湖州市冬季氣候變化特征及對春季物候的影響

陳中赟，李洪權

(浙江省湖州市氣象局，浙江湖州313000)

自然物候現(xiàn)象的變化是對環(huán)境條件特別是氣候變化最直觀的反映，物候不僅反映了當時當?shù)氐臍夂蚝铜h(huán)境狀態(tài)，而且還反映了過去一段時間內氣候條件積累對生物和非生物的綜合影響[1]。物候期的變化不僅可以敏感地指示全球氣候變化，還會對生態(tài)(物種競爭、害蟲與疾病、鳥類遷徙與繁殖等)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(農(nóng)作物的適應能力、產(chǎn)量潛力、生長季長度、嚴寒災害的風險等)、衛(wèi)生(疾病的分布、人口數(shù)量等)等方面產(chǎn)生重要影響[2]。

湖州市(地理坐標119°14'－120°29'E，30°22'－31°11'N)地處長江下游太湖流域，位于太湖南岸，地勢由西南向東北傾斜，西部以山地丘陵為主，東部屬杭嘉湖平原水網(wǎng)區(qū)，河網(wǎng)密布。湖州地處中緯度，屬東亞季風氣候，處于暖溫帶和北亞熱帶過渡地帶。2010年湖州市冬季平均氣溫較常年偏低，尤其是2011年1月份平均氣溫異常偏低，2011年春季物候期較往年有所推遲。前人已有研究指出，溫度、降水和日照是影響物候的主要氣象要素[3—8]。為此，作者系統(tǒng)分析了湖州市現(xiàn)有的物候資料(始于2000年)，并進一步和常規(guī)氣象數(shù)據(jù)結合分析了湖州市冬季氣候變化特征，探討冬季平均氣溫、降水和日照等氣象要素的變化及其對春季物候的影響，以便為當?shù)卮杭疚锖蝾A測提供一定參考，為促進生態(tài)系統(tǒng)保護、新物種引進、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等重要關注問題提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

物候資料和氣象資料均來自湖州市氣象局檔案室。物候資料根據(jù)觀測時長、連續(xù)性好、代表性強的原則，選取湖州市農(nóng)業(yè)氣象觀測站2000－2011年垂楊、玉蘭、銀杏、石榴、車前、蘆葦、家燕、蛙和蚱蟬各個春季物候期。其中前4種為木本植物，車前和蘆葦為草本植物，家燕、蛙和蚱蟬為動物。物候觀測數(shù)據(jù)均采用Julian日換算方法，將逐年物候現(xiàn)象出現(xiàn)日期轉化成距1月1日的實際天數(shù)，得到各物候期的時間序列。

氣象資料為湖州市氣象觀測站1969－2010年冬季逐日平均氣溫、降水量和日照資料，經(jīng)處理后得到冬季的氣象要素(即12月至次年2月的平均值)，常年值為1971－2000年30年的氣候平均值。

1.2 分析方法

線性傾向估計方法。用線性回歸方程Y=bt+a(t=1，2，3，…，n)來擬合某一氣象要素序列，其中a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，b×10為該要素的氣候傾向率。回歸系數(shù)b可定量反映要素隨年份的線性變化趨勢，其符號表示要素的升降，數(shù)值的大小反映了上升或下降的速率。

Pearson相關系數(shù)。描述兩個隨機變量線性相關的統(tǒng)計量，用r來表示，其取值在－1.0～+1.0，當|r|＞0時，表明兩變量呈一定相關，越接近于1.0，相關性越顯著，當r=0時，表明兩變量相互獨立。

2 結果與分析

2.1 冬季氣候變化特征

2.1.1 氣溫

1969－2010 年湖州市冬季平均氣溫整體呈上升趨勢(圖1)，氣候傾向率為0.31，其中20世紀70年代到80年代初為較低水平時期，平均氣溫略有下降趨勢，從80年代開始明顯上升，之后一直維持在較高水平，這可能與全球變暖的氣候大背景有關，另外，隨著長三角地區(qū)的工業(yè)發(fā)展，人為溫室氣體排放增加也可能是其中的原因之一。從近10年的氣溫變化來看，平均氣溫呈現(xiàn)出了較弱的下降趨勢，其中2010年冬季的平均氣溫達到了近10年的最低水平。

