孔維財(cái)，宋如東，陸一磊，夏曉敏

（江蘇省南京市高淳區(qū)氣象局，南京 211300）

二十四節(jié)氣起源于黃河流域，最早的二十四節(jié)氣見于秦漢時(shí)期。中國古人通過觀察太陽周年運(yùn)動(dòng)與氣候、農(nóng)業(yè)、物候的關(guān)系，把一年分為不同的節(jié)氣，對(duì)應(yīng)各種不同的氣候特征、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、物候特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了中國古人的智慧，至今還發(fā)揮著重要的作用［1］。二十四節(jié)氣現(xiàn)已成為中國文化的一部分，2016年中國二十四節(jié)氣成為第31 個(gè)入選人類非物質(zhì)文化遺產(chǎn)代表名錄。

隨著全球氣候變暖的加劇，極端氣候事件頻發(fā)，不僅對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和人體健康帶來威脅，也對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大的影響［2］。近年來，關(guān)于二十四節(jié)氣的研究較多，錢誠等［3］研究了中國二十四節(jié)氣氣候變化規(guī)律；李耀寧等［4］研究了北京市二十四節(jié)氣氣溫變化規(guī)律；沈姣姣等［5］研究了西安市二十四節(jié)氣氣溫變化特征并進(jìn)行了突變分析；楊玲珠等［6］研究了邯鄲市二十四節(jié)氣氣候特征；武峰梅等［7］研究了孝義市二十四節(jié)氣氣象要素的變化特征。這些研究均表明二十四節(jié)氣均處于升溫趨勢。

中國地域廣闊，氣候差異明顯，不同地區(qū)同一節(jié)氣從事的農(nóng)業(yè)活動(dòng)也不同。南京市高淳區(qū)（簡稱高淳）位于江蘇省西南部，總面積約802 km2，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候適宜，是江蘇省重要的糧食生產(chǎn)和水產(chǎn)養(yǎng)殖基地。在全球氣候變暖的趨勢下，高淳二十四節(jié)氣氣溫也呈明顯的上升趨勢，氣候條件和物候特征也隨之改變。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量要求越來越高，研究如何更好地利用熱量資源、準(zhǔn)確把握農(nóng)時(shí)進(jìn)行農(nóng)事活動(dòng)，不但有利于提高農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)質(zhì)量，而且對(duì)提高長江中下游地區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義［8-11］。

1 資料與方法

1.1 二十四節(jié)氣劃分

二十四節(jié)氣反映了太陽周年視運(yùn)動(dòng)，在公歷中日期相對(duì)固定，隨年份有1～2 d 的變動(dòng)，為便于統(tǒng)計(jì)分析，本研究為所有節(jié)氣取一個(gè)固定日期（表1），同時(shí)以立春、立夏、立秋和立冬節(jié)氣為分界將二十四節(jié)氣劃分為春季型、夏季型、秋季型和冬季型。取驚蟄、清明、小滿和芒種為物候性代表節(jié)氣。

表1 二十四節(jié)氣日期

1.2 資料來源及研究方法

1970—2019年逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)來源于南京市高淳區(qū)氣象局，其中因遷站等非自然變化因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)變化均進(jìn)行了處理，具有較好的代表性和連續(xù)性。本研究基于SPSS、Matlab 等軟件，采用氣候傾向率、滑動(dòng)平均、累計(jì)距平、相關(guān)分析、M-K 突變檢驗(yàn)等方法，對(duì)南京市高淳區(qū)進(jìn)行了近50年二十四節(jié)氣氣溫變化特征分析和物候性節(jié)氣（驚蟄、清明、小滿和芒種）氣溫突變分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 二十四節(jié)氣氣溫年變化特征

2.1.1年變化特征分析 高淳位于長江中下游地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨、冬季寒冷干燥，春秋季為過渡季節(jié)，高淳近50年各節(jié)氣平均氣溫、初終日氣溫呈明顯的正態(tài)、單峰型特點(diǎn)，且趨勢一致（圖1）。大暑是一年中最熱的節(jié)氣，平均氣溫為29.7 ℃，小暑次之，平均氣溫為28.5 ℃；大寒是一年中氣溫最低的節(jié)氣，平均氣溫為3.3 ℃，小寒次之，平均氣溫為3.4 ℃，極端最低氣溫出現(xiàn)在大寒節(jié)氣的概率為52%，出現(xiàn)在小寒的概率為34%。大寒至小暑的終日平均氣溫高于初日平均氣溫，氣溫呈上升趨勢，上升幅度最大為春分至清明，升幅為3.6 ℃；大暑至小寒的終日平均氣溫低于初日平均氣溫，呈下降趨勢，下降幅度最大為霜降至立冬，降幅為3.6 ℃。

