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        氣候變化背景下肇慶市農(nóng)業(yè)氣候資源特征

        2021-11-10 04:49:48宋曉君梁嘉雯吳禮鳳房文彬
        廣東氣象 2021年5期
        關(guān)鍵詞:變率積溫日照時數(shù)

        宋曉君,梁嘉雯,吳禮鳳,房文彬

        (1.肇慶市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心,廣東肇慶 526040;2.懷集縣氣象局,廣東懷集 526400)

        當(dāng)今社會,氣候因素仍是影響我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要因素[1-2]。全球氣候變暖已是既定事實(shí),伴隨著氣候變化的農(nóng)業(yè)氣候資源變化對我國糧食生產(chǎn)的影響很大,氣候變化引起的氣候極端事件增多也嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)[2-4]。近些年來,全球氣候異常變化受到政府有關(guān)部門和各國學(xué)者的高度關(guān)注,國內(nèi)外學(xué)者在農(nóng)業(yè)氣候資源方面做了大量的研究工作[1,4-8]。但我國幅員遼闊,氣候特征復(fù)雜,各地農(nóng)業(yè)氣候資源變化差異較大,因此對每個地區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候資源研究,都對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。

        肇慶市位于廣東中西部,西江北岸,北回歸線橫貫中部,屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)[9-10]。夏季炎熱、冬季溫暖,降水豐沛,雨熱同期,光、熱、水氣候資源豐富,優(yōu)越的氣候條件非常有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本研究探討在氣候變化背景下,肇慶農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征及趨勢,以期為科學(xué)規(guī)劃農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、充分利用氣候資源、避免和減輕不利氣候條件的影響提供農(nóng)業(yè)氣候方面的科學(xué)依據(jù)。

        1 資料與方法

        本研究選用肇慶市高要區(qū)國家地面氣象觀測站1960—2019年的逐日氣象觀測資料,氣象要素包括平均氣溫、降水量、日照時數(shù)等,同時計(jì)算了活動積溫和降水變率[11]。

        肇慶四季劃分為春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月—翌年2月。

        采用最小二乘法[12]建立一元線性回歸方程計(jì)算氣候要素隨時間的變化速率,線性回歸系數(shù)的10倍作為氣候傾向率;采用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)[12],若計(jì)算的相關(guān)系數(shù)r大于判別標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)系數(shù)rc,則通過顯著性的t檢驗(yàn)。

        本研究結(jié)合Mann-Kendall方法和滑動T檢驗(yàn)兩種方法進(jìn)行氣候突變檢測[12]。首先應(yīng)用Mann-Kendall方法對平均氣溫、降水量、日照時數(shù)等氣象要素的時間序列進(jìn)行突變檢測,取a=0.01的顯著性水平(U0.01=±2.58)。信度區(qū)間內(nèi)UF線和UB線相交點(diǎn)年份為突變年份,對交叉點(diǎn)位于信度線之外,或者存在多個明顯的交叉點(diǎn)時,再利用滑動T檢驗(yàn)對突變點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn),從而驗(yàn)證突變點(diǎn)的真?zhèn)?,增?qiáng)突變分析結(jié)果的可信度。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 熱量資源變化

        1)氣溫。

        1960—2019年肇慶市年平均氣溫為22.4℃,最高為23.4℃(2015年),最低為21.4℃(1976年)。由圖1可知,近60年肇慶市年平均氣溫呈顯著上升趨勢,平均每10年增溫0.17℃,通過顯著性檢驗(yàn)(P<0.01)。結(jié)合表1發(fā)現(xiàn),最低氣溫的增溫貢獻(xiàn)要大于最高氣溫,最低氣溫增幅達(dá)到0.025℃/年(P<0.01),最高氣溫為0.013℃/年(P<0.01),年平均氣溫日較差以0.011℃/年的速率減小(P<0.01)。年代際增溫明顯,其中20世紀(jì)80年代增溫幅度最大,90年代平均氣溫比70年代高出0.74℃。

        圖1 1960—2019年肇慶年平均氣溫變化趨勢

        表1 1960—2019年肇慶氣候要素傾向率變化

        四季都存在不同程度的升溫特征。平均氣溫秋季和冬季增溫尤其顯著,氣候傾向率均為0.023℃/年,夏季增溫速率為0.010℃/年,均通過顯著性檢驗(yàn)(P<0.01),春季在a=0.05水平上顯著增溫,氣候傾向率均為0.012℃/年;最高氣溫夏季和秋季增溫極其顯著,夏季氣候傾向率為0.016℃/年,秋季為0.017℃/年,均通過顯著性檢驗(yàn)(a=<0.01);最低氣溫四季都呈極顯著上升趨勢(a=<0.01),秋冬季增溫幅度超過0.03℃/年。

