沈陽地區(qū)玉米生長發(fā)育期降水量變化特征分析

賀明慧 刁軍 董秋婷 白靜 胡求實

摘 要：采用1951—2014年沈陽東陵氣候監(jiān)測站大氣降水資料，運用現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷分析技術(shù)，研究了玉米生產(chǎn)期降水變化特征。結(jié)果表明：在玉米不同生長發(fā)育階段降水量離散度較大，極比在4.6倍以上，生產(chǎn)期也達3.2倍。播種至出苗期、出苗至拔節(jié)期降水量變化趨勢平穩(wěn)，拔節(jié)至成熟期、全生育期降水量減少趨勢明顯，氣候傾向率分別為-21.225mm/10a、-20.882mm/10a；近20a（1995-2014年）與前20a（1951-1970年）相比降水量分別減少87.9mm、83.7mm；拔節(jié)至成熟期及全生育期降水在1980年出現(xiàn)氣候突變，突變前后降水量分別減少50.3mm和48.9mm。沈陽地區(qū)玉米生產(chǎn)期，尤其在拔節(jié)至成熟階段降水量明顯減少，近年來有不同程度干旱發(fā)生，要引起足夠重視，應(yīng)及早采取應(yīng)對措施，預防干旱災害所帶來的農(nóng)業(yè)損失。

關(guān)鍵詞：玉米；生產(chǎn)期；降水量；變化趨勢；沈陽

中圖分類號 S513 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）21- 105-03

沈陽地區(qū)大田以玉米栽培為主，在糧豆產(chǎn)量中占有相當大的比重。大氣降水則是玉米生長過程中主要的用水來源，在氣候變暖的情景下[1]，大氣降水發(fā)生了較大的變化，對大田作物及玉米生產(chǎn)造成了較大的影響。因此，研究大氣降水資源變化特征，尤其是玉米生長期間降水變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義。近年來對降水資源變化的研究較多，如：袁應(yīng)澤等[2]研究了南鄭春玉米生產(chǎn)期歷年降水分布規(guī)律；尹洪濤、安昕[3-4]等研究了遼西地區(qū)降水資源變化和干旱規(guī)律；王偉宏等[5]研究了皖東南地區(qū)的降水變化趨勢；左洪超等[6]研究了中國近50a氣溫及降水量的變化趨勢；宗英飛、戴海燕[7-8]等分析了遼西地區(qū)玉米生長季降水與干旱趨勢變化；高歌等[9]研究了華北地區(qū)氣候變化對水資源的影響；梁群[10]等研究了遼西地區(qū)年平均氣溫和年降水變化趨勢。這些研究集中體現(xiàn)了不同地區(qū)存在著不同的變化特征，并存在較大的差異。為了探索沈陽地區(qū)玉米生產(chǎn)期降水變化狀況，本文采用沈陽市東陵氣候監(jiān)測站1951-2014年降水資料，運用氣候診斷分析方法，研究了玉米生長發(fā)育期降水量變化特征，以期建設(shè)氣象為“三農(nóng)”服務(wù)體系，以及沈陽地區(qū)建立氣象災害預警平臺提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來源 降水資料來自遼寧省氣象局檔案館，資料年限為1951-2014年。依據(jù)大田玉米生長發(fā)育特性和玉米生產(chǎn)管理經(jīng)驗，將玉米生長期分為播種至出苗期、出苗至拔節(jié)期和拔節(jié)至成熟期等3個發(fā)育階段，并分別統(tǒng)計各個發(fā)育期的大氣降水量。

1.2 分析方法

1.2.1 特征值分析 運用現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預測技術(shù)[11]，分別計算玉米各個發(fā)育期降水量的中心趨勢、變化幅度和分布特征，以及異常降水事件出現(xiàn)幾率等。其中用平均值、中位數(shù)體現(xiàn)中心趨勢，用極差、標準差、極比來體現(xiàn)變化幅度，用標準偏差確定事件發(fā)生幾率。

1.2.2 變化趨勢分析 用一元線性方程（yi=axi+b）的一次項系數(shù)（a）表征降水變化速率，通常用10a來表示。式中：yi為降水量；xi為年際序列號；b為常數(shù)項；a為斜率，也稱氣候傾向率。

1.2.3 突變分析 運用有序聚類分析法[12]推求歷年降水隨時間序列發(fā)生可能性突變點，使得同類之間的離差平方和最小，而類與類之間的離差平方和相對較大。由公式（1）計算得出：

