近53年湖南高溫變化特征及其對農業(yè)的影響

羅伯良 李易芝

摘要：利用1961 — 2013年湖南74個氣象觀測站逐日高溫觀測資料，分析了湖南近53年的高溫變化規(guī)律及其影響。結果表明，湖南大部分地區(qū)高溫初日呈提前趨勢，每10年提前2 d以上，并且呈現明顯的年代際變化特征，21世紀以后高溫初日提前明顯；高溫日數呈增加趨勢，每10年增加2 d左右，湘北高溫日數增加趨勢顯著；總體上湘中以南大部高溫最長持續(xù)日數呈弱的減少趨勢，每10年減少0.5 d左右，湘中以北則呈較強的增加趨勢，每10年增加1 d左右。20世紀90年代以來，湖南高溫天氣顯著增多、增強的同時，農業(yè)干旱災害損失日趨嚴重。

關鍵詞：高溫；氣候變化；農業(yè)干旱；湖南省

中圖分類號：S162 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）04-0887-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.018

Changing Characteristics of High Temperature in Hunan Province during

the Last 53 Years and Its Influence on Agriculture

LUO Bo-liang，LI Yi-zhi

（Institute of Meteorological Science of Hunan Province/Key Laboratory of Preventing and Reducing Meteorological Disaster，

Changsha 410118， China）

Abstract： Based on the daily maximum air temperature data from 74 stations in Hunan during 1961 — 2013， the change rule of high temperature and its influence in Hunan during last 53 years were analyzed. The results showed that the beginning date of high temperature showed an advanced trend in most parts of Hunan with more than 2 d in advance every 10 years， and presents obvious interdecadal variation. Beginning date of high temperature was earlier obviously after 21st century. High temperature days showed an increasing trend and 2 d in advance every 10 years， which was more obvious in North of Hunan. High temperature maximum duration showed a weak decreasing trend in the south of central Hunan and reduced 0.5 d every 10 years， but which showed a strong increasing trend in the north of central Hunan and 1 d in advance every 10 years. Since the 1990s， high temperature in Hunan increased and enhanced significantly and the loss of agricultural drought disaster was increasingly serious.

Key words： high temperature； climate change； agricultural drought； Hunan province

IPCC（聯合國政府間氣候變化委員會）第五次評估報告指出[1]，1880 — 2012年，全球海陸表面平均溫度呈線性上升趨勢，升高了0.85 ℃；2003 — 2012年平均溫度比1850 — 1900年上升了0.78 ℃；1983 — 2012年連續(xù)3個10年比1850年以來其他的任何10年都要暖，極有可能是近800～1 400年間最熱的30年，近130年全球氣候正經歷一次以變暖為主要特征的顯著變化。在過去的一個世紀之中，中國陸地平均氣溫的升幅與全球平均水平相比變化不大，中國年平均氣溫距平在2001 — 2010年相對于1971 — 2000年達到0.83 ℃，是1901年以來最暖的10年[2，3]。1961 — 2006年湖南氣溫亦表現為增加的趨勢，湘北和湘東南增溫明顯[4]；湖南1960 — 2010年年平均氣溫上升速率為0.153 ℃/10年[5]。

在全球氣候變暖的背景下，高溫天氣越來越多。由于高溫天氣的頻發(fā)性和持續(xù)高溫天氣的嚴重危害性，其區(qū)域特征、發(fā)生原因、發(fā)展趨勢得到了國內外研究學者的一致重視。在針對整個中國區(qū)域高溫變化趨勢的研究中，Zhai等[6]發(fā)現1951 — 1999年中國高溫日數整體略微減少；高榮等[7]分析了1956 — 2006年中國高溫日數的變化特征，發(fā)現該階段中國區(qū)域高溫日數總體呈現“增加-減少-增加”的趨勢；Ding等[8]則進一步指出，除了西北地區(qū)外的中國大部分地區(qū)20世紀60～70年代高溫偏多，80年代偏少，90年代以后又增多，并強調進入90年代以后整個中國地區(qū)的高溫日數均呈顯著的增多趨勢。此外還有許多學者對中國不同地區(qū)高溫的年際、年代際變化進行了研究，得出了許多有意義的結論[9-15]。但是研究對象大多為中國不同地區(qū)高溫日數的年際、年代際變化，高溫初日和持續(xù)時間研究較少。

