淮河流域南部作物生長季農(nóng)業(yè)氣候資源特征分析

陳曉藝 ，曹雯，王曉東，姚筠 ，岳偉

氣候作為自然資源和自然環(huán)境的重要組成部分，是人類生存、經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的基本條件之一。氣候的任何變化都將對自然生態(tài)系統(tǒng)、社會經(jīng)濟產(chǎn)生重大影響（葉篤正，1992；趙俊芳等，2010）。氣候變化不僅會對農(nóng)業(yè)氣候資源和自然災害狀況的變化產(chǎn)生影響，還會對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生有利或者不利的影響（Battisti et al.，2009；秦大河，2014；張亞寧等，2017）。農(nóng)業(yè)是受氣候變化影響最直接的脆弱行業(yè)（郭建平，2015）。許多區(qū)域的作物研究表明，氣候變化對糧食產(chǎn)量的不利影響比有利影響更為顯著（姜彤等，2014）。

近年來，氣候變化及其對氣候資源的影響越來越受到學者們的關注，葉金印等（2016）對 1961—2010年淮河流域常規(guī)氣象要素的時空特征進行了分析，結(jié)果表明，全流域年平均氣溫表現(xiàn)出升高趨勢，年均降水量南多北少的空間分布差異呈增大趨勢；張紅等（2012）利用安徽省多個觀測站點30年的逐日氣象觀測資料分析了安徽省氣候變化空間分布特征，結(jié)果表明，安徽省年均溫度日較差以32°N特征為界，呈現(xiàn)出北增南減的趨勢；年降水量以32.52°N為界線，也呈北增南減，南北差異呈逐年減小的特征；譚芳穎等（2009）研究了華北平原1961—2005年農(nóng)業(yè)氣候資源的變化特征，結(jié)果表明該區(qū)熱量資源呈增加趨勢，降水量變化不顯著，使得華北平原降水量的地區(qū)差異減??；何永坤等（2011）分析了東北地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的變化特征，得出東北三省總體呈現(xiàn)熱量資源增加，水分資源、光照資源減少的趨勢，導致東北地區(qū)氣候趨于干暖化。已有研究大多都是針對某一省或者某一地區(qū)全年的氣候資源變化進行分析。相對而言，農(nóng)作物生長季的氣候資源變化更能對農(nóng)作物生長發(fā)育產(chǎn)生直接影響（曹倩等，2011）。

淮河流域南部是指安徽省江淮分水嶺以北的沿淮和淮北平原以及大別山北部地區(qū)，總面積6.7×104km2，占安徽省面積的 48%；耕地面積2.84×106hm2，占安徽省耕地面積的65%以上；糧食總產(chǎn)占安徽省的 70%以上。該區(qū)域雨熱同季，光熱水氣候資源豐富，是安徽省糧食主產(chǎn)區(qū)，也是國家重要的商品糧基地。但由于該區(qū)地處暖溫帶和北亞熱帶兩大氣候帶的過渡區(qū)，冷暖空氣交匯頻繁，導致旱澇災害頻繁發(fā)生，其旱澇發(fā)生率和成災率均位居安徽省之首（馬曉群等，2009）。因此，開展該區(qū)域主要糧食作物生長季農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析，對提高氣候資源利用率、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)風險、確保糧食安全具有一定的現(xiàn)實意義。

目前，雖然很多學者對淮河流域全年氣溫、降水等氣候要素的變化特征（魏鳳英等，2009；劉富弘等，2010；王又豐等，2011）及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響（張愛民等，2002；馬曉群等，2002）進行過研究，但對該區(qū)域不同糧食作物生長季的農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析研究還鮮有報道。本研究利用淮河流域安徽省境內(nèi) 33站 1971—2015年逐日氣象資料，分析主要糧食作物冬小麥Triticum aestivum和夏玉米 Zea mays、一季稻Oryza sativa生長季的農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征，為淮河流域主要糧食作物生產(chǎn)合理利用氣候資源、趨利避害、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究資料

