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        河套地區(qū)春霜凍期日最低氣溫和霜凍日數(shù)時空變化特征

        2021-11-13 06:50:58張舒昊
        現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 2021年5期
        關鍵詞:河套最低氣溫霜凍

        張舒昊

        (巴彥淖爾市氣象局,內(nèi)蒙古 臨河 015000)

        霜凍是常見的農(nóng)業(yè)災害之一,多發(fā)生在每年的春、秋兩個季節(jié),春末或秋初由于冷空氣入侵,造成植物細胞脫水而枯萎死亡的短時間低溫災害[1]。在全球氣候變暖的背景下,河套地區(qū)出現(xiàn)霜凍的時間分布、空間分布和霜凍危害特點發(fā)生了變化,對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生較大影響。研究表明,河套地區(qū)秋霜凍日期推后,春霜凍日期提前,無霜期逐步延長[3-5]。河套地區(qū)是國家和內(nèi)蒙古自治區(qū)重要的糧油生產(chǎn)基地,全市現(xiàn)有耕地1100多萬畝,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對全市尤為重要。

        本文利用河套地區(qū)國家氣象站日最低氣溫資料,根據(jù)霜凍日定義標準對春霜凍期內(nèi)霜凍日進行判定,并采用Mann-Kendall檢驗、一元線性回歸等方法,揭示春霜凍期日最低氣溫和霜凍日數(shù)的時空變化規(guī)律,有助于深入了解河套地區(qū)春霜凍氣候變化特征,為河套地區(qū)種植結(jié)構(gòu)規(guī)劃和春霜凍災害的預防提供一定的科學支撐。

        1 資料與方法

        1.1 資料來源

        基于1960~2020年巴彥淖爾河套地區(qū)的臨河、杭后、五原、烏前旗、磴口5個國家氣象站61a逐日日最低氣溫資料,站點空間分布如圖1所示。

        圖1 河套地區(qū)氣象站點空間分布圖

        1.2 研究方法

        經(jīng)統(tǒng)計,在4月1日至5月30日期間,巴彥淖爾市河套地區(qū)各地設施農(nóng)業(yè)處于育苗期,小麥、玉米等農(nóng)作物進入出苗期,此階段發(fā)生霜凍會給作物帶來嚴重危害,故將這一階段定義為河套地區(qū)春霜凍期[6]。霜凍日由當日日最低氣溫≤0℃的標準進行判定。按照這一標準統(tǒng)計河套地區(qū)春霜凍期內(nèi)霜凍日。各站春霜凍期最低氣溫是這一時段內(nèi)每日最低氣溫的平均值。然后,對各站春霜凍期最低氣溫進行區(qū)域平均,得到河套地區(qū)春霜凍期區(qū)域平均最低氣溫。

        采用Mann-Kendall趨勢和突變檢驗方法[7-8]判定時間序列的變化趨勢、突變點擊顯著水平。應用一元線性回歸分析最低氣溫和霜凍日數(shù)的關系。在ArcGIS 10.2軟件下,采用反距離加權(quán)法對要素進行空間插值。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 河套地區(qū)春霜凍期最低氣溫及霜凍日數(shù)的時間變化特征

        1960~2020年河套地區(qū)霜凍期最低氣溫平均為6.2℃,平均每年區(qū)域平均最低氣溫升高0.07℃,在1960年、1990年波動較大,1980年、2000年以后波動漸緩,且階段性變化特征明顯,1980年以前波動下降,之后階段性持續(xù)上升,整個時段上升趨勢明顯(圖2a)。且Mann-Kendall趨勢檢驗Z為6.77,上升趨勢極為顯著,通過了99%顯著性檢驗。從Mann-Kendall突變檢測[圖2(b)]看出,近61aUF曲線基本為正值,河套地區(qū)平均最低氣溫有明顯的增暖趨勢,特別是1987年至2020年這種增暖趨勢均超過顯著性水平0.05臨界線,表明河套地區(qū)最低氣溫的上升趨勢是十分顯著的。根據(jù)UF和UB曲線交點的位置,確定河套地區(qū)20世紀90年代的增暖是一突變現(xiàn)象,具體是從1990年開始。

        圖2 1960~2020年河套地區(qū)春霜凍期區(qū)域平均最低氣溫年際變化(a)和Mann-Kendall檢驗(b)

