胡菊芳，占龍飛，謝遠(yuǎn)玉

（1.江西省氣候中心，南昌 330096；2.江西省贛州市氣象局，江西 贛州 341000）

高溫天氣作為極端天氣中的一種，也是社會(huì)和公眾廣泛關(guān)注的天氣之一。據(jù)IPCC 第六次評(píng)估報(bào)告，1970—2020 年是過(guò)去 2 000 年以來(lái)最暖的 50 年，特別是近 10 年，其升溫速率為 0.19 ℃［1］，氣候變暖與極端氣候事件的頻發(fā)有著密切聯(lián)系，國(guó)內(nèi)外研究者從不同角度對(duì)極端氣候事件進(jìn)行了研究［2-6］。江西省是全國(guó)高溫?zé)崂烁呶ｋU(xiǎn)區(qū)之一，盛夏高溫是江西省主要災(zāi)害性天氣之一，較典型的高溫年主要有1988 年、2003 年和 2013 年，高溫導(dǎo)致農(nóng)業(yè)和生態(tài)干旱的頻率和強(qiáng)度明顯增加，對(duì)居民健康造成極大的傷害，也給電力、能源等行業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)不同區(qū)域極端高溫變化特征的研究成果較多［7-17］，史軍等［7］分析了華東極端高溫日數(shù)和高溫日平均最高氣溫的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征及高溫成因；王瓊等［8］選取16 個(gè)極端氣溫指標(biāo)，分析了長(zhǎng)江流域極端氣溫的時(shí)間變化趨勢(shì)和空間分布規(guī)律；居麗麗等［9］分析了華東極端氣候的時(shí)空變化特征；朱歆煒等［10］研究了湖南省極端氣溫事件的時(shí)空變化特征；武麗梅等［11］研究得出中國(guó)大陸年極端高溫整體表現(xiàn)為由西南、東北兩端向中間隨緯度、高度減少而逐漸升高的空間分布特征，年極端高溫整體呈明顯增溫趨勢(shì)，年極端高溫變化有顯著的區(qū)域性差異。江西省各地對(duì)高溫天氣出現(xiàn)成因也有一些研究［18-22］，尹潔等［18］對(duì)江西省2003 年夏季罕見高溫進(jìn)行了氣候診斷分析，得出副高異常強(qiáng)盛造成2003 年江西省夏季罕見高溫；尹潔等［19］對(duì)江西省夏季高溫期間500 hPa 副高特征進(jìn)行分析，揭示了江西省夏季高溫與副高的關(guān)系。水稻抽穗開花期遭遇35 ℃以上短暫的高溫就能引起穎花高度不育，直接降低結(jié)實(shí)率［23］。而目前針對(duì)江西省極端高溫長(zhǎng)序列資料變化特征及其對(duì)水稻影響的研究還不多，因此分析江西省極端高溫變化特征及其對(duì)水稻的影響，對(duì)氣象防災(zāi)減災(zāi)、電力能源科學(xué)決策和農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效等都有重要的意義。研究基于江西省80 個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站點(diǎn)1961—2020 年的逐日最高氣溫觀測(cè)資料，采用多種氣候統(tǒng)計(jì)分析方法，利用江西省3 個(gè)高溫特征指標(biāo)對(duì)近60 年極端高溫的時(shí)間和空間變化趨勢(shì)進(jìn)行研究，并結(jié)合前人研究成果討論高溫對(duì)水稻的影響，以期為農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

所用數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心，經(jīng)質(zhì)量控制，剔除海拔800 m 以上的高山站和相應(yīng)時(shí)段內(nèi)缺測(cè)、空白及異常率高于1%的站點(diǎn)，最終篩選出80 個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站點(diǎn)的日最高氣溫作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（圖1）。為保持資料樣本長(zhǎng)度一致，便于統(tǒng)計(jì)分析，年代選取1961 年1 月至2020 年12月，利用近30 年（1991—2020 年）的平均值作為常年值，距平值為歷年值與常年值的差值。線性趨勢(shì)和相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)［24］的有關(guān)內(nèi)容。

圖1 研究區(qū)所選站點(diǎn)分布

1.2 高溫天氣氣候指標(biāo)選取

采用中國(guó)常用的高溫監(jiān)測(cè)指標(biāo)-絕對(duì)溫度閾值指標(biāo)，選取極端最高氣溫、不同強(qiáng)度高溫閾值（日最高氣溫≥35、38、40 ℃）日數(shù)、日最高氣溫≥35 ℃的初日和終日等3 個(gè)特征指標(biāo)分析江西省1961—2020 年高溫天氣的時(shí)空變化特征。

