1961～2007年淮河流域熱量資源變化趨勢

苗 茜， 曾 燕， 謝志清， 王珂清

(江蘇省氣候中心，江蘇 南京 210009)

氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)和糧食保障的影響是全世界關(guān) 注的一大問題［1］。熱量作為農(nóng)作物生長發(fā)育極其重要的環(huán)境條件，直接決定農(nóng)作物種植區(qū)域，影響農(nóng)作物的生長、產(chǎn)量和質(zhì)量［2］。氣溫升高改變了地區(qū)的熱量條件，在改變作物生長、產(chǎn)量和質(zhì)量的基礎(chǔ)上將進(jìn)一步影響農(nóng)產(chǎn)品的市場。淮河流域地處中國東部，介于長江和黃河兩流域之間，地跨湖北、河南、安徽、江蘇、山東5省，面積約2.7×105km2;流域西部及東北部為山區(qū)、丘陵區(qū)，其余為廣闊的平原;流域位于暖溫帶和北亞熱帶的過渡區(qū)，年均氣溫13.7℃，年均降水量814.8 mm［3］。淮河流域作為中國重要的糧棉油生產(chǎn)基地之一，產(chǎn)量波動(dòng)將牽動(dòng)國家的糧食保障和農(nóng)業(yè)大計(jì)，其熱量資源變化趨勢研究具有重要意義。

農(nóng)業(yè)氣象界限溫度，簡稱界限溫度，具有特定農(nóng)業(yè)意義，如:生長發(fā)育期、農(nóng)事活動(dòng)的開始與終止的空氣溫度。這些有特定農(nóng)業(yè)意義的空氣溫度可以組成農(nóng)業(yè)氣候熱量指標(biāo)系統(tǒng)。常用的農(nóng)業(yè)氣象界限溫度有0℃、5℃、10℃、15℃和20℃等［4］。衡量一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源的主要指標(biāo)包括穩(wěn)定通過各界限溫度的積溫及其初日、終日和持續(xù)日數(shù)等。

熱量資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策的重要指標(biāo)，其變化趨勢影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的決策導(dǎo)向。在當(dāng)前全球變暖背景下，氣候變暖造成的熱量資源變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響基本是不利的，在加大作物遭受高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)同時(shí)增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，主要表現(xiàn)為產(chǎn)量波動(dòng)幅度變大、品質(zhì)下降、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)布局改變等［5-14］，進(jìn)一步加大糧食生產(chǎn)能力的不確定性。因此，分析熱量資源的氣候變化趨勢對(duì)國家糧食安全具有重要意義。

1 材料與方法

2 結(jié)果

2.1 不同界限溫度積溫變化趨勢

由表1、圖1可見，1961～2007年淮河流域≥0℃、≥10℃、≥15℃積溫均呈顯著增加趨勢，其氣候傾向率分別為每10年67.7℃、62.8℃、48.0℃，具有隨界限溫度增加而減小的特點(diǎn)。結(jié)合表1可以看出，就不同年代際比較而言，≥0℃、≥10℃、≥15℃積溫均呈現(xiàn)20世紀(jì)80年代最低、90年代開始明顯增高、2000年之后達(dá)到最高的特點(diǎn)。≥20℃積溫的年代際變化不顯著。

圖1 1961～2007年淮河流域不同界限溫度積溫變化Fig.1 Annual change of accumulated temperatures for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

表1 淮河流域不同界限溫度積溫的年代間變化Table 1 Decadal changes of accumulated temperatures for different boundary temperatures in Huaihe River Basin