圖1 二十四節(jié)氣平均氣溫、初終日平均氣溫和相鄰節(jié)氣氣溫差

為分析高淳近50年氣溫變化趨勢，本研究計(jì)算了各個(gè)節(jié)氣氣溫的變化線性趨勢，結(jié)果（表2）表明，節(jié)氣氣溫均呈上升趨勢，這與全球氣候變暖的大背景相符合［12］，其中，有5 個(gè)節(jié)氣的線性趨勢通過了95%的信度檢驗(yàn)，12 個(gè)通過了99%的信度檢驗(yàn)。上升趨勢最大的為春分，氣候傾向率為0.81 ℃/10年，上升趨勢最小的是處暑，氣候傾向率為0.13 ℃/10年，其中，春季型節(jié)氣上升趨勢整體較大，秋季型節(jié)氣次之，平均線性趨勢系數(shù)分別為0.059、0.037 ℃/年，平均上升趨勢最小為夏季型節(jié)氣，夏季型和冬季型節(jié)氣平均線性趨勢均為0.032 ℃/年。隨著高淳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市熱島效應(yīng)對(duì)高淳春季型和秋季型節(jié)氣影響較大，對(duì)高溫型節(jié)氣影響較?。?3-15］。

表2 二十四節(jié)氣氣溫變化的線性趨勢系數(shù)（單位：℃/年）

2.1.2年代際變化特征分析 由表3 可知，各節(jié)氣在年代上距平呈上升趨勢，大部分節(jié)氣距平在20 世紀(jì)70年代和80年代為負(fù)值，從20 世紀(jì)90年代開始距平多為正值。春季型、夏季型和秋季型節(jié)氣距平均在20 世紀(jì)80年代出現(xiàn)負(fù)最大值，距平平均值分別為-1.1、-0.6、-0.7 ℃；夏季型和秋季型節(jié)氣在近50年距平變化幅度較小，夏季型節(jié)氣距平平均值在20 世紀(jì)70年代至21 世紀(jì)10年代相差1.0 ℃，秋季型相差為1.1 ℃，而春季型和冬季型相差分別為1.8、1.3 ℃。

表3 二十四節(jié)氣年代際氣溫距平 （單位：℃）

2.2 物候性節(jié)氣氣溫距平變化及突變分析

二十四節(jié)氣與中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，其中驚蟄、清明、小滿和芒種等節(jié)氣對(duì)物候和農(nóng)事安排有重要的指導(dǎo)意義［16］。本研究對(duì)驚蟄、清明、小滿和芒種的氣溫及距平進(jìn)行了線性擬合，并對(duì)物候性節(jié)氣平均氣溫進(jìn)行M-K 突變分析，分析其有無突變點(diǎn)。

2.2.1 氣溫距平變化分析 驚蟄物候特征為作物復(fù)蘇生長，該時(shí)期氣溫對(duì)作物的生長十分重要。由圖2a 可知，高淳近50年以來驚蟄平均氣溫為9.4 ℃，上升趨勢明顯，線性趨勢系數(shù)為0.072 ℃/年（通過了99%的信度檢驗(yàn)），該節(jié)氣氣溫距平也呈上升的趨勢，這與節(jié)氣平均氣溫上升趨勢一致；1970—1993年節(jié)氣距平多以負(fù)值為主，1994—2019年距平多以正值為主，距平上升趨勢的氣候傾向率為0.72 ℃/10年。清明（圖2b）、小滿（圖2c）節(jié)氣與驚蟄節(jié)氣比較相似，清明、小滿平均氣溫上升線性趨勢系數(shù)分別為0.052 ℃/年（通過了99%的信度檢驗(yàn)）和0.026 ℃/年（通過了95%的信度檢驗(yàn)），清明在1995年前以負(fù)距平為主，1995年之后以正距平為主，距平上升趨勢的氣候傾向率為0.52 ℃/10年，小滿以2000年為分界點(diǎn)，前期以負(fù)值為主，后期以正值為主，距平上升趨勢的氣候傾向率為0.26 ℃/10年。芒種（圖2d）平均氣溫為24.9 ℃，平均氣溫上升線性趨勢系數(shù)為0.023 ℃/年（通過了95%的信度檢驗(yàn)），距平正負(fù)變化沒有明顯的分界點(diǎn)，距平上升趨勢的氣候傾向率為0.23 ℃/10年。