        2)積溫。

        積溫代表可能提供農(nóng)業(yè)利用的熱量,是評價某一地區(qū)熱量資源的重要指標(biāo)之一[11]。日平均氣溫≥0℃和≥10℃積溫的多少表征喜涼、喜溫作物全生育期對熱量條件要求的滿足度。20℃界限溫度指標(biāo)是熱帶作物生長期指標(biāo)溫度,也是大秋喜溫作物灌漿的適宜下限溫度[11]。肇慶近60年間最冷月平均氣溫為13.8℃,熱量資源豐富,全年可進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動,本研究主要探討≥10℃和≥20℃積溫的變化。

        圖2為1960—2019年肇慶活動積溫變化趨勢。由圖2可見,1960—2019年肇慶市各界限溫度的積溫都呈極顯著上升趨勢,均通過顯著性檢驗(yàn)(P<0.01)?!?0℃積溫平均為8 078.2℃·d,平均每10年增加71.0℃·d;≥20℃積溫平均為6 333.8℃·d,平均每10年增加91.1℃·d。積溫年代際變化與年平均氣溫一致,20世紀(jì)80年代上升趨勢最為顯著。

        圖2 1960—2019年肇慶活動積溫變化趨勢

        另外,由表1可知,各界限溫度的積溫四季都表現(xiàn)為增加趨勢,但增幅不同?!?0℃積溫夏、秋、冬3季均呈極顯著上升趨勢,冬季增加幅度最大,氣候傾向率為2.92℃·d/年,其次為秋季2.17℃·d/年,夏季和春季增加幅度較??;≥20℃積溫夏季和秋季增加極顯著,冬、春季也呈顯著增加趨勢,其中秋季增加幅度達(dá)到4.18℃/年,對熱量資源增加貢獻(xiàn)最大。

        2.2 降水資源變化

        1)降水量。

        由圖3可知,1960—2019年肇慶年平均降水量為1 651.3 mm,降水量變化趨勢不明顯,但年際波動較大,最多年有2 221.0 mm(2008年),最少年為1 113.3 mm(1963年),二者相差1倍之多。降水量年代際變化不大,基本穩(wěn)定在1 590~1 700 mm。

        圖3 1960—2019年肇慶年降水量變化趨勢

        降水主要集中在汛期4—9月,季節(jié)差異顯著。春季平均降水量為530.6 mm,占年降水量的32%;夏季降水量為725.1 mm,占年降水量的44%;秋季降水量為267.0 mm,占年降水量的16%,冬季降水量為128.6 mm,占年降水量的8%。四季降水量年際變化趨勢不同,近60年來夏、秋季呈減少趨勢,冬、春季呈增多趨勢,但均未通過顯著性檢驗(yàn)。

        2)降水變率。

        1960—2019年肇慶平均年降水變率為13.4%,平均每10年增加0.6%,上升趨勢不明顯,未通過顯著性檢驗(yàn)。由圖4看出,降水變率的年代際變化先下降再上升,20世紀(jì)60年代至70年代呈逐步下降趨勢,80年代降水變化平穩(wěn),90年代至21世紀(jì)初呈階梯式上升趨勢,21世紀(jì)初平均降水變率最大(17.6%),降水最不穩(wěn)定。

        圖4 1960—2019年肇慶年降水變率變化趨勢

        肇慶四季的降水變率相差較大,冬季最大(47.6%),秋季次之(39.2%),其次為春季(23.4%),夏季最小(15.5%),秋、冬季明顯高于春季和夏季。從四季降水變率的年際變化趨勢來看,秋季下降趨勢顯著(P<0.05),平均每10年減小5.6%;夏季則以0.19%/年的幅度增大(P<0.05);春季和冬季平均每10年增大1.2%,上升趨勢不明顯,未通過顯著性檢驗(yàn)。雖然秋季和冬季降水少,只占全年降水量的1/4,但降水變率大,降水不穩(wěn)定,易出現(xiàn)秋冬季干旱;春季和夏季降水量大,強(qiáng)降水和強(qiáng)對流天氣多發(fā)頻發(fā),熱帶系統(tǒng)影響期間降水猛烈,降水變率增大、極端降水事件概率增加,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大。

        2.3 光照資源變化

        廣東地處東亞季風(fēng)區(qū),氣候濕潤,云雨較多,成為全國日照較少的地區(qū)[11]。由圖5可知,1960—2019年肇慶年平均日照時數(shù)為1 693.6 h,近60年來呈顯著下降趨勢,平均每10年減少54.5 h,通過顯著性檢驗(yàn)(P<0.01)。日照時數(shù)年際變化大,最高為2 077.4 h(1971年),最低為1 345.6 h(2005年),極差為731.8 h。年代際變化呈階梯式下降,20世紀(jì)80到90年代下降幅度最大,2000年以后年平均日照時數(shù)少于1 600 h,比20世紀(jì)60年代平均減少了241.5 h。

