1985—2015年沙坡頭區(qū)24節(jié)氣氣候變化及春小麥物候期的響應(yīng)

龐婷婷 毛萬(wàn)忠 高杰 李英 黃云 洛松拉姆

摘要 利用沙坡頭區(qū)逐日氣象觀測(cè)資料以及春小麥物候資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析24節(jié)氣氣候變化及春小麥物候期的響應(yīng)。結(jié)果表明，沙坡頭區(qū)24節(jié)氣的平均氣溫呈單峰型準(zhǔn)正態(tài)分布，小暑和大暑是全年最熱節(jié)氣，平均氣溫均為23.1 ℃，小寒為最冷節(jié)氣，平均氣溫為-7.3 ℃；平均氣溫隨時(shí)間的變化趨勢(shì)呈單峰單谷型，升溫幅度最大值出現(xiàn)在春分，為0.25 ℃/d，降溫最大幅度出現(xiàn)在霜降，為-0.26 ℃/d；相鄰節(jié)氣之間平均氣溫變量曲線也為單峰單谷型，峰值出現(xiàn)在清明，變量達(dá)0.22 ℃，是上升最快的節(jié)氣，谷值出現(xiàn)在霜降，變量為-5.5 ℃，是氣溫下降最顯著的節(jié)氣；隨著全球氣溫的變暖，沙坡頭區(qū)后16年（2000—2015年）各個(gè)節(jié)氣平均氣溫比前15年（1985—1999年）氣溫普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃；驚蟄、清明、芒種和小暑4個(gè)反映物候現(xiàn)象的節(jié)氣中，芒種和小暑平均氣溫隨年份呈顯著性升高。平均氣溫對(duì)各物候期影響十分顯著，氣溫升高，加速了物候進(jìn)程，春小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期出現(xiàn)延長(zhǎng)現(xiàn)象，生殖生長(zhǎng)期出現(xiàn)縮短現(xiàn)象，其全生育期呈現(xiàn)縮短趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 24節(jié)氣；氣候變化；春小麥；物候期；響應(yīng)；沙坡頭區(qū)

中圖分類號(hào) S162 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）13-0182-04

Climate Change of 24 Solar Terms and the Response of Spring Wheat Phenology in Shapotou Area from 1985 to 2015

PANG Ting-ting，MAO Wan-zhong，GAO Jie et al

（Zhongwei City Meteorological Bureau，Zhongwei，Ningxia 755000）

Abstract Using the daily meteorological data of Shapotou and the phenological data of spring wheat， the climate change of 24 solar terms and the response of spring wheat were analyzed by statistical methods.The results showed that the average temperature of the 24 solar term in Shapotou area showed a single peak type quasi normal distribution， slight heat and great heat were the most hot solar term， the average temperature was 23.1 ℃， but slight cold was the most cold solar term， the average temperature was -7.3 ℃.The change trend of average temperature with time showed a single peak and single valley type，the maximum temperature rise appeared in spring equinox（0.25 ℃/d）， the maximum cooling rate appeared in first frost（-0.26 ℃/d）.The variables curve of the average temperature between adjacent solar term was single peak and single valley type， the peak appeared in Qingming， variable up to 0.22 ℃， which was the fastest rising solar term；the valley value appeared in first frost， variable was -5.5 ℃， which was the most significant solar term of temperature drop.With the global warming， the average temperature of each solar term after 16 years （from 2000 to 2015）was generally higher than that of the previous 15 years （from 1985 to 1999）， the difference was 02-3.3 ℃.In four solar terms reflecting the phenological phenomenon（Jingzhe，Qingming，Mangzhong，slight heat），the average temperature with the year was significantly increased in Mangzhong and slight heat.The average temperature had a significant effect on the phenological period，the increase of temperature accelerated the phonological process， the vegetative growth period of spring wheat was prolonged， the reproductive growth period was shortened， and the whole growth period was shortened.

