張家口季節(jié)變化特征及其對農(nóng)業(yè)的影響

段雯瑜

（張家口市氣象局，河北 張家口 075000）

0 引言

隨著張家口市與北京市聯(lián)合舉辦的2022 年冬奧會籌備工作逐步展開，張家口地區(qū)的季節(jié)氣候變化越來越受到關(guān)注。在全球氣候變暖背景下，季節(jié)氣候變化已經(jīng)影響到生態(tài)農(nóng)業(yè)環(huán)境、人類活動(dòng)、社會經(jīng)濟(jì)等各方面。任國玉等［1］對近100 年中國平均地面氣溫進(jìn)行分析，結(jié)果表明增溫最明顯地區(qū)包括東北、華北、西北和青藏高原北部，最顯著季節(jié)在冬季和春季。以變暖為主要特征的全球氣候變化已對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生與災(zāi)變規(guī)律產(chǎn)生了顯著影響［2］。目前，關(guān)于四季變化的研究很多，劉榮娟［3］等對太白山保護(hù)區(qū)氣溫變化研究表明，四季平均氣溫變化率存在不同的空間差異；朱媛君等［4］研究呼和浩特的物候季節(jié)變化，發(fā)現(xiàn)平均氣溫的升高是影響呼和浩特物候期變化的主要原因；吳昊旻等［5］對長三角地區(qū)的季節(jié)氣候變化特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為該區(qū)域春夏季時(shí)間延長，秋冬季縮短，氣溫呈上升趨勢；張世軒等［6］采用非線性相似度量方法對中國四季進(jìn)行劃分，表明中國春、夏季起始時(shí)間呈現(xiàn)提前趨勢，而秋、冬季呈現(xiàn)推后趨勢；任妍［7］等采用線性傾向估計(jì)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）方法研究了中國近43年的四季變化特征，發(fā)現(xiàn)全國各地區(qū)生長期均有延長，最顯著的是云川交界處和新疆東南部地區(qū)；陳濤［8］等研究發(fā)現(xiàn)湖南四季出現(xiàn)時(shí)間有緯向變化特征，入春表現(xiàn)最明顯，入夏時(shí)間同時(shí)受海拔高度影響，影響入冬因素多，表現(xiàn)復(fù)雜。

氣候變暖導(dǎo)致的季節(jié)變化存在區(qū)域差異性，然而關(guān)于張家口地區(qū)四季開始日和持續(xù)長度的研究相對較少。建立科學(xué)的、適合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)并適用于業(yè)務(wù)使用的氣候季節(jié)劃分指標(biāo)和方法，分析氣候季節(jié)出現(xiàn)早晚、持續(xù)時(shí)間長短等變化特征，對相關(guān)的科學(xué)研究、氣候預(yù)測、監(jiān)測和公眾氣象服務(wù)，都具有十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值［9］。研究張家口地區(qū)四季變化特征及其對農(nóng)業(yè)的影響，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)布局、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、城市規(guī)劃以及打造綠色冬奧城市提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

張家口位于河北省西北部，東經(jīng)113°50′～116°30′，北緯39°30′～42°10′，地處蒙古高原和華北平原的過渡地帶。全市地勢總體呈西北高，東南低，陰山山脈橫貫中部，將全市分為壩上和壩下兩大部分。張家口地形多樣，氣候復(fù)雜，兼有高原、山地、丘陵、河谷盆地等多種地形，造成各區(qū)縣氣候、自然景觀及種植制度差異較大。壩上表現(xiàn)為高原氣候，壩下山區(qū)、河谷盆地、丘陵之間氣候有著明顯的不同。全區(qū)年平均氣溫最高的懷來和最低的康保、沽源相比，相差8℃以上。壩上、壩下因地勢落差大，氣候截然不同，壩頭（壩上、壩下的過渡帶）成為明顯的氣候分界線，由于其狹窄，沒有單獨(dú)研究，且該區(qū)氣溫偏低，文章將其劃分到壩上地區(qū)。

2 資料和方法

2.1 資料

考慮站點(diǎn)資料時(shí)間長短、連續(xù)性和站點(diǎn)地理位置分布均勻性，選用1965—2014 年張家口市縣14 個(gè)站點(diǎn)（圖1）的逐日氣象資料，數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量控制和檢查，數(shù)據(jù)異常或缺失兩天內(nèi)的運(yùn)用前后資料進(jìn)行插值。該文將全區(qū)分為壩上（康保、沽源、尚義、張北、崇禮、赤城）和壩下（張家口、萬全、懷安、宣化、陽原、蔚縣、涿鹿、懷來）兩大區(qū)域，以便研究。

