江西省近35年雙季早稻氣候資源變化及其生育期響應(yīng)

余焰文 蔡小琴 蔡哲 郭瑞鴿

摘要：為研究氣候變化背景下江西省早稻氣候資源的變化特征，以江西省69個氣象觀測站1981—2015年3—7月逐日氣象觀測數(shù)據(jù)和14個農(nóng)業(yè)氣象觀測站的早稻生育期觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析江西省近35年早稻生育期氣象因子的時間變化，穩(wěn)定通過10 ℃初日及3—7月積溫、降水量、日照時數(shù)的時空分布規(guī)律。結(jié)果表明，早稻生育期在年際上有不同程度提前，贛北較贛南更為明顯，時間上以21世紀(jì)初最為明顯，且整個時段內(nèi)各地穩(wěn)定通過10 ℃初日均明顯早于播種期。MK突變檢驗的結(jié)果表明，積溫顯著突變時間為2000年左右，降水量和日照時數(shù)則呈現(xiàn)波動性變化，結(jié)合線性擬合分析，1981—2015年3—7月積溫呈極顯著增加趨勢，其氣候傾向率為57.33 ℃·d/10年，但2000年前后時段內(nèi)積溫升高并不顯著;降水量呈現(xiàn)減少-增加交替的周期性變化;日照時數(shù)總體略有減少，其中2000年以來以-72.58 h/10年的趨勢顯著減少?？臻g上，積溫總體表現(xiàn)為南高北低，20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初贛南中部和贛中以北區(qū)域積溫均有明顯升高;降水量高值區(qū)主要位于贛東北，低值區(qū)主要分布在贛北北部和贛西南，日照時數(shù)呈現(xiàn)北多南少的特點，降水量和日照時數(shù)的空間分布均存在年代際波動周期，從20世紀(jì)80年代起降水量表現(xiàn)為先增后減再增，日照時數(shù)則表現(xiàn)為先減后增再減。氣候變化導(dǎo)致農(nóng)業(yè)氣候資源的變化，研究可為江西早稻調(diào)整和優(yōu)化耕種制度，充分利用氣候資源、趨利避害提供理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：早稻;氣候資源;MK檢驗;時空分布;生育期

中圖分類號： S162.5+3? 文獻標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0261-07

氣候變化及其引發(fā)的后果一直是近年來科學(xué)研究關(guān)注的熱點和重點，根據(jù)IPCC第4次評估報告，全球平均溫度在過去100年（1906—2005年）上升了0.74 ℃[1]，2013年的第5次評估報告指出全球升溫趨勢仍在繼續(xù)，在北半球，1983—2012年可能是過去1 400年中最暖的30年[2]。

氣候條件是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的因素，溫度、降水、光照等氣象因子的變化直接影響作物生長，在全球氣候變化背景下，我國的農(nóng)業(yè)氣候資源也同樣發(fā)生改變。楊曉光等對比分析了我國1980年前后的氣候變化特征[3];段運懷等結(jié)合農(nóng)作物對熱量條件的需求將全國劃分為不同的制熟區(qū)域[4];繆啟龍等以全國≥10 ℃、≥0 ℃積溫和持續(xù)天數(shù)分布的變化為基礎(chǔ)，重點分析了氣候變暖對我國熱量資源分布的影響[5];趙俊芳等以氣候模式結(jié)合歷史氣候資料分析表明，2011年后全國大部分地區(qū)初霜凍日提前，終霜凍日延遲，農(nóng)業(yè)熱量資源有不同程度增加[6]。氣候變化還會引起耕作制度的改變[7]，氣候變暖背景下高低溫氣象災(zāi)害的發(fā)生及分布規(guī)律也隨之改變[8-10]，李勇等分析了氣候變化對長江中下游水稻的影響，研究表明1981年后30年間水稻安全種植區(qū)域相對明顯增加，而敏感區(qū)域內(nèi)高溫?zé)岷Υ螖?shù)增加，低溫冷害次數(shù)減少[11]。

