荊門市高溫特征及其對中稻產(chǎn)量的影響

王 培，王選嵩，張新貝

(湖北省荊門市氣象局，湖北 荊門 448000)

《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》提出，與工業(yè)革命前相比人類活動已經(jīng)造成全球溫升1.0℃左右，如果按照目前約0.2℃·10 a-1的溫升趨勢，在2030-2052年間全球溫升幅度可能達到1.5℃。在全球氣候變暖的背景下，中國氣溫也顯著升高，1951-2001年升高1.1℃，增溫速率達0.22℃·10 a-1[1～3]。近50 a來湖北氣候也發(fā)生了變化，年平均氣溫和最低氣溫上升明顯，夏季延長，冬季縮短，水稻適宜種植期延長，大部分地區(qū)水稻生長季氣溫日較差和水稻灌漿期日較差呈減少趨勢[4]。

荊門市地處亞熱帶，全市農(nóng)用地面積占全市土地面積的77.9%，耕地面積387 397.94 hm2，以生產(chǎn)水稻(177 640 hm2)、小麥(63 850 hm2)為主，是全國著名的商品糧基地。由于地理位置和夏季副熱帶高壓影響，中稻在生長期遇持續(xù)高溫的頻率較大，高溫干旱成為荊門中稻主要氣象災(zāi)害之一[5]。筆者通過研究荊門市60 a以來的高溫氣候變化特征，為荊門市中稻生產(chǎn)減輕高溫?zé)岷τ绊懱峁﹨⒖肌?/p>

1 資料與方法

1.1 資料來源

鐘祥站自1987年升級為基準(zhǔn)站，2013年后變更為基本站，考慮到荊門站點數(shù)據(jù)的時間序列長度和資料的完整性，選取鐘祥站地面氣象觀測站逐日日最高氣溫和日平均氣溫觀測資料進行統(tǒng)計分析，資料年限為1960-2019年。中稻產(chǎn)量方面資料來源于武漢區(qū)域氣候中心，資料年限為1960-2017年；災(zāi)情資料來源于荊門市民政局。

1.2 高溫標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)氣象上把日最高氣溫≥35℃定義為高溫。高溫初日定義為該年首次出現(xiàn)高溫日的當(dāng)日，高溫終日定義為該年最后一次出現(xiàn)高溫日的當(dāng)日。日最高氣溫≥35℃且持續(xù)3 d以上的高溫天氣過程定義為高溫?zé)崂薣6]。將該年中發(fā)生高溫的最長的持續(xù)日數(shù)定義為該年的高溫最長持續(xù)日數(shù)[7]。

1.3 分析方法

采用線性傾向估計、回歸分析、氣候傾向率等方法，對荊門市高溫變化特征進行氣候統(tǒng)計分析。

2 高溫氣候變化特征

2.1 高溫初終日變化特征

荊門市高溫主要發(fā)生在夏季，大多從6月下旬開始、8月下旬結(jié)束(圖1)。60 a來荊門高溫初日整體呈提前趨勢，每10 a提前2.2 d。從年代際變化來看，20世紀(jì)60、70年代高溫初日出現(xiàn)相對較晚，多集中在7月；80年代高溫初日明顯提前，主要出現(xiàn)在5月和6月，1988年5月5日就出現(xiàn)了高溫；90年代初日又往后推遲，主要集中在7月；進入21世紀(jì)后高溫初日明顯提前了，多集中在6月。

從高溫終日逐年變化能夠看出，高溫終日總體表現(xiàn)為推遲趨勢，每10 a推遲3.2 d。從年代際變化特征看，20世紀(jì)60、70年代高溫多結(jié)束在8月下旬至9月上旬；80年代有所提前，多結(jié)束在7月下旬至8月中旬，1987年高溫在5月24日就結(jié)束了，高溫僅出現(xiàn)了一天；90年代以來高溫終日往后推遲較為明顯，高溫多結(jié)束在8月下旬至9月中旬，最晚結(jié)束的時間為10月3日(2019年)。