1.3 方法

基于江西省80 個(gè)站點(diǎn)1961—2020 年逐日最高氣溫監(jiān)測(cè)資料，采用區(qū)域站點(diǎn)算術(shù)平均的方法，生成江西省逐年3 個(gè)特征指標(biāo)序列。在站點(diǎn)和區(qū)域尺度上，利用氣候統(tǒng)計(jì)診斷技術(shù)，包括線性趨勢(shì)、多項(xiàng)式擬合曲線和移動(dòng)平均等，分析了江西省不同強(qiáng)度高溫閾值日數(shù)、極端最高氣溫和高溫初終日的年變化、年代際變化和空間變化趨勢(shì)，并采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)判斷極端氣溫變化的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強(qiáng)度高溫閾值日數(shù)變化

2.1.1 年代際變化 圖2 為近60 年江西省日最高氣溫≥35、38 ℃年平均日數(shù)和≥40 ℃年累積站日的年際變化。由圖2 可見，3 個(gè)不同強(qiáng)度高溫閾值年日數(shù)（或站日）整體均呈現(xiàn)增多態(tài)勢(shì)，其中日最高氣溫≥35 ℃的日數(shù)增加趨勢(shì)明顯，增加速率達(dá)到1.4 d/10年；日最高氣溫≥38 ℃的日數(shù)增速不顯著，其增速為0.2 d/10 年；日最高氣溫≥40 ℃的累積站日略有增加，其增速為2.4 站日/10 年。從多項(xiàng)式擬合曲線可以看出，3 個(gè)不同強(qiáng)度高溫閾值年日數(shù)（或站日）的年代際變化特征非常明顯，日最高氣溫≥35 ℃的日數(shù)年代際存在多-少-多的變化特征；日最高氣溫≥38 ℃的日數(shù)年代際存在多-少-多-少的變化特征；日最高氣溫≥40 ℃的累積站日，20 世紀(jì)80 年代為最少，進(jìn)入21 世紀(jì)以后急劇增加，其中21 世紀(jì)00 年代最多，為 353 站日，是 20 世紀(jì) 80 年代的 7.7 倍。日最高氣溫≥35 ℃日數(shù)以1978 年和2013 年為最多，達(dá)到49.9 d；日最高氣溫≥38 ℃的日數(shù)以2003 年為最多，達(dá)到15.6 d；日最高氣溫≥40 ℃的累積站日最多279站日，出現(xiàn)在2003 年，次多年2013 年（102 站日）。

圖2 1961—2020 年江西省日最高氣溫≥35、38 ℃日數(shù)和≥40 ℃年累積站日變化

2.1.2 空間變化 從3 個(gè)不同強(qiáng)度高溫閾值日數(shù)的分布可以看出（圖3），江西省日最高氣溫≥35 ℃日數(shù)的氣候傾向率在（-1.4）～6.1 d/10 年，大部地區(qū)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中贛州大部、宜春豐城和樟樹、上饒廣豐和鉛山、瑞昌等地增多最為顯著，通過(guò)了顯著性水平0.05 的t檢驗(yàn)；日最高氣溫≥38 ℃日數(shù)的氣候傾向率（-0.8）～1.1 d/10 年，贛北南部、贛中大部和贛南呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，北部部分地區(qū)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，其中贛州東北和西北部、萍鄉(xiāng)、吉安遂川、宜春樟樹和上饒鉛山等地增多最為顯著，通過(guò)了顯著性水平0.05 的t檢驗(yàn)，其余地方增減不顯著；日最高氣溫≥40 ℃年累積日站的氣候傾向率為（-0.1）～0.2 d/10 年，其中贛北中部和贛南中部略減少，其余地方略有增加，增減均不顯著。

圖3 1961—2020 年江西省年均日最高氣溫≥35 ℃（a）、≥38 ℃（b）和≥40 ℃（c）氣候傾向率分布

2.2 極端最高氣溫變化

2.2.1 時(shí)間變化 圖4 是近60 年江西省平均極端最高氣溫的變化趨勢(shì)，從圖4 可見，1961—2020 年全省平均極端最高氣溫略有上升，但年際間振幅較大，平均極端最高氣溫最大值為40.5 ℃，出現(xiàn)在2003 年，最小值為35.6 ℃，出現(xiàn)在1997 年；近60 年江西省平均極端最高氣溫呈現(xiàn)明顯年代際變化特征，從5 年滑動(dòng)平均看，在 20 世紀(jì) 60 年代至 70 年代初、80 年代后期至90 年代初和21 世紀(jì)以來(lái)為高值區(qū)，20 世紀(jì)70 年代初至 80 年代中期、90 年代初至 21 世紀(jì)初低值區(qū)。