湖南屬典型的亞熱帶季風氣候區(qū)，每年夏季（6～8月）受西太平洋副熱帶高壓等天氣系統(tǒng)的影響，容易出現持續(xù)或間斷性異常高溫酷熱天氣。20世紀90年代以后，湖南地區(qū)的高溫天氣頻發(fā)，造成嚴重的損失。如1991年湖南省發(fā)生嚴重夏旱和秋旱，農作物受旱面積1.007×106 hm2，成災面積4.470×105 hm2，因災減產糧食1.10×109 kg。1992年湖南發(fā)生全省性夏秋冬三季連旱，農作物受旱面積1.091×106 hm2，成災面積5.400×105 hm2，因災減產糧食8.70×108 kg。1998年夏、秋季湘南發(fā)生特大干旱，其他地區(qū)中旱，全省農作物受旱面積7.040×105 hm2，成災面積3.650×105 hm2，全年因災減糧7.80×108 kg。2013年湖南發(fā)生嚴重高溫干旱，農作物受災面積1.697×106 hm2，其中絕收3.194×105 hm2，直接經濟損失1.108×1010 元?？梢?，在全球氣候變暖的背景下，頻發(fā)的高溫干旱事件對湖南國民經濟特別是農業(yè)生產影響越來越大。因此，本研究利用1961 — 2013年湖南省境內氣象站逐日氣溫觀測資料，對近53年湖南的高溫變化規(guī)律進行具體深入地分析，以期揭示其在氣候變化背景下表現出的新特點和新趨勢，有助于進一步認識湖南氣候變化事實，同時也可為了解湖南極端高溫氣候事件變化規(guī)律、提高極端氣候的預測水平及防御高溫干旱災害等提供一定的科學依據。

1 材料與方法

依據資料的連續(xù)性及最長時段性等標準，采用湖南省氣候中心提供的湖南省1961 — 2013年74個氣象觀測站逐日日最高氣溫觀測資料，該資料經過了較為嚴格的質量控制，包括資料自身的控制如基本邏輯檢驗、空間一致性檢驗和時間序列訂正。農作物受旱資料則取自《湖南農業(yè)統(tǒng)計年鑒》。

目前，中央氣象臺發(fā)布高溫預警時定義日最高氣溫≥35 ℃為高溫日，本研究沿用這一定義，即一年中日最高氣溫≥35 ℃的日數為當年的高溫日數。某年首次出現高溫日的當日定義為該年的高溫初日?？紤]到持續(xù)性高溫具有嚴重的危害性，定義發(fā)生高溫的站點每年中最長的持續(xù)高溫日數為該年該站點的高溫最長持續(xù)日數，其年際變化也可以反映歷年高溫強度的變化。鑒于湖南4月就有出現日最高氣溫≥35 ℃的記錄，為計算方便，取4月1日為統(tǒng)計起始日期，并用日序表示，即高溫初日若發(fā)生在4月1日，則高溫初日日期用數值1表示，4月2日為2，依此類推，5月1日為31。

2 湖南高溫的氣候變化特征

湖南高溫每年開始發(fā)生到結束時間跨度大，一般自5月開始出現（少數年份4月就有出現），但到6月才顯著增多，連續(xù)5 d以上的高溫過程多發(fā)生在7～8月，高溫天氣多在9月底結束，少數年份出現在10月上旬。從多年平均空間分布上來看（圖1），湖南的高溫日數主要表現為“西少東多”的分布特征。南嶺、雪峰山、洞庭湖區(qū)是少高溫地區(qū)，年平均高溫日數在20 d以下；湘江中游包括衡陽、長沙、株洲、湘潭地區(qū)及郴州地區(qū)北部為多高溫地區(qū)，年平均高溫日數超過30 d，其中衡陽大部、株洲中南部最多達40 d左右。此外，張家界、安化、溆浦一帶的高溫日數也比較多，年平均高溫日數超過25 d。上述分布特點同地理地形、下墊面植被、海拔高度等密切相關，也與西太平洋副高常年控制影響湖南氣候特點一致[16]，如常年6月以后湘江中游常受副熱帶高壓控制，往往有較長時間的酷熱少雨天氣出現，高溫日數較多，而省內其他地方情況則與此不同，如湘西處于副熱帶高壓帶的邊緣，湘東、湘南受臺風或東風波等天氣系統(tǒng)的影響，時有降水發(fā)生，致使高溫日數相對較少。

