近63年荊州市四季變化特征分析

耿一風 黃永平

摘要 利用荊州站1955—2017年逐日氣溫資料，在研究四季長度和起始時間變化特征的基礎上，利用Mann-Kendall檢驗等方法對季節(jié)的時間變化趨勢進行研究。結(jié)果表明，季長變化上，荊州夏季季長有極顯著的增加趨勢（P<0.01），秋、冬兩季季長有極顯著的縮短趨勢（P<0.01），即夏季以延長為主，秋、冬季主要表現(xiàn)為縮短，而春季季長無明顯變化。季節(jié)起始日上，冬秋兩季起始日期有極顯著的推后趨勢（P<0.01），春、夏季則表現(xiàn)為極顯著的提前趨勢（P<0.01）。

關(guān)鍵詞 季節(jié)；Mann-Kendall檢驗；季長；起始日；變化特征

中圖分類號 S162 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）22-0138-03

Abstract Using the daily temperature data of Jingzhou Station from 1955 to 2017，based on the study of the characteristics of seasonal changes in length and starting time，MannKendall test and other methods were used to study the seasonal trends of time.The results showed that the growth of Jingzhou summer season had a very significant increasing trend （P<0.01），and the growth of autumn and winter seasons had a very significant decreasing trend （P<0.01）.That summer was given priority to with extend，autumn and winter main showed shorten，and the spring season long had no obvious change.Season starting on the day，winter and autumn start date had significantly delayed tendency （P<0.01），spring and summer was extremely significant trends in advance （P<0.01）.

Key words Season；MannKendall test；Season length；Start date；Change characteristics

IPCC第四次評估報告指出，近半個世紀全球地表氣溫的線性增暖速率幾乎是近1 000年的2倍，氣候呈現(xiàn)出顯著增暖的變化特點[1-2]。氣候變化國家評估報告明確指出，在全球氣候變暖的背景下，我國近50年極端天氣氣候事件的頻率和強度出現(xiàn)了明顯的變化，同時也影響著季節(jié)的更替[3]。在全球增暖特點下，我國大部分地區(qū)季節(jié)長度和起止時間也發(fā)生了顯著變化[4-7]。許多學者對整個中國、華北、長三角地區(qū)、華南、西南的四季變化特征進行了相關(guān)研究[8-15]。陳正洪等[16]分析了全球氣候變暖背景下湖北四季的時間變化趨勢，這是對華中地區(qū)以點代面的一個研究。江漢平原是華中地區(qū)核心地帶，作為全國重要的糧棉油等商品生產(chǎn)基地，特別是作為江漢平原腹地的荊州市，由于近些年四季變化導致當?shù)剞r(nóng)民對一些主產(chǎn)作物的播種期進行了盲目性的調(diào)整，由此而導致的農(nóng)業(yè)氣象災害時有發(fā)生，農(nóng)民感到無所適從。筆者利用荊州站1955—2017年逐日氣溫資料，采用Mann-Kendall檢驗等方法對四季長度和起始時間變化特征進行了研究。

1 資料與方法

資料采用中國氣象局荊州國家基本站1955—2017年逐日平均氣溫作為基礎數(shù)據(jù)。季節(jié)劃分采用5 d滑動平均法[17]確定穩(wěn)定通過四季界限溫度（冬季和春季10 ℃，夏季和秋季22 ℃）[18]的起止日期。具體方法：以5 d為滑動步長，選取該日與其前后2 d的日平均氣溫值計算滑動平均，1年中，5 d滑動平均值小于10 ℃的最長一段時期內(nèi)，則以第一組滑動平均中的第一個小于10 ℃日期作為冬季的初日（入冬日），依此法可找到大于10 ℃的初日（入春日）、大于22 ℃的初日（入夏日）、小于22 ℃的初日（入秋日），再由四季的起始時間計算四季長度，然后將四季季長和各季起始日期以10年為步長做滑動平均，最后用一元線性擬合方法，檢驗四季季長和四季平均起始日期的變化趨勢。并在此基礎上運用MannKendall檢驗對荊州地區(qū)季節(jié)的顯著變化特征和突變點進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 季節(jié)的氣候變化趨勢分析

以穩(wěn)定通過四季界限溫度的方法得出四季起始日期，并由此計算四季季長，每年的季節(jié)依次為冬、春、夏、秋季，而年日數(shù)為四季季長之和。由表1可知，荊州市四季長度變化幅度較大，同一季節(jié)，最長日數(shù)達到最短日數(shù)的2～3倍。最短季節(jié)日數(shù)僅為34 d，發(fā)生在1997年秋季；而最長為167 d，發(fā)生在1997年夏季。從季節(jié)平均長度來看，夏季持續(xù)時間最長，冬季次之，春季和秋季長度相接近。夏季的平均長度接近秋季的2倍，夏冬兩季占全年的63.9%。

