且末荒漠綠州區(qū)熱量資源變化特征及潛力分析

馮 浩，霍 錦，杜新蕊

（1.且末縣氣象局，新疆 且末841900；2.塔中氣象站，新疆 庫爾勒841000）

在全球氣候增暖[1]的大背景下，各地熱量資源也不同程度地發(fā)生了變化。熱量資源是指某一地區(qū)在特定的氣候條件下所能提供的熱量多少，是太陽輻射和地表、大氣中各種物理過程綜合作用的結果。溫度是影響作物生長的主要因素之一，是農(nóng)業(yè)氣候上衡量熱量資源的一個重要指標。描述熱量資源一般采用積溫，即在一定溫度范圍內日平均溫度的累積值。農(nóng)作物的生長發(fā)育都是在一定的溫度范圍內進行的，而且要求熱量條件必須積累到一定的程度才能完成從萌芽到成熟。不同的作物生長發(fā)育對熱量條件的要求不同，同一種作物的不同品種、不同發(fā)育期對熱量條件的要求也不同。熱量條件的好壞，直接決定作物生長期的長短，而作物生長期的長短對農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質影響很大。

近些年有關專家和學者對新疆各地熱量資源變化做了諸多研究[2-4]，這些研究對認識新疆氣候變化背景下農(nóng)業(yè)熱量資源變化情況具有一定的意義。但文獻中關于且末熱量資源及其利用的研究還很少。新疆地域廣闊，氣候差別很大，各地的熱量資源存在明顯的差異。研究分析且末熱量資源的變化特征，旨在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能合理加以利用，避開或減輕不利熱量條件的影響，更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務。

1 研究區(qū)域、資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

且末縣是塔里木盆地東南緣一片孤立的綠洲，隸屬巴音郭楞蒙古自治州，東與若羌縣交界，西與和田地區(qū)的民豐縣毗鄰，南屏高山，北鄰塔克拉瑪干大沙漠，中部為平原，地勢由西南向東北傾斜。且末荒漠與綠洲屬極端干旱大陸性氣候，常年多風沙天氣，但光熱資源充足。全縣有1個鎮(zhèn)，11個鄉(xiāng)，3個國有農(nóng)牧場，總耕地面積約10 727 hm2，人均耕地0.28 hm2，主要作物有：棉花、小麥、玉米、瓜果等。

1.2 資料與方法

利用新疆且末氣象觀測站1981—2010年氣象整編資料，選取農(nóng)業(yè)上經(jīng)常使用的年平均氣溫、∑T≥0℃、∑T≥10℃積溫、日平均氣溫穩(wěn)定通過0、10、15、20℃初終日及其持續(xù)日數(shù)、無霜期。用年平均氣溫代表熱量的平均狀況；≥0℃初終日大致與土壤解凍、凍結、植物萌動相一致，持續(xù)日數(shù)為大農(nóng)業(yè)廣泛的生長期；≥10℃初終日代表喜溫植物生長活躍期，持續(xù)日數(shù)是喜溫作物旺盛生長期[5]；秋季第一次出現(xiàn)霜的日期為初霜日，春季最后一次出現(xiàn)霜的日期為終霜日，終霜日到初霜日這段時間稱為無霜期。無霜期也稱生長期，無霜期越長，可利用的季節(jié)越長。

（1）采用一元線性函數(shù)y=ax+b來擬合數(shù)據(jù)序列T（t），t=1，2，3，…，n，按最小二乘法求出趨勢項 a 和常數(shù)項b。趨勢值a的符號表示氣候變量的趨勢傾向，a＞0表示y隨時間呈上升趨勢；反之，a＜0則呈下降趨勢。a×10表示氣候傾向率，單位為℃/10 a。y是氣象要素，x是時間序列。（2）滑動平均為5 a的移動平均值；距平分析是對序列值中的某一個數(shù)值與30 a平均值進行比較，若差值≥0，則為正距平；反之為負距平。（3）活動積溫的數(shù)學表達式為：Aa=∑ti，式中 ti≥B；若 ti

2 結果與分析

2.1 年平均氣溫變化特征

由圖1可見，且末縣近30 a年平均氣溫為10.9℃，2007、2009年最高，均為11.7℃；1984年最低，為9.5℃，相差2.2℃。經(jīng)線性趨勢分析，一元線性方程為 y=0.042 8x+10.216（R2=0.487 3），氣候傾向率為0.43℃/10 a，總體呈逐年上升趨勢。年平均氣溫在20世紀80年代、90年代波動較為明顯，氣溫值也偏低，1997年以后基本上以3～4 a的周期上升。從距平分析來看，1997年以前大多為負距平，僅1987、1990、1994年為正距平，但距平值均不超過0.3℃；而1997年以后大多為正距平，僅2008年為負距平，距平值僅為-0.2℃，這說明1997年為且末年平均氣溫變化的突變點。

2.2 積溫變化特征

2.2.1 ≥0℃積溫變化特征

由圖2可見，且末縣近30 a∑T≥0℃積溫平均為4 483.3℃，2001年最大，為4 768.1℃；1992年最小，為4 254.2℃，相差513.9℃。經(jīng)線性趨勢分析，一元線性方程為 y=14.52x+4 258.3（R2=0.638 1），氣候傾向率為145.2℃/10 a，呈明顯增加趨勢。從距平分析來看，≥0℃積溫在1997年發(fā)生轉折性變化，1997年以前基本為負距平，僅1990年為正距平；以后（含1997年）均為正距平，增加明顯。

