周 威，陳 科，黃 萍

（1.張家界市氣象局，湖南 張家界 427000；2.氣象防災(zāi)減災(zāi)湖南省重點實驗室，長沙 410118；3.常德市氣象局，湖南 常德 415000）

物候現(xiàn)象可以用來評價氣候環(huán)境因素對動植物影響的總體效果［1］。在全球氣候變暖的背景下，物候已經(jīng)受到明顯影響。中國從1980年以來，東北、華北及長江下游地區(qū)站點的物候期提前［2］。廣東省木本植物、動物春季物候期明顯提前，且植物、動物春季物候期的提前與推遲對溫度的上升與下降的響應(yīng)是非線性的［3］。受氣候變化影響，川渝地區(qū)的仁壽春始期略微推遲［4］。福建省不同地區(qū)各植物物候期變化趨勢有所不同，烏桕大部分站點春季物候期的變化趨勢較為一致，呈提前趨勢，每10年提早3.57～29.27 d；楝樹、桂花、木棉春季物候期略有延遲，各植物生長季均有所延長［5］。銀杏最佳觀賞期與各氣溫要素存在顯著負相關(guān)，其最佳觀賞期短期氣候預(yù)測模型通過預(yù)報檢驗，效果較理想［6］。眾多研究表明，植物物候的展葉、開花、落葉和動物物候的始見、絕見等與氣候環(huán)境因素息息相關(guān)，這些研究工作一般主要分析某一地區(qū)、某一種物候指標(biāo)，又或者研究較長時間的、全國的、某一特定的物候資料，分析中國物候的基本變化特征，而對于湖南省的物候與氣候相關(guān)的研究還較少，特別是對湘西北地區(qū)的物候與氣候研究更少，同時，中國各區(qū)域、各省的氣候變化并不一致，各地物候變化也有其地域性和差異性。

湘西北地區(qū)地勢變化較大，海拔從幾十米到2 000多米，地貌復(fù)雜多樣，有平原、喀斯特地貌、張家界地貌等；氣候多變，災(zāi)害多發(fā)，氣候和物候的變化對湘西北地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展有較大影響。因此，研究該區(qū)域氣候變化對物候的影響，摸清并掌握相關(guān)規(guī)律、機理，在預(yù)報農(nóng)時、監(jiān)測和保護生態(tài)環(huán)境、預(yù)測和鑒定氣候變化趨勢等方面有重要理論和現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

本研究中湘西北主要是指位于湖南省西北部的張家界、常德、湘西土家族苗族自治州（簡稱湘西州）3個地級市（州），介于109°10′—112°17′E、27°44′—30°07′N，土地總面積43 485 km2，占湖南省面積的20.4%，如圖1所示。

圖1 研究區(qū)在湖南省的位置及地形特征

研究區(qū)有“川黔咽喉，云貴門戶”之說，受地貌和季風(fēng)環(huán)流的影響，屬于大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候類型，主要災(zāi)害有暴雨、洪澇、干旱、低溫凍害、連陰雨、寒潮、山體滑坡、泥石流等。研究區(qū)有18個國家氣象站、1個國家農(nóng)業(yè)氣象試驗站、3個國家農(nóng)業(yè)氣象觀測站。本研究利用張家界、常德、湘西州3個市（州）的物候觀測資料及常規(guī)氣象觀測資料分析極端氣溫變化對湘西北自然物候的影響，研究物候與極端氣溫之間的內(nèi)在聯(lián)系。

2 資料與方法

2.1 資料來源

資料分為物候資料和氣象資料。①物候資料分為動物、植物2類，其中動物主要包括兩棲類青蛙，候鳥類家燕，物候期選定為青蛙始、終鳴期，家燕始、絕見期；植物主要包括椿樹、梓樹、桃樹、核桃樹，物候期選定為葉芽開放期、展葉期、開花期、落葉末期。物候資料來源于常德國家農(nóng)業(yè)氣象試驗站，桑植、古丈、澧縣國家農(nóng)業(yè)氣象觀測站。②氣象資料來源于2個國家基準(zhǔn)氣候站（石門、吉首）、3個國家基本氣象站（常德、桑植、保靖）、13個國家氣象觀測站（古丈、澧縣等）。所有植物觀測期間品種無變化，定位觀測時間、標(biāo)準(zhǔn)、方法統(tǒng)一按照規(guī)范［7］要求進行。

