石河子地區(qū)近50年積溫變化特征分析

田 苗，郭 璇，向 導(dǎo)

（1.莫索灣氣象站，新疆 石河子 832000；2.烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站）

積溫是研究農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)熱量要求和評(píng)價(jià)熱量資源的一種指標(biāo)，作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成需要一定的熱量條件，且直接影響農(nóng)作物種植區(qū)域及生長(zhǎng)發(fā)育速度、成熟早晚、產(chǎn)量高低和質(zhì)量?jī)?yōu)劣。0℃是一切高等生物生命活動(dòng)的起始溫度，10℃是喜溫植物適宜生長(zhǎng)的起始溫度。因此，在氣候變暖的背景下，探討石河子地區(qū)積溫變化規(guī)律，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供一些參考依據(jù)。

1 石河子地區(qū)概況

石河子地區(qū)位于 43°20′～ 45°20′N、84°58′～86°24′E之間，地處天山北麓中段，瑪納斯河在其東面，往西500 km可到霍爾果斯口岸，北部是古爾班通古特大沙漠和準(zhǔn)噶爾盆地，南部是天山，整個(gè)地勢(shì)由東南向西北傾斜，平均海拔450.8 m，海拔高度差異大，山地、黃土丘陵、山前洪沖積平原、風(fēng)成沙漠等為其地形地貌特征從南向北的表現(xiàn)形式。

石河子地處溫帶，氣候類型是大陸性氣候。冬季氣溫低，維持時(shí)間長(zhǎng)，夏季氣溫較高，維持時(shí)間較短，且氣溫年較差大。整個(gè)地區(qū)占用面積是6007 km2，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有2449 km2。棉花、油葵、玉米、大豆、冬小麥和春小麥?zhǔn)鞘幼訅▍^(qū)種植的主要作物，其中棉花的種植面積占整個(gè)墾區(qū)作物種植面積的一半以上，甚至還多。

表1 1961—2015年石河子地區(qū)4站點(diǎn)各級(jí)界限溫度的積溫 ℃

2 分析數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所采用的積溫資料選自石河子地區(qū)1961—2015年石河子站、烏蘭烏蘇站、炮臺(tái)站和莫索灣站4個(gè)氣象臺(tái)站。其中，烏蘭烏蘇站從1964年開(kāi)始有觀測(cè)記錄，故1961—1963年的積溫資料用石河子站的資料代替。春季積溫是指某界限溫度的初日到5月31日的積溫，秋季積溫是指某界限溫度9月1日到終日的積溫。

3 研究方法

用yi代表樣本量為n的某一氣候變量，用ti表示y所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立yi與ti之間的一元線性回歸。根據(jù)一元一次線性方程來(lái)表示某一氣候變量隨著時(shí)間變化而表現(xiàn)出的趨勢(shì)，即：

其趨勢(shì)變化率方程為：

其中，方程（1）、（2）中的 b、b1 用最小二乘法求得，y（t）為氣象要素，t為時(shí)間（1964—2013 年），將 b×10作為氣候變化傾向變化率，單位：氣溫變化率為℃/10 a、降水量變化率為mm/10 a、日照變化率為h/10 a。當(dāng)b＞0時(shí)，表示該氣候要素序列隨時(shí)間遞增，當(dāng)b＜0時(shí)，表示該氣候要素序列隨時(shí)間遞減，而且絕對(duì)值越大，變化趨勢(shì)越明顯。

4 積溫變化特征分析

4.1 積溫平均變化特征

從表1可以看出，石河子地區(qū)4個(gè)站點(diǎn)≥0℃的積溫在4017.6～4181.2℃之間，≥5℃的積溫在3881.6～4070.4℃之間，≥10℃的積溫為3569.4～3792.6℃，≥15℃的積溫為3011.1～3266.0℃，≥20℃的積溫為1897.3～2325.7℃。下野地片區(qū)和莫索灣片區(qū)的積溫較石河子市和安集海片區(qū)多。而隨著界限溫度的變大，北部下野地和莫索灣與南部安集海和石河子市的差值越來(lái)越大，其中≥0℃的平均積溫南北相差163.6℃，≥5℃的平均積溫相差188.8℃，≥10℃的平均積溫南北相差223.2℃，≥15℃的平均積溫南北相差254.9℃，≥20℃的平均積溫南北相差428.4℃。

4.2 積溫年際變化特征

圖1 1961—2015年石河子地區(qū)≥0℃平均積溫變化趨勢(shì)