本研究使用的逐日氣象資料來源于安徽省氣象信息中心，主要包括淮河流域南部33個站點（圖1）1971—2015年的日平均氣溫（℃）、日降水量（mm）、日照時數(shù)（h）和地面溫度（℃）。

作物播種面積、產(chǎn)量資料由安徽省統(tǒng)計局提供；災情資料由安徽省民政廳提供。

淮河流域南部農(nóng)作物主要有冬小麥、夏玉米等旱作物，沿淮地區(qū)分布有一定面積的一季稻。本文主要分析冬小麥生長季（10—5月）和夏玉米、一季稻生長季（4—10月）的農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征。

冬小麥每年從10月上旬開始播種，5月下旬開始收獲（于波等，2013），因此冬小麥生長季選取10月—次年5月為研究時間段。夏玉米從6月中旬陸續(xù)播種，9月下旬—10月上旬收獲；一季稻從4月中旬—5月上旬播種，9月上旬—10月中旬收獲（于波等，2013），由于夏玉米和一季稻生長季大部分時間重合，為了保證農(nóng)業(yè)氣候條件比較的一致性，夏玉米和一季稻生長季統(tǒng)一選取4—10月為研究時間段。

圖1 淮河流域南部（安徽省境內(nèi)）示意圖Fig. 1 The sketch map of south area of Huai River Basin (in Anhui Province)

1.2 研究方法

1.2.1 界限溫度

利用各站點逐日平均氣溫，采用5日滑動平均法計算≥0 ℃和≥10 ℃界限溫度的起止日期，并統(tǒng)計期間的持續(xù)日數(shù)和積溫（℃?d）。

日平均氣溫穩(wěn)定通過某溫度值，指連續(xù)5 d之內(nèi)不再出現(xiàn)低于此溫度的指標。穩(wěn)定通過界限溫度的算法是采用5日滑動平均方法。當連續(xù)5 d日平均氣溫平均值大于界限溫度時，繼續(xù)下滑1 d并計算下一個5 d日平均氣溫平均值，直到連續(xù)5 d日平均氣溫平均值不再大于界限溫度為止。首先，記錄中間5天日平均氣溫平均值均大于界限溫度的起、止時間（日期），再從首5天中找到不再出現(xiàn)小于界限溫度的日期，該日期作為穩(wěn)定通過某界限溫度的開始日期；然后，從末5天中找到不再出現(xiàn)大于界限溫度的日期，該日期作為穩(wěn)定通過某界限溫度的終止日期。

1.2.2 無霜期

利用各站點入秋以來逐日地面溫度，計算各站點初終霜日（入秋以來地面溫度第一次和最后一次低于 0 ℃的日期稱為初霜日和終霜日）和無霜期（終霜日到初霜日之間的天數(shù)）。

1.2.3 降水變率

降水變率（v）指降水相對變率，即某地實際降水量與同期多年平均降水量之差的絕對值與多年平均降水量的百分比。降水變率大小反映降水的穩(wěn)定性或可靠性高低，一個地區(qū)降水豐富、變率小，表明水資源利用價值高。降水變率越大，表明降水愈不穩(wěn)定，往往反映該地區(qū)旱澇頻率較高（龔宇等，2008）。

式中，xi為某站點逐年降水量；x為某站點累年平均降水量；n為降水資料年數(shù)。

1.2.4 太陽輻射

利用曹雯等（2014）研究獲得的基于安徽及其周邊地區(qū)輻射實測資料修正的模型計算太陽輻射Rs，具體公式為：

式中，R0為天文輻射；n代表實際日照時數(shù)；N代表可能日照時數(shù)；ωs是日落時的時角。

1.2.5 Mann-Kendall（M-K）方法檢驗

Mann-Kendall方法是非參數(shù)突變統(tǒng)計檢驗，該方法的優(yōu)點是所選序列數(shù)據(jù)無需遵從某種分布特征，亦不受少數(shù)異常值的干擾（魏鳳英等，2007），在原假設氣候序列沒有變化的情況下，定義一個統(tǒng)計量，進行方差檢驗。其中，UF為要素序列數(shù)據(jù)M-K檢測順序統(tǒng)計曲線；UB為要素序列數(shù)據(jù)M-K檢測逆序統(tǒng)計曲線，若順序統(tǒng)計曲線超過信度臨界線，即表示存在顯著的趨勢變化，如果順序統(tǒng)計曲線與逆序統(tǒng)計曲線的交叉點位于信度臨界線之間，這點便是突變的開始點（張偉等，2007；岳偉等，2014；張秀云等，2017）。

