近52年黑龍江省農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析

李彩俠， 李 俏， 王雅珍， 潘華盛， 張立友， 李維海， 高見， 孫彥坤

(1.黑龍江工業(yè)學院，黑龍江 雞西 158100；2.東北師范大學地理科學學院，長春 130024；3.哈爾濱氣象臺，哈爾濱 150030；4.吉林省白城市人工增雨基地，吉林白城137000；5. 黑河市氣象局，黑龍江黑河164300；6. 肇源縣氣象局，黑龍江大慶166500；7.東北農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，哈爾濱150030)

近52年黑龍江省農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析

李彩俠1， 李 俏2， 王雅珍1， 潘華盛3， 張立友4， 李維海5， 高見6， 孫彥坤7

(1.黑龍江工業(yè)學院，黑龍江 雞西 158100；2.東北師范大學地理科學學院，長春 130024；3.哈爾濱氣象臺，哈爾濱 150030；4.吉林省白城市人工增雨基地，吉林白城137000；5. 黑河市氣象局，黑龍江黑河164300；6. 肇源縣氣象局，黑龍江大慶166500；7.東北農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，哈爾濱150030)

根據(jù)1961—2012年黑龍江省72個站點逐日氣象資料，應用線性趨系數(shù)法對全年、四季、年代際的氣溫、降水、日照時數(shù)等主要農(nóng)業(yè)氣候資源的變化特征進行分析，結果表明，黑龍江省平均氣溫有明顯升高趨勢，升高速率為0.35℃/10 a。冬季是增溫的主要貢獻者，平均每10 a增加0.52℃。全年和四季平均氣溫的年代際變化呈增加趨勢，2000s增溫最明顯；黑龍江省年降水量波動中呈減少趨勢，減少速率為2.76 mm/10 a，減少趨勢不明顯，但季節(jié)性變化比較明顯，秋季是降水量減少最大貢獻者。年和四季降水量的年代際變化各不相同；黑龍江省全年和四季日照時數(shù)都呈減少趨勢，其中，全年日照時數(shù)減少速率為26.07 h/10 a。春季是日照時數(shù)減少的最大貢獻者。全年和四季日照時數(shù)隨年代際變化呈非一致減少趨勢。

黑龍江省; 氣候資源; 線性趨勢法; 變化特征

自20世紀80年代以來，中國氣候呈現(xiàn)與全球一致的變暖趨勢[1-5]，其中，位于中國最北端的黑龍江省是氣候變暖最顯著的地區(qū)之一[2]。氣候變暖已經(jīng)給生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟等方面帶來許多新問題，對農(nóng)業(yè)的影響更為嚴重[6-7]。作為國家重要商品糧基地，黑龍江省是是水稻、玉米、大豆等糧食作物的主產(chǎn)區(qū)之一，在糧食供應保障和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全等方面具有重要地位，但近些年來由于自然因素加上人為不合理的活動生產(chǎn)，其生態(tài)環(huán)境遭到了一些破壞[8]，此外，黑龍江省雖然光照資源和水資源比較充總，但熱力資源相對較差，作物因低溫而產(chǎn)生的冷害是制約其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最大的氣象災害之一?，F(xiàn)有研究多集中在熱力資源對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響方面[9-10]，對氣候變暖背景下農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征的研究相對較少，因此為了確保黑龍江省農(nóng)作物的穩(wěn)定高產(chǎn)，積極主動應對氣候變化，本文以1961—2012年的氣象資料為研究對象，利用線性趨勢系數(shù)等方法對黑龍江省作物農(nóng)業(yè)溫度資源、降水資源、日照資源的變化特征進行分析，為黑龍江省在全球變暖背景下，合理利用氣候資源，采取適宜氣候的種植制度和措施提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

