鄱陽湖植棉區(qū)近50多年來伏秋干旱發(fā)生特征的診斷與比較分析

楊柳++吳昊

摘要：以鄱陽湖植棉區(qū)北部的湖口縣和南部的鄱陽縣兩站點雨季結(jié)束日期與伏、秋干旱日數(shù)為研究對象，使用回歸分析、小波分析、M-K檢驗等方法，診斷分析鄱陽湖植棉區(qū)伏、秋干旱的發(fā)生與變化特征，比較干旱在該植棉區(qū)南北的分布變化差異。結(jié)果表明：①鄱陽湖植棉區(qū)雨季結(jié)束日期，北部代表站較南部偏遲2d并以2.2d/10a的氣候趨勢率推遲，推遲的突變北部明顯強于南部，兩站均無明顯主振蕩周期；②干旱日數(shù)，秋旱日數(shù)周期性振蕩為主要特點，其余趨勢特征均不顯著；③北部的湖口站雨季結(jié)束日期推遲的變化趨勢，對棉花開花結(jié)鈴等生殖生長不利，但有利于確保棉花植株在花鈴期前期搭成豐產(chǎn)架；④北部較南部明顯的伏旱日數(shù)不顯著的線性遞減趨勢，對于棉花調(diào)整生長發(fā)育節(jié)律，增強秋桃生長后勁具有積極作用的一面；⑤伏秋干旱日數(shù)變化對全球氣候變化的響應(yīng)未達到突變水平，鄱陽湖植棉區(qū)棉花氣候資源的優(yōu)勢依然明顯。

關(guān)鍵詞：鄱陽湖；植棉區(qū)；伏秋干旱；發(fā)生特征

中圖分類號：S161.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3143（2017）05-0017-07

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2017.05.004

0 引言

我國主要氣象災(zāi)害中，旱災(zāi)發(fā)生頻率最大，對農(nóng)業(yè)的影響程度最高[1]。長江流域棉區(qū)是中國的三大棉區(qū)之一[2]，伏秋干旱是長江流域棉區(qū)棉花旱災(zāi)的主要類型[3]。國家優(yōu)勢產(chǎn)棉集中區(qū)—鄱陽湖植棉區(qū)，是長江流域棉區(qū)的重要組成部分[4-5]。鄱陽湖植棉區(qū)是江西省最大的一片重旱區(qū)，干旱指數(shù)較高[6-8]。有研究表明，“小旱年年有，大旱隔三五”是江西省干旱真實的寫照[8-9]。研究發(fā)現(xiàn)，伏秋期持續(xù)20天高溫?zé)o降水天氣，棉地30 cm以上土層土壤濕度變化率可達50%，5～40 cm土層相對土壤濕度平均在65%以下[10]；而棉花花鈴期田間相對土壤濕度在50%～55%時，單株成鈴數(shù)顯著下降，單鈴重略有下降，最終籽棉產(chǎn)量顯著下降[11]。

借鑒前人經(jīng)驗，以雨季結(jié)束日期與伏、秋干旱日數(shù)以及棉花產(chǎn)量品質(zhì)結(jié)構(gòu)因素為研究對象，分析伏、秋干旱時間分布的變化特征，比較分析植棉區(qū)南北干旱災(zāi)害差異，旨在剖析全球氣候變化背景下鄱陽湖植棉區(qū)伏秋期的氣候變化特征，更好地指導(dǎo)當?shù)孛藁ㄉa(chǎn)趨利避害，促進棉花產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級與合理布局。

1 材料與方法

1.1 資料來源

本文使用江西省氣象檔案館提供的氣象觀測資料。氣象資料時間序列為1959～2016年，站點為位于鄱陽湖植棉區(qū)南部的鄱陽站與北部的湖口站。

雨季結(jié)束日期：4～6月份是長江鄱陽湖流域的主汛期，此后隨著副熱帶高壓加強西伸，雨帶北抬，雨季隨之結(jié)束，進入高溫少雨期。本研究將汛期最后一次明顯降水過程的結(jié)束日期定為雨季結(jié)束日期。

