1961—2018年天門市年代際氣候變化特征及其對主要旱作物的影響

帥文衛(wèi) 宋云 黃忠 劉偉

摘要? ? 通過對湖北省天門國家基本站58年（1961—2018年）的氣溫、降水和日照時數(shù)資料進行統(tǒng)計分析、回歸分析，利用累積距平法初步分析氣象要素的變化趨勢，并利用天門國家一級農氣站的農氣觀測資料和天門市農技推廣中心棉花“三桃”調查資料分析氣候變化對農業(yè)生產的影響。結果表明，天門市年平均氣溫呈上升趨勢，其中春季增溫最顯著，而夏季呈弱上升趨勢;年降水呈弱增加趨勢，特別是20世紀80—90年代為降水峰值區(qū)，其中尤以夏季降水增加最顯著;年日照時數(shù)減少顯著，50年以123.8/10 a趨勢減少。氣候變暖導致冬小麥發(fā)育期提前，而夏季降水增加導致棉花減產。

關鍵詞? ? 氣候變化;旱作物;影響;湖北天門;1961—2018年

中圖分類號? ? P467;S162.5? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）06-0182-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

20世紀80年代以來，氣象學家就指出，由于大氣溫室效應引起全球變暖[1-2]，在過去100年內全球平均氣溫上升了0.3～0.6 ℃[3]。隨著全球氣溫的升高，氣候變化越來越受到人類的重視，同時區(qū)域性氣候已引起人們的普遍關注。

天門市地處江漢平原腹地，地跨東經112°35′～113°28′、北緯30°23′～30°54′;北部屬丘陵平崗，占版圖面積的24%;東南部屬平原湖區(qū)，占版圖面積的21%;中、西部為平原地帶，占版圖面積的55%。海拔最高點在佛子山頂端，為191.7 m，海拔最低點在多祥鎮(zhèn)達洲的陳家洲，為23.2 m。天門市屬亞熱帶季風性氣候，雨熱同季，其種植業(yè)在農業(yè)中的地位舉足輕重，是江漢平原重要的糧棉油基地。目前，關于天門市氣候變化的研究不多。本文對該地區(qū)近50年氣溫、降水和日照時數(shù)的變化特征及對主要旱作物的影響作了統(tǒng)計分析，以期為指導天門市經濟發(fā)展和合理利用氣候資源提供理論數(shù)據(jù)。

1? ? 資料與方法

選取天門市1961—2018年共58年的氣溫和降水資料，包括平均氣溫、氣溫日較差和降水量。分析的時間尺度包括春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）、年（1—12月）。分析方法主要采用累積距平法、一元線性回歸法。

利用累積距平法初步分析氣象要素的變化趨勢，即對某一距平值序列Xi，在樣本中某一時刻t（t為年序數(shù)，t=1，2，3，…，n）的累積距平值為：

It=Xi（1）

把It隨時間變化繪制成累積距平曲線。累積距平曲線中上升段定為偏暖（多）階段，下降段定為偏冷（少）階段，曲線上的微小變化只反映要素的短期波動，而曲線大的變化趨勢則可反映要素長期演變趨勢[2]。

利用一元線性回歸法分析氣象要素的變化率，即y（t）某氣象要素序列與年序數(shù)（t）建立一元回歸方程：

y（t）=a+bt（2）

其中b×10為氣象要素變化的氣候傾向率，b>0表示呈上升趨勢，b<0表示呈下降趨勢。b值可由最小二乘法得到[3]。計算公式如下：

b=? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

2? ? 結果與分析

2.1? ? 近58年天門市氣候變化特征

2.1.1? ? 氣溫特征量分析。統(tǒng)計1961—2018年的氣溫資料，結果表明，天門市累年平均氣溫為16.7 ℃，年平均氣溫最大值為2007年的18.2 ℃，最小值為1984年的15.7 ℃。一年之中7月最熱，平均氣溫為28.5 ℃;1月最冷，平均氣溫為3.3 ℃。累年平均氣溫日較差為8.6 ℃，一年之中10月平均氣溫日較差最大，為8.8 ℃;最小值為7月的7.2 ℃。年平均日較差最大值為1963年的9.2 ℃，最小值為1989年的6.9 ℃。