2.2 研究方法

氣象資料和物候資料通過標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)為無量綱參數(shù)，采用一次線性方程來定量描述各物理量的變化趨勢，用線性傾向估計法、相關(guān)分析法分析物候期［8］及與極端氣溫的關(guān)系，用SPSS進行顯著性檢驗［9］。

3 結(jié)果與分析

3.1 極端氣溫變化特征

3.1.1 空間特征 2000—2018年湘西北年平均極端最高氣溫在28.3～30.6℃（圖2a），其中慈利站最高，龍山站最低，2個站點相差2.3℃。極端最高氣溫張家界3個站點（張家界、桑植、慈利）平均為30.1℃，常德7個站點（常德、桃源、漢壽、臨澧、澧縣、安鄉(xiāng)、石門）平均為29.5℃，湘西州8個站點（吉首、花垣、保靖、古丈、永順、龍山、瀘溪、鳳凰）平均為29.1℃；張家界與湘西州相差1.0℃?？傮w上，湘西北地區(qū)極端最高氣溫呈中部高（張家界）、東西兩邊（常德、湘西州）低的空間分布趨勢。

圖2 2000—2018年湘西北年平均極端氣溫分布

由圖2b可見，2000—2018年湘西北年平均極端最低氣溫在8.2～9.5℃，其中慈利站最高，古丈站最低，2個站點相差1.3℃。極端最低氣溫張家界3個站點平均為9.0℃，常德7個站點平均為9.0℃，湘西州8個站點平均為8.6℃。極端最低氣溫的差值不明顯，張家界、常德與湘西州相差0.4℃。

3.1.2 時間特征 由圖3可見，2000—2018年湘西北平均極端最高氣溫波動較大，其中張家界呈略增加的趨勢，常德、湘西州呈略減少的趨勢（未通過顯著性檢驗）。3地年平均極端最高氣溫2009年最高，2012年最低，最高值與最低值平均相差3.2℃。年平均極端最低氣溫的變化幅度沒有極端最高氣溫大，其中張家界、湘西州呈略增加的趨勢，常德呈略減少的趨勢（未通過顯著性檢驗）。湘西北年平均極端最低氣溫2014年最高、2011年最低，最高值與最低值相差1.6℃。在空間分布上，張家界極端最高氣溫明顯高于常德、湘西州，極端最低氣溫與常德相差不大，明顯高于湘西州。

圖3 2000—2018年湘西北平均極端最高、最低氣溫年變化

3.2 物候變化特征

3.2.1 動物物候變化特征 由圖4a可見，青蛙始鳴的最大振幅出現(xiàn)在桑植，為41 d，家燕始見的最大振幅出現(xiàn)在古丈，為65 d。桑植家燕始見期呈提前趨勢，相關(guān)系數(shù)為0.907，通過0.001水平的顯著性檢驗，15年來提前約34 d。桑植青蛙始鳴期呈推遲趨勢，相關(guān)系數(shù)為0.492，通過0.05水平的顯著性檢驗，15年來推遲約13 d。澧縣家燕始見期與桑植相反，呈推遲趨勢，相關(guān)系數(shù)為0.427，通過0.1水平的顯著性檢驗，18年來推遲約7 d。古丈青蛙始鳴期與桑植一致，呈推遲趨勢，相關(guān)系數(shù)為0.515，通過0.05水平的顯著性檢驗，18年來推遲約13 d。常德青蛙始鳴期、家燕始見期變化不明顯。

