廣西貴港市春播期氣候變化特征分析

周幼嬋，黃巾旗，唐兵兵

(1.廣西壯族自治區(qū)貴港市氣象局，廣西 貴港 537100； 2.廣西壯族自治區(qū)氣象信息中心，廣西 南寧 530022)

廣西貴港市春播期氣候變化特征分析

周幼嬋1，黃巾旗1，唐兵兵2

(1.廣西壯族自治區(qū)貴港市氣象局，廣西 貴港 537100； 2.廣西壯族自治區(qū)氣象信息中心，廣西 南寧 530022)

基于3個(gè)氣象站點(diǎn)歷年2—3月逐日平均氣溫、降水資料，采用線性傾向、累積距平、Mann-Kendall檢驗(yàn)等方法分析了廣西貴港市1960—2011年春播期氣候變化特征。結(jié)果表明：春播期平均氣溫總體呈上升趨勢(shì)，以2月下旬氣候變暖最顯著；春播期1980年代中期明顯偏冷、1990年代末始轉(zhuǎn)暖，2000年代初期后增暖明顯，最近幾年維持偏暖但變暖不顯著。春播期降水量由1980年代初之前的減少趨勢(shì)轉(zhuǎn)為之后的增多趨勢(shì)(3月中旬增多趨勢(shì)最顯著)。重度爛秧低溫陰雨天氣主要出現(xiàn)在1960—1980年代，進(jìn)入1990年代后頻次數(shù)明顯減少(最近5 a未曾出現(xiàn))；低溫陰雨天氣過程均伴隨降水出現(xiàn)(多為20 mm以下)。春播期低陰雨日數(shù)的小幅減少趨勢(shì)可信度不高，低溫陰雨結(jié)束期主要出現(xiàn)在3月上、中旬并有推遲的趨勢(shì)，倒春寒多發(fā)的3月中、下旬氣溫呈下降趨勢(shì)，表明氣候變暖背景下當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)仍面臨春播期低溫陰雨危害風(fēng)險(xiǎn)。

春播期；氣候變化；Mann-Kendal檢驗(yàn)；低溫陰雨

1 引言

貴港市地處廣西東南部的潯郁平原，是一個(gè)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大市，也是廣西最重要的商品糧基地，有著“廣西糧倉(cāng)”、“廣西魚米之鄉(xiāng)”的美喻。每年2—3月下旬是貴港市春耕春播生產(chǎn)的大忙時(shí)節(jié)，在此期間受大氣環(huán)流季節(jié)性轉(zhuǎn)變的影響，冷暖空氣頻繁于華南地區(qū)交綏，貴港市因此出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的低溫寡照、陰雨連綿天氣。如果氣溫過低、陰雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，很容易導(dǎo)致早稻秧苗受到危害，這就是通常所說的春播期低溫陰雨天氣。桂南地區(qū)驚蟄節(jié)氣以后出現(xiàn)的低溫陰雨天氣稱為倒春寒。低溫陰雨天氣是貴港市主要的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，是當(dāng)?shù)卦绲静シN和秧苗生長(zhǎng)的不利氣象條件；嚴(yán)重的倒春寒還會(huì)引起早稻爛種爛秧，使早稻錯(cuò)過最佳播種期，并可能會(huì)延遲晚稻插秧，使晚稻抽穗揚(yáng)花或灌漿期容易遭遇寒露風(fēng)，導(dǎo)致水稻減產(chǎn)[1-4]。因此，了解貴港市春播期低溫陰雨氣候變化規(guī)律，有助于科學(xué)合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，避免或減輕低溫陰雨天氣造成的危害。本文擬利用貴港市最近52 a的氣象觀測(cè)資料，應(yīng)用氣候診斷分析方法，探討該地區(qū)春播期的氣候變化特征，以期為當(dāng)?shù)剡m時(shí)種好地、抓住苗，合理安排部署春耕春播和防災(zāi)減災(zāi)工作，提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料和方法

2.1 資料來源

選用貴港市3個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站(貴港、桂平和平南站)1960—2011年2月21日—3月31日的逐日氣溫、降水資料，統(tǒng)計(jì)分析貴港市歷年春播期氣溫、降水的變化特征。

2.2 分析方法

利用線性趨勢(shì)、累積距平、Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)和突變檢驗(yàn)法對(duì)春播期的氣溫、降水的變化特征進(jìn)行分析。

