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        不同氣候態(tài)下金華市無(wú)霜期變化特征的對(duì)比分析

        2023-10-30 08:52:44樓俊偉高昕瑜王可欣王智楷祝海峰張智利曹峻烽陳俊達(dá)
        湖北畜牧獸醫(yī) 2023年9期
        關(guān)鍵詞:趨勢(shì)

        樓俊偉,高昕瑜,王可欣,張 鑫,王智楷,祝海峰,張智利,曹峻烽,陳俊達(dá)

        (1.武義縣氣象局,浙江 金華 321200;2.椒江區(qū)氣象局,浙江 臺(tái)州 318000;3.新疆石河子莫索灣氣象站,新疆 石河子832000;4.四川省防雷中心,成都 610072;5.內(nèi)蒙古空管分局,呼和浩特 010000;6.中國(guó)民用航空西南地區(qū)空中交通管理局,成都 610225;7.北京飛機(jī)維修工程有限公司成都分公司,成都 610225)

        自哥本哈根世界氣候大會(huì)以來(lái),氣候變化問(wèn)題引起了許多學(xué)者的關(guān)注[1-5]。其一大特征是全球的顯著增暖現(xiàn)象[6],而離中國(guó)最近的一次增暖則發(fā)生在20 世紀(jì)80—90 年代,之后增暖加速[7-11]。與此同時(shí),無(wú)論是氣候業(yè)務(wù)上使用的1981—2010 年氣候態(tài)還是1971—2000 年氣候態(tài),均包括上述2 個(gè)年代。而選擇不同時(shí)段研究則會(huì)對(duì)氣候分析產(chǎn)生影響[12]。無(wú)霜期是由初霜日、終霜日確定的,而初霜日、終霜日則是由日最低氣溫或地面0 cm 溫度是否低于0 ℃來(lái)判定,入秋后第1 次低于0 ℃則為初霜日,次年入春后最后1 次低于0 ℃則為終霜日[13-16]。因此,不同氣候態(tài)的初霜日、終霜日和無(wú)霜期會(huì)有差異。關(guān)于無(wú)霜期的研究有很多,有的學(xué)者分析其時(shí)空分布特征,指出初霜日、終霜日和無(wú)霜期分別呈顯著推遲、提前和延長(zhǎng)趨勢(shì)[17-20];也有學(xué)者研究其與海拔高度的關(guān)系,指出無(wú)霜期有明顯的海拔依賴(lài)性[21,22];還有學(xué)者探索其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響,發(fā)現(xiàn)無(wú)霜期的變化與主要糧食產(chǎn)量有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性[23,24]。

        已有研究大多基于獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍進(jìn)行整體分析,針對(duì)不同氣候態(tài)下無(wú)霜期變化特征的對(duì)比分析較少。而作為中國(guó)十大宜居城市之一的浙江省金華市,研究無(wú)霜期等影響宜居的氣象要素十分有必要。關(guān)于金華市的無(wú)霜期研究,前人研究指出20世紀(jì)90 年代以來(lái),金華站的多年平均初霜日、終霜日和霜期分別呈顯著推遲、提前和縮短趨勢(shì),而在2005 年前后,則均發(fā)生了不顯著的突變[25]??梢?jiàn),基于金華市的無(wú)霜期氣候態(tài)變化特征研究較少。因此,對(duì)金華市不同氣候態(tài)初霜日、終霜日和無(wú)霜期變化特征進(jìn)行對(duì)比分析很有意義。本研究基于1968—2018 年的逐日最低氣溫?cái)?shù)據(jù),分別對(duì)比分析1971—2000 年、1981—2010 年和1989—2018 年的初霜日、終霜日和無(wú)霜期時(shí)空變化特征,揭示三者隨著氣候態(tài)轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的變化趨勢(shì),以期為金華市的宜居城市發(fā)展、氣象防災(zāi)減災(zāi)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局等提供參考。