2.2 方法

該文采用氣候季節(jié)的劃分方法［10］，即以候（5d）平均氣溫為指標(biāo)：平均氣溫穩(wěn)定≤10.0℃為冬季，≥22.0℃為夏季，10.0～22.0℃之間為春秋過渡季。用5d 滑動(dòng)平均氣溫代替候平均氣溫，可以消除不合理的人為因素，從而使四季劃分更客觀［11］。針對壩上寒冷地區(qū)候平均氣溫達(dá)不到22℃的無夏地區(qū)，對于其春秋的劃分，該文把日平均氣溫最高的那天定為秋季的開始日［12］。將張家口市各個(gè)區(qū)域進(jìn)行季節(jié)劃分，分析近50 年來四季開始日的時(shí)間、空間變化趨勢和季節(jié)長短的變化特征及其近50 年的壩上、壩下各個(gè)季節(jié)入季時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的氣候傾向率，并對張家口市各區(qū)域四季開始日做Mann-Kendall檢驗(yàn)突變分析并配合滑動(dòng)t 檢驗(yàn)方法確定突變點(diǎn)的有效性。通過對各區(qū)域的季節(jié)初始日與大于等于10℃的活動(dòng)積溫、倒春寒頻次做相關(guān)分析，研究了季節(jié)變化對農(nóng)作物的影響。

圖1 張家口氣象站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of meteorological station over Zhang Jiakou

3 結(jié)果分析

3.1 入季時(shí)間分析

分析1965—2014 年張家口各縣區(qū)平均入季時(shí)間，采用儒略日換算方法，按照劃分標(biāo)準(zhǔn)，康保、沽源、尚義、張北、崇禮和赤城進(jìn)入春季后不入夏（不符合入夏標(biāo)準(zhǔn)）便直接進(jìn)入秋季。圖2 為各地歷年入季時(shí)間變化趨勢圖，從圖中研究發(fā)現(xiàn)，張家口各縣區(qū)近50 年來春季提前（壩上：1.10d/10a、壩下：1.66d/10a），壩下夏季提前（3.25d/10a），秋季推遲（壩上：0.90d/10a、壩下：0.69d/10a），冬季推遲（壩上：1.43d/10a、壩下：

0.75d/10a）。

3.2 季節(jié)長短分析

3.2.1 空間分布

壩上地區(qū)屬于中溫帶亞干旱、較干旱區(qū)，平均海拔高度為1 000～1 500 m，由于地勢高、氣溫低，年平均氣溫0～6℃，無霜期平均85～125 d。壩下地區(qū)屬于中溫帶、暖溫帶較干旱區(qū)，平均海拔高度為500～800 m，其中蔚縣小五臺山地海拔較高，壩下地區(qū)年平均氣溫6.5～8.5℃，無霜期平均130～160 d。

圖2 1965—2014 年張家口地區(qū)平均入季時(shí)間變化趨勢（壩上地區(qū)春、秋、冬季：a、d、f；壩下地區(qū)春、夏、秋、冬季：b、c、e、g）Fig.2 Trend of average beginning dates of each season at Bashang and Baxia from 1965 to 2014

按照該文對季節(jié)的劃分，并以低于0℃的時(shí)期作為嚴(yán)寒期，高于30℃的時(shí)期作為酷熱期。圖3 為四季長短空間分布圖，從圖3 可以看出，壩上地區(qū)冬季長達(dá)7—8 個(gè)月，可有5 個(gè)月的嚴(yán)寒期，沒有明顯夏季，壩下大部地區(qū)冬季也可長達(dá)6 個(gè)月，嚴(yán)寒期4 個(gè)月左右，而夏季只有1—3 個(gè)月，沒有酷熱期。壩上冬季顯著長于壩下地區(qū)，壩上春、秋季也略長于壩下地區(qū)，壩上無霜期少于壩下。

圖3 1965—2010 年張家口地區(qū)四季長度空間分布（a）春季；（b）夏季；（c）秋季；（d）冬季Fig.3 Spatial distribution of the lengths for each season in Zhangjiakou from1965 to 2014