2.2 高溫日數(shù)變化特征

1960-2019年荊門高溫日數(shù)整體呈先減少后增加的趨勢(圖2)，年平均高溫日數(shù)為13.8d，年高溫日數(shù)最多為47d(2018年)。從年代變化特征看，20世紀(jì)60、70年代高溫日數(shù)波動幅度較大，高溫日數(shù)偏少；80年代高溫日數(shù)偏少極為明顯，年平均高溫日數(shù)僅為8.9 d；90年代后逐步增加，到2011年之后，荊門高溫事件頻繁發(fā)生，2018年突破了歷史極值。

2.3 高溫?zé)崂俗兓卣?/h3>

1960-2019年荊門高溫?zé)崂祟l次變化趨勢(圖3)與高溫日數(shù)變化趨勢基本一致，也是呈先減少后增加趨勢，年平均高溫?zé)崂税l(fā)生頻次為1.9次，年頻次最多為7次(1961年)。從年代變化特征看，20世紀(jì)60年代年頻次與60年平均基本持平；70年代略偏少；80年代熱浪頻次偏少極為明顯，年平均高溫?zé)崂祟l次僅為1.1次；90年代后逐步增加，2010年之后，高溫?zé)崂祟l次增加較為明顯。

陳敏等人依據(jù)高溫持續(xù)的天數(shù)將高溫?zé)崂朔譃檩p度、中度、重度3個級別，日最高氣溫≥35℃且持續(xù)3～4 d為輕度高溫?zé)崂耸录?，日最高氣溫?5℃且持續(xù)5～7 d為中度高溫?zé)崂耸录?，日最高氣溫?5℃且持續(xù)8 d以上為重度高溫?zé)崂耸录8-10]。60 a以來荊門輕度高溫?zé)崂斯?9次，呈增加趨勢(圖略)；中度高溫?zé)崂斯渤霈F(xiàn)27次，呈明顯減少趨勢；重度高溫?zé)崂耸录?0次，呈明顯增加趨勢，2018、2019年均出現(xiàn)兩次重度高溫?zé)崂?，這在荊門有氣象記錄以來還未出現(xiàn)過。

2.4 高溫最長持續(xù)日數(shù)變化特征

60 a來荊門高溫最長持續(xù)日數(shù)變化趨勢(圖4)與高溫日數(shù)變化和高溫?zé)崂祟l次變化趨勢基本一致，也是呈先減少后增加趨勢，年平均高溫最長持續(xù)日數(shù)為4.7d，最長持續(xù)日數(shù)為19d(2019年)。從年代際變化來看，20世紀(jì)60-70年代高溫最長持續(xù)日數(shù)基本與年平均值持平；80年代年平均高溫最長持續(xù)日數(shù)降至3.5d；90年代至21世紀(jì)10年代前期緩慢上升，但仍在年平均值以下；到2013年之后，高溫最長持續(xù)日數(shù)增加顯著，不斷的刷新歷史記錄。

結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5可以分析出，在年代際時間尺度上，荊門年平均氣溫、高溫終日、高溫日數(shù)、高溫?zé)崂祟l次、高溫最長持續(xù)日數(shù)存在著顯著正相關(guān)。20世紀(jì)60-70年代年平均氣溫整體偏低，對應(yīng)階段高溫結(jié)束較早、高溫日數(shù)偏少、高溫?zé)崂祟l次少、最長持續(xù)日數(shù)基本持平；20世紀(jì)80年代年平均氣溫降至最低，對應(yīng)的高溫結(jié)束最早、高溫日數(shù)最少、高溫?zé)崂祟l次最少、最長持續(xù)日數(shù)最短；90年代之后，荊門年平均氣溫開始逐漸升高，2010-2018年平均氣溫達到最大值，對應(yīng)階段高溫結(jié)束最晚、高溫日數(shù)最多、高溫?zé)崂祟l次最多、最長持續(xù)日數(shù)最長[7]。近60 a來荊門年平均氣溫上升明顯(圖5)，以0.26℃·10a-1的速率增長，這說明在氣候持續(xù)變暖的背景下，高溫的頻率和強度可能會增加。