在時(shí)間序列趨勢(shì)分析中，Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)和突變檢驗(yàn)法是世界氣象組織推薦并已廣泛使用的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法[5-6]。其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，更適用于類型變量和順序變量，計(jì)算也比較簡(jiǎn)便。

春播期內(nèi)日平均氣溫≤12.0℃連續(xù)3 d以上是廣西低溫陰雨天氣過程的標(biāo)準(zhǔn)(針對(duì)傳統(tǒng)的半水育秧)之一；日平均氣溫≤12.0℃維持3～4 d為輕度爛秧天氣，維持5～6 d可致中度爛秧，維持≥7 d會(huì)出現(xiàn)重度爛秧[1]。

3 結(jié)果和分析

3.1 春播期氣溫的變化

3.1.1 氣溫變化趨勢(shì)分析 1960—2011年貴港市各站春播期平均氣溫的傾向值均為正值(0.10～0.14℃/10 a)，表明春播期氣溫呈上升趨勢(shì)；3站點(diǎn)氣溫的變化趨勢(shì)明顯趨于一致，并且歷年平均最低值同出現(xiàn)在1985年。表明在同一氣候背景下貴港市各地春播期冷暖變化大致相同。

圖1為最近52 a貴港市春播期平均溫度的累積距平曲線圖。由圖1可見，1960—2011年貴港市春播期平均氣溫經(jīng)歷了2次“下降→上升”的變化形態(tài)，以20世紀(jì)80年代初期為界，前一次累積距平曲線的“下降→上升”過程變化幅度最大約7℃，且在0℃附近波動(dòng)；而后一次“下降→上升”過程的變化幅度最大約17℃，持續(xù)時(shí)間較前一次長(zhǎng)，且主要為負(fù)值。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，1960—1982年氣溫累積距平值正負(fù)交替出現(xiàn)，以低于標(biāo)準(zhǔn)差(±1.7)的居多，超過標(biāo)準(zhǔn)差的僅6 a，占該時(shí)段年數(shù)的26%；1983—1996年期間則以負(fù)距平居多，超過標(biāo)準(zhǔn)差的有7 a，占該時(shí)段年數(shù)的50%；1997年之后，氣溫以正距平為主，超過標(biāo)準(zhǔn)差的有5 a，占該時(shí)段年數(shù)的33%。這表明春播期平均氣溫在20世紀(jì)80年代初期之前，波動(dòng)變化不明顯，而之后波動(dòng)幅度顯著加大；20世紀(jì)80年代中期明顯偏冷，1990年代末期開始轉(zhuǎn)暖，21世紀(jì)初期之后增暖明顯，與廣西全區(qū)平均的變化趨勢(shì)[7]一致。

圖1 貴港市1960—2011年春播期平均溫度累積距平變化曲線

3.1.2 氣溫Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn) 計(jì)算結(jié)果顯示，春播期全市平均氣溫Z值為0.92，表明貴港市春播期平均氣溫隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)。針對(duì)各站春播期間各旬氣溫分析，2月下旬和3月上旬的Z值均為正，并以2月下旬的上升趨勢(shì)顯著，其中貴港站Z值為1.55，通過信度為90%的顯著性檢驗(yàn)，桂平、平南站Z值分別為1.74、1.71，通過信度為95%的顯著性檢驗(yàn)；3月中旬和下旬的Z值均為負(fù)，隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，雖未通過顯著性檢驗(yàn)，但可判斷屬倒春寒多發(fā)時(shí)段，對(duì)農(nóng)業(yè)影響顯著。

3.1.3 氣溫突變的Mann-Kendall分析 由圖2的突變檢驗(yàn)圖可見，在20世紀(jì)60—70年代初期，UF曲線基本在零值線以下變動(dòng)，說明該時(shí)段氣溫呈下降趨勢(shì)，且在1970年UF曲線接近臨界線，表明在1970年氣溫下降趨勢(shì)明顯；之后至80年代初期UF曲線主要位于零值線以上，表明氣溫呈上升趨勢(shì)；自80年代初期之后至90年代末、21世紀(jì)初期，UF曲線再度在零值線以下變動(dòng)；而21世紀(jì)初期之后UF曲線又在零值線以上變動(dòng)。由此可知，1960—2011年貴港市春播期平均氣溫基本上經(jīng)歷了降溫→升溫→降溫→升溫的態(tài)勢(shì)，與累積距平法分析結(jié)果相吻合。UF、UB兩條曲線首次相交于21世紀(jì)初期，之后還存在2處交匯，且交點(diǎn)均位于臨界線之間，表明在此期間存在突變，即從21世紀(jì)初期之后貴港市春播期平均氣溫已過渡到另一個(gè)平均狀態(tài)，處于一個(gè)上升的態(tài)勢(shì)；最近幾年春播期平均氣溫仍然逐年上升，并于2010年上升到歷年的最高點(diǎn)，但上升趨勢(shì)尚不顯著。