3.2.2 近50 年變化趨勢

圖4 為四季長短氣候傾向率分析，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，張家口各縣區(qū)近50 年來壩上春季延長（2.02d/10a），壩下春季略縮短（1.60d/10a），壩下夏季延長（3.94d/10a），壩下地區(qū)春季提前趨勢顯著于壩上地區(qū)，由于夏季提前趨勢非常顯著，壩下地區(qū)的春季長短是呈縮短趨勢的，說明壩下≥22℃日數(shù)增多。壩上、壩下地區(qū)秋季長短變化均不明顯，冬季都呈顯著縮短（壩上：2.61d/10a、壩下：2.30d/10a）趨勢，且壩上地區(qū)冬季縮短趨勢更加顯著一些，壩上地區(qū)冬季開始日推遲趨勢也顯著于壩下地區(qū)。壩上地區(qū)春季和冬季的變化明顯，壩下地區(qū)夏季和冬季的變化明顯。

圖4 1965—2014 年張家口地區(qū)平均四季長度變化趨勢（壩上地區(qū)春、秋、冬季：a、d、f；壩下地區(qū)春、夏、秋、冬季：b、c、e、g）Fig.4 Trend of average length of each season at Bashang and Baxia from 1965 to 2014

3.3 突變分析

該研究利用MK 突變檢驗(yàn)方法對壩上、壩下地區(qū)的四季開始日做突變分析。UB 和UF 兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻便是突變開始的時(shí)間，為保障突變檢驗(yàn)的有效性。配以滑動(dòng)t 檢驗(yàn)法來檢驗(yàn)突變點(diǎn)，這兩種方法在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有一定程度的互補(bǔ)性［13］。采用t 檢驗(yàn)去除非氣候突變點(diǎn)的干擾［14］，取置信度95%，闕值±1.96，結(jié)果顯示壩下地區(qū)夏、秋、冬季開始日存在突變點(diǎn)，然而壩上地區(qū)四季開始日均無突變點(diǎn)存在。壩下地區(qū)夏季開始日在1980 年和1992 年發(fā)生兩次突變，夏季開始日在1980 年至80 年代中期推后趨勢，在1992 年之后呈現(xiàn)提前趨勢；秋季開始日在1982 年之后呈現(xiàn)顯著推后趨勢；冬季開始日在2011 年出現(xiàn)突變，20 世紀(jì)70 年代后期至2010 年UF 線呈現(xiàn)上升趨勢，冬季開始日呈現(xiàn)推后趨勢，UF 線在2011 年后呈現(xiàn)下降趨勢，冬季開始日在2011 年后呈現(xiàn)提前趨勢。

圖5 壩下地區(qū)四季開始日的曼—肯德爾統(tǒng)計(jì)量曲線（夏、秋、冬季：a、b、c）Fig.5 Mann-Kendall statistic curve of the beginning dates of each season at Baxia

3.4 氣候季節(jié)變化對農(nóng)業(yè)的影響

在全球氣候變暖的背景下，積溫的升高會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成一定影響。一方面，延長了農(nóng)作物的適宜生長期，滿足作物所需的熱量，提高了復(fù)種指數(shù)［15］；另一方面，為農(nóng)業(yè)病蟲害的繁衍提供了更為適宜的環(huán)境，從而加劇病蟲害的發(fā)生，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，同時(shí)對農(nóng)作物的抗旱能力要求提高［16］。該文分別將張家口14 個(gè)站的≥10℃活動(dòng)積溫分別與春季初始日和秋季初始日做了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)張家口各縣區(qū)活動(dòng)積溫與春季初始日均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)且大部分地區(qū)負(fù)相關(guān)性顯著；與秋季初始日呈正相關(guān)（僅除崇禮、赤城），壩下大部分地區(qū)正相關(guān)性顯著（表1）。春季提前，秋季推后，≥10℃活動(dòng)積溫呈上升趨勢。

誠信是人格修養(yǎng)中最基礎(chǔ)的部分。誠信在基本字義的基礎(chǔ)上形成了其獨(dú)具特色并具有豐富內(nèi)涵的人格觀。例如在傳統(tǒng)文化的經(jīng)典著作中，老子在《老子·第八十一章》提到:“信言不美，美言不信”;孔子在《論語·子路》中說:“人而無信，不知其可也”，把誠信作為立身處世的根本?！耙恢Z千金”“一言九鼎”“童叟無欺”等關(guān)于誠信的數(shù)量眾多的成語從側(cè)面顯示了信用在中國人心目中的地位?！把员匦?，行必果”也就是言行一致，是大學(xué)生人格中內(nèi)在價(jià)值觀與外在行為協(xié)調(diào)發(fā)展的表現(xiàn)。大學(xué)生人格修養(yǎng)要以誠立人，誠信為本。