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)≥0℃的平均積溫變化特征 （圖1）分析得出，近55年中石河子地區(qū)≥0℃平均積溫為4107.2℃，其中烏蘭烏蘇≥0℃平均積溫為4017.6℃，石河子市≥0℃平均積溫為4087.1℃，莫索灣≥0℃平均積溫為4142.9℃，炮臺(tái)≥0℃平均積溫為4181.2℃。與平均值比較，有26年較之要少，有29年較之要多；≥0℃平均積溫最低為3791.2℃（1964年），最高為4584.5℃（1997年）；≥0℃平均積溫≤3900.0℃的年份有12年，≥0℃平均積溫≥4200.0℃的年份有20年，其中1995—2015年期間≥0℃平均積溫都在4048.2℃以上。近55年石河子地區(qū)≥0℃平均積溫呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為83.34℃/10 a。

圖2 1961—2015年石河子地區(qū)≥5℃平均積溫變化趨勢(shì)

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)≥5℃平均積溫變化特征（圖2）分析得出，近55年中石河子地區(qū)≥5℃平均積溫為3985.1℃，其中烏蘭烏蘇≥5℃平均積溫為3881.6℃，石河子市≥5℃平均積溫為3960.9℃，莫索灣≥5℃平均積溫為4027.4℃，炮臺(tái)≥5℃平均積溫為4070.4℃。與平均值比較，有27年較之要少，有28較之要多；≥5℃平均積溫最低，為3619.2℃（1968年），最高為4532.1℃（1997年）；≥5℃平均積溫≤3800.0℃的年份有14年，≥5℃平均積溫≥4100.0℃的年份有17年，其中1995—2015年期間≥5℃平均積溫除1996年、2002年、2003年和 2010年外，其余 17年都在4035.4℃以上。近55年石河子地區(qū)≥5℃平均積溫呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為82.04℃/10 a。

圖3 1961—2015年石河子地區(qū)≥10℃平均積溫變化趨勢(shì)

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)≥10℃平均積溫變化特征 （圖3）分析得出，近55年中石河子地區(qū)≥10℃平均積溫為3688.8℃，其中烏蘭烏蘇≥10℃平均積溫為3569.4℃，石河子市≥10℃平均積溫為3644.7℃，莫索灣≥10℃平均積溫為3748.3℃，炮臺(tái)≥10℃平均積溫為3792.6℃，有33個(gè)年份≥10℃平均積溫距平值為負(fù)，有22個(gè)年份≥10℃平均積溫距平值為正；其中≥10℃平均有效積溫最低為3189.2℃（1970年），最高為4390.5℃（1997年）；≥10℃平均積溫≤3600.0℃的年份有19年，≥10℃平均積溫≥3900.0℃的年份有12年，其中1995—2015年期間≥10℃平均積溫除1996年、1998年、2003年和2014年外，其余17年均在3727.9℃以上。近55年石河子地區(qū)≥10℃平均積溫呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為93.11℃/10 a。

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)≥15℃平均積溫變化特征（圖4）分析得出，近55年中石河子地區(qū)≥15℃平均積溫為3151.8℃，其中烏蘭烏蘇≥15℃平均積溫為3011.1℃，石河子市≥15℃平均積溫為3105.4℃，莫索灣≥15℃平均積溫為3224.9℃，炮臺(tái)≥15℃平均積溫為3266.0℃，有28個(gè)年份≥15℃平均積溫距平值為負(fù)，有27個(gè)年份≥15℃平均積溫距平值為正；≥15℃平均積溫最低為2620.0℃（1985年），最高為3766.5℃（2005年）；≥15℃平均積溫≤3100.0℃的年份有23年，≥15℃平均積溫≥3400.0℃的年份有11年，其中1995—2015年期間≥15℃平均有效積溫除1995年、1996年、1998年、2002年和2007年以外，其余16年均在3151.9℃以上，而且2005—2015年≥15℃平均積溫為3377.8℃，較55年平均值增多226.0℃?？傮w來(lái)看，近55年石河子地區(qū)≥15℃平均積溫呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為71.87℃/10 a。

圖4 1961—2015年石河子地區(qū)≥15℃平均積溫變化趨勢(shì)

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)≥20℃平均積溫變化特征（圖5）分析得出，近55年中石河子地區(qū)≥20℃平均積溫為2131.7℃，其中烏蘭烏蘇≥20℃平均積溫為1897.3℃，石河子市≥20℃平均積溫為2021.3℃，莫索灣≥20℃平均積溫為2282.4℃，炮臺(tái)≥20℃平均積溫為2325.7℃，有26個(gè)年份≥20℃平均積溫距平值為負(fù)，有29個(gè)年份≥20℃平均積溫距平值為正；≥20℃平均積溫最低為1395.8℃（1963年），最高為2871.1℃（2008年）；≥20℃平均積溫≤2100.0℃的年份有22年，≥20℃平均積溫≥2400.0℃的年份有14年，其中1995—2015年期間≥20℃平均有效積溫除1995年、1996 年、1999 年、2001 年、2003 年、2009 年和2010年以外，其余14年均在2223.7℃以上，而且2005—2015年≥20℃平均積溫為2430.8℃，較55年平均值增多299.1℃?？傮w來(lái)看，近55年石河子地區(qū)≥20℃平均積溫呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為101.76℃/10 a。