圖4 1961—2020 年江西平均極端最高氣溫變化

2.2.2 空間變化 1961—2020 年江西省極端最高氣溫氣候傾向率為（-0.14）～0.44 ℃/10 年，大部分地區(qū)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中贛州寧都、石城、瑞金、崇義、安遠(yuǎn)、龍南、定南和全南，以及萍鄉(xiāng)和上饒鉛山等地增速最明顯，均通過(guò)了顯著性水平0.05 的t檢驗(yàn)；其余地區(qū)增減速率均不顯著（圖5）。

圖5 1961—2020 年江西省極端最高氣溫氣候傾向率分布

近60 年江西省極端最高氣溫大部分站點(diǎn)出現(xiàn)在21 世紀(jì)，且極端最高氣溫出現(xiàn)的年份主要集中在2003 年、2010 年和 2013 年（圖 6）。僅有景德鎮(zhèn)、上饒北部、九江中部和吉安東北部等地的極端最高氣溫出現(xiàn)在20 世紀(jì)。

圖6 1961—2020 年江西省極端最高氣溫出現(xiàn)的年份

2.3 高溫的初終日變化

近60 年江西省高溫（≥35 ℃）平均初日為6 月16日，全省大部分站點(diǎn)高溫平均初日出現(xiàn)為6 月上旬至中旬，鄱陽(yáng)湖周邊、贛州南部和東北部，以及局部山區(qū)出現(xiàn)在6 月下旬，湖口、廬山市、都昌和安遠(yuǎn)等少數(shù)站點(diǎn)高溫初日出現(xiàn)在7 月份；高溫平均終日為9月6 日，全省大部分地方高溫平均終日為9 月上旬至中旬，九江中東部和贛州南部等地出現(xiàn)在8 月下旬（圖7）。

圖7 1961—2020 年江西省高溫平均初日和終日分布

從表1 可知，高溫平均初日在2000 年以前變化不明顯，2000 年以后，高溫初日明顯提前，2011—2020 年間，高溫平均初日已提前到了6 月4 日，與20世紀(jì)70 年代相比提前了20 d；而高溫平均終日則明顯推遲，由9 月上旬推遲到了9 月中旬，2011—2020年較1981—1990 年均值推遲了11 d；可見高溫平均初日明顯提前、平均終日明顯推后，高溫日數(shù)明顯增多。

表1 1961—2020 年江西省各年代高溫平均初日、終日出現(xiàn)時(shí)間及初終間日數(shù)

3 高溫對(duì)水稻的影響

江西是農(nóng)業(yè)大省，其中水稻、油茶種植面積和產(chǎn)量均居全國(guó)前列。研究表明高溫可直接對(duì)農(nóng)作物造成危害［25，26］，郭建平等［27］研究表明，高溫、高 CO2濃度使農(nóng)作物生育進(jìn)程加快，作物生育期縮短，作物的光合作用速率升高，蒸騰速率下降和氣孔阻力增加；在相同的發(fā)育期使作物葉面積、根、莖、葉生長(zhǎng)量不足，生物量下降。

水稻開花期對(duì)高溫非常敏感［23］，水稻抽穗開花期遭遇35 ℃以上短暫的高溫就能引起穎花高度不育，直接降低結(jié)實(shí)率。譚中和等［23］認(rèn)為日平均氣溫≥30 ℃和日最高氣溫≥35 ℃可作為自然高溫的致害溫度指標(biāo)。孔萍等［28］研究表明江西省2000 年以后高溫逼熟呈現(xiàn)增多、增強(qiáng)趨勢(shì)，高溫逼熟災(zāi)害影響將導(dǎo)致雙季早稻單產(chǎn)損失3.9%～18.9%。楊軍等［29］研究發(fā)現(xiàn)2003 年以后高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生次數(shù)和高溫持續(xù)天數(shù)呈增加趨勢(shì)；7 月中旬至8 月上旬的日平均氣溫、最高氣溫和高溫?zé)岷μ鞌?shù)與一季稻結(jié)實(shí)率相關(guān)明顯。根據(jù)江西省極端高溫變化特征分析結(jié)果可知，2011—2020 年江西省高溫（≥35 ℃）平均初日出現(xiàn)在6 月4 日，而6 月是江西省雙季早稻抽穗揚(yáng)花和灌漿乳熟的關(guān)鍵期，高溫不僅對(duì)早稻產(chǎn)量造成明顯影響，還不利其品質(zhì)的提高。由表2 可見，江西省雙季早稻和一季稻抽穗揚(yáng)花和灌漿乳熟期均處于高溫影響集中期，特別是21 世紀(jì)以來(lái)高溫初日明顯提前，對(duì)雙季早稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)是非常不利的；而近10 年高溫終日出現(xiàn)在9 月12 日，高溫終日明顯推遲對(duì)江西省一季稻抽穗揚(yáng)花和灌漿結(jié)實(shí)的影響將明顯增加。