圖1 湖州市逐年冬季氣溫的時間序列

2.1.2 降水量

1969－2010 年湖州市冬季降水量整體呈明顯階段性振蕩上升趨勢(圖2)，1997達到最高點390.5 mm;進入21世紀后呈下降趨勢，2010年達到近10年最低點129.4 mm。

圖2 湖州市逐年冬季降水量和日照的時間序列

2.1.3 日照時數(shù)

1969－2010 年湖州市冬季日照時數(shù)整體呈下降趨勢(圖2)，其氣候傾向率為－6.7，其中20世紀80年代中期前處于較高水平，平均日照時數(shù)超過400 h;80年代后期開始下降趨勢明顯，尤其是90年代末期到21世紀初，日照時數(shù)明顯偏少，平均日照時數(shù)不到320 h;近10年來有所增加。對比發(fā)現(xiàn)日照時數(shù)和降水量存在較明顯的負相關，相關系數(shù)為－0.3，達到了顯著水平。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，近42年來冬季平均氣溫和降水都呈增加趨勢，日照時數(shù)呈減少趨勢;而近10年來與整體趨勢相反，平均氣溫和降水呈減少趨勢，日照時數(shù)有所增加。

2.2 春季物候期變化特征

2.2.1 植物

春季植物有諸多物候期，但芽膨大期、芽開放期等一些物候期特點表現(xiàn)不顯著，人為主觀性較大，而展葉始期和開花始期是春季植物物候的典型代表且特征顯著，在一定程度上排除了人為因素的干擾，且資料完整度較好，因此，選用展葉始期和開花始期作為春季物候的代表進行分析。

展葉始期。圖3－4是湖州站2000－2011年植物展葉始期和開花始期時間序列。

圖3 湖州市植物展葉始期的時間序列

圖4 湖州市植物開花始期的時間序列

圖3－4可以看出，木本植物中玉蘭、銀杏和石榴的展葉始期都有不同程度的推遲;垂楊展葉始期近12年來存在微弱的提前趨勢，而從近年來的變化來看，則存在推遲趨勢。這可能與近10年來冬季平均氣溫的下降有一定的關系。草本植物與木本植物相反，近12年來展葉始期都有提前趨勢，這可能與其他氣象因子的影響有關。

開花始期。由于蘆葦?shù)拈_花始期在8－9月份，冬季氣候變化是否能影響6個月以上還不清楚，銀杏開花期的資料到2005年以后終止，因此在這里暫不分析。木本植物中玉蘭和石榴開花始期存在推遲趨勢;垂楊的開花始期與展葉始期相近，整體上略有提前趨勢，而近年來則有推遲趨勢。因此，木本植物的開花始期近12年來整體上表現(xiàn)為推遲趨勢。草本植物中以車前為代表，也存在明顯的推遲趨勢。可以看出，春季植物的開花始期都存在推遲現(xiàn)象。

2.2.2 動物

與春季植物的物候期類似，家燕的始見和蛙的始鳴也呈現(xiàn)推遲趨勢。2002年以前始見(鳴)期呈提前趨勢，2003年以后推遲趨勢明顯(圖5)。

圖5 湖州市動物始見(鳴)的時間序列

2.3 冬季氣候變化對植物物候的影響

2.3.1 平均氣溫

表1給出了2000－2011年湖州站冬季氣象要素與春季植物物候期的相關系數(shù)。

表1 2000－2011年湖州站冬季氣象要素與植物春季物候期的相關系數(shù)