四季長度的氣候傾向率中，只有春季未通過0.01水平的顯著性檢驗，冬秋兩季通過0.01水平的顯著性檢驗且為負值，夏季亦通過0.01水平的顯著性檢驗且為正值，說明近63年來荊州市夏季季長有增加的趨勢，冬秋兩季有減少的趨勢，且冬季日數(shù)減少的趨勢率大于秋季日數(shù)減少的趨勢率，而夏季日數(shù)增加的趨勢率大于冬秋兩季日數(shù)減少的趨勢率。

四季起始日的氣候傾向率中，冬季、春季、夏季、秋季均通過0.01水平的顯著性檢驗，春季、夏季為負值，即春季、夏季起始日有提前的趨勢；冬季、秋季為正值，即冬秋兩季起始日有推后的趨勢。

2.2 季節(jié)氣候變化的突變分析

冬夏秋三季長度、冬春夏秋四季起始日期均通過顯著性檢驗，因此對其進行Mann-Kendall檢驗，如圖1所示。由圖1a的UF曲線可以看出，荊州市冬季時長變化趨勢可分為1955—1962、1963—1973和1974—2017年3個階段。1962年前，冬季日數(shù)以減少趨勢為主（僅1961年呈增加趨勢，但不顯著）；1963—1973年冬季日數(shù)呈增加趨勢；1974—2017年冬季日數(shù)呈減少趨勢，且在1975年之后，UF曲線超過U0.05=±1.96（P<0.05），并在1978年突破U0.01=±2.58（P<0.01），呈極顯著減少趨勢。圖1a中UF和UB曲線相交于1972年，表明1972年冬季長度發(fā)生了突變，由緩慢波動變化轉(zhuǎn)為單一明顯的縮短趨勢，表明冬暖加劇。

從圖1b的UF曲線可以看出，荊州市夏季時長變化趨勢可分為1955—1997、1998—2017年2個階段。1998年前，夏季日數(shù)以減少趨勢為主（僅1961、1962年呈增加趨勢，但不顯著）；且從1970年始，UF曲線突破U0.01=±2.58（P<0.01），呈極顯著減少趨勢，這種趨勢直至1975年結(jié)束。1998年開始夏季季長呈增加趨勢，且這種趨勢在2005年UF曲線突破U0.01=±2.58（P<0.01），呈極顯著增加趨勢。圖1b中UF和UB曲線相交于1994年，表明1994年夏季長度發(fā)生了突變，由緩慢波動變化轉(zhuǎn)為單一明顯的增長趨勢。

從圖1c的UF曲線可以看出，荊州市秋季時長變化趨勢可分為

1955—1970、1971—1994和1995—2017年3個階段。1971年前，秋季日數(shù)變化趨勢不明顯；1971—1994年秋季日數(shù)呈增加趨勢；1995年后秋季日數(shù)步入減少趨勢，且這種趨勢在2006年UF曲線突破U0.01=±2.58（P<0.01），呈極顯著減少趨勢。圖1c中UF和UB曲線相交于1992年，表明1992年秋季長度發(fā)生了突變，由緩慢波動變化轉(zhuǎn)為單一明顯的縮短趨勢。

隨時間變化趨勢上，圖1d中，冬季起始時間在1977年之前，主要表現(xiàn)為提前趨勢，且在1967—1972年均通過0.05水平的顯著性檢驗，入冬提早顯著。1977年后入冬表現(xiàn)為延后趨勢，且在1989—1996年（1994年除處）均通過0.05水平的顯著性檢驗，入冬延后顯著；2000—2006年均通過0.01水平的顯著性檢驗，入冬延后極顯著；圖1d中UF和UB曲線相交于1972年，表明1972年冬季起始日發(fā)生了突變，入冬日由提前趨勢向延后趨勢轉(zhuǎn)變。

隨時間變化趨勢上，圖1e中，春季起始時間自1955年始，基本上是提前趨勢，UF和UB曲線相交于1993年，表明1993年春季起始日發(fā)生了突變，入春日由緩慢波動變化轉(zhuǎn)為單一明顯的提前趨勢，且在2001年突破U0.01（P<0.01），呈極顯著提前趨勢。

從圖1f可看出，夏季起始日變化主要分為3個時期，即1955—1969年的小幅提前期、1970—1999年的波動延后期和2000—2017年的一致提早期，只有在2007年之后通過0.05水平的顯著性檢驗，入夏時間呈顯著提早趨勢。

