現(xiàn)代氣候變化及其對我國糧食生產(chǎn)的可能影響

任國玉

現(xiàn)代氣候變化及其對我國糧食生產(chǎn)的可能影響

任國玉

糧食生產(chǎn)與氣候條件密切相關(guān)。自然和人為因素導(dǎo)致的區(qū)域氣候變化，可以引起糧食生產(chǎn)基本環(huán)境條件的改變，影響作物生長發(fā)育，并進(jìn)而影響糧食產(chǎn)量和質(zhì)量。

一、氣候要素均值變化

近年的研究指出，1951年以來中國地區(qū)近地面氣候要素發(fā)生了一定趨勢性變化，其中與地面氣溫相關(guān)的氣候要素和相關(guān)氣候指數(shù)變化比較明顯。在過去的60余年，全國年平均地面氣溫增加幅度約為1.3℃，增溫速率接近0.25℃/10年，比全球或半球同期平均增溫速率明顯偏高。地面氣溫增加主要發(fā)生在最近的20多年，其時(shí)間和空間特征主要表現(xiàn)為：冬季和春季變暖明顯，夏季和秋季變暖微弱，但青藏高原變暖最明顯的季節(jié)是冬季和秋季，春季和夏季變暖較弱，大部分地區(qū)地面氣溫年較差明顯變??；夜晚變暖明顯，白晝變暖很弱，絕大多數(shù)地區(qū)氣溫日較差顯著減?。槐狈胶颓嗖馗咴貐^(qū)變暖更突出，南方特別是西南地區(qū)的春季和長江中下游的夏季沒有經(jīng)歷變暖，多數(shù)臺(tái)站甚至記錄到變涼趨勢。

研究還發(fā)現(xiàn)，城市化過程對我國氣象臺(tái)站觀測的地面氣溫變化具有重要影響，全國平均來看，大約有接近三分之一的年平均地面氣溫上升是由于城市化因素引起的，其對夜間氣溫和平均最低氣溫以及氣溫日較差的影響更加明顯。從評價(jià)氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的角度看，城市化對地面氣溫觀測記錄的影響需要作為系統(tǒng)偏差予以訂正。

過去60年左右中國地區(qū)年降水量沒有出現(xiàn)明顯的趨勢性變化。1951年以來，全國平均降水量變化趨勢不明顯，但1956年以來略有增多。年和夏季降水量變化的空間特征明顯而且相對穩(wěn)定，東北北部、長江中下游地區(qū)、東南地區(qū)和西部廣大地區(qū)年降水量有比較明顯的增加，而華北地區(qū)、東北南部、西北東部和西南部分地區(qū)降水量明顯減少（圖1），其中1999-2003年華北和東北地區(qū)降水量連續(xù)極端偏少，創(chuàng)60年最低記錄。進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國東部降水異常分布圖式發(fā)生了變化，主要表現(xiàn)為長江中下游地區(qū)初夏梅雨偏少，年降水量也偏低，淮河流域夏季降水增加，東部夏季雨帶已經(jīng)明顯向北移動(dòng)。

圖1 1956-2002年中國年降水量變化趨勢系數(shù)。橘黃和黃色指示降水減少，藍(lán)色指示降水增多。

近60年來全國平均的日照時(shí)數(shù)（太陽輻射）、平均風(fēng)速、水面蒸發(fā)量等氣候要素均呈顯著下降趨勢，積雪地帶的最大積雪深度有所增加。全國日照時(shí)間（太陽輻射）和水面蒸發(fā)量變化的空間分布特征很相似，減少最明顯的地區(qū)均發(fā)生在華北和華東，新疆次之。

二、極端氣候事件變化

全國范圍來看，過去半個(gè)多世紀(jì)主要類型極端氣候事件發(fā)生頻率有增有減。極端氣溫出現(xiàn)了空間上比較一致的變化，異常偏冷事件，包括寒潮、春夏季低溫、春秋季霜凍等事件頻率明顯減少、強(qiáng)度減弱，而異常偏暖事件有所增多和增強(qiáng)，但沒有異常偏冷事件變化顯著；暴雨或強(qiáng)降水事件頻率變化具有明顯的區(qū)域性，并與年降水量變化的區(qū)域特點(diǎn)基本一致，但全國多數(shù)地區(qū)強(qiáng)降水事件強(qiáng)度似有一定增加趨勢；氣象干旱事件影響范圍有一定程度增加，北方地區(qū)尤其顯著；登陸和影響中國東南沿海地區(qū)的熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）頻數(shù)呈現(xiàn)一定減少趨勢，但趨勢性不明顯；北方地區(qū)的沙塵暴事件、全國平均的強(qiáng)風(fēng)事件和東部季風(fēng)區(qū)的雷暴事件發(fā)生頻率趨于減少、減弱。

因此，現(xiàn)有的研究指出：在全球氣候明顯變暖的半個(gè)多世紀(jì)內(nèi)，全國總體上看多數(shù)類型極端氣候事件頻率和強(qiáng)度出現(xiàn)減少和減弱的趨勢，或者在趨勢性上保持相對穩(wěn)定態(tài)勢，只有少數(shù)類型極端氣候事件頻率和強(qiáng)度表現(xiàn)出增加或增強(qiáng)趨勢。從全國范圍來看，對社會(huì)和經(jīng)濟(jì)具有重要影響的主要類型極端氣候事件沒有表現(xiàn)出總體增多或增強(qiáng)的趨勢變化。