圖2 貴港市1960—2011年春播期平均溫度的Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)圖

3.2 春播期的降水變化

3.2.1 降水變化趨勢(shì)檢驗(yàn) 線性傾向分析發(fā)現(xiàn)，各站歷年春播期降水量?jī)A向值均為正，表明春播期間降水量呈增多趨勢(shì)，以貴港站趨勢(shì)值最大(6.5 mm/10 a)，平南站次之(5.5 mm/10 a)，桂平站最小(3.6 mm/10 a)。累積距平法分析得出，自20世紀(jì)60年代起各站降水累積距平曲線持續(xù)下降，直至1970年代末1980年代初，說明該時(shí)段降水量呈下降趨勢(shì)；之后曲線突升(至1983年)。1990年代之后，貴港站降水距平曲線持續(xù)波動(dòng)上升，但變化幅度較小；而桂平、平南兩站的曲線則波動(dòng)明顯，大致經(jīng)歷了“上升→下降→上升”的變化。

3.2.2 降水變化趨勢(shì)的Mann-Kendall檢驗(yàn) 分析各站歷年春播期不同旬段降水量的Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)Z值(見表1)，得出3月上旬各站Z值均為負(fù)值，同期降水量隨時(shí)間呈減少的變化趨勢(shì)，但趨勢(shì)不顯著；3月中、下旬Z值均為正，表明該時(shí)段降水量為增加趨勢(shì)，其中3月中旬的Z值均通過了95%以上的顯著性檢驗(yàn)(其中貴港站通過了99%的顯著性檢驗(yàn))，說明降水增多明顯。整個(gè)春播期各站的降水Z值均為正，但只有貴港站的趨勢(shì)通過顯著性檢驗(yàn)，其余兩站趨勢(shì)均不顯著。

表1 貴港市1960—2011年春播期各旬降水量變化的Mann-Kendall趨勢(shì)Z值

注：*和**分別表示通過信度95%和99%的顯著性檢驗(yàn)。

3.2.3 降水突變的Mann-Kendall分析 圖3為貴港市各站1960—2011年春播期降水突變的Mann-Kendall分析結(jié)果。由圖可見，各站Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量UF值在20世紀(jì)80年代以前以小于0為主，而自1980年代初之后均大于0，說明1980年代之前春播期降水呈減少趨勢(shì)，1980年代之后降水呈增多趨勢(shì)；最近幾年這種上升趨勢(shì)仍然持續(xù)。從各站UF、UB兩條曲線的交點(diǎn)位置來看，在1980年代初期，各站均有交點(diǎn)，而且交點(diǎn)位于臨界線之間，表明20世紀(jì)80年代初期是貴港市春播期降水量突變的開始時(shí)間。但各站點(diǎn)的曲線變化卻不盡相同，存在著小氣候特點(diǎn)。由圖3a可見，UF、UB兩條曲線只有一個(gè)交點(diǎn)，表明貴港站春播期降水量存在一個(gè)劇烈變化；從UF曲線看，自20世紀(jì)80年代初期開始，降水量持續(xù)著一個(gè)明顯的增多階段，到90年代末，這種增多趨勢(shì)超出了顯著性水平0.05的臨界線，表明增多趨勢(shì)顯著。而桂平、平南兩站的UF、UB曲線在20世紀(jì)80年代初首次相交之后，還存在多處交匯，且交匯處仍位于臨界線之間(圖3b、圖3c)，其中桂平站交匯于1984—1987年、1998—2000年和2010年；平南站交匯于1984—1987年，說明桂平、平南兩站春播期降水量在20世紀(jì)80年代初期已過渡為增多的狀態(tài)，但趨勢(shì)不顯著。

圖3 貴港市1960—2011年春播期降水量Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)圖(a)貴港站；(b)桂平站；(c)平南站