氣象資料來自黑龍江省72個市縣1961—2012年實際觀測值，選取逐日氣溫、降水量、日照時數(shù)作為主要研究對象。對氣候資料首先進行預處理，剔除資料年代缺失過多的站點，之后對缺測數(shù)據(jù)，采用多元回歸方法，選取與缺失值所在站點相關性較好的五個觀測點進行插補。氣候資源變化分析采用線性趨勢系數(shù)[11-12]等方法。相關文獻對此類方法已有介紹，本文不做具體贅述。

2 結果與分析

2.1 1961-2012年黑龍江省平均氣溫變化分析

2.1.1 全年變化 由圖1可見，1961—2012年，黑龍江省平均氣溫為2.78℃，最高值為4.58℃(2007年)，最低值為1.28℃(1965年)，兩者相差3.3℃。近52 a來平均氣溫呈線性上升，升溫速率為0.35℃/10 a，平均每年升溫0.03℃。自20世紀80年代初變暖后，即1980—2012年平均氣溫較60—70年代上升0.64℃，且90年代后期上升幅度更大，較60—70年代上升0.93℃。從平均氣溫多項式擬合曲線來看，在近52 a里，1961—1987年為低溫時段，1988—2012年為氣溫偏高時段。在低溫時段中1964，1969，1972，1974，1976，1987年發(fā)生嚴重低溫冷害年(低溫冷害是我國農(nóng)業(yè)上主要氣象災害之一，是指作物生長期間出現(xiàn)一個或多個低溫天氣，使作物生長發(fā)育和產(chǎn)量遭受嚴重減產(chǎn)或品質(zhì)降低[13])。1969年為近52 a來的最低年，較歷年低1.50～2.20℃。如果以九十年代初為氣候變暖的開端(圖1)，在其后23 a中沒有發(fā)生低溫冷害年，因此，氣候變暖使低溫冷害出現(xiàn)頻率大大降低。

圖1 黑龍江省1961-2012年平均氣溫變化

2.1.2 四季變化 由圖2可知，各季節(jié)平均氣溫均呈增加趨勢，四季平均氣溫變化差異不顯著。其中，春季平均氣溫為4.48℃，最高值7.29℃(1998年)，最低值2.63℃(1969年)，升溫速率為0.30℃/10 a，平均每年升溫0.03℃，1961—1986年為春季氣溫較低時段，1989—2006年為偏高時段；夏季平均氣溫為20.06℃，最高值為21.64℃(2000年)，最低值為18.47℃(1983年)，氣溫增加速率為0.25℃/10 a，平均每年升溫0.02℃，1971—1990年為夏季氣溫偏低時段，1961—1968和2006—2012年為較高時段；秋季平均氣溫為3.55℃，最高值5.97℃(2004年)，最低值為1.71℃(1972年)，氣溫升高速率為0.33℃/10 a，平均每年升高0.03℃，1967—1988年為秋季氣溫偏低時段，1993—2007年是偏高時段；冬季平均氣溫為-17.57℃，最高值-13.21℃(2007年)，最低值-20.91℃(1965年)，氣溫升高速率為0.52℃/10 a，平均每年升高0.05℃，1964—1983年為冬季氣溫較低時段，1986—2004年是偏高時段。

從氣候變化趨勢看，黑龍江省春、夏、秋、冬平均氣溫的氣候傾向率分別為0.30，0.25，0.33，0.52℃/10 a。52 a中冬季氣溫增加趨勢較明顯，其余季節(jié)變化趨勢較小，冬季是增溫的最大貢獻者。

如表1所示，52 a來，全年和四季平均氣溫隨年代際變化呈增加趨勢。其中，全年、春季、夏季和秋季增溫最明顯年代是2000s，較1960s分別增加1.33℃，1.19℃，1.82℃和2.09℃；冬季最明顯增溫發(fā)生在1980s，較1960s增加2.40℃。隨年代際變化，冬季增溫趨勢最明顯。

