黑龍江省農(nóng)業(yè)界限溫度時(shí)空變化特征分析

孫彥坤，高璐迪，雷德福，張立友，周立威，孫千然，李文華

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.依蘭縣氣象局，黑龍江依蘭 154800；

3.吉林省白城人工增雨基地，吉林白城 137000;4.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，哈爾濱 150080）

黑龍江省農(nóng)業(yè)界限溫度時(shí)空變化特征分析

孫彥坤1，高璐迪1，雷德福2，張立友3，周立威1，孫千然1，李文華4*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.依蘭縣氣象局，黑龍江依蘭 154800；

3.吉林省白城人工增雨基地，吉林白城 137000;4.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，哈爾濱 150080）

利用黑龍江省78個(gè)站點(diǎn)1965～2014年日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，采用五日滑動(dòng)平均法、線性傾向估計(jì)法、距平分析法和SPSS相關(guān)性分析法，分析黑龍江省穩(wěn)定通過(guò)≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃農(nóng)業(yè)界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)特征。結(jié)果表明，黑龍江省1965～2014年，≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃界限溫度起始日期均呈提前趨勢(shì)，每10年分別提前1.2、0.8、1.1和1.6 d；終止日期呈延后趨勢(shì)，每10年分別延后1.5、1.1、0.9和0.8 d；對(duì)應(yīng)的界限溫度持續(xù)日數(shù)依次為209.9、191.5、179.0和141.1 d，界限溫度持續(xù)日數(shù)呈增加趨勢(shì)，每10年分別增加2.8、1.8、2.1和2.4 d。界限溫度空間變化隨緯度降低起始日期呈提前趨勢(shì)，終止日期呈延后趨勢(shì)，持續(xù)日數(shù)從北至南呈U型增加趨勢(shì)，其中東南部大慶地區(qū)和西南部牡丹江地區(qū)起始日期出現(xiàn)較早，終止日期延后較多，持續(xù)天數(shù)普遍高于北部地區(qū)。除≥10℃界限溫度，各界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫均在0.01水平上顯著相關(guān)。

農(nóng)業(yè)界限溫度；起止日期；持續(xù)日數(shù)；特征分析

孫彥坤,高璐迪,雷德福,等.黑龍江省農(nóng)業(yè)界限溫度時(shí)空變化特征分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,47(5):44-53.

Sun Yankun,Gao Ludi,Lei Defu,et al.Analysis on temporal and spatial characteristics of agricultural threshold temperature in Heilongjiang Province[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(5):44-53.(in Chinese with English abstract)

溫度直接影響作物分布、生長(zhǎng)和產(chǎn)量；影響作物發(fā)育速度、作物全生育期長(zhǎng)短及各發(fā)育期變化；影響作物病蟲(chóng)害產(chǎn)生和發(fā)展[1-5]。農(nóng)業(yè)界限溫度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要溫度指標(biāo)，標(biāo)志某些重要物候現(xiàn)象和農(nóng)事活動(dòng)開(kāi)始、終止或轉(zhuǎn)折[6-7]?？衫媒缦逌囟热掌谧兓容^生育期早晚及其對(duì)作物播期影響。

熱量資源變化受氣候變暖影響明顯，國(guó)際上多把界限溫度作為作物模型研究重要指標(biāo)，界限溫度認(rèn)識(shí)具有地域差異性[8-10]。國(guó)內(nèi)對(duì)于界限溫度研究多以0、10℃作為主要研究指標(biāo)，以界限溫度確定積溫進(jìn)行積溫帶研究[11-12]，但≥3℃、≥5℃標(biāo)志不同作物適宜生長(zhǎng)時(shí)期，具有重要農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究意義。隨氣象數(shù)據(jù)逐年疊加和近年來(lái)氣溫顯著增加，在原有研究基礎(chǔ)上對(duì)界限溫度等熱量資源研究尤為必要，更新數(shù)據(jù)，有效指導(dǎo)資源合理利用。本文選擇≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃四個(gè)界限溫度起止日期、持續(xù)日數(shù)作研究指標(biāo)，結(jié)合Excel、SPSS相關(guān)軟件分析近50年數(shù)據(jù)時(shí)空變化特征，為不同作物播種和生長(zhǎng)期提供數(shù)據(jù)參考。

1 資料與方法

1.1 黑龍江省概況

黑龍江省位于中國(guó)東北部，是中國(guó)位置最北、緯度最高省份。東西跨14個(gè)緯度，3個(gè)濕潤(rùn)區(qū)；南北跨10個(gè)緯度，兩個(gè)熱量帶。北部和東部與俄羅斯為界，西部與內(nèi)蒙古自治區(qū)相鄰，南部與吉林省接壤。黑龍江省共有13個(gè)地級(jí)行政區(qū)劃單位，128個(gè)縣級(jí)行政區(qū)劃單位，本文數(shù)據(jù)將128個(gè)站點(diǎn)按行政區(qū)劃分類分析。