        1 資料與方法

        1.1 資料

        由于地面溫度缺測(cè)較多,本研究氣象資料選取浙江省氣候中心提供的金華市所有國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站的逐日最低氣溫。其中,包括2 個(gè)國(guó)家基本氣象站,分別在金華和義烏,5 個(gè)國(guó)家一般氣象站,分別在蘭溪、浦江、東陽(yáng)、永康和武義(因磐安建站時(shí)間晚,故將其舍去),各氣象站點(diǎn)分布如圖1 所示??紤]到數(shù)據(jù)的連續(xù)性、統(tǒng)一性和時(shí)間一致性,將時(shí)間范圍選取為1968 年1 月1 日至2018 年12 月31 日。同時(shí),為了方便數(shù)據(jù)的計(jì)算和可視化,本研究采用Julia 歷[26,27]的歷法。

        圖1 研究區(qū)氣象站點(diǎn)分布情況

        1.2 方法

        1.2.1 一元線(xiàn)性回歸 一元線(xiàn)性回歸是氣象統(tǒng)計(jì)分析中最常用的一種方法,用于處理2 個(gè)變量之間的關(guān)系,即一個(gè)預(yù)報(bào)量與一個(gè)因子之間的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō),對(duì)于容量為n的一組樣本,預(yù)報(bào)量記為y,預(yù)報(bào)因子記為x,斜率設(shè)為a,截距設(shè)為b,則該一元線(xiàn)性回歸方程為y=ax+b。

        1.2.2 M-K 突變檢驗(yàn) 由于M-K(Mann-Kendall)突變檢驗(yàn)法具有檢測(cè)范圍寬、定量化程度高和計(jì)算簡(jiǎn)便[28]等優(yōu)點(diǎn),常用于檢測(cè)氣候突變。同時(shí),檢測(cè)的氣候序列需平穩(wěn)、隨機(jī)獨(dú)立和概率分布等同[29]。在M-K 突變檢驗(yàn)中,利用UF、UB兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行序列分析,當(dāng)UF與UB曲線(xiàn)的交點(diǎn)處于信度區(qū)間內(nèi)時(shí),則該點(diǎn)是突變的開(kāi)始[30,31]。

        2 不同氣候態(tài)初霜日、終霜日和無(wú)霜期的時(shí)間變化

        2.1 不同氣候態(tài)初霜日、終霜日和無(wú)霜期的年際變化

        圖2 分別為不同氣候態(tài)、年代際下金華市平均初霜日、終霜日和無(wú)霜期的線(xiàn)性回歸。由圖2a 可知,1968—2018 年平均初霜日呈顯著的推遲趨勢(shì),推遲速度為0.39 d∕年(P<0.001)。其中,1971—2000年的初霜日以0.21 d∕年(P>0.10)的速度推遲,而1981—2010 年的初霜日以0.64 d∕年(P<0.005)的速度顯著推遲,1989—2018 年的初霜日以0.85 d∕年(P<0.001)的速度顯著推遲??梢?jiàn),隨著氣候態(tài)更替,初霜日推遲趨勢(shì)越來(lái)越明顯。具體到年代際,20 世紀(jì)90 年代至21 世紀(jì)10 年代初霜日均呈推遲趨勢(shì),而20 世紀(jì)70—80 年代則呈提前趨勢(shì)。其中,21 世紀(jì)10 年代和20 世紀(jì)70 年代初霜日分別以1.00 d∕年(P<0.10)和1.52 d∕年(P<0.05)的速度顯著推遲和提前??芍?,隨著年代際轉(zhuǎn)變,初霜日呈先提前后推遲的趨勢(shì)。

        圖2 不同氣候態(tài)初霜日(a)、終霜日(b)和無(wú)霜期(c)的年際變化

        1968—2018 年的近51 年,金華市平均終霜日以0.31 d∕年(P<0.005)的速度顯著提前,其中除1971—2000 年以0.22 d∕年(P>0.10)速度不顯著提前外,其余2 個(gè)氣候態(tài)分別以0.32 d∕年(P<0.10)和0.47 d∕年(P<0.05)的速度顯著提前(圖2b)。可見(jiàn),隨著氣候態(tài)更替,終霜日提前趨勢(shì)隨之加快。年代際上,20 世紀(jì)70 年代、20 世紀(jì)90 年代至21 世紀(jì)10 年代終霜日均呈提前趨勢(shì),其中20 世紀(jì)90 年代和21 世紀(jì)10 年代分別以2.08 d∕年(P<0.10)和2.65 d∕年(P<0.01)的速度顯著提前,而20 世紀(jì)80 年代則以2.20 d∕年(P<0.05)的速度顯著推遲??芍?,隨著年代際轉(zhuǎn)變,終霜日呈先提前后推遲再提前的趨勢(shì)。