三、氣候變化可能原因

過去60年左右中國地區(qū)氣候變化的原因還沒有研究清楚。消除城市化對地面觀測記錄的影響，保留的全國平均增暖分量可能主要與人為因素（溫室氣體排放）導(dǎo)致的全球氣候變暖和年代以上尺度氣候系統(tǒng)自然變異性有關(guān)，但人為因素引起的區(qū)域性土地利用變化和大氣中氣溶膠濃度增加可能也有一定影響。

中國東部表現(xiàn)為年代尺度振蕩的降水量和極端降水事件頻率變化，很可能是東亞季風(fēng)氣候系統(tǒng)內(nèi)部自然變異過程的結(jié)果。造成東亞季風(fēng)氣候系統(tǒng)年代以上尺度自然變異性的主要因子是海洋環(huán)流和海表水溫。

中國東部大部分地區(qū)日照時(shí)間（太陽輻射）和水面蒸發(fā)量減少可能主要起源于人為排放的氣溶膠影響，南方一些地區(qū)云量增加加劇了光照和蒸發(fā)的下降趨勢，同時(shí)近地面平均風(fēng)速減弱也是水面蒸發(fā)量下降的重要?dú)庀笥绊懸蜃?；西部地區(qū)云量和降水量的變化可能是水面蒸發(fā)量減少的主要原因。大范圍地面平均風(fēng)速減弱現(xiàn)象可能主要與局地氣象觀測環(huán)境變化以及全球氣候變暖的地帶性差異及其大氣環(huán)流變化有關(guān)。

圖2 1961-2008年全國平均暴雨日（24小時(shí)降水量大于等于50mm）數(shù)變化情況。

四、氣候變化對糧食生產(chǎn)影響

與上述觀測到的平均和極端氣候變化相對應(yīng)，我國的農(nóng)業(yè)氣候資源條件和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻率也發(fā)生了一定變化。例如，全國多數(shù)地區(qū)反映熱量資源條件的生長期和積溫呈不同程度增加；全國多數(shù)地區(qū)、特別是北方農(nóng)業(yè)區(qū)氣溫年較差和日較差趨于變小，可能有利于病蟲害的發(fā)生，不利于糧食品質(zhì)提高；冬季積雪地帶春季融雪提早，春汛可能提前，有可能在仲夏雨季來臨之前形成相對干旱時(shí)期，不利于作物生長；我國西部特別是西北地區(qū)降水量有所增加，山地冰川融水也有一定增多，在一定時(shí)期內(nèi)可能有助于山麓地帶綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；東部地區(qū)特別是華東和華北地區(qū)光照條件趨于惡化，太陽直接輻射和總輻射明顯下降，而散射輻射一般有所增多，可能不利于作物生長發(fā)育。

從農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的角度看，中國大部分農(nóng)業(yè)區(qū)、包括東北平原的農(nóng)業(yè)區(qū)，過去60余年作物生長期的低溫冷害現(xiàn)象減輕了，有利于多數(shù)地區(qū)農(nóng)作物生長；由于大氣降水減少，華北和東北地區(qū)土壤水含量一般降低、干旱現(xiàn)象加重，而南方及淮河流域降水和強(qiáng)降水事件頻率一般增多，洪澇災(zāi)害變得更頻繁，總體不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。1999-2003年期間，華北和東北大部分地區(qū)經(jīng)歷了1950年以來最嚴(yán)重的多年干旱，可能是造成北方和全國糧食減產(chǎn)的重要原因（圖3）；西北、華北和東北農(nóng)業(yè)區(qū)春季的風(fēng)災(zāi)和風(fēng)沙危害有所減輕，東南沿海地區(qū)登陸的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)減少，對于這些地區(qū)作物生長應(yīng)該是有利的。

因此，不考慮大氣中CO2濃度上升對作物生長的作用，現(xiàn)代氣候變化可能已經(jīng)對我國各地區(qū)農(nóng)業(yè)特別是糧食生產(chǎn)造成了一定影響，但這種影響具有明顯的區(qū)域性和復(fù)雜性，今后需要結(jié)合各種統(tǒng)計(jì)和數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行深入研究。

圖3 1949-2008年全國糧食總產(chǎn)量（萬噸）。圖中橫坐標(biāo)1對應(yīng)1949年，60對應(yīng)2008年。1999-2003年期間的總產(chǎn)下降可能與北方糧食產(chǎn)區(qū)嚴(yán)重干旱有關(guān)。

五、結(jié)語

過去的60余年，我國地面氣候確實(shí)發(fā)生了一些變化，其中氣溫、熱量以及光照資源的變化具有較明顯的趨勢性，而降水量及其相關(guān)的極端氣候事件頻率僅表現(xiàn)出年代或多年代變異性。農(nóng)業(yè)氣候資源和氣候?yàn)?zāi)害頻率的變化顯然已對糧食生產(chǎn)造成了影響，但定量評價(jià)這種影響的性質(zhì)和程度還十分困難，今后需要加強(qiáng)氣候變化對糧食產(chǎn)量影響的檢測研究。