2.1 高溫初日變化特征

1961年以來，湖南高溫初日歷年平均空間分布（圖2）顯示，出現高溫日數多的地方，高溫初日一般在6月上旬，如衡陽、株洲、長沙東部、郴州北部以及益陽、常德和張家界三市部分地區(qū)；南嶺、雪峰山、洞庭湖區(qū)高溫初日一般出現在6月下旬，少數地方出現時間甚至遲至7月初。與圖1比較可知，高溫日數多少與高溫初日早遲有較好的對應關系，即高溫日數多的地方高溫初日一般較早，高溫日數少的地方高溫初日較遲。

從年代際變化特征來看，近53年湖南高溫初日整體呈弱提前趨勢（未通過α=0.05顯著性水平檢驗，圖3），每10年提前2.4 d。但呈現明顯的年代際變化特征，即20世紀60年代高溫初日出現相對較早，多在4月下旬到5月初；20世紀70～80年代，除了少數年份，湖南高溫初日相對60年代有所推后，多出現在5月下旬到6月初；90年代湖南高溫初日則有早有遲，但總體有提前的趨勢。進入21世紀以后，高溫初日明顯提前，高溫初日主要出現在4月底5月初，其中2008年在4月8日就出現了高溫天氣。近53年中，湖南高溫出現最早的年份是1963年（4月4日），比常年（平均為5月11日）提早了37 d。

從變化趨勢的空間分布（圖4）來看，除湘南的永州和郴州西部外，湖南大部分地區(qū)高溫初日呈提前趨勢，每10年提前日數在2 d以上，湘北北部每10年提前日數超過6 d，其中華容、安鄉(xiāng)、南縣、張家界等28個站點通過α=0.05的顯著性水平檢驗，但其余站點提前趨勢不顯著。

2.2 高溫日數變化特征

近53年來湖南高溫日數總體呈較強的增加趨勢（圖5），每10年增加0.8 d（未通過α=0.05的顯著性水平檢驗）。20世紀60年代高溫日數偏多，70年代到90年代偏少，21世紀初始，特別是2003年以來，湖南高溫日數增加明顯，高溫天氣事件頻發(fā)。如2003年高溫日數為37.1 d，2009、2010年分別為40.0、39.7 d，2013年更是達到50.2 d，該數值為近53年湖南站點平均高溫日數最大值，約為氣候平均值（26 d）的2倍。湖南高溫日數上述演變特征與高榮等[7]研究指出的長江中下游近50年高溫日數呈現“增加-減少-增加”的趨勢基本一致，但在趨勢發(fā)生變化的時間上有一定差異。

盡管近53年來湖南高溫日數是增加的，但是變化趨勢的空間分布有著明顯的區(qū)域差異（圖6），除衡陽、郴州、永州部分地區(qū)的高溫日數呈弱的減少趨勢外，湖南大部分地區(qū)的高溫日數主要呈增加趨勢，高溫日數每10年增加2 d左右，但只有湘北部分地區(qū)通過α=0.05的顯著性水平檢驗，表明這些地區(qū)的高溫日數增加趨勢顯著。