2.2.2 ≥10℃積溫變化特征

由圖3可見，且末近30a∑T≥10℃積溫平均為4 014.3℃，1997年最大，為4 291.2℃；1996年最小，為3 738.8℃，1996—1997年增加最多。經(jīng)線性趨勢分析，一元線性方程為y=8.041 1x+3 889.7（R2=0.166 8），氣候傾向率為80.4℃/10 a，呈明顯增加趨勢。1997年以前積溫值較小，尤其是1990—1996年最小，均低于平均值，1997—2004年波動較大，但總體呈上升趨勢。從距平分析來看，≥10℃積溫以1997年為分隔點，1997年以前基本為負距平，僅 1982、1985、1990年為正距平；以后（含 1997年）基本為正距平，僅1999、2003年為負距平。

2.2.3 穩(wěn)定通過0、10、15、20℃的初終日期及持續(xù)日數(shù)的變化特征

農(nóng)業(yè)氣候上常用的界限溫度有0、10、15、20℃等，穩(wěn)定通過界限溫度初、終日期及持續(xù)日數(shù)對確定該地區(qū)的作物布局、耕作制度、品種搭配等都具有十分重要的意義[7]。

2.2.3.1 初日變化特征

由圖4可知，日平均氣溫穩(wěn)定通過0、15、20℃初日的曲線均呈下降趨勢，即通過0、15、20℃初日表現(xiàn)為提前，其中0℃初日線性下降趨勢最為明顯，依次為20、15℃初日，這說明0℃初日提前最多；而穩(wěn)定通過10℃初日的曲線呈不明顯的上升趨勢，即10℃初日表現(xiàn)為推后。

2.2.3.2 終日變化特征

日平均氣溫穩(wěn)定通過0、10、15、20℃終日的曲線均呈上升趨勢（圖5），即通過 0、15、10、20 ℃終日均表現(xiàn)為推后，其中20℃終日線性上升趨勢最明顯，依次為0、10、15℃，說明20℃終日推后最多。

2.2.3.3 持續(xù)日數(shù)變化特征

從表1可知，日平均氣溫穩(wěn)定通過0、10、15、20℃持續(xù)日數(shù)的平均值分別為 265、192、156、102 d，通過0、20℃持續(xù)日數(shù)呈增加趨勢，而通過10、15℃持續(xù)日數(shù)則變化不明顯。

表1 各年代界限溫度持續(xù)日數(shù)平均值及距平值

2.3 無霜期變化特征

且末近30 a無霜期平均日數(shù)為191 d，最長為251 d（2009年），比平均日數(shù)多 60 d；最短為 146 d（1993年），比平均日數(shù)少45 d，最長和最短相差105 d。經(jīng)線性趨勢分析，一元線性方程為y=0.648 7x+180.54（R2=0.073 9），氣候傾向率為 6.5 d/10 a，無霜期曲線雖年際變化較大，但總體呈上升趨勢。從距平分析來看，30 a多以正距平為主。1981—1985年間大多為負距平，此后5 a均為正距平；20世紀90年代波動最為明顯，頭4 a負距平較多，后幾年則正距平較多；2000年之后，基本為正距平，到2010年曲線有所下降，但總趨勢還是上升的。這說明且末無霜期逐漸延長，熱量資源不斷增加。

3 熱量資源的合理利用

氣溫升高，積溫增多，熱量資源增加，在給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來機遇的同時，也帶來了挑戰(zhàn)。從上述分析可以看出，且末熱量資源較為充足，∑T≥0℃、∑T≥10℃積溫平均值均超過4 000℃，適宜當?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)往往達不到預期的效果。究其原因，且末荒漠綠洲生態(tài)環(huán)境十分脆弱，易受自然災害影響，加之水分資源不足及其不合理利用，導致土壤鹽漬化等，往往制約著熱量資源效益的充分發(fā)揮?，F(xiàn)就合理利用熱量資源，發(fā)展優(yōu)質、高產(chǎn)、高效農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，提出幾點建議：

（1）協(xié)調好水土矛盾，選擇適應性好、抗災性強的作物品種，充分發(fā)揮熱量資源效益，挖掘耕地利用潛力，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

（2）優(yōu)化種植結構，大力發(fā)展特色林果業(yè)如紅棗；加快發(fā)展設施農(nóng)業(yè)，擴大設施溫室的種植規(guī)模如蔬菜、葡萄、瓜類；調整糧、經(jīng)、草的種植比例，努力發(fā)展特色作物的種植如高原大蒜、有色辣椒等，使種植業(yè)結構進一步優(yōu)化。

（3）熱量資源增加，會使作物生長加快，生長期縮短，可能會減少干物質的積累和籽粒飽滿度，降低肥料和水分的有效性，并將增加化肥和灌溉水量。另外，氣候變暖有利于病蟲害的越冬，加重病蟲害的發(fā)生，加大農(nóng)藥的使用量，因而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。所以要樹立防災減災意識，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結論與討論

（1）且末年平均氣溫總體呈上升趨勢，氣候傾向率為0.43℃/10 a，這與整個新疆氣候變暖的趨勢一致[8]，溫度的變化將直接影響熱量資源的改變。

（2）∑T≥0℃、∑T≥10℃積溫氣候傾向率分別為145.2℃/10 a、80.4℃/10 a，呈明顯增加趨勢。有效積溫增加，對當?shù)叵矞刈魑锏纳L有利，但也可能會加重病蟲害。日平均氣溫穩(wěn)定通過0、10、15、20℃初日提前、終日穩(wěn)定推后，持續(xù)日數(shù)增加。

（3）無霜期氣候傾向率為6.4 d/10 a，雖年際變化較大，但總趨勢是延長的。無霜期延長，有利于當?shù)亟?jīng)濟作物棉花的成熟收獲。

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