黑龍江屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候資源豐富。夏季受東南季風(fēng)影響，降水充沛、普遍高溫，植物生長(zhǎng)季可得到充沛光照；冬季漫長(zhǎng)、干燥少雪；春秋分別占13%和17%。

1.2 數(shù)據(jù)處理

利用來(lái)自黑龍江省78個(gè)氣象站點(diǎn)1965～2014年日平均氣溫、降水和日照數(shù)據(jù)，運(yùn)用Excel將共計(jì)420萬(wàn)據(jù)初始化分析處理。五日滑動(dòng)平均法計(jì)算各界限溫度起止日期，時(shí)間序列分析法量化分析。起止日期序列建立：將1月1日記為每年第一天，賦予數(shù)值1，1月2日記為第二天，賦予數(shù)值2，以此類推將每年從1至356或366賦值，建立1965～2014年起止日期序列。

1.3 研究方法

1.3.1 五日滑動(dòng)平均法確定界限溫度起止日期

一年中，任意連續(xù)5 d日平均溫度平均值大于或者等于某一界限溫度最長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，在第一個(gè)5 d（即上限）中，挑取最先一個(gè)日期平均溫度平均值大于或等于該界限溫度日期作為穩(wěn)定通過(guò)該界限溫度起始日期；在最后一個(gè)5 d中，挑選最末一個(gè)平均溫度大于或等于該界限溫度日期，作為穩(wěn)定通過(guò)該界限溫度終止日期[13-14]。分別利用日平均氣溫計(jì)算出穩(wěn)定通過(guò)0、3、5和10℃界限溫度起止日期。

1.3.2 氣候傾向率

利用最小二乘法計(jì)算氣候要素（界限溫度初、終日期和持續(xù)時(shí)間、積溫）隨時(shí)間變化速率，即氣候要素y隨時(shí)間t變化線性回歸系數(shù)a，可采用一次線性方程表示y=at+b，式中y為氣象要素觀測(cè)值，t為年份序列號(hào)，b為回歸常數(shù)，a為回歸系數(shù)，當(dāng)a為正（負(fù)）時(shí)，表示要素在計(jì)算時(shí)段線性增加（減弱），10年稱為氣候傾向率，表示氣象要素每10年變化率[15]。

1.3.3 距平、累積距平和信噪比

距平表示氣候變量偏離正常水平值量，用一組數(shù)據(jù)其中一個(gè)數(shù)xi與這組數(shù)據(jù)均值之差表示：xi-，其中i=1，2，3，…，n。氣候變量x一組數(shù)據(jù)

x1，x2，x3，…，xn，與均值x差就構(gòu)成距平序列：平均值采用1981～ 2014年統(tǒng)計(jì)值平均。在氣候變化分析中，氣象要素變量本身觀測(cè)數(shù)據(jù)常用距平序列代替[16]。

氣候突變是氣象要素變化過(guò)程中存在某種不連續(xù)現(xiàn)象，因此常用累積距平曲線確定[17]。累積距平及年距平值累加。指標(biāo)絕對(duì)值最大時(shí)對(duì)應(yīng)時(shí)間即為突變年份。

為檢驗(yàn)轉(zhuǎn)折是否達(dá)到氣候突變標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)轉(zhuǎn)折年份信噪比進(jìn)行計(jì)算，即

1.3.4 SPSS相關(guān)性分析

相關(guān)系數(shù)為度量定距型變量間線性相關(guān)關(guān)系，數(shù)學(xué)定義為

式中，n為樣本量；xi和yi分別為兩變量變量值。相關(guān)系數(shù)[18]雖可以反映兩個(gè)連續(xù)量關(guān)聯(lián)強(qiáng)度大小，則必須通過(guò)檢驗(yàn)決定相關(guān)系數(shù)是否具有統(tǒng)計(jì)意義[18]，數(shù)學(xué)定義為：

式中，t統(tǒng)計(jì)量服從n-2個(gè)自由度t分布。

1.3.5 空間插值法

運(yùn)用arcgis通過(guò)反距離加權(quán)插值法進(jìn)行空間插值[19]。反距離加權(quán)法基于地理學(xué)第一定律基本假設(shè)，通過(guò)對(duì)臨近區(qū)域每個(gè)單元值平均運(yùn)算獲得單元值。距離預(yù)測(cè)單元中心越近點(diǎn)，權(quán)重越大。