2.3 高溫最長持續(xù)日數變化特征

近53年湖南高溫最長持續(xù)日數總體呈弱的減少趨勢（未通過α=0.05的顯著性水平檢驗，圖7），每10年減少0.2 d。從年代際變化來看，20世紀60年代高溫最長持續(xù)日數主要在常年平均值（18.6 d）以上，20世紀70～80年代除了1971、1979、1981和1983年外，其余年份均小于常年平均值。值得注意的是，20世紀90年代以來高溫最長持續(xù)平均日數無明顯增加，但高溫最長持續(xù)日數異常偏多的年份卻頻繁發(fā)生，1991、1992年高溫最長持續(xù)日數達32 d，1998年為33 d，2003年增加到38 d，為平均值的2倍左右（18.6 d），2013年則是近53年高溫最長持續(xù)日數最大年，高溫最長持續(xù)日數達48 d。此變化特點與Ding等[8]研究得出的中國地區(qū)20世紀90年代以來高溫日數均呈顯著增多趨勢的結論一致。

從空間分布來看，近53年湖南高溫最長持續(xù)日數總體上湘中以南大部呈弱的減少趨勢，高溫最長持續(xù)日數每10年減少0.5 d左右；湘中以北高溫最長持續(xù)日數則呈較強的增加趨勢，但只有少數站（6站）通過α=0.05的顯著性水平檢驗，高溫最長持續(xù)日數每10年增加1.0 d左右。

3 高溫變化對農業(yè)生產的影響

湖南為農業(yè)大省，而農作物生長受高溫影響最為直接[17]。因此，下面主要討論高溫變化對農業(yè)生產的影響。近53年湖南高溫日數、高溫最長持續(xù)日數與農作物受旱面積和成災面積的相關系數如表1所示，由表1可知，農作物受旱面積和成災面積與高溫日數、高溫最長持續(xù)日數關系密切，相關系數均通過α=0.01顯著性水平檢驗。同時，近53年湖南除衡陽、郴州、永州部分地區(qū)的高溫日數呈弱的減少趨勢外，大部分地區(qū)的高溫日數呈增加趨勢，且20世紀90年代以來高溫最長持續(xù)日數異常偏多的年份頻繁出現。這樣的區(qū)域氣候變化背景導致高溫災害尤其是危害性高溫災害顯著增多，持續(xù)時間顯著增長，導致區(qū)域極端高溫干旱災害事件不斷出現，干旱災害形勢日趨嚴峻。如2003、2007和2013年，湖南出現了持續(xù)時間長、強度大、范圍廣、損失重的特大高溫干旱災害。這三起災害均由持續(xù)少雨的高溫天氣導致，三起災害中湖南中南部尤其是衡邵盆地是夏旱和伏旱重災區(qū)。以2013年為例，湖南遭遇范圍大、持續(xù)時間長的嚴重高溫干旱災害事件，從6月30日至8月14日湖南出現了全省性大范圍、長時間的高溫天氣過程，先后有94縣市出現35 ℃以上的高溫天氣，84縣（市）極端最高氣溫≥39.0 ℃，57縣（市）極端最高氣溫≥40.0 ℃，全省平均高溫日數達35.1 d，有58縣（市）高溫日數突破了歷史同期最高記錄。與歷史同期比較，有39縣（市）高溫持續(xù)時間破當地歷史最高記錄，其中衡山、長沙高溫持續(xù)時間達48 d（圖8a）。期間湖南境內降水普遍偏少，全省平均降水量為84.4 mm，較常年偏少64.7%，位居歷史同期第1低位（1972年103.9 mm），其中湘北北部和湘東南南部偏少20.0%～60.0%，其他大部分地區(qū)偏少70.0%以上，湘中一帶偏少超過90%；全省平均無雨日達40.8 d，亦突破歷史同期最高記錄（2011年的38.5 d）。持續(xù)高溫少雨導致農田蒸散劇烈，湖庫水位銳減，致使干旱迅速發(fā)展，湖南大部分地區(qū)達到重旱、特旱標準（圖8b）。