表1 黑龍江省1961-2012年全年和

圖2 黑龍江省1961-2012年平均氣溫季節(jié)變化

2.2 1961-2012年黑龍江省降水量變化分析

2.2.1 全年變化 由圖3可見，1961—2012年，黑龍江省各地區(qū)年降水量的歷年平均值為499.70 mm，降水量最多年份發(fā)生在1994年，全省平均值為651.79 mm，1979年降水量最少為377.87 mm，降水量最高年比最低年多近一倍。近52 a來黑龍江省各地區(qū)年降水量呈減少趨勢，減少速率為2.76 mm/10 a，平均每年約減少0.03 mm，減少趨勢不明顯。從變化時段來看，1965—1980年在52 a中為低降水時段，其中，在低降水時段中只有1972，1973，1974年降水量高于歷年降水量平均值。1981—1998年的18 a為降水量偏高時段，增加趨勢明顯，在偏高時段中，只有1982，1986，1989，1992，1995，1996年低于歷年降水量平均值，1999年后降水量又呈下降趨勢。

圖3 黑龍江省1961-2012年降水量變化

2.2.2 四季變化 由圖4可知，黑龍省各地區(qū)四季降水量變化各有特點。春季和冬季降水量呈波動增加趨勢，夏季和秋季呈減少趨勢。其中，春季降水量歷年平均值為79.06 mm，最高值137.85 mm(2008年)，最低值40.84 mm(2003年)，降水線性傾向率為5.05 mm/10 a，平均每年增加0.51 mm，1981—2004年為春季降水量較低時段，1963—1982年偏高時段；夏季降水量歷年均值為329.35 mm，最高值為453.32 mm(1981年)，最低值為219.42 mm(2007年)，兩者相差233.9 mm，降水量減少速率為4.20 mm/10 a，平均每年減少0.42 mm，1967—1983和2002—2012年為夏季降水量偏低時段，1983—1999年為較高時段；秋季降水量歷年平均值為95.08 mm，最高值177.37 mm(1994年)，最低值為46.82 mm(2001年)，降水量減少速率為4.37 mm/10 a，每年平均減少0.44 mm，2002—2012年為秋季降水量偏低時段，1975—2000年是較高時段；冬季降水量歷年平均值為14.81 mm，最高值42.82 mm(2010年)，最低值5.72 mm(1981年)，降水量增加速率為2.23 mm/10 a，每年平均增加0.22 mm，1972—2003年為冬季降水量較低時段，2004—2010年是偏高時段。

從氣候變化趨勢看，黑龍江省春、夏、秋、冬降水量的氣候傾向率分別為5.05，-4.20，-4.73，2.23 mm/10 a。四季降水量變化差異不明顯，其中，52 a中春季降水量增加最大，秋季降水量比夏季減少幅度略大，說明秋季是降水量減少的最大貢獻者，冬季降水量呈弱增加趨勢，且夏季和秋季降水量減少量大于春季和冬季增加量，這也與全年降水量減少大趨勢相符。

圖4 黑龍江省1961-2011年降水量季節(jié)變化

2.2.3 年代際變化 如表2所示，52 a來，全年和四季降水量的年代際變化各不相同?？傮w來說，全年、夏季、秋季降水量隨年代際呈減少趨勢，春季、冬季呈增加趨勢，年代際間波動性較強。全年和夏季降水量年代際變化過程是減少—增加—減少—減少，減少量最明顯的年代是1970s，較1960s分別減少39.08 mm，49.59 mm；秋季降水量年代際呈波動式變化，即增加—減少—增加—減少，最大減少量發(fā)生在2000s，較1960s減少49.59 mm；春季和冬季降水量增加最明顯的是2000s，較1960s分別增加26.65 mm，10.46 mm。