由圖4b可見，青蛙終鳴期、家燕絕見期的最大振幅均出現(xiàn)在桑植，分別為106、102 d。桑植青蛙終鳴期、家燕絕見期均呈推遲趨勢，相關(guān)系數(shù)分別為0.886、0.930，均通過0.001水平的顯著性檢驗。澧縣青蛙終鳴期、常德家燕絕見期與桑植一致，亦呈推遲趨勢，其中澧縣青蛙終鳴期相關(guān)系數(shù)為0.497，通過0.05水平的顯著性檢驗，常德家燕絕見期相關(guān)系數(shù)為0.762，通過0.01水平的顯著性檢驗。古丈青蛙終鳴期與桑植、澧縣相反，呈提前趨勢，相關(guān)系數(shù)為0.771，通過0.001水平的顯著性檢驗。

圖4 湘西北動物物候年際變化

湘西北青蛙始鳴期集中出現(xiàn)在3月中旬至4月上旬（3月16日至4月4日），青蛙始鳴期以常德、澧縣為最早；10多天后，古丈青蛙始鳴；再過7 d左右，桑植青蛙始鳴。家燕始見期集中出現(xiàn)在3月下旬至4月上旬（3月21日至4月8日），家燕始見期以常德、古丈為最早；9 d后，澧縣家燕始見，再過9 d左右，桑植家燕始見。

青蛙終鳴期集中出現(xiàn)在7月底至11月初，以桑植為最早，半個月后，古丈青蛙終鳴，2個月后，澧縣青蛙終鳴，再過10d左右，常德青蛙終鳴。家燕絕見期集中出現(xiàn)在8月下旬至10月下旬，以桑植為最早，2個月后，常德、古丈家燕絕見，再過5 d左右，澧縣家燕絕見。

桑植青蛙的始鳴晚、終鳴早，活動期約116 d，其次為古丈的138 d，澧縣、常德最長，約230 d。桑植家燕的始見晚、絕見早，活動期約138 d，其次為澧縣的214 d，古丈、常德最長，約218 d。

3.2.2 植物物候變化特征 由表1可見，2000—2018年湘西北的桑植梓樹葉芽開放期集中出現(xiàn)在2月中旬至3月中旬（2月18日至3月17日），最大振幅為28 d，平均出現(xiàn)日期是3月10日；葉芽開放后10 d左右為展葉期，展葉期最大振幅為30 d，梓樹落葉末期為10月中旬至11月下旬（10月16日至11月29日）。梓樹葉芽開放、展葉、落葉末期均呈推遲趨勢，相關(guān)系數(shù)分別為0.616、0.752、0.664，均通過0.01水平的顯著性檢驗，每10年分別推遲10、13、18 d。整個梓樹生長季長度延長，未通過顯著性檢驗，梓樹葉芽開放到落葉末期總?cè)諗?shù)平均為250 d。

表1 2000—2018年湘西北植物物候統(tǒng)計特征

古丈核桃樹葉芽開放期集中出現(xiàn)在2月中旬至3月下旬（2月13日至3月23日），最大振幅為38 d；葉芽開放后17 d左右為展葉期，展葉期最大振幅為28 d；展葉過后15 d進入開花期，開花期最大振幅為31 d；核桃樹落葉末期在9月下旬至12月中旬（9月28日至12月18日）。核桃樹葉芽開放期呈提前趨勢，展葉、開花、落葉末期均呈推遲趨勢，整個核桃樹生長季長度延長，未通過顯著性檢驗，核桃樹葉芽開放至落葉末期總?cè)諗?shù)平均為248 d。

桃樹因地域不同，物候期亦表現(xiàn)出不同。常德桃樹的葉芽開放期比澧縣早10 d左右，展葉、開花期均比澧縣早3 d左右，兩地的桃樹落葉末期較一致。常德桃樹葉芽開放、落葉末期呈推遲趨勢，展葉、開花期呈提前趨勢，未通過顯著性檢驗。澧縣桃樹的葉芽開放、展葉、開花均呈提前趨勢，未通過顯著性檢驗，桃樹落葉末期呈推遲趨勢，相關(guān)系數(shù)為0.878，通過0.001水平的顯著性檢驗。常德桃樹的生長季變化不明顯，澧縣桃樹的整個生長季正在延長，葉芽開放至落葉末期總?cè)諗?shù)平均為227 d，相關(guān)系數(shù)為0.764，通過0.001水平的顯著性檢驗。