        1968—2018 年金華市平均無(wú)霜期呈顯著延長(zhǎng)趨勢(shì),延長(zhǎng)速度達(dá)0.69 d∕年(P<0.001),其中3 個(gè)氣候態(tài)的無(wú)霜期均呈顯著的延長(zhǎng)趨勢(shì),延長(zhǎng)速度分別為0.42 d∕年(P<0.10)、0.95 d∕年(P<0.001)和1.32 d∕年(P<0.001)(圖2c)。可見(jiàn),隨著氣候態(tài)更替,無(wú)霜期延長(zhǎng)趨勢(shì)隨之明顯。具體到年代際,20 世紀(jì)90 年代至21 世紀(jì)10 年代無(wú)霜期均呈延長(zhǎng)趨勢(shì),其中20世紀(jì)90 年代和21 世紀(jì)10 年代分別以3.21 d∕年(P<0.05)和4.05 d∕年(P<0.001)的速度顯著延長(zhǎng),而20 世紀(jì)80 年代則以2.36 d∕年(P<0.10)的速度顯著縮短??芍?,隨著年代際轉(zhuǎn)變,無(wú)霜期呈先縮短后延長(zhǎng)的趨勢(shì)。

        2.2 M-K 突變檢驗(yàn)

        圖3 分別為金華市初霜日、終霜日和無(wú)霜期的突變??芍?,1968—2002 年金華市初霜日呈提前趨勢(shì),之后呈推遲趨勢(shì),其中2012 年起UF值超過(guò)α=0.05 的顯著性水平線(xiàn),說(shuō)明2012—2018 年初霜日呈十分顯著的推遲趨勢(shì),但由于UF與UB曲線(xiàn)交點(diǎn)在信度區(qū)間外,故初霜日無(wú)突變(圖3a)。

        圖3 初霜日(a)、終霜日(b)和無(wú)霜期(c)的M-K 突變檢驗(yàn)

        金華市終霜日在1968—1979 年主要呈推遲趨勢(shì),而在之后則主要呈提前趨勢(shì),其中1997—2007年主要呈顯著的提前趨勢(shì),2008 年以后由于UF值超過(guò)α=0.05 的顯著性水平線(xiàn),故該時(shí)段主要呈十分顯著的提前趨勢(shì)。與此同時(shí),由于UF與UB曲線(xiàn)交點(diǎn)在1997 年,且處于信度區(qū)間內(nèi),故終霜日突變發(fā)生在1997 年(圖3b)。

        1968—1996 年金華市無(wú)霜期主要呈縮短趨勢(shì),而1996 年以后則呈延長(zhǎng)趨勢(shì),其中2006 年起延長(zhǎng)趨勢(shì)十分顯著。此外,由于UF與UB曲線(xiàn)交點(diǎn)在2005年,且處于信度區(qū)間內(nèi),故無(wú)霜期突變發(fā)生在2005年(圖3c)。

        3 不同氣候態(tài)初霜日、終霜日和無(wú)霜期的空間變化

        3.1 不同氣候態(tài)初霜日的空間變化

        圖4 分別給出不同氣候態(tài)初霜日的空間變化。1968—2018 年金華市平均初霜日空間上呈西晚北早的分布特點(diǎn),其中蘭溪發(fā)生最晚,為331 d(11 月27 日),金華次之,為330 d(11 月26 日),而浦江則最早,為326 d(11月22日),最早與最晚相差5 d(圖4a)。