2.3 1961-2012年黑龍江省日照變化分析

2.3.1 全年變化 由圖5可見，1961—2012年，黑龍江省日照時數(shù)歷年平均值為2 538.97 h，最高值為2 811.58 h(1967年)，最低值為2 345.09 h(2003年)，兩者相差463.29 h。近52 a來日照時數(shù)呈明顯線性減少趨勢，減少速率為26.07 h/10 a，平均每年減少0.26 h。從變化時段來看多項式擬合曲線，1982—2003年平均值為2 498.43 h，較歷年平均值少40.56 h，是52 a中日照時數(shù)偏少期，21 a中只有1982，1989，1999，2000和2001年高于歷年日照時數(shù)平均值；1964—1980年的17 a為日照時數(shù)偏高時段，其中，只有1966，1971，1972，1974和1980年的日照時數(shù)低于歷年平均值。

圖5 黑龍江省1961-2012年日照時數(shù)變化

2.3.2 四季變化 由圖6可知，黑龍江省四季日照時數(shù)變化趨勢與全年日照時數(shù)變化規(guī)律一致，均呈減少趨勢，但各季節(jié)變化情況不同。其中，春季日照時數(shù)歷年平均值為722.90 h，最高值786.30 h(1989年)，最低值626.99 h(2008年)，減少速率為7.67 h/10 a，平均每年減少0.77 h，1997—2007年為春季日照時數(shù)偏少時段，1968—1992年為偏多時段；夏季日照時數(shù)歷年平均值為714.01 h，最高值為839.26 h(2007年)，最低值為580.83 h(2003年)，減少速率為3.88 h/10 a，平均每年減少0.39 h，1982—2000年為夏季日照時數(shù)偏少期，1965—1980為偏高時段；秋季日照時數(shù)歷年平均值為593.88 h，最高值661.04 h(2001年)，最低值為455.94 h(1972年)，減少速率為2.30 h/10 a，平均每年減少0.23 h，1961—1972年和2002—2012年為秋季日照時數(shù)偏少時段，1978—2001年是偏多時段；冬季日照時數(shù)歷年均值為515.49 h，最高值595.22 h(1964年)，最低值447.69 h(2010年)，減少速率為5.11 h/10 a，平均每年減少0.51 h，1977—1995年為冬季日照時數(shù)偏少期，1964—1975年和1998—2008年是偏多期。

圖6 黑龍江省1961-2012年四季時數(shù)季節(jié)變化

從氣候變化趨勢看，黑龍江省春、夏、秋、冬日照時數(shù)的氣候傾向率分別為-7.67，-3.88，-2.30，-5.11 h/10 a。四季日照時數(shù)減少量春季>冬季>夏季>秋季，說明春季是日照時數(shù)減少最大貢獻者，其次冬季，夏季和秋季貢獻最少。

2.2.3 年代際變化 如表3所示，52 a來，全年和四季日照時數(shù)隨年代際變化呈非一致減少趨勢。其中，全年日照時數(shù)在20世紀各年代呈減少趨勢，21世紀初開始呈現(xiàn)升高趨勢。其中，1990s減少量最大，較1960s減少138.79 h；春季日照時數(shù)最大減少量在2000s，較1990s減少18.11 h；夏季日照時數(shù)在1970s增加量最大，較1960s增加31.42 h，最大減少量發(fā)生在1980s，較1970s減少62.93 h；秋季日照時數(shù)最大減少量在1990s，較1960s減少34.71 h；冬季日照時數(shù)在2000s減少量最大，較1960s減少25.25 h。

表3 黑龍江省1961-2012年全年

3 結論和討論

(1) 近52 a來，黑龍江省平均氣溫升高趨勢明顯，線性增長率為0.35℃/10 a，這與已有研究[14]相一致，1994年后增溫趨勢更加明顯，于2007年平均氣溫達到最大值，為4.58℃,與唐國利等人研究[15-16]相同；四季平均氣溫均呈上升趨勢，其中冬季增溫貢獻最大[17]，為0.52℃/10 a，秋季次之，春季、夏季則呈現(xiàn)弱增溫趨勢。全年和四季平均氣溫的年代際變化均呈增加趨勢，其中，全年和春季最大增溫年代是1980s，夏季、冬季最大增溫年代是1990s。