Key words 24 solar terms；Climate change；Spring wheat；Phenology；Response； Shapotou area

24節(jié)氣是華夏祖先歷經(jīng)千百年的實(shí)踐創(chuàng)造出來(lái)的寶貴科學(xué)遺產(chǎn)，它包含了自然界中氣溫變化、作物物候始末、晝夜變化等多種現(xiàn)象，反映了四季交替的氣候特征，含有時(shí)令順序、物候變化。24節(jié)氣將氣候條件與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)，包含著樸素的農(nóng)業(yè)氣候分析和農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)知識(shí)，是我國(guó)古代最早的樸素農(nóng)業(yè)氣象學(xué)。節(jié)氣和氣候總結(jié)的農(nóng)業(yè)諺語(yǔ)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很好的參考價(jià)值[1-2]。

IPCC第4次評(píng)估報(bào)告認(rèn)為[3]，近100年（1906—2005年）全球地面平均氣溫上升了（0.74±0.18） ℃。在全球氣候變暖的背景下，我國(guó)氣候?qū)W入春提前，四季平均溫度明顯提高[4]、作物生長(zhǎng)期延長(zhǎng)、無(wú)霜期變長(zhǎng)[5]、動(dòng)植物生長(zhǎng)周期也出現(xiàn)顯著變化[6]，氣候變化正直接或間接地對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)及人類活動(dòng)產(chǎn)生巨大影響[7]。

近年來(lái)，對(duì)24節(jié)氣氣候變化相關(guān)的研究越來(lái)越多[8-11]，如李耀寧等[8]和沈姣姣等[9]分別統(tǒng)計(jì)了北京市和西安市24節(jié)氣的氣溫變化特征；王勝等[10]分析了安徽省24節(jié)氣氣候變化及冬小麥和一季稻物候期的響應(yīng)。寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)位于104°17′～106°10′ E、36°09′～37°43′ N，地處黃河前套之首，靠近黃河流域，盛產(chǎn)麥、稻、瓜、菜等農(nóng)產(chǎn)品，是寧夏的主要糧食基地之一。在全球氣候變化的背景下，沙坡頭區(qū)平均氣溫顯著升高，降水量下降，總體呈現(xiàn)變暖、變干特征，有向高溫干旱化方向的發(fā)展趨勢(shì)[12]。24節(jié)氣氣候特征及節(jié)氣代表性必然發(fā)生改變，許多與節(jié)氣相關(guān)的農(nóng)諺和經(jīng)驗(yàn)可能會(huì)變得不再適宜。鑒于此，筆者利用沙坡頭區(qū)逐日氣象觀測(cè)資料及作物物候期資料，從24節(jié)氣角度分析沙坡頭區(qū)氣候變化特征，研究作物物候期對(duì)24節(jié)氣氣候變化的響應(yīng)，為適應(yīng)氣候變化、適時(shí)調(diào)整農(nóng)事活動(dòng)提供決策依據(jù)，對(duì)正確應(yīng)用24節(jié)氣指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況 沙坡頭區(qū)深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，靠近沙漠，屬半干旱氣候，沙坡頭區(qū)年降水量?jī)H有180.5 mm，年蒸發(fā)量1 641.2 mm，為降水量的9.09倍，干旱少雨。在地理位置上，萬(wàn)里黃河自西南向東北經(jīng)過沙坡頭區(qū)，農(nóng)作物主要憑借黃河之利引渠灌溉，常年無(wú)旱澇之憂，故降水量雖少，但對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響甚微。同時(shí)，沙坡頭區(qū)受極地大陸氣團(tuán)控制時(shí)間較長(zhǎng)，雨雪稀少，云霧頻率較少，加上較為有利的地理位置、多晴朗干燥的天氣，沙坡頭區(qū)全年日照時(shí)數(shù)2 951 h，日照充足，農(nóng)作物生長(zhǎng)旺盛。