設(shè)待插值點(diǎn)P（XP，YP，ZP）周圍局部領(lǐng)域內(nèi)有若干個(gè)已知樣本點(diǎn)Qi（Xi，Yi，Zi），i=1，…，n，其中（x，y）為二維空間坐標(biāo)，z為該點(diǎn)屬性值。通過(guò)這些臨近點(diǎn)屬性值加權(quán)計(jì)算P點(diǎn)屬性值。兩個(gè)物體離得近，性質(zhì)越相似，反之，則相似性越小。這種影響用權(quán)函數(shù)來(lái)表示。P點(diǎn)屬性值計(jì)算公式如下：

式中，n和i分別為待求點(diǎn)和樣本點(diǎn)值；wi為Qi點(diǎn)對(duì)于P點(diǎn)權(quán)值，一般取wi=1，di為P點(diǎn)和Qi點(diǎn)間距離；zi為控制參數(shù)，z越大，距離變得越大，權(quán)重縮小越快；反之z越小，權(quán)重隨距離增大衰減越慢。一般常取α=2。

表1 相關(guān)系數(shù)強(qiáng)度與意義Table 1Correlation coefficient of the intensity of the size and significance

2 結(jié)果與分析

2.1 黑龍江省農(nóng)業(yè)界限溫度起止日期時(shí)間變化特征分析

通過(guò)時(shí)間序列對(duì)起止日期及持續(xù)天數(shù)量化分析，結(jié)果見(jiàn)圖1。

2.1.1 穩(wěn)定通過(guò)≥0℃界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)時(shí)間變化

近50年黑龍江省≥0℃界限溫度起始日期序列值總體呈下降趨勢(shì)（見(jiàn)圖1），氣候傾向率為-1.2 d·10年-1，表明≥0℃界限溫度起始日期明顯提前，平均每10年提前1.2 d。平均初日為4月2日，最早為3月1日，最晚為4月29日，分別為1966年牡丹江和1972年大興安嶺地區(qū)，相差59 d。按地域分布，東南部牡丹江地區(qū)最早，西北部大興安嶺地區(qū)最晚。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1988年，20世紀(jì)70年代前，界限溫度起始日期在10年間呈延遲狀態(tài)，1972年后逐漸呈提前趨勢(shì)，1979～1983年出現(xiàn)4年起始溫度明顯延后，突變年后20世紀(jì)90年代界限溫度起始日期提前趨勢(shì)逐漸顯著。

近50年黑龍江省≥0℃界限溫度起始日期序列值總體呈上升趨勢(shì)（見(jiàn)圖2），氣候傾向率為1.5 d·10年-1，表明≥0℃界限溫度終止日期明顯延后，平均每10年提前1.5 d。平均終日為9月28日，最早為8月25日，最晚為10月13日，分別為1965年牡丹江和1990年大興安嶺地區(qū)，相差49 d。按地域分布，西北部大興安嶺地區(qū)最早，東南部大慶地區(qū)最晚。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1988年，在突變年份之前20世紀(jì)60至80年代，終止日期序列值呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明界限溫度終止日期有明顯提前趨勢(shì)，1987和1988年是界限溫度終止日期顯著延后兩年，21世紀(jì)后，界限溫度終止日期逐漸呈延后趨勢(shì)，且延后趨勢(shì)大于前20年提前趨勢(shì)。

圖1 1965～2014年黑龍江省各界限溫度起始日期序列年變化特征Fig.1Beginning date of agricultural threshold temperature of Heilongjiang Province in 1965-2014

圖2 1965～2014年黑龍江省各界限溫度終止日期序列年變化特征Fig.2Ending date of agricultural threshold temperature of Heilongjiang Province in 1965-2014

近50年黑龍江省≥0℃界限溫度持續(xù)日數(shù)總體呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖3），增加速率為2.8 d·10年-1，最多為244 d，出現(xiàn)在2008年哈爾濱地區(qū)，最少為167 d，出現(xiàn)在1965年牡丹江地區(qū)，平均持續(xù)209.9 d。按地域分布，西北部大興安嶺地區(qū)≥0℃界限溫度持續(xù)日數(shù)最少，西南部大慶地區(qū)最多。距平值總體呈上升趨勢(shì)，表明近50年黑龍江省≥0℃界限溫度持續(xù)日數(shù)增加速率逐年遞增，由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1987年，20世紀(jì)80年代前，界限溫度持續(xù)日數(shù)呈緩慢下降趨勢(shì)，持續(xù)日數(shù)減少，1980年后，界限溫度持續(xù)日數(shù)進(jìn)入上升年份，且在1990和2008年兩年達(dá)最大值，發(fā)生突變，21世紀(jì)低于平均持續(xù)日數(shù)僅5年，基本保持界限溫度持續(xù)日數(shù)穩(wěn)定上升。