表1 張家口各縣區(qū)入季時(shí)間（春季、秋季初始日）與≥10℃積溫的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficient between the beginning dates of the seasons（spring and autumn initial days）and the accumulated temperature of ≥10℃ in Zhangjiakou

倒春寒正式進(jìn)入春天，即侯平均氣溫超過10℃以后，由于受較強(qiáng)冷空氣頻繁襲擊，氣溫下降較快，維持期達(dá)到3 d 以上的前暖后冷，并造成大范圍地區(qū)農(nóng)作物受凍害的天氣現(xiàn)象或天氣過程［17］。該文結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長所需氣溫和熱量條件，統(tǒng)計(jì)了1965—2014年14 個(gè)站點(diǎn)的倒春寒頻次，并將其與春季初始日做了相關(guān)分析，結(jié)果表明（表2），倒春寒出現(xiàn)頻次與春季開始日呈負(fù)相關(guān)且大部分地區(qū)負(fù)相關(guān)關(guān)系顯著，春季提前，倒春寒出現(xiàn)頻次增加。

表2 張家口各縣區(qū)春季初始日與倒春寒頻次的相關(guān)系數(shù)Table2 Correlation coefficient between the beginning dates of spring and the frequency of late spring cold in Zhangjiakou

氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響存在顯著的區(qū)域性差異，利弊共存［18］。氣候季節(jié)的變化對張家口各地區(qū)農(nóng)業(yè)有多方面的影響。

（1）改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局。春夏季提前、秋冬季推遲，≥10℃活動(dòng)積溫呈上升趨勢，農(nóng)作物適宜生長期延長，建議物種選擇、播種期和種植面積需根據(jù)氣候變化作出相應(yīng)調(diào)整，更好地發(fā)揮作物的產(chǎn)量潛力。

（2）增加作物生產(chǎn)不穩(wěn)定性。春季初始日提前使得春季農(nóng)時(shí)緊迫性增強(qiáng)且作物遭受倒春寒的危險(xiǎn)性加大。

此外，依據(jù)相關(guān)的研究結(jié)果［19］，春夏季延長促使病蟲害危害期延長，害蟲種群增長力增加，繁殖世代數(shù)增加；冬季延后，冬季長度縮短，蟲卵、病菌更容易越冬存活，導(dǎo)致翌年農(nóng)業(yè)蟲害加重。但由于作物品種不斷改良更新以及病蟲害資料缺少且資料長度短，還有待進(jìn)一步研究。

生產(chǎn)中可以根據(jù)氣候變化，調(diào)整播種期，選擇適合的品種，充分利用熱量資源條件，更好地發(fā)揮作物的產(chǎn)量潛力。通過提高天氣監(jiān)測預(yù)警能力，加強(qiáng)氣象、農(nóng)林業(yè)、環(huán)境等部門聯(lián)動(dòng)，為廣大農(nóng)民朋友提供更為全面及時(shí)的農(nóng)業(yè)服務(wù)。

4 結(jié)論與討論

（2）近50 年來，張家口地區(qū)平均四季開始日主要表現(xiàn)為壩上、壩下春季均提前且壩上更為明顯；壩下夏季有顯著提前趨勢；秋冬季推遲，壩下秋季推遲趨勢更為明顯，而壩上冬季推遲趨勢更為明顯。

（3）張家口近50 年不同季節(jié)的持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)為：壩上地區(qū)春季延長、壩下春季縮短，壩下地區(qū)夏季延長，秋季長短變化不明顯，壩上、壩下地區(qū)冬季均呈顯著縮短趨勢。突變分析表明壩下地區(qū)夏季開始日在1980 年和1992 年發(fā)生突變，秋、冬季開始日分別在1982 年、2011 年發(fā)生突變，夏季開始日在1980 年至80 年代中期推后趨勢，在1992年之后呈現(xiàn)提前趨勢；秋季開始日在1982 年之后呈現(xiàn)顯著推后趨勢；冬季開始日在20世紀(jì)70 年代后期至2010 年呈現(xiàn)推后趨勢，在2011 年后呈現(xiàn)提前趨勢。壩下地區(qū)春季開始日和壩上地區(qū)四季開始日均無有效突變。

（4）張家口季節(jié)變化使得適宜生長期延長、大于等于10℃活動(dòng)積溫增加、倒春寒頻次增加，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局的改變、作物生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加。因此，通過合理調(diào)整農(nóng)業(yè)布局結(jié)構(gòu)，提高天氣監(jiān)測預(yù)警能力，加強(qiáng)氣象、農(nóng)林業(yè)、環(huán)境部門聯(lián)動(dòng)等方法，有助于促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。