1.2.6 氣候傾向率

采用最小二乘法對 45 a的氣象要素數(shù)據(jù)與時間進行一元線性回歸（y=a+bx，y為氣象要素值，x為時間），a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，b（正/負）的大小表示氣象要素隨時間（升高/降低）的變化速率（葉金印等，2016）。b=在一年中的變化量即為氣候傾向率。

2 結(jié)果分析

2.1 熱量資源時空變化

2.1.1 平均氣溫

淮河流域南部冬小麥生長季和夏玉米、一季稻生長季45 a平均氣溫由北向南遞增，且山區(qū)多于平原。年平均氣溫變化的空間差異還表現(xiàn)在氣溫增加的速率上，不同作物生長季的增溫速率的空間分布基本一致，淮北北部、東部和西部的部分地區(qū)氣溫增加相對緩慢，其中冬小麥生長季增溫速率在0.04 ℃?a-1以下（圖2a），夏玉米和一季稻生長季增溫速率在 0.02 ℃?a-1以下（圖 2b）。淮北西北部、東北部的局部以及沿淮中部為氣溫顯著增加區(qū)，冬小麥生長季增溫速率超過了 0.05 ℃?a-1（圖 2a），夏玉米和一季稻生長季超過了0.04 ℃?a-1（圖2b）。冬小麥生長季所有站點的增溫趨勢均通過了 0.01水平的顯著性檢驗，夏玉米和一季稻生長季有85%站點通過了0.01水平的顯著性檢驗。

冬小麥生長季和夏玉米、一季稻生長季平均氣溫隨年代推進均呈增加趨勢，氣候傾向率分別為0.04 ℃?a-1和 0.02 ℃?a-1（P＜0.01），冬小麥生長季平均氣溫最大和最小值分別出現(xiàn)在2007年（12.1 ℃）和1972年（8.8 ℃），夏玉米和一季稻生長季平均氣溫最大和最小值分別出現(xiàn)在 2013年（23.2 ℃）和1972年（8.8 ℃）（圖3a，圖3b）。從年代際的變化看，各作物生長季平均氣溫90年代以后增幅明顯加大，比70年代、80年代增加了0.6～1.0 ℃（表1）；各作物生長季均在2000年以后穩(wěn)定在高值區(qū)，變化幅度不大。M-K突變檢測結(jié)果顯示，冬小麥生長季平均氣溫從80年代中期開始呈上升趨勢，特別是90年代以后上升趨勢十分顯著，1998年UF曲線超過了α0.01=2.58（P＜0.01）信度檢驗臨界線，呈極顯著上升趨勢。UF和UB曲線相交于1993年，表明冬小麥生長季平均氣溫在1993年產(chǎn)生了突變（圖4a）；夏玉米和一季稻生長季從90年代開始呈增溫趨勢，在1994年產(chǎn)生了突變，增暖趨勢明顯，到 2005年超過了α=0.01信度檢驗臨界線，呈極顯著增暖趨勢（圖4b）。

圖2 淮河流域南部作物生長季熱量資源氣候傾向率分布Fig. 2 Distribution of climatic trend rate of heat resources during crops growing seasons（a）冬小麥生長季平均氣溫；（b）夏玉米和一季稻生長季平均氣溫；（c）冬小麥生長季≥0 ℃積溫；（d）夏玉米和一季稻生長季≥0 ℃積溫(a) Average temperature of winter wheat growing season; (b) Average temperature of summer corn and rice growing season; (c) ≥0 ℃ accumulated temperature of winter wheat growing season; (d) ≥0℃ accumulated temperature of summer corn and rice growing season

