組頻率從大到小依次累加，即累計保證率。

2 結果和分析

2.1 ≥10℃積溫歷年變化情況

利用氣溫資料對≥10℃積溫進行統(tǒng)計，近60a來平均值為2228.3℃·d，最多值為2512.7℃·d，最少值為1973.9℃·d，且不足2100℃·d的年數(shù)為11a；≥10℃積溫變化情況如圖1，從圖中可以看出，1960—1997年積溫距平以負為主，21世紀后，除2004年積溫略低于均值，其余均處于均值線以上，近60a，積溫呈增加趨勢，以64.102℃·10a-1的速率增多。

圖1 1960—2019年復種水稻生育期間≥10℃積溫變化趨勢

2.2 ≥10℃積溫年代際變化分析

對復種水稻生長季≥10℃積溫進行逐年代統(tǒng)計如表1。從表1中可以看出，近60a，年代際積溫總體呈增加趨勢，1970—1979年代積溫均值最小，熱量條件最差，2010—2019年積溫值均為最大，熱量條件最好。

表1 ≥10℃積溫年代際變化特征值

2.3 ≥10℃界限溫度終日變化特征

近60a≥10℃終日平均日期為10月6日，最早為9月24日(1982年)，最晚為10月10日(出現(xiàn)33a)，總體呈延后趨勢，速率為0.8d·10a-1。

表2是吳忠市≥10℃界限溫度終日變化情況。在20世紀60年代(此處指1960—1969年，下同)、70年代、90年代偏早，80年代與60年平均值一致，21世紀初偏晚。

表2 不同年代≥10℃界限溫度終日統(tǒng)計特征值

2.4 ≥10℃積溫突變分析

從≥10℃積溫累積距平折線圖(圖2)可以看出，積溫累積距平在1997年前后發(fā)生了轉折，之前呈現(xiàn)減少趨勢，之后呈現(xiàn)增加趨勢，表明≥10℃積溫的突變可能發(fā)生在1997年前后。根據(jù)距平累積曲線圖觀測到的轉折年為基準年，分別構造了前后2個積溫序列進行信噪比檢驗，結果表明，復種水稻生育期間≥10℃積溫S/N值為1.44，信噪比大于氣候突變標準1，確定≥10℃積溫在1997年發(fā)生了突變(圖2)。在突變前均為冷期，突變后為暖期。突變前≥10℃積溫為2133.1℃·d，與歷年同期相比減少95.2℃·d，突變后≥10℃積溫為2379.9℃·d，與歷年同期相比增加151.6℃·d。

圖2 ≥10℃積溫累計距平值

2.5 保證率

利用吳忠氣象觀測站≥10℃積溫序列資料，采用分組法進行積溫的保證率統(tǒng)計分析，繪制了保證率曲線圖，根據(jù)研究表明[7,8]，“黑粳9號”生育期所需的活動積溫為2100℃·d，活動積溫是從插秧期至成熟期≥10℃的積溫加200℃·d(黑龍江省種子管理局積溫統(tǒng)計標準[9])，吳忠市麥收復種水稻實驗移栽日期為6月20日左右，圖3顯示，按1900℃·d計算，近60a、50a、40a的氣候保證率均為100%。

圖3 氣候保證率

3 結論與討論

近60a來，吳忠市復種水稻生育期內≥10℃積溫呈增加趨勢，以64.404℃·10a-1的速率增多；≥10℃積溫年代際分布總體也呈遞增趨勢。

近60a來，吳忠市≥10℃界限溫度終日平均日期為10月6日，最早為9月24日(1982年)，最晚為10月10日，總體呈延后趨勢，以0.8d·10a-1的速率增多。

吳忠市復種水稻生育期間≥10℃積溫，近60a、50a、40a積溫突變點均在1997年，S/N比值分別為1.44、1.35、1.26，信噪比均大于氣候突變標準1，近20a積溫增長顯著。

氣候變化對農作物生長發(fā)育的影響是多方面的，積溫變化的影響是其中一個重要的因素，但不是唯一因素，如與水分、日照、土肥等因素結合考慮等。因此積溫在如實反映作物生長發(fā)育對熱量的需求上會存在一定局限性，有待于今后進一步探討和研究。

對于氣象要素等非正態(tài)分布數(shù)據(jù)突變特征的分析方法較多，本研究采取累積距平和信噪方法。而有的文章采取Mann-Kendall法等，方法不同，分析數(shù)據(jù)結果有差異。