        圖4 1968—2018 年(a)、1971—2000 年(b)、1981—2010 年(c)和1989—2018 年(d)初霜日的空間變化

        進(jìn)入第1 個(gè)氣候態(tài),金華市平均初霜日較多年平均整體偏早,其中高值區(qū)仍在蘭溪,為325 d(11 月21 日),低值區(qū)為浦江和義烏,二者均為321 d(11 月17 日),早晚相差4 d(圖4b)。由此可見(jiàn),1971—2000 年初霜日在空間上有西晚北早的差異。

        轉(zhuǎn)為第2 個(gè)氣候態(tài),初霜日較上一個(gè)氣候態(tài)整體推遲,最晚推遲到329 d(11 月25 日),位于蘭溪和金華,而最早則推遲到323 d(11 月19 日),位于浦江,早晚差值變大,為6 d(圖4c)。可知,1981—2010年初霜日在空間上開(kāi)始呈西南晚東北早的格局。

        1989—2018 年的初霜日較第1 個(gè)氣候態(tài)整體推遲更為明顯,最晚推遲到334 d(11 月30 日),位于蘭溪、金華和永康,而最早則推遲到328 d(11 月24日),位于浦江,早晚差值仍為6 d(圖4d)??梢?jiàn),1989—2018 年初霜日在空間上呈西南晚東北早的分布特征。

        由此可知,隨著氣候態(tài)更替,金華市初霜日整體有推遲趨勢(shì),與此同時(shí),空間格局出現(xiàn)西晚北早到西南晚東北早的轉(zhuǎn)變。

        3.2 不同氣候態(tài)終霜日的空間變化

        分析金華市終霜日的氣候態(tài)變化特征(圖5),可知多年平均終霜日在金華和東陽(yáng)結(jié)束最早,結(jié)束時(shí)間為67 d(3 月8 日),而在武義結(jié)束最晚,為80 d(3 月21 日),浦江次之,為75 d(3 月16 日),早晚相差13 d(圖5a)??梢?jiàn),1968—2018 年終霜日在空間上呈中部早南北晚的特點(diǎn)。

        圖5 1968—2018 年(a)、1971—2000 年(b)、1981—2010 年(c)和1989—2018 年(d)終霜日的空間變化

        1971—2000 年金華市終霜日較多年平均整體有所推遲,其中,結(jié)束時(shí)間最早推遲1 d,為68 d(3 月9 日),位于蘭溪和東陽(yáng),而最晚則推遲2 d,為82 d(3 月23 日),位于武義,浦江仍次之,為76 d(3 月17日),早晚相差14 d(圖5b)??梢?jiàn),1971—2000 年終霜日在空間上呈西東早南北晚的格局。

        進(jìn)入1981—2010 年,終霜日較上一個(gè)氣候態(tài)整體有所提前,其中,結(jié)束時(shí)間最早提前至65 d(3 月6日),位于義烏,而最晚則提前至81 d(3 月22 日),仍位于武義,早晚相差變大,為16 d(圖5c)??芍?,1981—2010 年終霜日在空間上呈中部早南北晚的分布特征。

        轉(zhuǎn)為下一個(gè)氣候態(tài)后,終霜日較第1 個(gè)氣候態(tài)整體提前明顯,其中,結(jié)束時(shí)間最早提前至62 d(3 月3 日),仍位于義烏,金華次之,為63 d(3 月4 日),而最晚則提前至76 d(3 月17 日),仍位于武義,早晚相差14 d(圖5d)??芍?,1989—2018 年終霜日在空間上有中部早南北晚的差異。

        由此可見(jiàn),隨著氣候態(tài)更替,金華市終霜日整體有提前趨勢(shì)。此外,空間分布特征有西東早南北晚至中部早南北晚的轉(zhuǎn)變。

        3.3 不同氣候態(tài)無(wú)霜期的空間變化

        基于不同氣候態(tài)分析無(wú)霜期空間分布情況(圖6),可知1968—2018 年無(wú)霜期最長(zhǎng)為263 d,位于蘭溪和金華,而最短則為248 d,位于武義,浦江次之,為249 d,長(zhǎng)短相差15 d(圖6a)。由此可見(jiàn),金華市多年平均無(wú)霜期在空間上呈中部長(zhǎng)南北短的特點(diǎn)。