采用時間序列分析法，量化分析建立起止日期序列：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，依此類推，將每年從1至365或366（閏年）賦值，建立1959～2016年雨季結(jié)束日期的時間序列。

伏旱標準：雨季結(jié)束至8月10日，日降水量<10.0 mm且過程降水量<20.0 mm的持續(xù)天數(shù)≥20 d；秋旱標準：8月11日至10月10日，日降水量<10.0 mm且過程降水量<20.0 mm的持續(xù)天數(shù)≥20 d。持續(xù)日數(shù)20～29 天為輕旱，30～59 天為中旱，≥60 天為重旱。

1.2 研究方法

以雨季結(jié)束日期與伏、秋干旱日數(shù)為研究對象，使用回歸分析方法，分析研究對象年變化的線性趨勢特征，相關(guān)系數(shù)的顯著水平p稱為“氣候線性變化趨勢傾向顯著水平”；把擬合線斜率b稱為“趨勢傾向率”，把b×10表示某氣象要素每10個年的氣候傾向率[9]；使用小波分析（Wave 子波30 個年對稱延伸法）方法，分析研究對象的周期性變化特征，通過各尺度周期的方差貢獻，篩選出主振蕩周期[10-13]；使用M-K檢驗方法，診斷分析研究對象時間序列的突變性表現(xiàn)[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 線性變化特征

2.1.1 雨季結(jié)束日期時間分布

圖1給出了鄱陽、湖口兩站1959～2016年雨季結(jié)束日期的時間序列。分析可知，近58個年鄱陽、湖口兩站雨季結(jié)束平均日期分別為7月7日和7月9日，最早分別為6月15日和6月16日，最晚分別為8月1日和8月2日，最晚對應(yīng)年分別為1961年和1998年。植棉區(qū)南部較北部雨季結(jié)束日期平均偏早2 d。

回歸分析結(jié)果表明，雨季結(jié)束日期時間序列線性變化趨勢，鄱陽站不顯著推遲，湖口站顯著推遲；鄱陽和湖口兩點的趨勢傾向顯著水平分別為0.60與0.03，氣候傾向率分別每10個年推遲0.5 天和2.2 天。

2.1.2 干旱日數(shù)時間序列

圖2給出了該植棉區(qū)伏秋干旱日數(shù)時間序列分布及其線性擬合圖。分析可知：1959～2016年伏旱或伏秋連旱，湖口站出現(xiàn)了30年次，鄱陽站出現(xiàn)了34年次，發(fā)生概率約為0.5～0.6；6月份開始出現(xiàn)持續(xù)干旱天氣的年份，湖口站占21%，鄱陽站占16%。近58個年伏旱或伏秋連旱日數(shù)年變化，湖口站呈較不顯著的遞減趨勢，鄱陽站呈極不顯著的遞增趨勢。

1959～2016年秋旱年（不含伏秋連旱）的發(fā)生概率，湖口站為0.76，鄱陽站為0.78；其中8月份出現(xiàn)秋旱的年份，湖口、鄱陽分別為27個年和28個年，概率均接近0.5。秋旱日數(shù)近58個年兩站均呈不顯著的線性遞減趨勢。

近58年伏、秋期間的有旱年，湖口站、鄱陽站分別為52個年和51個年，概率均約為0.9，干旱總?cè)諗?shù)年變化，湖口站呈較顯著的遞增趨勢，每10個年增加3.7天，鄱陽站呈不顯著的線性遞減趨勢，每10個年減少1.4天。

近58個年，湖口、鄱陽兩個代表站中等程度以上干旱的發(fā)生年份數(shù)分別為30年和32年，其中，重旱發(fā)生年份湖口、鄱陽分別為3個年份（1964、1966、1978年）和1個年份（2013年），中旱發(fā)生年份湖口、鄱陽分別為27個年份和31個年份，概率分別為0.47和0.53。endprint