3 高溫對中稻產(chǎn)量的影響

圖6為荊門、鐘祥、京山氣象局觀測記錄的中稻的地段1 m2產(chǎn)量，從圖中可以看出中稻產(chǎn)量整體呈增加趨勢，從年代變化看，20世紀(jì)60年代至90年代產(chǎn)量呈增加趨勢，21世紀(jì)后呈減小趨勢；1972年、1980年、1991年、2003年三站均減產(chǎn)較為明顯。1972年荊門自6月11日就出現(xiàn)高溫天氣，高溫最長持續(xù)日9天(8月8-16日)，整個夏季6-8月多晴熱高溫少雨天氣，6月下旬至8月中旬為中稻返青、分蘗、拔節(jié)、孕穗、抽穗生長關(guān)鍵期，持續(xù)的高溫干旱造成了中稻嚴(yán)重減產(chǎn)。1980年5-8月荊門出現(xiàn)多次暴雨洪澇，總降雨量1 126.4 mm，與歷年同期相比偏多1倍，日最大降水量166.1 mm，出現(xiàn)在5月24日，多次暴雨過程造成全市大災(zāi)，5-8月為中稻播種生長期受到極大影響。1991年6中旬至7上旬荊門共出現(xiàn)兩次次暴雨過程，日最大降水量118.7 mm，下旬24-28日中稻孕穗后期又出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣，造成中稻減產(chǎn)。2003年7月22日出梅至8月中旬，荊門一直持續(xù)晴熱高溫，7月27至8月3日持續(xù)8天最高氣溫超過35℃，8月5-8日持續(xù)4 d超過35℃，日蒸發(fā)量超過10 mm，對處于抽穗揚花期的中稻極為不利；全市發(fā)生嚴(yán)重干旱災(zāi)害，農(nóng)作物受旱面積69 866.7 hm2，成災(zāi)面積47 000 hm2，3 286.7 hm2農(nóng)作物干枯絕收，全市因災(zāi)直接經(jīng)濟損失2 194萬元，其中農(nóng)業(yè)損失1 887萬元。

分析1972年、1980年、1991年、2003年這四年減產(chǎn)的原因可以看出，持續(xù)的高溫干旱會造成荊門中稻急劇減產(chǎn)，損失嚴(yán)重。持續(xù)的高溫會使土壤溫度升高，造成中稻蒸騰耗水量和稻田蒸散量的增加，從而導(dǎo)致干旱缺水，高溫干旱復(fù)合脅迫降低了中稻的產(chǎn)量。此外，暴雨洪澇災(zāi)害也是中稻減產(chǎn)的一大因素。

4 結(jié)論

(1)荊門市高溫主要發(fā)生在夏季，大多從6月下旬開始、8月下旬結(jié)束，60 a來高溫初日整體呈提前趨勢，每10 a提前2.2 d，高溫終日總體表現(xiàn)為推遲趨勢，每10 a推遲3.2 d。

(2)荊門年平均氣溫、高溫日數(shù)、高溫?zé)崂祟l次、高溫最長持續(xù)日數(shù)均呈先減少后增加趨勢，從年代變化特征看，20世紀(jì)80年代，年平均氣溫、高溫日數(shù)、高溫?zé)崂祟l次、高溫最長持續(xù)日數(shù)均達到最低值，2010-2019年間均達到最大值。荊門年平均氣溫、高溫終日、高溫日數(shù)、高溫?zé)崂祟l次、高溫最長持續(xù)日數(shù)存在著顯著正相關(guān)。

(3)荊門市以輕度高溫?zé)崂藶橹?，輕度高溫?zé)崂苏伎偀崂祟l次的68.1%，呈增加趨勢；中度高溫?zé)崂苏?3.3%，呈明顯減少趨勢；重度高溫?zé)崂苏?.6%，呈明顯增加趨勢，2018、2019年均出現(xiàn)兩次重度高溫?zé)崂恕?/p>

(4)中稻生長期遭遇持續(xù)的高溫，會造成高溫干旱復(fù)合脅迫降低中稻產(chǎn)量，高溫持續(xù)時間越長對中稻危害越大；從研究荊門中稻減產(chǎn)原因發(fā)現(xiàn)，高溫不是影響產(chǎn)量的唯一因素，除了高溫，還受暴雨洪澇、連陰雨、病蟲害、栽培管理等因素影響[11]。