2.1.2 農(nóng)業(yè)界限溫度

一定界限溫度以上的積溫及其持續(xù)日數(shù)是評價某一地區(qū)熱量資源的重要指標之一。日平均氣溫≥0 ℃積溫反映該地區(qū)農(nóng)事季節(jié)內(nèi)熱量資源，而≥10 ℃積溫反映了喜溫作物生長期內(nèi)的熱量狀況（王馥棠等，2005）。

2.1.2.1 ≥0 ℃和≥10 ℃積溫變化

冬小麥生長季和夏玉米、一季稻生長季≥0 ℃和≥10 ℃積溫的增溫速率空間分布與平均氣溫基本一致。冬小麥生長季增溫緩慢區(qū)域的增溫速率均在6.0 ℃?d?a-1以下，增溫較快區(qū)域均超過了11.0 ℃?d?a-1（圖 2c）。夏玉米和一季稻生長季增溫緩慢區(qū)域的增溫速率均在 3.5 ℃?d?a-1以下，≥0℃積溫增溫較快區(qū)域超過了 6.5 ℃?d?a-1（圖 2d），≥10 ℃積溫超過了7.0 ℃?d?a-1。

冬小麥生長季和夏玉米、一季稻生長季≥0 ℃和≥10 ℃積溫均隨年代推進而增勢明顯，≥0 ℃積溫氣候傾向率分別為 8.7 ℃?d?a-1和 5.1 ℃?d?a-1（P＜0.01）（圖 3c，圖 3d）；≥10 ℃積溫氣候傾向率分別為 8.7 ℃?d?a-1和 5.6 ℃?d?a-1（P＜0.01）。2000年以后≥0 ℃積溫分別比 70年代、80年代高約250 ℃?d（冬小麥生長季）和 155 ℃?d（夏玉米和一季稻生長季），≥10 ℃積溫比70年代、80年代分別高 230～270℃?d（冬小麥生長季）和 165 ℃?d（夏玉米和一季稻生長季）（表1）。

圖3 淮河流域南部作物生長季熱量資源隨時間變化趨勢Fig. 3 Trend chart of heat resources during crops growing seasons（a）冬小麥生長季平均氣溫；（b）夏玉米和一季稻生長季平均氣溫；（c）冬小麥生長季≥0 ℃積溫；（d）夏玉米和一季稻生長季≥0 ℃積溫(a) Average temperature of winter wheat growing season; (b) Average temperature of summer corn and rice growing season; (c) ≥0 ℃ accumulated temperature of winter wheat growing season; (d) ≥0 ℃ accumulated temperature of summer corn and rice growing season

表1 作物生長季各氣象要素年代際變化Table 1 Decadal variation of meteorological elements in crop growing seasons

M-K突變檢測結(jié)果得出，各作物生長季≥0 ℃和≥10 ℃積溫均從90年代開始呈明顯的增加趨勢，冬小麥生長季和夏玉米、一季稻生長季≥0 ℃積溫UF曲線分別在1998年和2005年超過了α0.01=2.58（P＜0.01）信度檢驗臨界線，呈極顯著增加趨勢。UF和UB曲線均相交于1994年，表明各作物生長季≥0 ℃積溫均在1994年產(chǎn)生了突變，由1994年之前的緩慢增加轉(zhuǎn)為之后的明顯增加趨勢。各作物生長季≥10 ℃積溫UF曲線分別在2000年和2004年超過了α=0.01信度檢驗臨界線，呈極顯著增加趨勢，均在1995年前后產(chǎn)生了突變（圖4c，圖4d）。

2.1.2.2 初、終霜日和無霜期

圖4 淮河流域南部作物生長季熱量資源M-K突變檢測Fig. 4 Mann-Kendall test of heat resources during crops growing seasons（a）冬小麥生長季平均氣溫；（b）夏玉米和一季稻生長季平均氣溫；（c）冬小麥生長季≥10 ℃積溫；（d）夏玉米和一季稻生長季≥10 ℃積溫(a) Average temperature of winter wheat growing season; (b) Average temperature of summer corn and rice growing season; (c) ≥0 ℃ accumulated temperature of winter wheat growing season; (d) ≥0 ℃ accumulated temperature of summer corn and rice growing season