總的來說，湘西北的梓樹、桃樹、核桃樹的整個生長季物候期呈延長趨勢，與全國其他地區(qū)的植物物候期變化特征類似。如衡水大部分植物物候期比2010年延長15～30 d不等［10］；成都桃花物候期對氣候變化高度敏感，桃花盛花期前3個月和前1個月溫度升高1℃，盛花期分別提前6.47 d和4.16 d［11］；甘肅白刺的物候期開始和結(jié)束時期均推遲，但生長季出現(xiàn)了延長現(xiàn)象［12］。

3.3 物候與極端氣溫的相關(guān)性

3.3.1 動物物候與極端氣溫的相關(guān)性 由表2可見，湘西北各地的動物受極端氣溫的影響，各物候期表現(xiàn)略有不同，極端最高氣溫比極端最低氣溫對動物的影響更明顯。桑植青蛙始鳴期與極端最高氣溫呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)依次為6月＞8月＞4—9月，均通過了0.05水平的顯著性檢驗，表示桑植青蛙始鳴的日期越早，對應(yīng)年份的6月、8月的極端最高氣溫相對越高，亦即桑植青蛙始鳴的日期越晚，則6月、8月的極端最高氣溫越低。常德家燕絕見期與6月極端最高氣溫呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.682，通過了0.05水平的顯著性檢驗，說明常德家燕絕見期越早，6月的極端最高氣溫越高。澧縣青蛙終鳴期與2月極端最高氣溫呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.487，通過了0.05水平的顯著性檢驗。

表2 湘西北動物物候與極端氣溫的相關(guān)系數(shù)

極端最低氣溫與動物物候的相關(guān)性沒有極端最高氣溫顯著，僅表現(xiàn)在桑植家燕絕見期與4—9月極端最低氣溫呈顯著正相關(guān)，古丈家燕始見期與7月的極端最低氣溫呈顯著正相關(guān)。

桑植家燕始見期與7月極端最高氣溫呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.638，通過了0.05水平的顯著性檢驗，7月極端最高氣溫每上升1℃，桑植家燕始見日期提前7.7 d，見圖5a。澧縣家燕絕見期與8月極端最高氣溫呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.582，通過了0.05水平的顯著性檢驗，8月極端最高氣溫每上升1℃，澧縣家燕絕見日期則推遲6.6 d，見圖5b?？梢姌O端最高氣溫是影響多地青蛙始終鳴、家燕始絕見的主要限制因子。

圖5 家燕始見、絕見期與極端最高氣溫的關(guān)系

3.3.2 植物物候與極端氣溫的相關(guān)性 植物物候與極端氣溫的相關(guān)性跟動物物候有些類似，表現(xiàn)在多地多物種物候期與極端最高氣溫的相關(guān)性較顯著，而與極端最低氣溫的相關(guān)性不太明顯，見表3。由表3可知，常德、澧縣的桃樹和古丈的核桃樹主要受極端最高氣溫的影響。常德桃樹葉芽開放期與2月極端最高氣溫呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.472，通過了0.05水平的顯著性檢驗，表示常德桃樹葉芽開放期越早，則2月極端最高氣溫相對越高，亦即極端最高氣溫對葉芽的開放有促進作用。澧縣桃樹展葉期與極端最高氣溫呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)依次為2—3月＞1—3月＞1—2月，均通過了0.05水平的顯著性檢驗。澧縣桃樹開花期與2—3月極端最高氣溫呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.459，通過了0.05水平的顯著性檢驗，2—3月極端最高氣溫每上升1℃，澧縣桃樹開花期提前1.0 d（圖6a）。氣溫是影響花期早晚的重要因子，且開花提早可提高坐果率。