從圖1可以看出，年平均氣溫曲線在1961—1993年呈下降趨勢，為偏冷期，1994—2010年曲線趨勢上升，為偏暖期。從圖2可以看出，1961—2010年，天門市年平均氣溫整體上呈線性上升趨勢，由一次線性擬合的變化傾向率可知，天門市年平均氣溫變化速率為0.32 ℃/10 a。從表1可以看出，四季平均氣溫整體上也呈線性上升趨勢，但上升幅度不同，春季平均氣溫上升趨勢最明顯，變化速率為0.43 ℃/10 a，其次是秋季和冬季，氣溫變化速率分別為0.37 ℃/10 a和0.39 ℃/10 a，而夏季平均氣溫變化速率為0.12 ℃/10 a。

由于年平均氣溫呈線性上升，四季長短也發(fā)生了變化。冬季明顯縮短，冬季時長由1961—1970年的129 d變成2001—2010年的114 d，縮短了15 d;春、秋季時間延長，分別增加了10、3 d。入春、入夏平均提前6、4 d，入秋和入冬分別推遲1、5 d。日平均氣溫≥3 ℃的天數(shù)和活動積溫由1961—1970年316.0 d、5 820.8 ℃變成2001—2010年的330.3 d、6 320.8 ℃。

2.1.2? ? 降水特征量分析。統(tǒng)計1961—2018年的降水資料，結果表明，天門市累年平均降水量為1 113.1 mm，最大值為1983年的1 751.2 mm，最小值為1984年的737.8 mm。一年之中，平均降水量最大值為7月的170.0 mm，最小值為12月的27.1 mm。

從圖3可以看出，天門市在1961—2010年降水有2個時間段變化較為明顯：1970—1979年累積距平曲線趨勢下降，降水偏少;1980—2004年累積距平曲線趨勢上升，降水偏多，其余時間段降水變化不明顯。

天門市的年降水量自1961年以來以8.7 mm/10 a的趨勢偏多。其中，春季以2.3 mm/10 a的趨勢偏少，夏季以17.0 mm/10 a的趨勢偏多，秋季以13.5 mm/10 a的趨勢偏少，冬季以8.5 mm/10 a的趨勢偏多;夏季降水偏多幅度最大，秋季降水偏少幅度最大。

2.1.3? ? 日照時數(shù)特征量分析。從圖4可以看出，天門市5個年代際日照時數(shù)呈明顯的減少趨勢，特別是近10年減少迅速。從表2可以看出，2001—2010年平均日照時數(shù)只有1 503.0 h，而1961—1970年日照時數(shù)有1 972.2 h，相差469.2 h，以夏季日照時數(shù)的減少最為明顯。

2.2? ? 天門市氣候變化對主要旱作物的影響

天門是農業(yè)大市，位于氣候變化的敏感和脆弱地帶，氣候變化造成的氣溫、降水量等氣象要素的變化以及各種自然災害的增加，已經對農業(yè)、水資源和生態(tài)環(huán)境造成了一定的影響。氣候變化帶來的影響是多方面的。首先，對天門農業(yè)來講，溫度和降水是決定種植何種作物的主要因素，溫度和降水的變化將影響到糧食作物的產量和作物新品種的引進和培育;氣侯變暖會使干旱加劇，氣溫升高將推遲冬小麥越冬期，并提早返青、抽穗和成熟。由表3可以看出，2001—2010年天門市冬小麥分蘗期、抽穗期、成熟期較1961—2010年均提前了5 d，拔節(jié)期推遲6 d。冬小麥發(fā)育期變化產生的影響有利有弊，春季平均氣溫上升可降低小麥、大棚蔬菜等越冬作物的受凍幾率，也易造成越冬作物如小麥、油菜的瘋長以及病蟲害的流行。