2.1.2 穩(wěn)定通過(guò)≥3℃界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)時(shí)間變化

近50年黑龍江省≥3℃界限溫度起始日期序列值總體呈下降趨勢(shì)（見(jiàn)圖1），氣候傾向率為-0.8 d·10年-1，表明≥3℃界限溫度起始日期緩慢提前，平均每10年提前0.8 d。平均初日為3月12日，最早2月18日，最晚4月12日，分別為2008年哈爾濱和1965年大興安嶺地區(qū)，相差55 d。按地域分布，西南部大慶地區(qū)最早，西北部大興安嶺地區(qū)最晚。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1981年，20世紀(jì)80年代前，界限溫度起始日期變化趨勢(shì)不顯著，其中20世紀(jì)60年代前呈緩慢提前趨勢(shì)，隨后10年保持不變，20世紀(jì)70年代后期，界限溫度起始日期延后趨勢(shì)顯著，1981年后，顯著提前。

圖3 1965～2014年黑龍江省各界限溫度持續(xù)日數(shù)年變化特征Fig.3Duration of agricultural threshold temperature of Heilongjiang Province in 1965-2014

近50年黑龍江省≥3℃界限溫度起始日期序列值總體呈上升趨勢(shì)（見(jiàn)圖2），氣候傾向率為1.1 d·10年-1，≥3℃界限溫度終止日期延后，平均每10a提前1.1d。平均終日為9月1日，最早為8月21日，最晚為10月9日，分別為1969年大興安嶺和1985年牡丹江地區(qū)，相差49 d。按地域分布，西北部大興安嶺地區(qū)最早，西南部大慶地區(qū)最晚。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1987年，20世紀(jì)60年代后期和20世紀(jì)80年代初期，界限溫度終止日期緩慢提前，進(jìn)入突變年份后，20世紀(jì)90年代界限溫度終止日期延后趨勢(shì)顯著，21世紀(jì)后界限溫度逐漸呈穩(wěn)定延后趨勢(shì)。

近50年黑龍江省≥3℃界限溫度持續(xù)日數(shù)總體呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖3），增加速率為1.8 d·10年-1，最多225 d，出現(xiàn)在1968年哈爾濱地區(qū)，最少144 d，出現(xiàn)在1969年大興安嶺地區(qū)，平均持續(xù)191.5 d。按地域分布，西南部大興安嶺地區(qū)≥3℃界限溫度持續(xù)日數(shù)最少，西南部大慶地區(qū)最多。距平值總體呈上升趨勢(shì)，表明近50年黑龍江省≥3℃界限溫度持續(xù)日數(shù)增加速率逐年遞增，由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1988年，20世紀(jì)90年代前界限溫度持續(xù)日數(shù)增加趨勢(shì)緩慢，僅有6年界限溫度持續(xù)日數(shù)高于平均水平，20世紀(jì)90年代后，界限溫度持續(xù)日數(shù)上升逐漸顯著，僅7年略低于平均水平，其中2010年持續(xù)日數(shù)最低，低于平均水平10年。

2.1.3 穩(wěn)定通過(guò)≥5℃界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)時(shí)間變化

近50年黑龍江省≥5℃界限溫度起始日期序列值總體呈下降趨勢(shì)（見(jiàn)圖1），氣候傾向率為-1.1 d·10年-1，表明≥5℃界限溫度起始日期明顯提前，平均每10年提前1.1 d。平均初日為3月31日，最早為2月25日，最晚為4月18日，分別為1968年大慶和1973年鶴崗地區(qū)，相差51 d。按地域分布，西南部大慶地區(qū)最早，西北部大興安嶺地區(qū)最晚。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1991年，20世紀(jì)80年代前，界限溫度起始日期呈緩慢延后趨勢(shì)，1987年達(dá)最大值，20世紀(jì)80年代后期，逐漸進(jìn)入界限溫度提前年份，且1991年提前最顯著，發(fā)生突變。

近50年黑龍江省≥5℃界限溫度起始日期序列值總體呈上升趨勢(shì)（見(jiàn)圖2），氣候傾向率為0.9 d·10年-1，表明≥5℃界限溫度終止日期緩慢延后，平均每10年提前0.9 d。平均終日為9月14日，最早為8月17日，最晚為10月4日，分別為1977年大興安嶺和2011年大慶地區(qū)，相差38 d。按地域分布，西北部大興安嶺地區(qū)最早，西南部大慶地區(qū)最晚。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1989年，界限溫度終止日期在20世紀(jì)60年代后期呈顯著提前趨勢(shì)，傾向率為近50年最大值，20世紀(jì)70年代后界限溫度終止日期序列逐漸呈上升趨勢(shì)，1995年達(dá)最大值，說(shuō)明界限溫度終止日期逐漸延后，1995年終止日期最晚。