表3 湘西北植物物候與極端氣溫的相關(guān)系數(shù)

古丈核桃樹葉芽開放期與2月極端最高氣溫呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.609，通過了0.01水平的顯著性檢驗，2月極端最高氣溫每上升1℃，古丈核桃樹葉芽開放期提前1.4 d（圖6b）。古丈核桃樹開花期與上年12月的極端最高氣溫呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.460，通過了0.05水平的顯著性檢驗；古丈核桃樹落葉末期與1月極端最高氣溫呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.617，通過了0.01水平的顯著性檢驗。

圖6 澧縣桃樹開花期、古丈核桃樹葉芽開放期與極端最高氣溫的關(guān)系

極端最低氣溫與植物物候的相關(guān)性沒有極端最高氣溫顯著，僅表現(xiàn)在古丈核桃樹開花期、澧縣桃樹落葉末期與上年12月極端最低氣溫呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.496、0.519，均通過了0.05水平的顯著性檢驗。這表明上年12月極端最低氣溫越高，古丈核桃樹開花期越晚，澧縣桃樹落葉末期亦推遲。

4 結(jié)論

1）湘西北地區(qū)極端最高氣溫在28.3～30.6℃，最高（慈利）與最低（龍山）相差2.3℃，空間分布上呈中間高、兩邊低的趨勢。平均極端最高氣溫張家界為30.1℃，常德為29.5℃，湘西州為29.1℃。極端最低氣溫在8.2～9.5℃，最高（慈利）與最低（古丈）相差1.3℃，極端最低氣溫的差值沒有極端最高氣溫大。平均極端最低氣溫張家界為9.0℃，常德為9.0℃，湘西州為8.6℃。

2）湘西北平均極端最高氣溫波動較大，張家界呈略增加的趨勢，常德、湘西州呈略減少的趨勢（未通過顯著性檢驗）。年平均極端最高氣溫的變化幅度大于極端最低氣溫。湘西北年平均極端最低氣溫在2014年最高、2011年最低；在空間分布上，張家界極端最高氣溫明顯高于常德、湘西州，張家界極端最低氣溫與常德相差不大，明顯高于湘西州。

3）青蛙、家燕受極端最高氣溫影響明顯，不同地域反應(yīng)不一。桑植青蛙始鳴與古丈青蛙始鳴期一致，呈推遲趨勢；桑植家燕始見期呈提前趨勢，15年來提前約34 d。澧縣家燕始見期與桑植相反，呈推遲趨勢，18年來推遲7 d。常德青蛙始鳴、家燕始見期變化不明顯。桑植青蛙終鳴、家燕絕見期均呈推遲趨勢。澧縣青蛙終鳴、常德家燕絕見期與桑植一致，亦呈推遲趨勢。古丈青蛙終鳴期與桑植、澧縣相反，呈提前趨勢。桑植青蛙的始鳴晚、終鳴早，活動期約116 d，其次為古丈的138 d，澧縣、常德最長，約230 d。桑植家燕的始見晚、絕見早，活動期約138 d，其次為澧縣的214 d，古丈、常德最長，約218 d。

4）氣溫是制約植物物候期的關(guān)鍵氣象因子，與許多木本植物物候研究的結(jié)論一致［13-17］。湘西北多個植物物候與極端最高氣溫的相關(guān)性較顯著，與極端最低氣溫的相關(guān)性不太明顯。極端最高氣溫每上升1℃，澧縣桃樹開花期則提前1.0 d，2月極端最高氣溫每上升1℃，古丈核桃樹葉芽開放期提前1.4 d。

5）植物物候期是生物因素和環(huán)境因素的綜合反映［18］，本研究僅基于氣溫對物候變化的影響進行探討，可能存在一定的片面性，后續(xù)工作中將進一步研究其他環(huán)境因素。