1.2 資料選取

利用沙坡頭區(qū)1985—2015年逐日氣象觀測(cè)資料，包括平均氣溫、降水量及日照時(shí)數(shù)。選取主要作物春小麥物候期資料。

1.3 資料處理

24節(jié)氣反映了季節(jié)及氣候現(xiàn)象。由于節(jié)氣具體日一般出現(xiàn)在固定的3 d或2 d之間，為計(jì)算方便，在統(tǒng)計(jì)某一節(jié)氣內(nèi)氣象要素時(shí)，節(jié)氣當(dāng)日的具體日期為3 d的取中間日期為代表時(shí)間，日期為2 d的取最后1 d為代表時(shí)間[11]（表1）。如立春在2月3—5日，用2月4日代表立春節(jié)氣的當(dāng)日時(shí)間；大寒在1月20—21日，即用1月21日代表大寒節(jié)氣的當(dāng)日時(shí)間。同時(shí)，以立春、立夏、立秋、立冬4個(gè)節(jié)氣為臨界線把24節(jié)氣劃分為春季型節(jié)氣、夏季型節(jié)氣、秋季型節(jié)氣和冬季型節(jié)氣[9]。關(guān)于節(jié)氣的氣候平均值求法，因節(jié)氣的具體日子只出現(xiàn)在固定的3 d或2 d之中，因此用這2 d或3 d的日氣候平均值再求一次平均，就得到節(jié)氣的氣象要素氣候平均值[11]。如立春節(jié)氣平均氣溫則為2月3—5日的平均氣溫，大寒節(jié)氣平均氣溫則為1月20—21日的平均氣溫。

2 24節(jié)氣氣候變化事實(shí)

2.1 24節(jié)氣氣溫的氣候特征

2.1.1 各節(jié)氣平均氣溫的年際變化。

經(jīng)分析，近31年沙坡頭區(qū)24節(jié)氣的平均氣溫呈單峰型準(zhǔn)正態(tài)分布（圖1），這與李耀寧等[8]、馮斌等[11]的研究結(jié)果一致。小暑和大暑是全年最熱節(jié)氣，平均氣溫均為23.1 ℃，最熱的年份是2008年，在小暑節(jié)氣出現(xiàn)，平均氣溫為27.1 ℃；小寒為最冷節(jié)氣，平均氣溫為-7.3 ℃，大寒節(jié)氣的寒冷程度僅次于小寒，平均氣溫為-6.7 ℃，最冷的年份是1993年，出現(xiàn)在大寒節(jié)氣，平均氣溫為-19.2 ℃。

前15年（1985—1999年）和后16年（2000—2015年）各個(gè)節(jié)氣平均氣溫相比較（圖2），除了驚蟄、白露、冬至和小寒后16年比前15年平均氣溫偏低，大暑后16年和前15年平均氣溫相等外，其他19個(gè)節(jié)氣平均氣溫均為后16年高于前15年。說明隨著全球氣溫的變暖影響，后16年比前15年氣溫普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃。最熱和最冷的節(jié)氣前15年為大暑和大寒，后16年為小暑和小寒。

2.1.2 各節(jié)氣中的氣溫升降幅度和相鄰節(jié)氣的平均氣溫變量。

分析24節(jié)氣中氣溫隨時(shí)間的平均變化率（即一個(gè)節(jié)氣內(nèi)平均每天氣溫的升降幅度）以及相鄰節(jié)氣的氣溫平均變量（即氣溫的節(jié)氣變量）發(fā)現(xiàn)，除有升降之別，升降幅度也有所不同（圖3）。24節(jié)氣中平均氣溫隨時(shí)間的變化趨勢(shì)呈單峰單谷型。升溫幅度最大值出現(xiàn)在春分，為0.25 ℃/d；降溫最大幅度出現(xiàn)在霜降，為-0.26 ℃/d。

相鄰節(jié)氣之間平均氣溫變量曲線也為單峰單谷型，與各節(jié)氣中平均氣溫隨時(shí)間的變化趨勢(shì)基本一致，單峰值略有差異。峰值出現(xiàn)在清明，變量達(dá)0.22 ℃，是上升最快的節(jié)氣；谷值出現(xiàn)在霜降，變量為-5.5 ℃，是氣溫下降最顯著的節(jié)氣。

2.2 關(guān)鍵物候節(jié)氣氣候變化特征

反映物候現(xiàn)象的節(jié)氣分別為驚蟄、清明、芒種和小暑，其中芒種與小暑反映作物成熟與收成，驚蟄與清明反映自然物候現(xiàn)象。這里將節(jié)氣平均氣溫看作是年份的一元線性回歸，采用最小二乘法估計(jì)線性趨向值，統(tǒng)計(jì)量為1985—2015年數(shù)據(jù)，通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)|r|>0.2960時(shí)，認(rèn)為節(jié)氣平均氣溫隨年份變化趨勢(shì)是顯著的，否則變化趨勢(shì)不顯著。