[Sn（t）=Vt+Vn-t] （1）

其中：[Vt=（Xi-Xt）2]；[Vn-t=（Xi-Xn-t）2]

式中：[Xt]為突變點t前的降水序列均值；[Xn-t]為突變點t后的降水序列均值；Sn（t）為總離差和，求最優(yōu)分割t使Sn（t）最小。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米生產(chǎn)期降水量 沈陽地區(qū)玉米生產(chǎn)期在4月21日至9月15日間，此期間累年平均降水量為551.7mm，中位數(shù)為545.0mm；1953年最多為939.6mm，2000年最少為296.8mm，極差為642.8mm，極比為3.2倍；距平值變化在

-254.9～387.9mm，均方差為140.0mm，降水量離散度較大，高極端降水量較為突出。1951-2014年玉米生產(chǎn)期降水異常偏多（>700mm）出現(xiàn)12a，幾率為18.8%；異常偏少（<400mm）出現(xiàn)8a，幾率為12.5%。由圖1所示，玉米生產(chǎn)期降水量變化呈減少趨勢，氣候傾向率為

-20.882mm/10a，序列相關(guān)系數(shù)為-0.2755（P<0.05），達到顯著水平，1951-2014年線性減少133.6mm。從年代際平均降水變化看，20世紀50年代為670.6mm，20世紀60年代為540.8mm，20世紀70年代為512.3mm，20世紀80年代為534.2mm，20世紀90年代為554.6mm，21世紀00年代為533.3mm，其中20世紀70年代最少，20世紀50年代最多。近20a（1995-2014年）平均降水量為522.0mm，前20a（1951-1970年）平均降水量為605.7mm，近20a平均減少83.7mm。經(jīng)有序聚類分析，玉米生產(chǎn)期降水量在1980年出現(xiàn)由多向少氣候突變。1951-1979年平均降水為578.5mm，1980-2014年平均降水為529.6mm，突變前后相對減少48.9mm，占平均降水量的8.9%。

2.2 播種至出苗期降水量 沈陽地區(qū)玉米播種至出苗期在4月21日至5月20日，此期間累年平均降水量為48.3mm，占全生育期降水量的8.8%，中位數(shù)為45.7mm；2010年最多為110.0mm，2001年最少為12.5mm，極差為97.5mm，極比為8.8倍；距平值變化在-35.8～61.7，均方差為19.1mm，離散度較大。在1951-2014年中播種至出苗期降水異常偏多（>68mm）出現(xiàn)9a，幾率為14.1%；異常偏少（<28mm）出現(xiàn)7a，幾率為10.9%。由圖2所示，播種至出苗期降水量變化趨勢平穩(wěn)，氣候傾向率僅為0.169mm/10a；在1951-2014年降水序列中出現(xiàn)2個少雨時段，1956-1971年和1992-2007年，平均降水量分別為45.1mm和42.1mm，低于累年平均值。從年代際平均降水變化看，20世紀50年代為45.7mm，20世紀60年代為47.8mm，20世紀70年代為55.7mm，20世紀80年代為47.1mm，20世紀90年代為41.2mm，21世紀00年代為56.2mm，其中20世紀90年代最少，21世紀00年代和20世紀70年代最多。經(jīng)有序聚類分析，播種至出苗期降水量在1980年和2003年經(jīng)歷2次轉(zhuǎn)折過程，1980年降水向少轉(zhuǎn)，2003年降水量向多轉(zhuǎn)。1951-1989年平均降水為49.8mm，1980-2002年平均降水為47.7mm，相對前一段減少2.1mm，2003-2014年平均降水為52.7mm，相對前一段增加5.0mm。

2.3 出苗至拔節(jié)期降水量 沈陽地區(qū)出苗至拔節(jié)期在5月21日至6月20日，此期間累年平均降水量為76.8mm，占全生育期降水量的13.9%，中位數(shù)為75.0mm；1995年最多為140.2mm，2000年最少為30.8mm，極差為109.4mm，極比為4.6倍；距平值變化在-46.0～63.4，均方差為24.8mm，降水較為離散。1951-2014年中出苗至拔節(jié)期降水異常偏多（>101mm）出現(xiàn)9a，幾率為14.1%；異常偏少（<51mm）出現(xiàn)11a，幾率為17.2%。由圖3所示，出苗至拔節(jié)期降水量變化趨勢平穩(wěn)，氣候傾向率為0.176mm/10a。從年代際平均降水變化看，20世紀50年代為81.6mm，20世紀60年代為66.8mm，20世紀70年代為78.5mm，20世紀80年代為77.1mm，20世紀90年代為74.6mm，21世紀00年代為81.8mm，其中20世紀60年代最少，21世紀00年代和20世紀50年代最多。經(jīng)有序聚類分析，出苗至拔節(jié)期降水量雖然略顯增加趨勢，但不存在氣候突變。