2.2 周期性變化特征

使用Wave子波30個年對稱延伸法，對鄱陽、湖口兩站的雨季結(jié)束日期時間序列、伏（秋）干旱日數(shù)時間序列、干旱總?cè)諗?shù)時間序列等要素進行小波分析，得到的各尺度周期的小波方差分布，如圖3。分析可知，秋旱日數(shù)時間變化，湖口站存在顯著的14～15個年的主振蕩周期，鄱陽站存在尺度為3個年的主周期以及尺度為12個年和14個年的次周期；而雨季結(jié)束日期、伏旱日數(shù)、干旱總?cè)諗?shù)時間序列，各代表站周期性變化特征均不顯著。

圖4給出了湖口站1959～2016年秋旱日數(shù)時間序列小波分析圖。分析可知，湖口站尺度為15個年的主振蕩周期近58年均表現(xiàn)明顯，且2010年以來尺度為7個年的振蕩周期較為明顯；鄱陽站尺度為3個年主周期及12個年和14個年的次周期均表現(xiàn)明顯。

2.3 突變性趨勢特征

圖5給出了1959～2016年湖口、鄱陽2站雨季結(jié)束日期與伏旱、秋旱日數(shù)及干旱總?cè)諗?shù)時間序列M-K檢驗分析圖。分析可知：雨季結(jié)束日期突變點湖口、鄱陽分別出現(xiàn)在1965年和1962年，湖口站20世紀90年代中期以來一直為持續(xù)的推遲突變期，而鄱陽站的推遲突變期只是零星地出現(xiàn)在20世紀60年代末、70年代中期以及90年代末，21世紀以來鄱陽站推遲變化趨勢的幅度在減小。

伏旱與伏秋連旱日數(shù)、秋旱日數(shù)以及干旱總?cè)諗?shù)時間序列，湖口、鄱陽均沒有出現(xiàn)突變現(xiàn)象。

3 討論

本研究就湖口縣農(nóng)業(yè)氣象觀測點1994～ 2012年棉花產(chǎn)量品質(zhì)結(jié)構(gòu)要素，與同年雨季結(jié)束日期、伏秋干旱日數(shù)等樣本序列進行了回歸分析，試圖揭示其相關(guān)性。但結(jié)果表明，相關(guān)性顯著水平均較低。這可能與干旱發(fā)生時期、持續(xù)時間年際變化大，而水分脅迫的程度、持續(xù)的時間、植株的生育階段和在缺水開始時結(jié)實器官所達到的發(fā)育階段不同，對最終產(chǎn)量品質(zhì)的影響程度存在很大差異有關(guān)[2，12]，棉花盛花期土壤干旱導(dǎo)致的減產(chǎn)最為嚴重，盛蕾期和初花期次之，盛鈴期至始絮期相對較輕[2]。

4 結(jié)論

鄱陽湖植棉區(qū)雨季結(jié)束日期多年平均為7月上旬后期，北部代表站較南部代表站偏遲2天并呈顯著的推遲趨勢，每10個年推遲2.2天，但2個代表站均無明顯主振蕩周期，均有推遲的突變現(xiàn)象，且南部的鄱陽站突變期呈點狀，北部的湖口站近20個年為持續(xù)突變期。

干旱日數(shù)，北部的湖口站主要以總?cè)諗?shù)顯著遞減、秋旱日數(shù)周期性振蕩為主要特點，南部的鄱陽站則以秋旱日數(shù)周期性振蕩為主要特點。此外，伏旱日數(shù)不顯著線性遞減的趨勢湖口站較鄱陽站明顯。

鄱陽湖植棉區(qū)棉花7月上、中旬進入開花普遍期，雨季結(jié)束日期推遲的變化趨勢，對棉花開花結(jié)鈴等生殖生長不利，但有利于補充前期的營養(yǎng)生長不足，確保棉花植株在花鈴期前期搭成豐產(chǎn)架；北部較南部明顯的伏旱日數(shù)不顯著的線性遞減趨勢，對于棉花調(diào)整生長發(fā)育節(jié)律，增強秋桃生長和棉花后勁具有積極的作用。

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