從圖1g可看出，秋季起始日變化主要分為2個時期，以1987年為界，1987年之前入秋日呈提前趨勢，且在1964—1975年表現(xiàn)為顯著提前趨勢；1987年之后，入秋日呈延后趨勢，UF和UB曲線相交于1986年，表明1986年秋季起始日發(fā)生了突變，入秋日由緩慢波動變化轉(zhuǎn)為單一明顯的延后趨勢，且在1995年UF曲線突破U0.01=±2.58（P<0.01），呈極顯著延后趨勢。

3 結(jié)論與對策

3.1 結(jié)論

（1）近63年荊州市四季長度，夏季最長，冬季次之，春、秋季相接近，且秋季略短。在變化趨勢上，夏季日數(shù)表現(xiàn)為顯著增加，且在1994年發(fā)生突變，由緩慢波動轉(zhuǎn)為明顯的增長趨勢；冬、秋兩季日數(shù)表現(xiàn)為顯著減少，且冬季在1972年發(fā)生突變，由緩慢波動轉(zhuǎn)為明顯的縮短趨勢，其主要原因表現(xiàn)為20世紀70年代始，入冬延后，而春季自1955年有資料記錄以來，入春日一直呈提前趨勢，這種入冬日延后而入春日提前的相向壓縮使得冬季季長自然縮短；而秋季在1992年發(fā)生突變，也由緩慢波動轉(zhuǎn)為明顯的縮短趨勢。

（2）荊州市四季起始時間變化，春、夏季起始時間有顯著的提前趨勢，春季突變發(fā)生在1993年，而夏季的突變發(fā)生在1996年，春、夏兩季起始時間發(fā)生突變的時間相接近，說明在20世紀90年代中后期，荊州市表現(xiàn)為春季來得早，夏季也來得早；而秋、冬起始時間有顯著的推后趨勢。

3.2 對策

（1）勿因氣候變暖過早播種早稻。由于入春日提前，近些年來江漢平原與洞庭湖平原部分地方農(nóng)戶在3月上中旬氣溫回暖時段即行早稻播種，這雖在有的年份有所“成效”，但不少農(nóng)戶在效法中都適得其反，損失慘重。究其原因，氣候變暖背景下，時段性的低溫冷害并非減少，早稻播種過早，生育期提前，在孕穗期間遭遇了日平均氣溫連續(xù)3 d或以上低于20 ℃的嚴重“五月寒”頻次增多，使其空殼率明顯增高，結(jié)實率降低。為此建議，廣大農(nóng)民群眾要正確認識與應對氣候變暖，不要以為春季出現(xiàn)時段性的急劇增溫現(xiàn)象，就盲目地提前播種，甚至還采用特早熟品種，使生殖生長期提前，這對早稻來說，不僅抗御低溫能力明顯減弱，而且遭受低溫冷害的風險較高。對于在氣候變暖中，如何充分地利用熱量資源的問題，應聽取當?shù)剞r(nóng)業(yè)與氣象部門的意見，以利于科學理性決策。

（2）利用夏季延長、入秋推遲的氣候趨變特點，適當推遲中稻播種期，進而在保證產(chǎn)量的前提下，提高稻米品質(zhì)。據(jù)西北農(nóng)業(yè)大學孟亞利等[19]研究，稻米品質(zhì)受灌漿結(jié)實期平均氣溫、平均太陽輻射、平均相對濕度等因子影響，且溫度對米質(zhì)的作用最大。具體來說，秈稻灌漿結(jié)實期最優(yōu)平均氣溫為22.0～24.0 ℃，統(tǒng)計分析表明，江漢平原22.0～24.0 ℃（80%保證率）的時段在8月22日—9月8日，如果能將秈型雜交稻抽穗揚花期控制在8月中旬后期，那么現(xiàn)行中稻遲熟品種的播種期由4月20日—5月初相應推遲到5月15—25日。

（3）冬季時間推后，暖冬頻現(xiàn)，導致小麥抽穗期提前，由此造成小麥生長“多害并發(fā)”。過早拔節(jié)，對低溫凍害的抗御能力明顯減弱，使以后穗粒數(shù)減少；尤其是若過早孕穗遇低溫天氣，將使其花粉不育率明顯增高，出現(xiàn)“胎里壞”，導致結(jié)實率明顯降低?；诮瓭h平原乃至長江中下游地區(qū)，冬小麥品種由傳統(tǒng)的半冬性向偏春性、春性轉(zhuǎn)化，其播期應適當延后，像鄭麥9023播種期應安排在10月25日以后。

（4）油菜的播期也應相應推遲，既考慮利用秋季氣候資源爭“秋發(fā)”，又考慮年前有13片綠葉而不抽薹，一旦發(fā)現(xiàn)可能生長過旺，就及早葉面噴施多效唑抑旺促壯，以免遭遇凍害。

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