3.3 春播期低溫陰雨天氣分析3.3.1 低溫陰雨天氣日數(shù)和頻次 統(tǒng)計(jì)分析春播期低溫陰雨天氣日數(shù)發(fā)現(xiàn)，最近52 a貴港市春播期低溫陰雨天氣日數(shù)呈減少趨勢(shì)，傾向值為-0.5 d/10 a，但未通過顯著性檢驗(yàn)。各階段的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見表2)顯示：低溫陰雨天氣日數(shù)在20世紀(jì)60年代、80年代均呈上升趨勢(shì)，70年代和90年代之后均呈下降趨勢(shì)，最近幾年又略有回升趨勢(shì)。各年代低溫陰雨天氣持續(xù)日數(shù)最長(zhǎng)出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，達(dá)18 d(1985年)；其次是1970年代，為16 d(1976年)；1960年代和1990年代低溫陰雨天氣持續(xù)日數(shù)也較長(zhǎng)，為14 d；2000年之后稍偏少，最近5 a低溫陰雨持續(xù)日數(shù)最長(zhǎng)為6 d，與20世紀(jì)各年代的相比明顯偏少，說明近年來隨著氣候變暖，春播期持續(xù)低溫陰雨天氣日數(shù)不多，較有利于開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

從出現(xiàn)爛秧天氣的頻次看，重度爛秧天氣次數(shù)在20世紀(jì)60年代和80年代出現(xiàn)最多，為5次，其次是70年代，為4次，2000年之后僅2次，最近5 a未曾出現(xiàn)過；中度爛秧天氣次數(shù)最多的出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，為3次，其次是80年代和90年代都為2次，其余年代和最近5 a為1次；輕度爛秧天氣主要出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代之后，尤其在最近5 a出現(xiàn)最多，為3次。分析表明，20世紀(jì)60—80年代春播期偏冷，持續(xù)低溫陰雨天氣日數(shù)長(zhǎng)，達(dá)中度及以上爛秧天氣次數(shù)最多，尤以重度爛秧天氣的次數(shù)最多，容易對(duì)早稻的安全育秧造成影響；自1990年代以來重度爛秧天氣次數(shù)明顯減少，尤其是最近5 a春播期偏暖，持續(xù)低溫陰雨天氣日數(shù)偏少，低溫陰雨天氣以輕度爛秧級(jí)別居多，未曾出現(xiàn)過重度爛秧天氣，對(duì)開展春耕春播生產(chǎn)較有利。

統(tǒng)計(jì)低溫陰雨天氣過程的次數(shù)顯示，52 a中貴港市共出現(xiàn)65次，平均為每年1.25次；1 a出現(xiàn)1～2次的頻率較多，分別占42%、28%，而1 a出現(xiàn)3次的頻率最少。從各站歷年春播期低溫陰雨天氣過程的氣溫、降水的對(duì)比分析：過程平均氣溫最低值均出現(xiàn)在1964年，其中最低達(dá)4.9℃；每次低溫陰雨天氣過程均伴隨降水，且最大降水量同在1965年出現(xiàn)，最大值為123.7 mm；從過程總雨量分布情況來看，低溫陰雨天氣過程降水量以20 mm以下最多，占42%～53%；其次是30～60 mm之間，占29%～39%，表明春播期低溫陰雨天氣過程降水量小。

表2 貴港市各年代春播期低溫陰雨天氣的統(tǒng)計(jì)分析

3.3.2 低溫陰雨結(jié)束期變化情況 分析得出，3月11日—3月14日為貴港市歷年春播期低溫陰雨天氣正常結(jié)束期。結(jié)合表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，各站春播期低溫陰雨結(jié)束期主要分布在3月上、中旬，尤以3月上旬最多，最多達(dá)17次，占?xì)v年低溫陰雨次數(shù)的45%；結(jié)束期在3月下旬的屬結(jié)束期偏晚，其所占比例也不少，其中貴港站最多有11次，占其歷年低溫陰雨次數(shù)的27%，其它兩站相對(duì)較少；貴港站低溫陰雨結(jié)束期偏遲的幾率要比桂平、平南的大；在2月下旬結(jié)束的屬結(jié)束期偏早，所占比例最少。表明最近52 a貴港市春播期低溫陰雨天氣能偏早結(jié)束的很少，主要在春播期中期結(jié)束，但結(jié)束期偏遲的頻次也不少，對(duì)春耕春播生產(chǎn)進(jìn)度影響明顯。從春播期低溫陰雨結(jié)束期的年變化趨勢(shì)來看，各站低溫陰雨結(jié)束期均存在逐年偏遲的趨勢(shì)，線性傾向率為每10 a偏遲1～2 d，20世紀(jì)60年代和2000年之后結(jié)束期以偏早為主，而20世紀(jì)70年代、 90年代結(jié)束期以偏遲居多。