由圖4可見，芒種和小暑節(jié)氣平均氣溫隨年份呈顯著性升高（|r|遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相關(guān)系數(shù)0.296 0），而其他2個(gè)節(jié)氣變暖趨勢(shì)不明顯，趨于平緩。

3 春小麥物候期對(duì)24節(jié)氣氣候變化的響應(yīng)

在全球變暖背景下，作物生育期氣候條件勢(shì)必也變化。春小麥物候階段主要分為播種、出苗、三葉、分蘗、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、乳熟期、成熟期，全生育期主要經(jīng)歷驚蟄～小暑9個(gè)節(jié)氣。

由表2可見，近31年沙坡頭區(qū)春小麥物候期均呈不同程度的提前趨勢(shì)，其中分蘗期前11年提前了6 d，后20年提前了4 d。這一事實(shí)與相關(guān)文獻(xiàn)研究一致[13]，即植物對(duì)變暖的響應(yīng)表現(xiàn)為春季物候期提前。

營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（播種—分蘗期）是作物生物量積累的階段；生殖生長(zhǎng)期（拔節(jié)—成熟期）是抽穗、開花及結(jié)實(shí)并奪取高產(chǎn)的重要階段，生殖生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，對(duì)后期灌漿、結(jié)實(shí)有利，能促進(jìn)產(chǎn)量提高。從表2可見，春小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期均有不同程度的縮短趨勢(shì)，即營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期從62 d延長(zhǎng)至64 d，生殖生長(zhǎng)期從68 d縮短至64 d；且春小麥全生育期也呈現(xiàn)縮短趨勢(shì)。

總體來(lái)看，平均氣溫的變化對(duì)各物候期影響十分顯著，氣溫升高，加速了物候進(jìn)程，縮短了全生育期。

4 小結(jié)與討論

（1）近31年來(lái)沙坡頭區(qū)24節(jié)氣的平均氣溫呈單峰型準(zhǔn)正態(tài)分布，小暑和大暑是全年最熱節(jié)氣，平均氣溫均為23.1 ℃，小寒為最冷節(jié)氣，平均氣溫為-7.3 ℃。平均氣溫隨時(shí)間的變化趨勢(shì)呈單峰單谷型，升溫幅度最大值出現(xiàn)在春分，為0.25 ℃/d，降溫最大幅度出現(xiàn)在霜降，為-0.26 ℃/d。相鄰節(jié)氣之間平均氣溫變量曲線也為單峰單谷型，峰值出現(xiàn)在清明，變量達(dá)0.22 ℃，是上升最快的節(jié)氣，谷值出現(xiàn)在霜降，變量為-5.5 ℃，是氣溫下降最顯著的節(jié)氣。

（2）隨著全球氣溫的變暖，沙坡頭區(qū)后16年（2000—2015年）各個(gè)節(jié)氣平均氣溫比前15年（1985—1999年）氣溫普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃。

（3）驚蟄、清明、芒種和小暑4個(gè)反映物候現(xiàn)象的節(jié)氣中，芒種和小暑平均氣溫隨年份呈顯著性升高。

（4）總體來(lái)看，平均氣溫的變化對(duì)各物候期影響十分顯著，氣溫升高，加速了物候進(jìn)程，春小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期出現(xiàn)延長(zhǎng)現(xiàn)象，生殖生長(zhǎng)期出現(xiàn)縮短現(xiàn)象，其全生育期呈現(xiàn)縮短趨勢(shì)?；诖耍瑸檫m應(yīng)24節(jié)氣氣候的變化，沙坡頭區(qū)在春小麥播期等農(nóng)事制度上可以進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。

（5）沙坡頭區(qū)“24節(jié)氣”氣象要素的氣候變化特征將會(huì)在以后的氣象服務(wù)中發(fā)揮出科學(xué)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，該研究對(duì)物候性節(jié)氣氣溫的分析結(jié)論只能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供參考，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)事活動(dòng)的調(diào)整還應(yīng)考慮降水、日照、積溫、先進(jìn)技術(shù)等綜合因素。隨著年代推移，需要不斷分析24節(jié)氣的氣候變化規(guī)律，不斷提高公共氣象服務(wù)的質(zhì)量和水平，把我國(guó)傳統(tǒng)24節(jié)氣中氣象要素的氣候變化規(guī)律更好地運(yùn)用到城區(qū)發(fā)展和建設(shè)中來(lái)。

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