近50年黑龍江省≥5℃界限溫度持續(xù)日數(shù)總體呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖3），增加速率為2.1 d·10年-1，最多為215 d，出現(xiàn)在2011年大慶地區(qū)，最少為132 d，出現(xiàn)在1987年大興安嶺地區(qū)，平均持續(xù)179 d。按地域分布，西北部大興安嶺地區(qū)≥5℃界限溫度持續(xù)日數(shù)最少，西南部大慶地區(qū)最多。距平值總體呈上升趨勢(shì)，表明近50年黑龍江省≥5℃界限溫度持續(xù)日數(shù)增加速率逐年遞增。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1988年，20世紀(jì)90年代前界限溫度持續(xù)日期基本低于平均水平，僅7年高于平均水平，1975年持續(xù)日數(shù)大于平均值天數(shù)超過(guò)10 d，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，持續(xù)日數(shù)增加趨勢(shì)顯著，1998年達(dá)最大值，持續(xù)日數(shù)超過(guò)平均值20 d。

2.1.4 穩(wěn)定通過(guò)≥10℃界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)時(shí)間變化

近50年黑龍江省≥10℃界限溫度起始日期序列值總體呈下降趨勢(shì)（見(jiàn)圖1），氣候傾向率為-1.6 d·10年-1，表明≥10℃界限溫度起始日期明顯提前，平均每10年提前1.6 d。平均初日為4月9日，最早為3月12日，最晚為5月9日，分別為1975年牡丹江和1992年齊齊哈爾地區(qū)，相差58 d。按地域分布，西南部大慶地區(qū)最早，西北部大興安嶺地區(qū)最晚。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1995年，20世紀(jì)70年代中期前，界限溫度起始日期呈顯著延后趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代后期，起始日期緩慢提前，突變年份提前尤為顯著，隨后整體提前，傾向率大于延后年份變化傾向率。

近50年黑龍江省≥10℃界限溫度起始日期序列值總體呈上升趨勢(shì)（見(jiàn)圖2），氣候傾向率為0.8 d·10年-1，表明≥10℃界限溫度終止日期緩慢延后，平均每10年提前0.8 d。平均終日為8月26日，最早為7月26日，最晚為10月2日，分別為2013年大興安嶺和1965年牡丹江地區(qū)，相差68 d。按地域分布，西北部大興安嶺地區(qū)最早，西南部大慶地區(qū)最晚。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1999年，20世紀(jì)60年代界限溫度終止日期總體呈延后趨勢(shì)，但不顯著，20世紀(jì)70年代中期界限溫度終止日期緩慢提前，突變年份后顯著延后，在2012年終止日期最晚。

近50年黑龍江省≥10℃界限溫度持續(xù)日數(shù)總體呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖3），增加速率為2.4 d·10年-1，最多為181 d，出現(xiàn)在1965年牡丹江地區(qū)，最少為88 d，出現(xiàn)在2013年大興安嶺地區(qū)，平均持續(xù)141.1 d。按地域分布，西北部大興安嶺地區(qū)≥10℃界限溫度持續(xù)日數(shù)最少，西南部大慶地區(qū)最多。距平值總體呈上升趨勢(shì)，表明近50年黑龍江省≥10℃界限溫度持續(xù)日數(shù)增加速率逐年遞增，1969年突變異常。由累積距平和信噪比分析可知突變發(fā)生在1992年，21世紀(jì)前僅有6年界限溫度持續(xù)日數(shù)大于平均值，且大于平均值天數(shù)均小于10年，1992年發(fā)生突變后界限溫度持續(xù)日數(shù)上升顯著，僅6年持續(xù)日數(shù)少于平均值，7年持續(xù)日數(shù)高于平均值。

2.2 黑龍江省農(nóng)業(yè)界限溫度起止日期時(shí)間變化特征分析

通過(guò)SPSS軟件對(duì)各界限溫度起止日期序列及持續(xù)日數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖4。

2.2.1 穩(wěn)定通過(guò)0℃界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)空間變化

≥0℃界限溫度起始日期由北向南呈提前趨勢(shì)（見(jiàn)圖4），其中起始日期最早在黑龍江江南部地區(qū)，大慶東南部、哈爾濱南部和牡丹江南部提前較明顯，最晚起始日期在大興安嶺西部，隨緯度變化每降低一緯度提前5.9 d。起始日期在黑龍江中部呈U形，中部伊春界限溫度起始日期略低于同緯度東部地區(qū)。