淮河流域南部45 a平均初霜日除沿淮西南部出現(xiàn)在12月上旬外，大多出現(xiàn)在11月中下旬，呈北早南遲、平原早山區(qū)遲的特點。近45年淮河流域南部初霜日呈推遲趨勢，與曹倩等（2011）的研究結(jié)論一致，其變化速率為0.23 d?a-1（P＜0.01）。M-K檢測結(jié)果得出，初霜日自上世紀90年代中期以后明顯推遲，到2004年這種推遲趨勢更加顯著（P＜0.01），初霜日變化的突變點為1995年，突變前初霜日的距平平均值為-2.42 d，即此階段初霜日比多年平均偏早2.42 d；而突變后初霜日的距平平均值為3.86 d，即此階段初霜日比多年平均偏晚3.86 d（圖5a）。

圖5 淮河流域南部初霜日距平（a）、終霜日距平（b）隨時間變化趨勢Fig. 5 Trend chart of first frost anomaly (a), last frost anomaly (b)

終霜日除沿淮西南部出現(xiàn)在3月上旬初，北部部分地區(qū)出現(xiàn)在3月下旬外，其他大部分地區(qū)均出現(xiàn)在3月中旬，呈南早北遲、山區(qū)早平原遲的特點。終霜日呈提前趨勢，與曹倩等（2011）研究的結(jié)論一致，其變化速率為 0.25 d?a-1（P＜0.01）。M-K 檢測結(jié)果得出，終霜日自80年代末開始提前，到2002年這種提前趨勢更加顯著（P＜0.05），終霜日變化的突變點為 1989年，突變前終霜日的距平平均值為4.68 d，即此階段終霜日比多年平均偏遲4.68 d；而突變后終霜日的距平平均值為-2.85 d，即此階段終霜日比多年平均偏早2.85 d（圖5b）。

淮河流域南部各站點 45 a平均無霜期為234～276 d，有隨年代增加的趨勢，氣候傾向率為0.5 d?a-1（P＜0.01）。無霜期在年代際間變化明顯，尤以2000年以后增加顯著，分別比70年代、80年代和90年代增加18 d、11 d和8 d（表1）。M-K檢測結(jié)果顯示，淮河流域南部各站點平均無霜期在80年代末以后明顯增加，2000年以后UF曲線超過了α0.01=2.58（P＜0.01）信度檢驗臨界線，達到極顯著增加趨勢，UF和UB曲線相交于1989年，表明平均無霜期變化在1989年產(chǎn)生了突變。

2.2 降水資源時空變化

2.2.1 降水量

降水資源是農(nóng)業(yè)最為重要的自然資源，降水量與作物分布關系密切（霍治國等，2009）?；春恿饔蚰喜慷←溕L季和夏玉米、一季稻生長季降水量 45 a平均值分別為 250～640 mm 和 645～1080 mm，呈明顯的緯向分布（北少南多）；冬小麥生長季降水量氣候傾向率有 94%的站點呈微弱的下降趨勢，下降速率除山區(qū)在2.0 mm?a-1左右外，其他大多在1.0 mm?a-1左右（圖6a），但未通過顯著性檢驗。夏玉米和一季稻生長季降水量氣候傾向率沿淮地區(qū)和山區(qū)及淮北部分地區(qū)呈下降趨勢，下降速率大部在1.0 mm?a-1以下，淮北中部地區(qū)呈增加趨勢，增加速率除局部近 4.0 mm?a-1外，其他大部在0.5～2.0 mm?a-1（圖 6b），均未通過顯著性檢驗。