2.4 拔節(jié)至成熟期降水量 沈陽地區(qū)拔節(jié)至成熟期起在6月21日至9月15日，此期間累年平均降水量為426.7mm，占全生育期降水量的77.3%，中位數(shù)為417.0mm；1953年最多為776.5mm，2014年最少為164.4mm，極差為612.1mm，極比為4.7倍；距平值變化在

-262.3～349.8，均方差為129.4mm，降水量離散度較大，高極端降水量較為突出。1951-2014年中拔節(jié)至成熟期降水異常偏多（>562mm）出現(xiàn)12a，幾率為18.8%；異常偏少（<288mm）出現(xiàn)10a，幾率為15.6%。由圖4所示，拔節(jié)至成熟期降水量變化減少趨勢明顯，氣候傾向率為

-21.225mm/10a，序列相關(guān)系數(shù)為-0.308 0（P<0.05），達到顯著水平，1951-2014年線性減少135.8mm。從年代際平均降水變化看，20世紀50年代為543.2mm，20世紀60年代為426.1mm，20世紀70年代為378.1mm，20世紀80年代為410.0mm，20世紀90年代為438.6mm，21世紀00年代為395.3mm，其中20世紀70年代最少，20世紀50年代最多。近20a（1995-2014年）平均降水量為396.8mm，前20a（1951-1970年）平均降水量為484.7mm，平均減少87.9mm。經(jīng)有序聚類分析，拔節(jié)至成熟期降水量在1980年出現(xiàn)由多向少氣候突變，1951-1979年平均降水為454.2mm，1980-2014年平均降水為403.9mm，突變前后相對減少50.3mm，占平均降水量的11.8%。

3 結(jié)論與討論

（1）沈陽地區(qū)在玉米生產(chǎn)期降水量減少趨勢明顯，近20a（1995-2014年）與前20a（1951-1970年）相比平均減少83.7mm，減少約16%；而近10a（2005-2014年）平均降水量僅有504.1mm，與20世紀50年代相比減少166.5mm，占玉米生產(chǎn)期平均降水量的30.2%。近年來降水量的減少對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大，雖然近10a平均降水量能滿足玉米生育期耗水的要求，但個別年份降水量已經(jīng)突破玉米生育需水的下限，出現(xiàn)了因少雨而干旱現(xiàn)象，如：2000、2011和2014年均出現(xiàn)了不同程度的干旱災害。

（2）從沈陽地區(qū)玉米不同發(fā)育期分析結(jié)果來看，播種至出苗期、出苗至拔節(jié)期降水量變化趨勢平穩(wěn)，即使出現(xiàn)異常少雨情況，仍能滿足玉米生長發(fā)育的需求。拔節(jié)至成熟期降水量明顯減少，近20a（1995-2014年）與前20a（1951-1970年）相比平均減少87.9mm，減少約21%。近10a（2005-2014年）平均降水量只有367.5mm，與20世紀50年代相比平均減少175.7mm，占拔節(jié)至成熟期平均降水量的41.2%。由于近年來降水量的持續(xù)減少，給玉米生產(chǎn)帶來較大的損失，如：2000、2009和2014年的旱災都較為嚴重。

（3）玉米播種至拔節(jié)階段降水量略顯增加，但不明顯，也不存在氣候突變現(xiàn)象。而拔節(jié)至成熟期和玉米生產(chǎn)期降水量在1980年出現(xiàn)氣候突變減少。拔節(jié)至成熟期降水量氣候突變前后平均減少50.3mm，約減少12%；玉米生產(chǎn)期降水量氣候突變前后平均減少48.9mm，約減少9%。

綜上分析，沈陽地區(qū)在玉米生產(chǎn)期，尤其在拔節(jié)至成熟階段降水量明顯減少，有個別年份的降水量已經(jīng)低于玉米生育需水指標，并出現(xiàn)不同程度干旱現(xiàn)象，所以要引起足夠重視，應(yīng)及早采取應(yīng)對措施，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)期降水量不足的問題，避免干旱災害的發(fā)生和蔓延。

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