對于經濟作物棉花來說，由于氣溫、地溫的不斷提高，棉花的適宜播種期提前，棉花具有無限生長的習性，因而溫度的升高可以延長生長期。氣候變化導致終霜期提早、初霜期推遲，無霜期增加對提高棉花產量有利，但夏季由于降水增加，日照時數(shù)呈顯著減少，對于喜光棉花的品質和產量有一定的影響（表4）。2003—2010年，棉花氣象產量為負值就達5年。同時由于冬季氣溫高，一些病蟲害的越冬基數(shù)增加，而且氣候變暖導致土壤有機質的微生物分解加快，造成地力下降，化肥、農藥施用量增加，農業(yè)生產成本提高、土壤條件惡化、環(huán)境污染等問題比較突出。

3? ? 結論與討論

天門市氣候變化主要表現(xiàn)在3個方面，即平均氣溫上升（氣候變暖）、降水不均衡和極端天氣氣候事件，其中降水不均衡和極端天氣氣候事件的主要表現(xiàn)就是干旱[9]。如2003年7月23日至8月9日，江漢平原的天門市出現(xiàn)了連續(xù)18 d日最高氣溫>32 ℃、連續(xù)7 d日最高氣溫>35 ℃且極端最高氣溫達到39.7 ℃的連續(xù)超歷史的高溫天氣，全市棉花因高溫熱害籽棉減產12.2%[10]。為了預防伏旱高溫對旱作物的影響，可以在棉花田塊中使用秸稈覆蓋的棉田生態(tài)防旱技術，秸稈覆蓋可以有效地抑制土壤蒸發(fā)，提高土壤蓄水保墑能力和土壤肥力，取材方便，價格低廉，易于操作，已成為旱地農業(yè)主要的水分調控技術之一[11]。

氣候變暖使得有效積溫增加，小麥作物年前生長季延長，導致小麥抽穗期提前。首先，過早拔節(jié);其次，小麥對低溫凍害的抗御能力明顯減弱，尤其是若過早孕穗遇低溫天氣有可能導致結實率明顯降低。近年來，隨著品種改良，江漢平原地區(qū)主要由半冬性品種居多轉化為偏春性、春性，其播種期應比半冬性品種適當推遲，因而偏春性品種冬小麥的適播期以11月8日前后為宜，適期播種配以適宜的種植密度是發(fā)揮偏春性冬小麥高產潛力的基本條件[12]。

針對氣候變暖但年日照時數(shù)呈顯著減少趨勢，推廣生態(tài)農業(yè)。天門市屬亞熱帶大陸性季風氣候，氣候溫和，雨量充沛，雨熱同期，非常適宜茶葉的生長，在20世紀70年代末80年代初期，天門市皂市鎮(zhèn)魯興村有過種茶的歷史，生產出來的“陸羽清茶”供不應求，在皂市、李場鎮(zhèn)、漁薪鎮(zhèn)青山等地都有過種茶的歷史。但當時受到多種原因的影響，天門產茶的歷史僅曇花一現(xiàn)。于是，天門不產茶似乎成為定論。從人文環(huán)境來看，天門是舉世聞名的茶圣故里，茶文化資源豐富，發(fā)展茶產業(yè)基礎雄厚;從政策因素來看，天門市委、市政府始終把弘揚陸羽茶文化、大力發(fā)展茶產業(yè)作為天門經濟的切入點，這也是發(fā)展茶產業(yè)的的大好契機[13]。

對天門市主要旱作物的影響而言，上述氣候變化有利有弊。如春季氣溫上升既可減少小麥、大棚蔬菜等越冬作物的受凍幾率，也易造成越冬作物如油菜的瘋長、病蟲害的流行。社會在發(fā)展，氣候也在變遷，需要研究局地氣候和小范圍氣象災害;研究各種農作物的生育期、越冬特性、揚花、掛果期的自然要求，根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c和主要農作物的生理特性制定有針對性的服務方案，直接面對農村面對農民服務，只有這樣，才能為農業(yè)生產保駕護航。

4? ? 參考文獻

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