作物生長季降水量隨年代變化趨勢均不明顯，但波動較大，冬小麥生長季≥500 mm的降水量出現(xiàn)在1985年、1991年和1998年，≤200 mm的降水量出現(xiàn)在 2011年（圖 7a）；夏玉米和一季稻生長季≥1000 mm的降水量出現(xiàn)在1991年、2003年、2005年和2007年，≤500 mm的降水量出現(xiàn)在1978年和2001年（圖7a）。各年代際間降水量變化不大（表1），冬小麥生長季基本穩(wěn)定在350～380 mm，夏玉米和一季稻生長季則穩(wěn)定在750～780 mm。M-K檢測結(jié)果顯示，各作物生長季降水量不存在突變，UF和UB有多個交叉點，說明降水十分不穩(wěn)定。

圖6 淮河流域南部作物生長季降水量氣候傾向率和降水變率空間分布Fig. 6 Distribution of climatic trend rate of precipitation and precipitation variability in crops growing seasons（a）冬小麥生長季降水量；（b）夏玉米和一季稻生長季降水量；（c）冬小麥生長季降水變率；（d）夏玉米和一季稻生長季降水變率(a) Precipitation in winter wheat growing season; (b) Precipitation in summer corn and rice growing season; (c) Precipitation variability in winter wheat growing season; (d) Precipitation variability in summer corn and rice growing season

圖7 淮河流域南部冬小麥和夏玉米、一季稻生長季降水量（a）、降水變率（b）隨時間變化Fig. 7 Trend chart of precipitation (a) and precipitation variability, (b) in winter wheat growing season, summer corn and rice growing season

2.2.2 降水變率

淮河流域南部冬小麥生長季 45 a降水變率為16%～24%，除山區(qū)明顯偏小外，其他各地差異不明顯（圖6c）；1971—1999年隨年代呈增加趨勢，氣候傾向率為0.7%?a-1（P＜0.05）。降水變率最大值達66%，出現(xiàn)在1998年；2000年以后變化趨勢不明顯，除2011年高達57%外，其他各年基本穩(wěn)定在15%左右（圖7b）。年代際間以90年代最大，平均達30%，比其他各年代平均多12%（表1）。

淮河流域南部夏玉米和一季稻生長季 45 a降水變率呈西部大中東部小、平原大山區(qū)小的分布特點（圖6d）；1971—2005年隨年代推進而增勢明顯，氣候傾向率為 0.4%?a-1（P＜0.05），2005 年以后呈下降趨勢（未通過顯著性檢驗）。從年際間波動來看，降水變率≥40%的年份出現(xiàn)在 1978年、2001年和2003年，2008年以后變化較平穩(wěn)（圖7b）。各年代際間以90年代以后最大，平均為24%，比最小的80年代（17%）增加7%（表1）。

2.3 輻射資源時空變化

太陽輻射資源是重要的農(nóng)業(yè)氣候資源之一，是植物進行光合作用的必要條件，它對綠色植物表現(xiàn)出光合效應、形態(tài)效應和光周期效應，使植物能夠正常生長、發(fā)育及形成產(chǎn)量（王馥棠等，2005）。

2.3.1 日照時數(shù)

淮河流域南部冬小麥生長季和夏玉米、一季稻生長季日照時數(shù)45 a平均分別為1120～1450 h和1150～1450 h，呈北多南少、西部和山區(qū)少的特點。冬小麥生長季日照時數(shù)氣候傾向率除淮北北部、沿淮中部有微弱的上升趨勢外，其他均呈下降趨勢，其中 24%的站點下降速率較快，達 4.5 h?a-1以上（P＜0.01），主要分布在西北部地區(qū)，其他地區(qū)下降速率在2.0 h?a-1左右（圖8a），大多未通過顯著性檢驗。夏玉米和一季稻生長季日照時數(shù)氣候傾向率均呈下降趨勢，其中淮北局部和沿淮部分地區(qū)下降相對緩慢，下降速率在2.0 h?a-1以內(nèi)，未通過顯著性檢驗；而西北部地區(qū)呈顯著性下降趨勢，下降速率達 8.0 h?a-1以上，其他大部分地區(qū)下降速率在 5.0 h?a-1左右（圖8b），通過了0.01顯著性檢驗。