從圖2可以看出，1961～2007年淮河流域各界限溫度積溫發(fā)生顯著變化的站點(diǎn)數(shù)目隨著界限溫度的增加而減少。除流域西北少部分站點(diǎn)≥0℃積溫氣候傾向率無明顯變化趨勢外，大部分站點(diǎn)≥0℃積溫增加趨勢都非常明顯，尤其是東部區(qū)域，大部分站點(diǎn)氣候傾向率大于每10年72.82℃，其高值也主要集中在東部?！?0℃積溫氣候傾向率總體延續(xù)≥0℃積溫分布態(tài)勢，但無明顯變化站點(diǎn)數(shù)略有增多。在≥15℃積溫氣候傾向率空間分布圖中，無明顯變化趨勢的站點(diǎn)數(shù)目明顯增加，主要集中在中西部，東部蘇皖魯交界地區(qū)積溫氣候傾向率仍比較高。僅流域中南部少部分站點(diǎn)≥20℃積溫氣候傾向率呈顯著增加趨勢，絕大多數(shù)站點(diǎn)無明顯變化。

圖2 1961～2007年淮河流域不同界限溫度積溫氣候傾向率空間分布Fig.2 Spatial distribution for the change of accumulated temperatures for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

2.2 不同界限溫度持續(xù)日數(shù)變化趨勢

由圖3可以看出，在近47年中，淮河流域除≥20℃的持續(xù)日數(shù)沒有明顯變化趨勢外，≥0℃、≥10℃、≥15℃的持續(xù)日數(shù)均呈顯著增加趨勢(P＜0.01)，尤其以≥10℃的持續(xù)日數(shù)上升趨勢最為明顯。就上升幅度來說，≥0℃持續(xù)日數(shù)氣候傾向率最大，達(dá)每10年5.4 d;≥10℃次之，為每10年3.1 d;≥15℃最小，為每10年2.2 d。

圖3 淮河流域1961～2007年不同界限溫度持續(xù)日數(shù)變化Fig.3 Annual change of durations for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

由表2可以看出，≥0℃持續(xù)日數(shù)的最低值出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，20世紀(jì)90年代之后陡然上升，增加日數(shù)近25 d。自20世紀(jì)80年代開始，≥10℃和≥15℃的持續(xù)日數(shù)呈持續(xù)增加的特點(diǎn)，2000～2007年達(dá)到最大，與20世紀(jì)60年代的最低值相比分別增加了8.1%和6.0%?！?0℃的持續(xù)日數(shù)各年代對(duì)比總體變化不大。

表2 淮河流域不同界限溫度持續(xù)日數(shù)的年代際變化Table 2 Decadal changes of durations for different boundary temperatures in Huaihe River Basin

由圖4可見，隨著界限溫度增加持續(xù)日數(shù)增幅降低，從空間分布上看淮河流域中部和東部增溫趨勢顯著于西部，且增幅較大。中東部大部分區(qū)域≥0℃持續(xù)日數(shù)氣候傾向率主要為每10年3.92 ～8.53 d，最高達(dá)到每 10 年 12.34 d，無明顯變化趨勢站點(diǎn)主要位于流域西南區(qū)域?！?0℃持續(xù)日數(shù)增加顯著的站點(diǎn)較≥0℃的增多，幾乎遍布整個(gè)流域，大部分站點(diǎn)氣候傾向率在每10年2.14 d至3.91 d之間，最高值為每10年8.53 d。≥15℃持續(xù)日數(shù)增加顯著的站點(diǎn)比較分散，多位于流域中東部，其氣候傾向率主要在每10年2.14 d至3.91 d之間，最高為每10年6.40 d。除流域東南部的少部分站點(diǎn)≥20℃持續(xù)日數(shù)略有增加外，大部分站點(diǎn)無明顯變化。持續(xù)日數(shù)增加使得作物生長期相對(duì)延長，配合積溫增加將使越冬作物種植北界和多熟制北界北移［16］。

圖4 淮河流域1961～2007年不同界限溫度持續(xù)日數(shù)氣候傾向率的空間分布Fig.4 Spatial distribution for the change of durations for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