        圖5 1960—2019年肇慶年日照時數(shù)變化趨勢

        肇慶日照資源主要集中在夏、秋季節(jié),季平均日照時數(shù)超過500 h,冬、春季節(jié)多寡照天氣,其中2—4月最少,月平均日照時數(shù)不足80 h。從表1可知,四季日照時數(shù)都呈顯著下降趨勢,平均每10年減少10.6~15.8 h。夏、秋季日照充足,能夠滿足農(nóng)作物生長發(fā)育對光照的需求,日照資源減少不會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來較大的影響;但冬、春季本就多陰雨寡照天氣、日照不足,日照時數(shù)進(jìn)一步減少會對農(nóng)業(yè)產(chǎn)造成一定影響。

        2.4 農(nóng)業(yè)氣候資源突變檢驗(yàn)

        肇慶各氣候要素Mann-Kendall突變檢驗(yàn)結(jié)果如圖6所示,圖6中實(shí)曲線為正序列UF曲線,虛曲線為反序列UB曲線,虛直線是0.01顯著水平臨界值信度線,實(shí)直線為0等值線。

        1)氣溫。

        突變檢驗(yàn)結(jié)果如圖6a顯示,1995年UF曲線超過了a0.01=2.58(P<0.01)信度檢驗(yàn)臨界線,平均氣溫上升趨勢極顯著;UF和UB曲線相交于1987年,說明平均氣溫在1987年突變增暖,突變后平均氣溫較突變前增加了0.7℃。年平均最高氣溫和最低氣溫也呈顯著上升趨勢,變化趨勢與平均氣溫相似,但突變時間不一樣,最低氣溫突變最早,突變發(fā)生在1980年;最高氣溫突變最晚,在90年代之前呈下降趨勢,1994年才發(fā)生變暖突變。

        2)積溫。

        由突變檢驗(yàn)結(jié)果可知,1990年UF曲線超過了99%的置信區(qū)間,≥10℃積溫上升趨勢極顯著;UF和UB曲線相交于1985年,說明20世紀(jì)80年代中期≥10℃積溫增加是一個突變現(xiàn)象,突變后較突變前≥10℃積溫增加了269.9℃·d(圖6b)?!?0℃積溫同樣呈顯著增加趨勢,突變發(fā)生在1990年,突變后較突變前≥20℃積溫增加了317.4℃·d(圖6c)。從突變時間先后來看,≥20℃積溫的突變時間要晚于≥10℃積溫的突變時間。

        3)降水。

        根據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法,年平均降水量和降水相對變率的正序列UF曲線均未超過95%的置信區(qū)間,且在信度區(qū)間內(nèi)UF線和UB線有多個交點(diǎn)(圖6d-e),利用滑動T檢驗(yàn)方法對其檢驗(yàn),結(jié)果表明降水不存在顯著的突變點(diǎn),變化趨勢不明顯。

        4)日照時數(shù)。

        突變檢驗(yàn)結(jié)果如圖6f顯示,近60年來日照時數(shù)下降趨勢極顯著,2000年UF曲線超過a0.01=2.58信度檢驗(yàn)臨界線,可以確定日照時數(shù)在20世紀(jì)90年代前期有一個明顯的突變,突變發(fā)生在1993年,突變后日照時數(shù)較突變前減少了179.6 h。

        圖6 1960—2019年肇慶氣候要素Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

        3 結(jié)論

        1)年平均氣溫為22.4℃,近60年來呈顯著上升趨勢,1987年突變增暖;年平均最高氣溫和最低氣溫同樣呈上升趨勢,最低氣溫突變時間最早、增溫更顯著;最高氣溫夏季上升可能使高溫?zé)岷Ω怕始哟?,冬季最低氣溫上升低溫冷害概率可能會減小。

        2)≥10℃積溫平均為8 078.2℃·d,≥20℃積溫平均為6 333.8℃·d,近60年來均呈顯著上升趨勢,≥10℃積溫的突變時間更早;熱量資源秋季上升趨勢最顯著、貢獻(xiàn)最大。

        3)年平均降水量為1 651.3 mm,降水量變化趨勢不明顯,但年際波動較大;降水變率呈微弱上升趨勢,可能導(dǎo)致春夏澇害和秋冬干旱的概率增大。

        4)年平均日照時數(shù)為1 693.6 h,近60年呈顯著下降趨勢,1993年發(fā)生突變;冬、春季日照減少、陰雨寡照天氣增多。

        綜上所述,肇慶農(nóng)業(yè)氣候資源變化整體表現(xiàn)為光照資源減少,熱量資源增多,降水資源變化趨勢不明顯。光熱水資源總量及其配置總體較好,雨熱同期,有利于農(nóng)作物生長發(fā)育,但降水波動較大,極端天氣氣候事件增多。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展需合理利用氣候資源,趨利避害,加強(qiáng)應(yīng)對氣象災(zāi)害的防御能力提高。

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