各作物生長季日照時數(shù)均有隨年代遞減的趨勢，其中冬小麥生長季未通過顯著性檢驗，夏玉米和一季稻生長季隨年代遞減趨勢明顯，氣候傾向率為-5.5 h?a-1（P＜0.01）；各年代際間夏玉米和一季稻生長季日照時數(shù)差異較大，90年代以后比70年代、80年代少167 h和64 h；而冬小麥生長季年代間差異相對較小，90年代以后比70年代、80年代平均少73 h和11 h（表1）。M-K檢測結(jié)果顯示，淮河流域南部冬小麥生長季日照時數(shù)下降趨勢不明顯，UF和UB存在多個交叉點，說明冬小麥生長季的日照時數(shù)不穩(wěn)定；夏玉米和一季稻生長季日照時數(shù)從70年代未開始呈下降趨勢，并在1991年發(fā)生了突變，到2003年UF曲線超過了α0.01=2.58（P＜0.01）信度檢驗臨界線，呈極顯著下降趨勢。

2.3.2 太陽輻射

淮河流域南部冬小麥生長季和夏玉米、一季稻生長季太陽總輻射 45 a平均分別為 2560～2880 MJ?m-2和 3030～3410 MJ?m-2，其時空變化規(guī)律、氣候傾向率空間分布特征均與日照時數(shù)基本一致，冬小麥生長季太陽輻射氣候傾向率有 73%站點呈下降趨勢，其中西北部地區(qū)下降速率達5.0 MJ?m-2?a-1以上（P＜0.01），其他地區(qū)下降速率在 1.0～4.0 MJ?m-2?a-1變化，27%站點呈微弱的上升趨勢，平均上升速率為 2.0 MJ?m-2?a-1（圖 8c），大多未通過顯著性檢驗。夏玉米和一季稻生長季太陽輻射氣候傾向率均呈下降趨勢，其中淮北局部和沿淮部分地區(qū)下降相對緩慢，下降速率在2.0 MJ?m-2?a-1左右，未通過顯著性檢驗；而西北部地區(qū)呈顯著下降趨勢，下降速率達 10.0 MJ?m-2?a-1以上，其他大部分地區(qū)下降速率在 7.5 MJ?m-2?a-1左右（圖 8d），大多通過了0.01顯著性檢驗。

圖8 淮河流域南部作物生長季輻射資源氣候傾向率分布Fig. 8 Distribution of climatic trend rate of radiation resources during crops growing season（a）冬小麥生長季日照時數(shù)；（b）夏玉米和一季稻生長季日照時數(shù)；（c）冬小麥生長季太陽輻射；（d）夏玉米和一季稻生長季太陽輻射(a) Sunshine hours during winter wheat growing season; (b) Sunshine hours during summer corn and rice growing season; (c) Solar radiation during winter wheat growing season; (d) Solar radiation during summer corn and rice growing season

各年代際間太陽輻射均以 70年代最多，冬小麥生長季2000年以后雖比70年代少，但差異不明顯，僅比70年代少95 MJ?m-2；夏玉米和一季稻生長季則比70年代明顯偏少296 MJ?m-2（表1）。M-K檢測結(jié)果與日照時數(shù)基本一致。

3 討論

淮河流域南部各作物生長季 45 a熱量資源自上世紀 90年代中期開始呈增暖趨勢。氣候變暖使作物有效生長期延長，對提高作物單產(chǎn)和擴大作物可種植面積均有促進作用（梁玉蓮等，2015）。分析表明，淮河流域南部主要糧食作物的單產(chǎn)比 20世紀70年代提高了2～4倍，以冬小麥單產(chǎn)提高最多；總產(chǎn)提高了5～8倍，以夏玉米提高最多；播種面積比20世紀80年代有不同程度的增加，尤其是夏玉米的播種面積增加了4倍多；復種指數(shù)也由80年代初的1.8提高到2015年的2.1。氣候變暖有利于冬小麥安全越冬，但也使拔節(jié)期提前，抗凍性降低，小麥發(fā)生春季凍害的風險加大。同時也導致夏玉米生育期縮短，發(fā)育期提前。可見，氣候變暖一定程度上對淮河流域南部主要糧食作物產(chǎn)量有正面作用，但作物生育期縮短，干物質(zhì)積累減少（余衛(wèi)東等，2007），對糧食作物生長產(chǎn)生抑制作用。因此，近 45年淮河流域南部主要糧食作物生長季內(nèi)熱量資源的增加對作物的影響還需要從正負兩個方面進行定量研究。