目前農(nóng)業(yè)氣候變化的研究大多涉及范圍較廣，主要涉及我國華南地區(qū)[12]、西北地區(qū)[13]、東北地區(qū)[14]、長江中下游[15-16]等地區(qū)，但是針對江西省早稻的氣候資源研究相對較少。江西省是我國重要的水稻主產(chǎn)區(qū)之一，同時也是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害高發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)，氣候變化對早稻生產(chǎn)帶來的影響不容忽視，本研究以1981—2015年江西省早稻生育期數(shù)據(jù)和3—7月逐日氣象資料為基礎(chǔ)，分析江西省早稻生育期內(nèi)光、熱、水等農(nóng)業(yè)氣候資源的時空變化特征，探討早稻生育期及氣候資源對氣候變化的響應(yīng)規(guī)律，以期為合理安排江西早稻安全生產(chǎn)合理布局、調(diào)整種植制度提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究采用的氣象數(shù)據(jù)為江西省69個氣象觀測站1981—2015年3—7月份逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量和日照時數(shù)數(shù)據(jù)，和14個農(nóng)業(yè)氣象觀測站1981—2015年（其中1982年缺失）早稻生育期觀測數(shù)據(jù)，個別缺失氣象數(shù)據(jù)采取5日滑動平均法補充，并將數(shù)據(jù)連續(xù)缺失超過5天的站點予以剔除，站點分布情況見圖1。

1.2 分析方法

采用5日滑動平均法確定溫度通過10 ℃的逐年初日時間，初日及溫度、日照和降水要素的空間分布通過ARCGIS 93的IDW模塊進行插值實現(xiàn)。Mann-Kenddall（MK）檢驗主要用于時間序列的趨勢分析，現(xiàn)已在氣象領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，方法說明見文獻[17]，本研究擬采用MK檢驗對研究時段內(nèi)積溫、降水量和日照時數(shù)的變化趨勢進行分析。氣候傾向率通過線性回歸擬合來實現(xiàn)，以回歸系數(shù)乘以10表示，并通過F檢驗法對擬合的回歸方程進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 早稻氣候資源時間變化

對3—7月積溫、降水量和日照時數(shù)的突變檢驗分析，結(jié)果見圖2，UF和UB曲線分別表示統(tǒng)計量的瞬時間序列和逆時間序列 UF>0表示序列呈上升趨勢 反之則為下降趨勢。從圖2-a可以看出，積溫的變化總體表現(xiàn)為20世紀(jì)90年代前以下降為主，但是下降趨勢并不顯著，90年代以后則上升，21世紀(jì)初上升趨勢開始超過0.05顯著水平臨界線，UF和UB曲線的交點表明積溫突變的時間大約為2000年，且交點位于2條虛線之間，說明突變結(jié)果通過0.05顯著水平檢驗。圖2-b中UF曲線的變化表明1981—2015年江西省3—7月降水量整體表現(xiàn)出波動性變化，1981—1993年減少，1994—2004年增加，2005—2015年減少。從圖2-c可以看出，1981—1986年3—7月日照時數(shù)減少，1987—1992年增加，1993—2005年再次減少，2006—2015年又再次增加。

圖3為江西省1981—2015年逐年3—7月積溫、降水量和日照時數(shù)變化情況，并通過線性回歸方程進行分時段擬合及全時段擬合。積溫最大出現(xiàn)年份為2013年，為 3 472.5 ℃·d，最小為3 160.8 ℃·d，出現(xiàn)在1996年;1981—2015年積溫擬合方程通過了0.01水平顯著性檢驗，說明總體期間升高趨勢極顯著，積溫的氣候傾向率為 57.33 ℃·d/10年，2000年前其氣候傾向率為29.13 ℃·d/10年，而2001—2015年積溫氣候傾向率僅為8.66 ℃·d/10年，但是兩段時間內(nèi)積溫升高均不顯著。降水量年際波動較大，年降水量最多達(dá)1 451.5 mm，而最少僅有766.2 mm，1981—2015年其氣候傾向率為9.60 mm/10年，其中1981—1991年降水量氣候傾向率為-205.03 mm/10年，說明降水量呈減少趨勢，但并未通過顯著性檢驗，且時段內(nèi)降水量表現(xiàn)出減-增交替性變化。1992—2004年降水量波動現(xiàn)象仍然存在，整體呈顯著減少趨勢，其氣候傾向率為 -318.12 mm/10年，2005—2015年降水量氣候傾向率為 220.58 mm/10年，且存在增減逐年交替的規(guī)律。日照時數(shù)整體表現(xiàn)出減少趨勢，氣候傾向率為-0.72 h/10年，但是總體減少趨勢不顯著，其中1981—1990年、1991—1999年、2000—2015年日照時數(shù)分別表現(xiàn)出增加、減少、減少的趨勢，其中2000—2015年日照時數(shù)減少顯著，其氣候傾向率高達(dá) -72.58 h/10年。