2.3 不同界限溫度初日變化趨勢

淮河流域穩(wěn)定通過0℃和10℃初日在近47年間有顯著提前趨勢(圖5)。其中，穩(wěn)定通過0℃初日日序的氣候傾向率為每10年－3.8 d，穩(wěn)定通過10℃初日日序的氣候傾向率為每10年－2.3 d。15℃初日略有提前，但不顯著。20℃初日沒有明顯變化。

圖5 淮河流域1961～2007年不同界限溫度初日日序的變化曲線Fig.5 Annual change of beginning dates for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

由圖6可見，除西部山區(qū)無明顯變化趨勢外，淮河流域大部分區(qū)域穩(wěn)定通過0℃初日呈顯著提前趨勢(即:初日日序氣候傾向率為負(fù)值)。全流域穩(wěn)定通過10℃初日普遍呈提前趨勢。穩(wěn)定通過15℃和20℃初日變化趨勢不明顯(僅個(gè)別站點(diǎn)呈提前趨勢)。

圖6 淮河流域1961～2007年不同界限溫度初日日序氣候傾向率空間分布Fig.6 Spatial distribution of the change of beginning dates for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

2.4 不同界限溫度終日變化趨勢

從圖7可以看到，淮河流域穩(wěn)定通過0℃、10℃、15℃和20℃終日在近47年間均無顯著變化。除少數(shù)站點(diǎn)的各界限溫度終日日序有所推遲外，大部分站點(diǎn)終日日序沒有顯著變化(圖8)。

圖7 淮河流域1961～2007年不同界限溫度各界限溫度終日日序變化曲線Fig.7 Annual change of ending dates for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

圖8 淮河流域1961～2007年不同界限溫度終日日序氣候傾向率空間分布Fig.8 Spatial distribution for the change of ending dates for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

3 討論

熱量資源是農(nóng)作物生長發(fā)育所需的重要環(huán)境條件之一。衡量一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源的主要指標(biāo)包括穩(wěn)定通過各界限溫度的積溫及其初日、終日和持續(xù)日數(shù)等。本研究應(yīng)用淮河流域170個(gè)常規(guī)氣象站1961～2007年逐日平均氣溫資料分析了0℃、10℃、15℃和20℃界限溫度的積溫、持續(xù)日數(shù)、初日和終日的變化趨勢，結(jié)果表明:①淮河流域≥0℃、≥10℃和≥15℃積溫均呈顯著增加趨勢，其氣候傾向率分別為每10年67.7℃、62.8℃和48.0℃;≥20℃積溫?zé)o明顯變化趨勢。②淮河流域≥0℃、≥10℃和≥15℃持續(xù)日數(shù)均呈顯著增加趨勢。就上升幅度來說，≥0℃持續(xù)日數(shù)氣候傾向率最大，達(dá)每10年5.4 d;≥10℃次之，為每10年3.1 d;≥15℃最小，為每10年2.2 d。≥20℃持續(xù)日數(shù)無明顯變化。③淮河流域穩(wěn)定通過0℃和10℃初日有顯著提前趨勢。其中，穩(wěn)定通過0℃初日日序的氣候傾向率為每10年－3.8 d，10℃初日日序的氣候傾向率為每10年－2.3 d。15℃初日略有提前，但不顯著。20℃初日沒有明顯變化。④淮河流域穩(wěn)定通過0℃、10℃、15℃和20℃終日均無顯著變化?？傊驓鉁厣咭鸬臒崃抠Y源變化將延長作物生長的可利用時(shí)間。

以熱量資源增加為表征的氣候變暖將增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，造成作物產(chǎn)量波動(dòng)加大，同時(shí)加劇病蟲草害;作物生長期的氣溫升高，將縮短養(yǎng)分的積累時(shí)間，降低作物產(chǎn)量和品質(zhì);氣候變化增加了淮河流域的熱量，卻也增加了高溫?zé)岷Ρl(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，應(yīng)當(dāng)選育適宜品種、施用合適肥料、改變作物種植制度和種植方式以適應(yīng)氣候變化。

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