≥0℃界限溫度終止日期由北向南呈延后趨勢(shì)（見(jiàn)圖5），其中終止日期最早在黑龍江北部地區(qū)，大興安嶺地區(qū)和黑河北部提前明顯，最晚終止日期在南部大慶東南部、哈爾濱南部和牡丹江地區(qū)，隨緯度變化每降低一緯度提前4.9 d。以伊春為代表西部地區(qū)略高于同緯度東北地區(qū)。

≥0℃界限溫度持續(xù)日數(shù)由北向南呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖6），最大增加77 d，其中北部地區(qū)持續(xù)日數(shù)較少，北部地區(qū)大興安嶺西北部、黑河北部界限溫度持續(xù)日數(shù)最少，黑龍江南部持續(xù)日數(shù)總體較多，且東西部均高于同緯度中部地區(qū)，大慶東南部、哈爾濱西南部和牡丹江中部界限溫度持續(xù)日數(shù)最多，每降低一緯度增長(zhǎng)7.7 d。

2.2.2 穩(wěn)定通過(guò)3℃界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)空間變化

≥3℃界限溫度起始日期由北向南呈提前趨勢(shì)（見(jiàn)圖4），其中起始日期最早在黑龍江江西南部地區(qū)，大慶東南部提前最明顯，齊齊哈爾中部、哈爾濱西南部、牡丹江中部提前較早，最晚起始日期在北部黑河地區(qū)，隨緯度變化每降低一緯度提前5.5 d。中部伊春相比較同緯度東西部地區(qū)界限溫度起始日期較晚。

≥3℃界限溫度終止日期由北向南呈延后趨勢(shì)（見(jiàn)圖5），其中終止日期最早在黑龍江北部地區(qū)，大興安嶺地區(qū)和黑河北部提前較明顯，最晚終止日期在南部大慶東南部、哈爾濱南部和牡丹江地區(qū)，每降低一緯度提前4.9 d。以伊春為代表西部地區(qū)略高于同緯度東北地區(qū)。

≥3℃界限溫度持續(xù)日數(shù)由北向南呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖6），最大增加81 d，在各界限溫度持續(xù)日數(shù)比較中南北差異最大，其中北部大興安嶺東部、黑河北部界限溫度持續(xù)日期天數(shù)最少，南部大慶東南部、哈爾濱南部界限溫度持續(xù)日數(shù)最多，每降低一緯度增長(zhǎng)8.1 d。

圖4 1965～2014年黑龍江省各界限溫度起始日期序列年變化特征Fig.4Beginning date spatial characteristics of agricultural threshold temperature of Heilongjiang Province in 1965-2014

圖5 1965～2014年黑龍江省各界限溫度終止日期序列年變化特征Fig.5Ending date spatial characteristics of agricultural threshold temperature of Heilongjiang Province in 1965-2014

圖6 1965～2014年黑龍江省各界限溫度持續(xù)日期序列年變化特征Fig.6Duraion spatial characteristics of agricultural threshold temperature of Heilongjiang Province in 1965-2014

2.2.3 穩(wěn)定通過(guò)5℃界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)空間變化

≥5℃界限溫度起始日期由北向南呈提前趨勢(shì)（見(jiàn)圖4），其中起始日期最早在黑龍江江西南部地區(qū)，大慶東南部、哈爾濱中部提前最明顯，大慶地區(qū)、綏化南部、哈爾濱中部提前較明顯，最晚起始日期在北部大興安嶺東南部、黑河北部，每降低一緯度提前5.1 d。在黑龍江北部地區(qū)東部界限溫度提前趨勢(shì)大于西部，在南部地區(qū)則相反，西部提前趨勢(shì)略大于東部。

≥5℃界限溫度終止日期由西北向東南呈延后趨勢(shì)（見(jiàn)圖5），其中終止日期最早在黑龍江北部地區(qū)，大興安嶺中部和黑河北部提前較明顯，最晚終止日期在南部大慶東南部、七臺(tái)河中部和雞西中部，東南地區(qū)延后趨勢(shì)顯著大于西北部，每降低一緯度提前3.8 d，提前趨勢(shì)最緩慢。

≥5℃界限溫度持續(xù)日數(shù)由北向南呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖6），最大增加73 d，其中北部大興安嶺中部、黑河?xùn)|北部界限溫度持續(xù)日期天數(shù)最少，黑龍江南部地區(qū)整體持續(xù)日數(shù)較多，呈U形增加，每降低一緯度增長(zhǎng)7.3 d，相比較其他界限溫度提前持續(xù)日數(shù)差異最小。

2.2.4 穩(wěn)定通過(guò)10℃界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)空間變化

≥10℃界限溫度起始日期由北向西南呈提前趨勢(shì)（見(jiàn)圖4），其中起始日期最早在西南部大慶地區(qū)，大慶南部、綏化南部和哈爾濱西部提前較明顯，最晚起始日期在北部大興安嶺東部和伊春中部，每降低一緯度提前5.8 d。