(2) 黑龍江省是以雨養(yǎng)為主的農(nóng)作方式，自然降水對其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義[18]。近52 a來，黑龍江省年降水量波動中呈減少趨勢，趨勢變化不明顯，速率為-2.76 mm/10 a；春季和冬季降水量呈波動增加趨勢，夏季和秋季呈減少趨勢，夏季和秋季降水量減少量大于春季和冬季增加量，這與全年降水量較少大趨勢相符。夏季是降水量減少的最大貢獻者；全年和四季降水量隨年代際變化各不相同，總體來說，全年、夏季、秋季降水量呈減少趨勢，春季、冬季呈增加趨勢，年代際間變化波動性較強。

(3) 近52 a來，黑龍江省全年、四季、年代際日照時數(shù)均呈減少趨勢。其中，全年日照時數(shù)減少速率為26.07 h/10 a。在1983年前呈增加趨勢，1983年后，呈下降趨勢，直到1998年后才略有改變，這一結論與全國日照時數(shù)下降的大體趨勢相一致[19-20]；四季日照時數(shù)和全年變化趨勢相一致，呈減少趨勢，其中，春季日照時數(shù)減少量最大，為7.67 h/10 a，是日照時數(shù)減少的最大貢獻者，其次冬季，夏季和秋季貢獻最少；全年和四季日照時數(shù)的年代際變化均呈非一致減少趨勢。

黑龍江省氣候資源的變化對農(nóng)業(yè)的影響生產(chǎn)有利有弊。黑龍江省平均氣溫顯著升高，有利于低溫冷害的減少，同時對作物出苗期提前、免遭霜凍襲擊也有一定幫助作用。但是，近52 a來，黑龍江省日照時數(shù)減少，會對作物光合作用不利，影響物質(zhì)積累，進而影響作物產(chǎn)量，同時年降水量的減少，可能會造成農(nóng)業(yè)水資源緊張，干旱天數(shù)增加等。因此，在氣候變化背景下，如何更好的適應氣候資源變化，有效調(diào)整耕種制度，引進適宜品種，是當前黑龍江省農(nóng)業(yè)急需解決的問題。

[1] 王昭武.近百年來氣候變化與變率的診斷研究[J].氣象學報,1994,52(3):261-273.

[2] 陳隆勛,朱文琴,王文,等.中國近45a來氣候變化的研究[J].氣象學報,1998,56(3):257-271.

[3] 王昭武,董光榮.中國西部環(huán)境特征及其演變[M].北京：科學出版社,2002.

[4] Hansen J, Lebedeff S. Global trends of measured surface air temperature[J]. Journal of Geophysical Research, 1987,92(D11):13345-13372.

[5] Karl T R, Jones P D, Knight R W. A new perspective on recent global warming:Asymmetric trends of maximum and minimum temperature [J]. Bulletin of the American Meteorological Society,1993,74(6):1007-1023.

[6] 錢錦霞,趙桂香,李芬.晉中市近40a氣候變化特征及其對玉米生產(chǎn)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)生態(tài),2006,27(2):125-129.

[7] 車少靜,智利輝,馮立輝.氣候變暖對石家莊冬小麥主要生育期的影響及對策[J].中國農(nóng)業(yè)生態(tài),2005,26(3):180-185.

[8] 李發(fā)鵬,李景玉,徐宗學.東北黑土區(qū)土壤退化及水土流失研究現(xiàn)狀[J].水土保持研究,2006,13(3):50-54.

[9] 王媛,方修琦,徐錟,等.氣候變暖與東北地區(qū)水稻種植的適應行為[J].資源科學,2005,27(1):121-127.

[10] 賈建英,郭建平.東北地區(qū)近46a玉米氣候資源變化研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2009,30(3):302-307.