4 小結

通過分析和討論湖南近53年來的高溫變化及其影響，得出以下主要結論。

湖南高溫天氣多自5月中旬初開始，9月底結束?？臻g上呈“西少東多”的分布特征，湘江中游是湖南高溫多發(fā)地區(qū)。

近53年以來湖南大部分地區(qū)高溫初日呈提前的趨勢，每10年提前2 d以上，湘北北部每10年提前日數超過6 d，并且呈現明顯的年代際變化特征，20世紀60年代高溫初日出現相對較早，20世紀70～80年代有所推后，1990年代總體趨前，進入21世紀以后高溫初日提前明顯。

近53年湖南大部分地區(qū)的高溫日數呈增加趨勢，高溫日數每10年增加2.0 d左右，湘北部分地區(qū)高溫日數增加趨勢顯著。

近53年湖南高溫最長持續(xù)日數總體上湘中以南大部呈弱的減少趨勢，每10年減少0.5 d左右；湘中以北高溫最長持續(xù)日數則呈較強的增加趨勢，每10年增加1.0 d左右。

21世紀初始，湖南高溫天氣顯著增多、增強，高溫干旱災害發(fā)生頻繁，干旱災害發(fā)生形勢日趨嚴峻，農業(yè)干旱損失日趨嚴重。

受全球氣候變暖和加速發(fā)展的城市化進程引起的更加顯著的熱島效應的影響，未來湖南高溫干旱災害可能會更加嚴重，應該引起重視。

參考文獻：

[1] IPCC. Climate Change 2013： The Physical Science Basis[M].Cambridge： Cambridge University Press，2013.

[2] 唐國利，羅 勇，黃建斌，等.氣候變暖在繼續(xù)[J].氣候變化研究進展，2012，8（4）：235-242.

[3] 趙宗慈，郭 彥，黃建斌，等.到2035年中國將繼續(xù)變暖嗎？[J].氣候變化研究進展，2013，9（6）：446-448.

[4] 張劍明，黃 晴.近46a來湖南省氣溫變化的若干特點[J].干旱氣象，2012，30（3）：387-392.

[5] 廖玉芳，彭嘉棟，崔 巍.湖南農業(yè)氣候資源對全球氣候變化的響應分析[J].中國農學通報，2012，28（8）：287-293.

[6] ZHAI P M，PAN X H.Trends in temperature extremes during 1951-1999 in China [J].Geoophys Res Lett，2003，30（17）：1-4.

[7] 高 榮，王 凌，高 歌.1956-2006年中國高溫日數的變化趨勢[J].氣候變化研究進展，2008，4（3）：177-181.

[8] DING T，QIAN W H，YAN Z W.Changes in hot days and heat waves in China during 1961-2007[J]. Inter J Climatol，2010， 30（10）：1452-1462.

[9] 張尚印，王守榮，張永山，等.我國東部主要城市夏季高溫氣候特征及預測[J].熱帶氣象學報，2004，20（6）：750-760.

[10] 張德寬，姚華棟，楊賢為，等.華北區(qū)年高溫日數區(qū)域平均方法及趨勢分析[J].高原氣象，2006，25（4）：750-753.

[11] 王亞偉，翟盤茂，田 華.近40年南方高溫變化特征與2003年的高溫事件[J].氣象，2006，32（10）：27-33.

[12] 張志薇，王式功，尚可政，等.華中地區(qū)近50年高溫事件及大氣環(huán)流成因分析[J].蘭州大學學報（自然科學版），2011，47（2）：50-55.

[13] 張明軍，汪寶龍，魏軍林，等. 近50年寧夏極端氣溫事件的變化研究[J]. 自然災害學報，2012，21（4）：152-160.

[14] 鄭有飛，丁雪松，吳榮軍，等.近50年江蘇省夏季高溫熱浪的時空分布特征分析[J].自然災害學報，2012，21（2）：43-50.

[15] 周秀杰，王鳳玲，吳玉影，等. 近60年來黑龍江省與東北及全國氣溫變化特點分析[J].自然災害學報，2013，22（2）：124-129.

[16] 程庚福，曾申江，張伯熙，等.湖南天氣及其預報[M].北京：氣象出版社，1987.325-327.

[17] 任義方，高 蘋，王春乙.江蘇高溫熱害對水稻的影響及成因分析[J].自然災害學報，2010，19（5）：101-107.