表2 江西省雙季早稻和一季稻平均生育期概況

4 小結(jié)與討論

近60 年江西省日最高氣溫≥35 ℃的年日數(shù)增速顯著，增速1.4 d/10 年，年代際存在多-少-多的變化特征；日最高氣溫≥38 ℃年日數(shù)增速不顯著，增速率0.2 d/10 年，年代際存在多-少-多-少的變化特征；日最高氣溫≥40 ℃的年累積站日略有增加，但進(jìn)入21 世紀(jì)急劇增多。

3 個(gè)不同強(qiáng)度高溫閾值日數(shù)，日最高氣溫≥35 ℃日數(shù)的氣候傾向率在（-1.4）～6.1 d/10 年，大部地區(qū)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；日最高氣溫≥38 ℃日數(shù)的氣候傾向率在（-0.8）～1.1 d/10 年，贛北南部、贛中大部和贛南等地增多，北部部分地方減少；日最高氣溫≥40 ℃日站的氣候傾向率在（-0.1）～0.2 d/10 年，增減均不顯著。

近60 年江西省極端最高氣溫的氣候傾向率為（-0.14）～0.44 ℃/10 年，大部分地區(qū)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中贛州大部、萍鄉(xiāng)和上饒鉛山等地通過(guò)了顯著性水平0.05 的t檢驗(yàn)，大部分地方最高氣溫歷史極值出現(xiàn)在21 世紀(jì)，且主要集中在2003 年。

江西省高溫平均初日在2000 年以前變化不明顯，2000 年以后，高溫初日明顯提前，其中2011—2020 年高溫平均初日為 6 月 4 日，較 20 世紀(jì) 70 年代提前了20 d；高溫平均終日則明顯推遲，由9 月上旬推遲到了 9 月中旬，2011—2020 年較 1981—1990 年均值推遲了11 d；高溫平均初日明顯提前、平均終日明顯推后，高溫日數(shù)明顯增多。

江西省雙季早稻和一季稻抽穗揚(yáng)花和灌漿乳熟期均處于高溫影響集中期。由于高溫初日明顯提前，而高溫終日明顯推后，高溫對(duì)江西省雙季早稻和一季稻的影響將更為明顯，生產(chǎn)中要特別關(guān)注雙季早稻和一季稻高溫逼熟的不利影響。

中國(guó)常用的高溫監(jiān)測(cè)指標(biāo)有3 類，這里僅選取了一些業(yè)務(wù)中常用的絕對(duì)溫度閾值指標(biāo)，可能會(huì)存在一定的局限性，在后期的研究中可考慮相對(duì)閾值指標(biāo)和基于概率統(tǒng)計(jì)分布方法計(jì)算的氣候概率指標(biāo)。從幾個(gè)高溫特征指標(biāo)的時(shí)間序列和空間分析上可以看到，在2000 年以后，江西高溫天氣呈現(xiàn)明顯的增多、增強(qiáng)趨勢(shì)，尤其是南部地區(qū)在3 個(gè)高溫特征指標(biāo)的趨勢(shì)變化方面明顯大于江西省其他地方。那么為何會(huì)出現(xiàn)這種變化趨勢(shì)呢？考慮極端高溫事件的地區(qū)差異是非常有必要的，這也是今后研究的重點(diǎn)。本研究?jī)H分析了高溫對(duì)江西省水稻的影響，而高溫對(duì)農(nóng)作物的影響還不僅于此，今后還需著重研究高溫對(duì)其他作物特別是蔬菜和果樹的影響，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化提供科學(xué)依據(jù)。