[11] 符淙斌,王強.氣候突變的定義和檢測方法[J].大氣科學,1992,16(4):482-493.

[12] 譚方穎,王建林,宋迎波,等.華北平原近45a農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2009,30(1):19-24.

[13] 向波,高陽華.重慶市低溫冷害的分類與指標及其時空分布規(guī)律研究[J].貴州氣象,2003,27(2):12-16.

[14] 陳莉,方麗娟,張少峰,等.黑龍江省草地螟第三暴發(fā)周期氣候特征及風險概率[J].氣象與環(huán)境學報,2011,27(3):67-72.

[15] 唐國利,丁一匯,王少武,等.中國近百年溫度曲線的對比分析[J].氣候與環(huán)境研究進展,2009,5(2):71-78.

[16] 唐國利,任國玉.近百年中國地表氣溫變化趨勢的再分析[J].氣候與環(huán)境研究,2005,10(4):791-798.

[17] 陳晶,楊帆,田寶興,等.黑龍江省黑土區(qū)近50年來四季氣溫時空變化特征分析[J].水土保持研究,2013,20(3):1-5.

[18] 馮秀藻,陶炳炎.農(nóng)業(yè)氣象學原理[M].北京:氣象出版社,1994.

[19] 任國玉,郭軍,徐銘志,等.近50a中國地面氣候變化基本特征[J].資源科學,2010,32(4):701-711.

[20] 趙冬,羅勇,高歌,等.1961—2007年中國日照的演變及其關鍵氣候特征[J].資源科學,2010,32(4):701-711.

AnalysisofChangeCharacteristicsofAgriculturalClimateResourcesoverLast52YearsinHeilongjiangProvince

LI Cai-xia1, LI Qiao2, WANG Ya-Zhen1, PAN Hua-sheng3, ZHANG Li-You4, Li Wei-hai5, Gao Jian6, SUN Yan-kun7

(1.HeiLongJiangInstituteofTechnology,Jixi,Heilongjiang158100,China; 2.SchoolofGeography,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China; 3.HarbinMeteorologicalBureau,Harbin,Heilongjiang150030,China; 4.JilinProvincialBaichengArtificialRainfallBase,Baicheng,Jilin137000,China; 5.HeiheMeteorologicalBureau,Heihe,Heilongjiang164300,China; 6.ZhaoyuanMeteorologicalBureau,Daqing,Heilongjiang166500,China; 7.SchoolofResourcesandEnvironmentalScience,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)

According to the daily meteorological data of 72 stations in Heilongjiang Province from 1961 to 2012, the change characteristics of the whole year, the four seasons, the interdecadal temperature, the precipitation, sunshine hours and other main agricultural climate resources were analyzed by linear trend coefficient method. Results show that the average temperature in Heilongjiang Province is obviously increasing and the rise rate is 0.35℃/10 a. Winter is the main contribution to the temperature increase, average of every 10 years increased by 0.52℃. The interdecadal change of the whole year and the average temperature of seasons is increasing, and which is the most obvious in 2000s. The annual precipitation of Heilongjiang Province is at the fluctuation with decreasing rate of 2.76 mm/10 a, so the trend is not obvious. But the seasonal variation is obvious, especially the autumn. The interdecadal change of annual and seasonal precipitation is different. Both the whole year and seasonal sunshine hours are decreasing. The annual and seasonal sunshine hours showed a trend of non-uniform reduction with the interdecadal change.

Heilongjiang Province; climate resource; linear trend; characteristics change

2013-12-30

：2014-12-24

氣候變化對國家重要商品糧基地建設安全的影響及適應對策的研究(2012GXS413071)

李彩俠(1985—),女,黑龍江綏化人,在職教師,碩士學歷，研究方向為生態(tài)生物方向。E-mail:fy363964167@163.com

P468.021

：A

：1005-3409(2014)06-0187-06