表3 貴港市1960—2011年春播期低溫陰雨天氣結(jié)束期統(tǒng)計(jì) (單位：次)

4 分析討論

①3月中、下旬是我國(guó)冬夏季風(fēng)開始轉(zhuǎn)換的時(shí)期，華南靜止鋒經(jīng)常在桂中一帶擺動(dòng)。這期間冷空氣活動(dòng)比較活躍，容易出現(xiàn)階段性的低溫甚至是倒春寒天氣，對(duì)春耕播種和早稻育秧較為不利，需密切關(guān)注中短期天氣預(yù)報(bào)，盡量避開低溫陰雨天氣。3月中旬是貴港市歷年降水顯著增多階段，宜做好田間蓄水工作，以便解決春播春插用水不足問題。

②春播期內(nèi)貴港市西部的氣溫要略低于中、東部，低溫陰雨結(jié)束期也遲于中、東部，這與地理因素影響有關(guān)。桂平、平南北靠大瑤山，大瑤山山脈對(duì)冷空氣南下有阻擋作用；而貴港縣西部處于鎮(zhèn)隆山、平天山之間的山口地區(qū)，北方冷空氣容易沿著湘桂鐵路長(zhǎng)驅(qū)直入，造成氣溫下降。因此，與西部相比中、東部地區(qū)的播種期宜適當(dāng)提前。

③在全球變暖的大氣候背景下，貴港市春播期低溫陰雨天氣日數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，特別是21世紀(jì)以來，低溫陰雨天氣總?cè)諗?shù)和中度以上爛秧天氣日數(shù)都明顯減少，與廣西全區(qū)的變化趨勢(shì)一致。

5 小結(jié)

通過采用線性傾向估計(jì)法、累積距平法、Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)和突變檢驗(yàn)法對(duì)貴港市春播期氣溫、降水量趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)診斷分析，得出以下結(jié)論：

①1960—2011年貴港市春播期平均氣溫大致經(jīng)歷了2次“下降→上升”的變化形態(tài)，總體呈上升趨勢(shì)，并以2月下旬平均氣溫上升趨勢(shì)顯著。倒春寒多發(fā)時(shí)段的3月中旬和下旬氣溫呈下降趨勢(shì)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然面臨低溫陰雨危害風(fēng)險(xiǎn)。

②20世紀(jì)80年代中期春播期氣溫明顯偏冷，90年代末期開始轉(zhuǎn)暖，21世紀(jì)初期之后過渡到另一個(gè)平均狀態(tài)，處于一個(gè)上升的態(tài)勢(shì)，說明從21世紀(jì)初期以來貴港市春播期偏暖，最近幾年這種變暖在持續(xù)，但氣溫上升趨勢(shì)尚未顯著。

③最近52 a春播期降水量呈逐年增多趨勢(shì)，并以3月中旬降水增多趨勢(shì)顯著，對(duì)春種用水有利。春播期降水量于20世紀(jì)80年代初期由減少變化趨勢(shì)轉(zhuǎn)為增多趨勢(shì)，近年來上升趨勢(shì)仍明顯。

④貴港市春播期低溫陰雨天氣日數(shù)略呈小幅減少趨勢(shì)(-0.5 d/10 a)，但可信度低。重度爛秧天氣主要出現(xiàn)在20世紀(jì)60—80年代，自1990年代以來次數(shù)明顯減少；最近5 a以輕度爛秧天氣居多，未曾出現(xiàn)重度爛秧天氣，對(duì)開展春耕春播生產(chǎn)較有利。每次低溫陰雨天氣過程均伴隨降水出現(xiàn)，過程降水量以20 mm以下居多，30～60 mm次之。

⑤春播期低溫陰雨天氣結(jié)束期主要分布在3月上旬和中旬，結(jié)束期偏早年數(shù)所占比例最少，偏遲頻次相對(duì)較多，且有逐年推遲的趨勢(shì)。其對(duì)春耕春播生產(chǎn)的影響值得關(guān)注。

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2014-12-26

周幼嬋 (1979—)，女，工程師，主要從事地面氣象觀測(cè)工作。

1003-6598(2015)04-0044-05

S162.5

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