降水是影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要氣象因素之一，降水量過多或過少、降水變率明顯增大，導致旱澇災害發(fā)生，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴重危害。淮河流域南部各作物生長季45 a降水量和降水變率的變化趨勢均不明顯，但年際波動較大。馬曉群等（2009）研究表明，淮河流域南部夏季降水集中程度高，大雨以上級別占比大，導致夏季洪澇頻繁出現(xiàn)。通過歷年災情資料分析，該區(qū)旱澇災害占所有災害總和的 70%以上。平均每年因氣象災害導致的直接經(jīng)濟損失近70億元，澇災造成的直接經(jīng)濟損失和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失均遠大于旱災。由于降水有明顯的季節(jié)和區(qū)域特性（蔡劍等，2011），且作物在各生長發(fā)育階段對水分的需求不同，因此，降水對作物影響的機理還有待進一步研究。

淮河流域南部各作物生長季 45 a輻射資源呈下降趨勢，夏玉米和一季稻生長季下降趨勢大于冬小麥生長季。冬小麥是喜光作物，大量研究表明，光照強度與小麥產(chǎn)量形成有重要的相關性，弱光降低了小麥的干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量（蔡劍等，2011），但Evans（1993）認為，當遮光強度不超過20%時，對小麥產(chǎn)量的影響不顯著。由于研究區(qū)域冬小麥生長季輻射資源遞減趨勢不明顯，光照條件仍能滿足冬小麥生長的需求。而夏玉米和一季稻生長季輻射資源下降明顯，影響玉米和水稻的光合作用，從而影響玉米的品質(zhì)與產(chǎn)量以及水稻的結(jié)實率和千粒重。

綜上所述，淮河流域南部熱量資源增加，降水資源變化趨勢不明顯，但波動較大，輻射資源雖呈下降趨勢，但對冬小麥生長影響不大?；春恿饔蚰喜抗鉄崴Y源總量及其配置總體較好，雨熱同季，有利于農(nóng)作物生長發(fā)育；但降水量和降水變率波動較大，極端天氣氣候事件增多，引起的旱澇災害是制約該區(qū)域糧食氣候生產(chǎn)潛力發(fā)揮的重要因素之一。同時，熱量資源增加而降水資源減少，勢必要加劇該區(qū)域的干旱趨勢。

4 結(jié)論

本文利用近 45 年的逐日氣象資料，采用Mann-Kendall突變檢測和氣候傾向率方法，分析了淮河流域南部主要糧食作物生長季農(nóng)業(yè)氣候資源變化趨勢和分布特征。主要結(jié)論如下：

（1）淮河流域南部熱量資源呈明顯的增暖趨勢，其中淮北西北部和東北部局部以及沿淮中部為顯著增加區(qū)，冬小麥生長季顯著增暖趨勢早于夏玉米和一季稻生長季。

（2）初霜日有明顯的推遲趨勢，終霜日有明顯的提前趨勢，無霜期明顯增加。初終霜日在本世紀00年代中期的推遲、提前趨勢更加顯著。

（3）降水量變化趨勢不明顯，各作物生長季降水量大多呈微弱的下降趨勢，而夏玉米和一季稻生長季在淮北中部地區(qū)呈增加趨勢；無論是降水量還是降水變率其年際波動均較大。

（4）輻射資源呈北多南少、西部和山區(qū)少的分布特點，大部分地區(qū)輻射資源呈下降趨勢，冬小麥生長季輻射資源下降趨勢不明顯，而夏玉米和一季稻生長季輻射資源下降明顯，21世紀初開始這種下降趨勢更加顯著。

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