≥10℃界限溫度終止日期由西北向東南呈延后趨勢(shì)（見(jiàn)圖5），其中終止日期最早在北部大興安嶺地區(qū)，偏北部黑河北部和伊春中部終止日期較早，終止日期在南部地區(qū)大慶東部，綏化南部、哈爾濱西部、七臺(tái)河和雞西中部終止日期較晚，隨緯度變化每降低一緯度提前6.8 d，在各界限溫度中隨緯度變化差異最大。

≥10℃界限溫度持續(xù)日數(shù)由北向西南呈增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖6），最大增加93 d，≥10℃界限溫度持續(xù)日數(shù)東南部大值地區(qū)不顯著，僅西南部大慶地區(qū)持續(xù)日數(shù)較多，其中大興安嶺西北部、黑河北部、伊春中部界限溫度持續(xù)日期天數(shù)最少，西南部大慶、哈爾濱西部和牡丹江中部界限溫度持續(xù)日數(shù)最多，隨緯度變化每降低一緯度增長(zhǎng)9.3 d，持續(xù)日數(shù)差異最大。

2.3 界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫相關(guān)性分析

通過(guò)SPSS軟件，對(duì)各界限溫度起止日期、持續(xù)日數(shù)和年平均溫度相關(guān)性分析得出如表2，除≥10℃終止日期外各項(xiàng)指標(biāo)均與年平均氣溫在置信度0.01水平上顯著相關(guān)。其中起始日期均與平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，隨溫度升高起始日期有提前趨勢(shì)；終止日期均與平均氣溫呈正相關(guān)，隨溫度升高終止日期有延后趨勢(shì)；界限溫度持續(xù)日數(shù)與氣溫呈正相關(guān)，說(shuō)明隨溫度升高界限溫度持續(xù)日數(shù)顯著增加；而界限溫度起止日期與持續(xù)日數(shù)和降水基本無(wú)相關(guān)性，和日照時(shí)間呈弱相關(guān)，由于近年日照時(shí)間呈下降趨勢(shì)，因此日照時(shí)間與日均溫呈負(fù)相關(guān)，與界限溫度起始日期呈正相關(guān)，與界限溫度終止日期及持續(xù)日數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

表2 各界限溫度與年平均氣溫相關(guān)性系數(shù)Table 2Temperature coefficient of correlation with annual average temperature

各界限溫度起始日期和終止日期相關(guān)性依次為-0.296*、-0.078、-0.186、-0.199，其中≥0℃界限溫度起止日期在0.05水平上顯著相關(guān)，≥3℃、≥5℃、≥10℃界限溫度起止日期呈弱相關(guān)或低度相關(guān)。

各界限溫度持續(xù)日數(shù)之間相關(guān)性分析表明，≥0℃、≥3℃和≥5℃，≥3℃與≥5℃，≥5℃與≥10℃界限溫度持續(xù)日數(shù)在0.01水平上顯著相關(guān)，而≥10℃、≥0℃和≥3℃界限溫度持續(xù)日數(shù)低度相關(guān)。

3 討論

前人對(duì)農(nóng)業(yè)界限溫度研究多集中在≥0℃界限溫度、≥10℃界限溫度積溫兩個(gè)指標(biāo)，研究指標(biāo)相對(duì)單一[20-21]。本文研究了≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃四個(gè)界限溫度，深入分析各界限溫度起止日期和持續(xù)日數(shù)，可直觀了解農(nóng)業(yè)播種提前原因，彌補(bǔ)黑龍江省這一研究空缺，建議調(diào)整作物布局結(jié)構(gòu)、確定適宜播種期。

本文研究全球變暖環(huán)境下黑龍江省≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃四個(gè)界限溫度起止日期和持續(xù)日數(shù)，建立界限溫度起止日期序列，將界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)量化。前人研究區(qū)域多為典型地區(qū)或?qū)邶埥嗉杏诤谕羺^(qū)和農(nóng)墾地區(qū)研究，本文研究站點(diǎn)分布整個(gè)黑龍江省，數(shù)據(jù)量大可直接運(yùn)用反距離加權(quán)插值法分析。隨著氣象數(shù)據(jù)疊加和更新，將研究時(shí)間擴(kuò)大到1965～2014年近50年尺度。有利于清楚了解近50年變化趨勢(shì)，提高數(shù)據(jù)分析和插值準(zhǔn)確性，直觀對(duì)黑龍江省農(nóng)業(yè)界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)和地表溫度空間變化進(jìn)行分析。