圖2 物候性節(jié)氣氣溫距平

2.2.2 氣溫M-K 突變分析 本研究通過M-K 法分析了物候性節(jié)氣氣溫突變點(diǎn)，如果UF和UB線在置信區(qū)間（0.05 水平顯著置信曲線U0.05=1.96）之間有交點(diǎn)，說明存在突變，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)年份為突變年份。

驚蟄（圖3a）UF均大于0，氣溫呈升高趨勢，在1993年存在突變點(diǎn)，上升顯著，趨勢變大。清明（圖3b）氣溫在1970—1985年呈上升趨勢（UF>0），1985—2000年節(jié)氣氣溫呈下降的趨勢（UF<0），2000年后轉(zhuǎn)暖趨勢明顯，在2000年存在突變點(diǎn)。小滿（圖3c）氣溫在1970—1985年上升與下降的趨勢都不明顯，在1985年之后氣溫變暖趨勢十分明顯（UF>0），在1985年存在轉(zhuǎn)暖的突變點(diǎn)。芒種（圖3d）氣溫在1970—1980年呈下降趨勢（UF<0），至1980年后氣溫呈上升的趨勢，趨勢明顯，在1980年存在突變點(diǎn)，但是在2000年氣溫上升趨勢變緩，在2000年也存在一個(gè)突變點(diǎn)。

圖3 物候性節(jié)氣M-K 突變分析

3 小結(jié)與討論

本研究利用SPSS、Matlab 等軟件，采用線性相關(guān)分析、M-K突變檢驗(yàn)等方法，分析了高淳1970—2019年二十四節(jié)氣和物候性節(jié)氣（驚蟄、清明、小滿和芒種）的平均氣溫、初終日平均氣溫、相鄰節(jié)氣溫差、年代際平均氣溫及距平，得出如下結(jié)論。

1）高淳近50年二十四節(jié)氣平均氣溫、初終日氣溫呈明顯的正態(tài)、單峰型特點(diǎn)，且趨勢一致；大暑和大寒分別是一年中最熱和最冷的節(jié)氣；大寒至小暑的節(jié)氣終日平均氣溫高于初日平均氣溫，氣溫逐漸上升，大暑至小寒的節(jié)氣終日平均氣溫低于初日平均氣溫，氣溫逐漸下降；一年中，一般大暑氣溫達(dá)到一年的峰值，至大寒降至氣溫最低值。

2）各節(jié)氣氣溫的變化線性趨勢中有5 個(gè)節(jié)氣通過了95%的信度檢驗(yàn)，12 個(gè)通過了99%的信度檢驗(yàn)。上升趨勢最大的為春分，上升趨勢最小的是處暑；春季型和秋季型節(jié)氣上升趨勢整體較高，上升趨勢最小為夏季型節(jié)氣，這與高淳的城市熱島效應(yīng)關(guān)系密切；大部分節(jié)氣距平在20 世紀(jì)70年代和80年代為負(fù)值，從20 世紀(jì)90年代開始距平多為正值；驚蟄、清明、小滿和芒種的節(jié)氣距平上升趨勢與節(jié)氣平均氣溫上升趨勢一致。驚蟄在1970—1993年氣溫距平以負(fù)值為主，1994—2019年距平以正值為主；清明在2000年前以負(fù)距平為主，2000年之后以正距平為主；小滿以1995年為分界點(diǎn)，前期以負(fù)值為主，后期以正值為主；芒種氣溫距平正負(fù)距平變化沒有明顯的分界點(diǎn)。

3）通過M-K 分析可知，驚蟄氣溫呈一致的升高趨勢，在1993年存在突變點(diǎn)，上升趨勢變大；清明在2000年后轉(zhuǎn)暖趨勢明顯，2000年為突變點(diǎn)；小滿在1970—1985年上升與下降的趨勢都不明顯，在1985年之后氣溫變暖趨勢十分明顯，1985年存在突變點(diǎn)；芒種在1970—1980年呈下降趨勢，至1980年后氣溫呈明顯上升的趨勢，1980年為突變點(diǎn)。

根據(jù)二十四節(jié)氣氣溫升高的趨勢，高淳的農(nóng)事活動(dòng)可適當(dāng)提前。但本研究對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)提供的幫助有一定的局限性，農(nóng)事活動(dòng)的調(diào)整還需要綜合考慮降水、日照、當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平等因素，二十四節(jié)氣與其他氣象要素的綜合分析還有待進(jìn)一步研究。