        經(jīng)統(tǒng)計,近61年河套地區(qū)春霜凍日數(shù)年平均為9.8 d,平均每年霜凍日數(shù)減少0.2 d,春霜凍日數(shù)有明顯的階段性年際變化特征,且1960年波動幅度異常大,1962年河套地區(qū)平均為24.8 d,1964年平均為4.2 d;隨著時間推移,春霜凍日數(shù)的離散性逐漸變低,且整體呈明顯下降趨勢[圖3(a)],Mann-Kendall趨勢檢驗也反映下降趨勢顯著(P<0.01)。從Mann-Kendall突變檢測[圖3(b)]看出,近61年UF曲線基本為負值,河套地區(qū)霜凍日數(shù)有明顯的下降趨勢,特別是1984~2020年這種下降趨勢均超過顯著性水平0.05臨界線,表明河套地區(qū)霜凍日數(shù)下降趨勢是十分顯著的。根據(jù)UF和UB曲線交點的位置,確定河套地區(qū)霜凍日數(shù)發(fā)生了由多到少的顯著突變,具體是從1985年開始。

        圖3 1960~2020年河套地區(qū)春霜凍日數(shù)年際變化和Mann-Kendall檢驗(b)

        圖4為1960~2020年河套地區(qū)春霜凍期最低氣溫和霜凍日數(shù)的線性相關關系,發(fā)現(xiàn)兩者呈明顯負相關關系,決定系數(shù)R2(0.8733)達到0.01的極顯著水平;最低氣溫每升高1℃,霜凍日數(shù)約減少3.03 d。結(jié)合最低氣溫和霜凍日數(shù)的變化趨勢可以斷定,河套地區(qū)春霜凍氣候變暖是霜凍日數(shù)減少的主要原因。

        圖4 河套地區(qū)春霜凍期最低氣溫和霜凍日數(shù)的線性相關關系

        2.2 河套地區(qū)春霜凍期最低氣溫及霜凍日數(shù)的空間分布特征

        圖5是1960~2020年河套地區(qū)春霜凍期多年平均與最低氣溫和霜凍日數(shù)空間分布??梢钥闯觯畹蜌鉁乜傮w上以河套地區(qū)東南、西南向北遞減,杭后北部、五原北部、烏前旗北部為低值區(qū)(5.1~6.2℃),磴口南部、烏前旗南部為高值區(qū)(6.2~7.1℃);霜凍日數(shù)與最低氣溫在空間變化上呈反向分布,杭后北部、五原北部、烏前旗北部霜凍日數(shù)為高值區(qū),這一點也說明了霜凍日數(shù)與緯度呈正相關,在霜凍災害防控上需要引起足夠重視。

        圖5 1960~2020年河套地區(qū)春霜凍期平均最低氣溫(a,單位:℃)和霜凍日數(shù)(b,單位:d)空間分布

        3 結(jié)論與討論

        (1)1960~2020年河套地區(qū)春霜凍期最低氣溫和霜凍日數(shù)均發(fā)生顯著變化,前者上升趨勢極為顯著,也印證了氣候變暖的事實,而后者顯著下降,在一定程度上印證了中國北方地球變暖造成霜凍日數(shù)減少的論斷。另外,春霜凍期最低氣溫與霜凍日數(shù)存在極顯著負相關關系,能夠更好地揭示霜凍事件對氣候變暖的響應。

        (2)在空間上,河套地區(qū)春霜凍期最低氣溫和霜凍日數(shù)互為反向分布,且空間差異較大。河套地區(qū)西南、東南部是最低氣溫的高值區(qū)和霜凍日數(shù)的低值區(qū),北部是最低氣溫的低值區(qū)和霜凍日數(shù)的高值區(qū)。這與張喜林等編著的巴彥淖爾市氣象災害防御規(guī)劃中提出的霜凍災害低、中、高風險空間區(qū)劃基本吻合。

        (3)河套地區(qū)春霜凍期氣候變暖導致春霜凍日數(shù)顯著減少,整體有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),但也有極端氣溫不確定性,需要當?shù)卣贫ㄏ鄳胧﹣矸罏臏p災。同時還應該關注霜凍日數(shù)的穩(wěn)定周期,在霜凍防御、種植結(jié)構(gòu)布局上充分考慮以減輕霜凍危害。

        (4)氣象部門提供準確的霜凍預報、及時的氣象服務,確定事宜的霜凍指標,研究其變化規(guī)律。

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