本研究表明，黑龍江省≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃四個(gè)界限溫度呈起始日期提前、終止日期延后、持續(xù)日數(shù)增加趨勢(shì)，與前人對(duì)于其他種植區(qū)及典型地區(qū)研究一致[22]。本文對(duì)比各界限溫度變化趨勢(shì)，分析出≥10℃界限溫度起始日期提前最顯著，≥0℃界限溫度終止日期延后最顯著，≥0℃界限溫度持續(xù)日數(shù)增加最顯著。各界限溫度提前速率普遍大于延后速率，發(fā)現(xiàn)出黑龍江省近50年春季溫度變化大于秋季溫度變化，具體原因需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

a.黑龍江省1965～2014年，≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃界限溫度起始日期均呈提前趨勢(shì)，每10年分別提前1.2、0.8、1.1和1.6 d，≥10℃界限溫度起始日期提前最明顯，≥3℃界限溫度起始日期提前最緩慢；終止日期呈延后趨勢(shì)，每10年分別延后1.5、1.1、0.9和0.8 d，≥0℃界限溫度起始日期延后最明顯，≥10℃界限溫度起始日期延后最緩慢。界限溫度起始日期提前速率大于終止日期延后速率。

b.界限溫度持續(xù)日數(shù)呈增加趨勢(shì)，每10年分別增加2.8、1.8、2.1和2.4 d。≥0℃界限溫度增加趨勢(shì)最明顯，適宜農(nóng)耕期顯著增長(zhǎng)，≥3℃界限溫度增加趨勢(shì)最緩慢。≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃界限溫度持續(xù)日數(shù)依次為209.9、191.5、179.0和141.1 d，為黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供充沛熱量資源。

c.界限溫度空間變化隨緯度減小起始日期提前，終止日期延后，持續(xù)日數(shù)呈增加；界限溫度起始日期最早多在大慶南部，哈爾濱南部，牡丹江等地區(qū)，終止日期最早多在大興安嶺和黑河北部；界限溫度起始日期南北差異較大，終止日期南北差異較小，界限溫度持續(xù)日數(shù)南北差異較大，≥10℃界限溫度持續(xù)日數(shù)南北差異最大。

d.除≥10℃界限溫度，各界限溫度起止日期及持續(xù)日數(shù)和年平均氣溫均在0.01水平上顯著相關(guān)。其中起始日期與年平均氣溫負(fù)相關(guān)，終止日期和持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫正相關(guān)，界限溫度持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫相關(guān)性最顯著。

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Analysis on temporal and spatial characteristics of agricultural threshold temperature in Heilongjiang Province

SUN Yankun1,GAO Ludi1,LEI Defu2,ZHANG Liyou3,ZHOU Liwei1,SUN Qianran1,LI Wenhua4

(1.School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Yilan Bureau of Meteorology, Yilan Heilongjiang 154800,China;3.Jilin Province Baicheng Artificial Rainfall Base,Baicheng Jilin 137000,China;4.Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150080,China)

In this paper,based on the daily average temperature data of 78 meteorological stations in Heilongjiang Province in 1965-2014 filtering and interpolation of missing data.By using 5 days moving average method,linear trend estimation method,anomaly analysis method,correlation analysis method of SPSS,through the stability of Heilongjiang Province on the ones was≥0℃,≥3℃,≥5℃,≥10℃agricultural threshold temperature check date and duration characteristics were analyzed.Results showed that the Heilongjiang Province in 1965-2014,or 0℃and 3℃,5℃or higher, or 10℃or higher temperature were in trend ahead of the start date,each 10 a 1.2,0.8,1.1 and 1.6 d; The termination date delay,every 10 a were delayed 1.5,1.1,0.9 and 0.8 d,boundary temperaturestart date rate was greater than the termination date delay the rate in advance.The boundary temperature continuous days increased,every 10 years were increased by 2.8,2.8,2.1 and 2.4 d.0℃and 3℃or higher,or higher or greater temperature 5℃,10℃or higher boundary last days followed by 209.9,191.5,179.0 and 141.1 d.The change of the threshold temperature space had a trend with the decrease of latitude,the ending date was delayed,and the number of days was increasing,from north to south was U-shaped;In addition to 10℃or higher temperature,the temperature commence ment date and the last days were significantly correlated at 0.01 level with annual average temperature.

agricultural threshold temperature;beginning and ending date;duration;characteristics analysis

S161.2+2

A

1005-9369（2016）05-0044-10

2016-03-16

UNDP開(kāi)發(fā)計(jì)劃綠色發(fā)展項(xiàng)目（CPR/06/209-2）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（yjscx14084）

孫彥坤（1966-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)氣象學(xué)。E-mail:511064380@qq.com

*通訊作者：李文華，教授，博士，研究方向?yàn)樽魑镌耘唷-mail:nkylwh@163.com

時(shí)間2016-5-27 14:13:31[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20160527.1413.014.html