        進(jìn)入1971—2000 年,金華市無(wú)霜期較多年平均整體有縮短的趨勢(shì),其中,無(wú)霜期最長(zhǎng)縮短為258 d,仍位于蘭溪,東陽(yáng)次之,達(dá)255 d,而無(wú)霜期最短則縮短至241 d,仍處于武義,浦江次之,為245 d(圖6b),長(zhǎng)短差距增大,為17 d。可見(jiàn),1971—2000 年無(wú)霜期在空間上呈西東長(zhǎng)南北短的格局。

        進(jìn)入下一個(gè)氣候態(tài),無(wú)霜期較第1 個(gè)氣候態(tài)整體有延長(zhǎng)趨勢(shì),其中,無(wú)霜期最長(zhǎng)延長(zhǎng)至262 d,仍位于蘭溪,金華、義烏和永康次之,達(dá)261 d,而無(wú)霜期最短則延長(zhǎng)至245 d,仍處于武義,浦江次之,為249 d(圖6c),長(zhǎng)短差距持平??芍?,1981—2010 年無(wú)霜期在空間上也呈中部長(zhǎng)南北短的分布特征。

        轉(zhuǎn)為最后1 個(gè)氣候態(tài),無(wú)霜期較第1 個(gè)氣候態(tài)整體的延長(zhǎng)趨勢(shì)更明顯,其中,無(wú)霜期最長(zhǎng)延長(zhǎng)至270 d,位于金華和義烏,蘭溪和永康次之,為267 d,而無(wú)霜期最短則延長(zhǎng)至255 d,處于武義和浦江,東陽(yáng)次之,為264 d(圖6d),長(zhǎng)短差距減小為15 d??梢?jiàn),1989—2018 年無(wú)霜期在空間上也有中部長(zhǎng)南北短的差異。

        由此可知,隨著氣候態(tài)更替,金華市無(wú)霜期整體有延長(zhǎng)趨勢(shì)。與此同時(shí),空間分布特點(diǎn)有西東長(zhǎng)南北短至中部長(zhǎng)南北短的轉(zhuǎn)變。

        4 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)1968—2018 年金華市不同氣候態(tài)無(wú)霜期變化特征進(jìn)行對(duì)比分析,得到以下結(jié)論。

        1)1968—2018 年金華市平均初霜日、終霜日和無(wú)霜期分別以0.39、0.31、0.69 d∕年的速度顯著推遲、提前和延長(zhǎng)。其中,不同氣候態(tài)初霜日和無(wú)霜期也分別呈顯著推遲和延長(zhǎng)趨勢(shì),且隨著氣候態(tài)轉(zhuǎn)變,趨勢(shì)越來(lái)越明顯,而終霜日則在后2 個(gè)氣候態(tài)呈顯著提前趨勢(shì)。年代際上,初霜日、終霜日和無(wú)霜期分別呈先提前后推遲、先提前后推遲再提前和先縮短后延長(zhǎng)的趨勢(shì)。

        2)金華市終霜日和無(wú)霜期的突變分別發(fā)生在1997 年和2005 年,而初霜日則無(wú)突變。

        3)隨著氣候態(tài)更替,金華市初霜日、終霜日和無(wú)霜期整體分別有推遲、提前和延長(zhǎng)趨勢(shì)。同時(shí),空間分布特征分別出現(xiàn)西晚北早到西南晚東北早、西東早南北晚至中部早南北晚和西東長(zhǎng)南北短至中部長(zhǎng)南北短的轉(zhuǎn)變。

        20 世紀(jì)90 年代以來(lái),金華市平均初霜日、終霜日和無(wú)霜期分別呈顯著推遲、提前和延長(zhǎng)趨勢(shì),與金華站的變化趨勢(shì)一致[25],但具有地區(qū)差異性,與此同時(shí),三者變化趨勢(shì)隨氣候態(tài)更替而遞增。造成地區(qū)差異性原因有很多,可進(jìn)一步分析海拔高度和緯度等地理因子與無(wú)霜期的關(guān)系。

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