圖5 1961—2015年石河子地區(qū)≥20℃平均積溫變化趨勢(shì)

表2 1961—2015年石河子地區(qū)積溫年代變化情況 ℃

4.3 積溫年代變化特征

從表2可以發(fā)現(xiàn)，從有氣象觀測(cè)資料后≥0℃、≥5℃、≥10℃、≥15℃和≥20℃積溫隨著時(shí)間的發(fā)展不斷的增多，只是變化幅度不同?！?℃積溫在20世紀(jì)60年代到80年代變化較為緩慢，但從20世紀(jì)90年代開(kāi)始變化較為迅速，分析區(qū)域變化可以看出，北部比南部增幅要大，其中以莫索灣區(qū)域變化最快；≥5℃積溫年代際變化特征整體呈上升趨勢(shì)，在20世紀(jì)80年代和90年代升幅較快，整個(gè)石河子地區(qū)積溫增幅達(dá)到84.9℃/10 a，從分析區(qū)域變化可以看出，北部比南部積溫增幅大，炮臺(tái)和莫索灣的增幅較大；≥10℃積溫從20世紀(jì)60年代后7年到80年代變化較為緩慢，此時(shí)間段內(nèi)，分析區(qū)域變化可以看出，石河子市和炮臺(tái)平均增幅在30.8～37.0℃/10 a之間，而莫索灣增幅達(dá)到了86.2℃/10 a，由此說(shuō)明，各氣象站點(diǎn)≥10℃有效積溫年代際變化幅度不一致，其中北部莫索灣增幅最大，石河子地區(qū)甚至在20世紀(jì)90年代前期出現(xiàn)積溫偏少期，但20世紀(jì)90年代后期至2010年期間，≥10℃有效積溫出現(xiàn)明顯增多趨勢(shì)，其中石河子市和炮臺(tái)增幅達(dá)到了84.5℃/10 a和90.1℃/10 a，莫索灣相對(duì)則有所減小，≥10℃有效積溫在20世紀(jì)90年代后期以后呈增多趨勢(shì)，增幅達(dá)57.2℃/10 a；≥15℃積溫在20世紀(jì)60到70年代增幅比較緩慢，甚至在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了積溫偏少期，較20世紀(jì)70年代呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但在2001年以后積溫增長(zhǎng)比較迅速，整個(gè)石河子地區(qū)積溫呈增多趨勢(shì)，增幅達(dá)73.7℃/10 a，而從區(qū)域分析來(lái)看，北部地區(qū)的增幅較南部地區(qū)大，其中炮臺(tái)和莫索灣增幅較大，炮臺(tái)增幅最大，達(dá)到81.2℃/10 a；≥20℃積溫整體呈增多的趨勢(shì)，平均增幅達(dá)109.1℃/10 a，20世紀(jì)60年代到80年代增幅較緩慢，在20世紀(jì)90年代出現(xiàn)積溫下降的趨勢(shì)，但是在2001年以后積溫又開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，從區(qū)域分析來(lái)看，北部地區(qū)的增幅要大于南部地區(qū)的增幅，其中以炮臺(tái)增幅較大，達(dá)到117.4℃/10 a。

5 小結(jié)

（1）石河子地區(qū)偏北區(qū)域比偏南區(qū)域的積溫多，隨著緯度值的增加而不斷增多。界限溫度越高，南北間的積溫差距不斷變大。（2）根據(jù)積溫年代際變化特征分析來(lái)看，從20世紀(jì)90年代以后積溫增長(zhǎng)較為迅速，尤其是≥20℃的積溫增幅最為顯著，從區(qū)域分析來(lái)看，北部地區(qū)的增幅要大于南部地區(qū)的增幅，其中以炮臺(tái)增幅較大。綜上所述，在全球氣候變暖的背景下，石河子地區(qū)的氣候也呈變暖的趨勢(shì)。各界限溫度的積溫逐年增多，且墾區(qū)南北區(qū)域的增長(zhǎng)幅度有明顯不同，北部積溫增長(zhǎng)幅度要大于南部，這對(duì)石河子墾區(qū)以棉花為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，在選擇棉花品種的時(shí)候，可以根據(jù)積溫變化的趨勢(shì)，由以前的早熟品種向中熟品種轉(zhuǎn)變，有利于提高棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)，增大棉花的衣分。