表1可以看出，冬季平均氣溫與木本植物的葉芽膨大期、草本植物的萌芽期均為負相關，但只有石榴可以通過95%的信度檢驗。雖然負相關程度不典型，但也能一定程度地反映冬季平均氣溫與木本植物葉芽膨大期、草本植物萌芽期的負相關關系，說明冬季的平均氣溫越高(低)，則木本植物的葉芽膨大期或草本植物的萌芽期越早(晚)。

展葉始期與冬季平均氣溫也均為負相關，木本植物中銀杏未能通過信度檢驗，其他均達到了95%的信度標準。雖然銀杏展葉始期與冬季平均氣溫未能通過檢驗，但也十分接近90%的信度水平。草本植物與冬季的平均氣溫也都為負相關，但均未能通過信度檢驗。因此，冬季平均氣溫與木本植物的展葉始期具有較好的負相關關系，與草本植物的展葉始期負相關不明顯。

從開花始期與冬季平均氣溫的相關系數(shù)可以看出，木本植物中垂楊和玉蘭為負相關且通過95%以上的信度檢驗，銀杏和石榴為正相關，但相關系數(shù)較小;草本植物中車前為負相關且通過90%的信度檢驗，蘆葦為正相關，相關系數(shù)較小。由此說明植物的開花始期與冬季平均氣溫大體上也呈負相關關系。

從以上分析可以看出，冬季平均氣溫與植物春季物候期整體呈負相關關系，是植物春季物候期的敏感因子，平均氣溫越高則植物春季物候期越早，平均氣溫的高低對植物春季物候期的早晚具有一定的指示意義。

2.3.2 降水

冬季降水量與植物春季物候期的相關系數(shù)大體正負均等。與木本植物多為負相關關系且基本都通不過信度檢驗，僅銀杏的開花始期可以通過99%的信度檢驗;與草本植物的萌芽期和展葉始期正相關顯著，且多數(shù)可通過95%的信度檢驗。說明冬季降水量對木本植物春季物候期影響不明顯，而與草本植物的萌芽期和展葉始期有較好的正相關關系。

2.3.3 日照

冬季日照時數(shù)與植物春季物候期的相關關系以負相關性為主，與木本植物相關性正負均等且都通不過信度檢驗，與草本植物的萌芽期和展葉始期負相關顯著，且多數(shù)可以通過99%的信度檢驗。說明木本植物對冬季日照的敏感性不強，而草本植物萌芽期和展葉始期對冬季日照較敏感。

2.4 氣候變化對動物物候的影響

2000－2011 年湖州市冬季氣象要素與春季動物始見(鳴)期的相關系數(shù)(表2)可看出，冬季平均氣溫與動物始見期為負相關且相關系數(shù)較高;降水量和日照與動物始見期的相關性不明顯。說明平均氣溫是影響春季動物物候期的敏感因子。

表2 2000－2011年湖州站冬季氣象要素與動物始見期的相關系數(shù)

3 小結

近42年來冬季的平均氣溫和降水都呈增加趨勢，日照時數(shù)呈減少趨勢;而近10年則與整體趨勢相反，平均氣溫和降水呈減少趨勢，日照時數(shù)有所增加。日照時數(shù)和降水量存在較明顯的負相關。近12年來木本植物的展葉始期和開花始期整體上呈現(xiàn)推遲趨勢;草本植物的展葉始期有所提前而開花始期有所推遲。

冬季平均氣溫與春季植物物候期呈負相關關系，平均氣溫越高(低)則春季物候期提前(推遲)，平均氣溫是春季植物物候期的敏感因子，尤其對木本植物的展葉始期具有較好的指示意義。冬季降水量對春季木本植物影響不明顯，與草本植物的萌芽期和展葉始期有較好的正相關關系。冬季日照時數(shù)與春季植物的物候期基本為負相關，對春季木本植物影響不明顯，與草本植物的萌芽期和展葉始期有較好的負相關關系。冬季平均氣溫與春季動物物候期有較好的負相關性，而降水和日照對春季動物物候期影響不明顯。

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