鄂州市近60年高影響天氣變化特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響

黃思先 王保 陳正洪

摘要：基于鄂州市1959―2018年氣候資料，應(yīng)用線性趨勢(shì)法、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法、Morlet小波分析等方法，分析鄂州市近60年霜日數(shù)、積雪日數(shù)、低溫日數(shù)、高溫日數(shù)、雨日數(shù)和暴雨日數(shù)等6類(lèi)高影響天氣演變特征。結(jié)果表明，21世紀(jì)10年代以來(lái)鄂州市霜日數(shù)、積雪日數(shù)、低溫日數(shù)、暴雨日數(shù)減少趨勢(shì)十分明顯，高溫日數(shù)和雨日數(shù)增多趨勢(shì)明顯。近60年來(lái)霜日數(shù)和低溫日呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì);高溫日數(shù)呈現(xiàn)明顯增多趨勢(shì);積雪日數(shù)、雨日數(shù)和暴雨日數(shù)變化趨勢(shì)總體平穩(wěn)，略有增多。霜日數(shù)1月和12月最多;低溫日數(shù)和積雪日數(shù)1月最多;高溫日數(shù)7月最多;雨日數(shù)春季3―5月相對(duì)較多，秋季9―11月相對(duì)較少;暴雨日數(shù)6月最多。霜日數(shù)、積雪日數(shù)、低溫日數(shù)、高溫日數(shù)、雨日數(shù)、暴雨日數(shù)分別在2010、2001、1981、2005年，2000年和2015年之后，1968年發(fā)生突變。霜日數(shù)在整個(gè)時(shí)域上存在著準(zhǔn)20年的年代際周期;積雪日數(shù)在1964―2014年存在著準(zhǔn)20年的年代際周期;低溫日數(shù)在整個(gè)時(shí)域上存在著18～22年的年代際周期;高溫日數(shù)在整個(gè)時(shí)域上存在著準(zhǔn)16年的年代際周期和4～6年的年際周期;雨日數(shù)在整個(gè)時(shí)域上存在著準(zhǔn)22年的年代際周期和準(zhǔn)8年的年際周期。高影響天氣的變化能對(duì)鄂州市農(nóng)業(yè)產(chǎn)生有利和不利的影響。

關(guān)鍵詞：高影響天氣;周期;趨勢(shì);突變;鄂州市

中圖分類(lèi)號(hào)：P467 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）10-0038-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.10.008 ? ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract：Based on the climatic data of Ezhou city from 1959 to 2018， the evolution characteristics of six types of high-influence weather in recent 60 years， including frost days， snow days， low temperature days， high temperature days， rainy days and rainstorm days are analyzed by means of linear trend method， Mann-Kendall mutation test and Morlet wavelet analysis. The results show that the decreasing trend of frost days， snow days， low temperature days and rainstorm days in Ezhou city is obvious since the 10s of the 21st century， and the increasing trend of high temperature days and rainstorm days is obvious. In the past 60 years， the number of frost days and low temperature days showed a significant downward trend; The number of high temperature days showed a significant increase trend; The number of snow days， rainy days and rainstorm days showed a steady and slightly increased trend. The number of frost days is the most in January and December; The number of low temperature days and snow days is the most in January; The number of high temperature days is the most in July; The number of rainy days is more from March to May in spring， less from September to November in autumn; And the number of rainstorm days is the most in June. The number of frost days， snow days， low temperature days， high temperature days， rainy days， rainstorm days mutated in 2010， 2001， 1981， 2005， 2000 and after 2015， 1968， respectively. The number of frost days has a quasi￣20￣year interdecadal cycle in the whole time domain; The number of days with snow cover from 1964 to 2014 has a quasi￣20￣year interdecadal cycle; The number of low temperature days has a 18～22 years interdecadal cycles in the whole time domain; The number of high temperature days has a quasi-16-year interdecadal cycle and 4～6 years annual cycle in the whole time domain. The number of rainy days has a quasi-22-year interdecadal cycle and quasi-8-year annual cycle in the whole time domain. The change of high-influence weather can produce favorable and unfavorable effects on agriculture in Ezhou city.

Key words： high￣influence weather; cycle; trend; mutation; Ezhou city

鄂州市位于湖北省東部，長(zhǎng)江中游南岸，武漢城市圈和長(zhǎng)江中游城市群重要成員之一，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。鄂州市主要農(nóng)業(yè)包括糧食、油料、瓜果、蔬菜、水產(chǎn)等，已建立有機(jī)稻、胡柚、藍(lán)莓、有機(jī)魚(yú)、番茄、青棗、鐵皮石斛、蔬菜瓜果設(shè)施培育、蔬菜種植、梁子湖河蟹等10大生態(tài)農(nóng)業(yè)核心示范基地。得天獨(dú)厚的自然地理?xiàng)l件，締造了鄂州“魚(yú)米之鄉(xiāng)”的天然生態(tài)，被湖北省政府確定為全省46個(gè)糧食生產(chǎn)大市之一。高影響天氣氣候事件是指可能造成嚴(yán)重災(zāi)害，從而對(duì)社會(huì)有重大影響的天氣氣候現(xiàn)象或異常[1]。相對(duì)于氣候平均態(tài)的變化，高影響天氣氣候事件對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、 生命財(cái)產(chǎn)等造成的后果可能是災(zāi)難性的[2]。在全球氣候變暖的背景下，一些高影響天氣氣候事件，如高溫、大霧、暴雨、洪澇和臺(tái)風(fēng)等在中國(guó)發(fā)生幾率增大，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成的影響和損失增大[3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高影響天氣發(fā)生發(fā)展特征等進(jìn)行了很多研究[4-14]，史軍等[15]對(duì)長(zhǎng)江三角洲高影響天氣演變特征及成因進(jìn)行分析，指出1959―2010年長(zhǎng)江三角洲低溫、雷暴、大風(fēng)、大霧和降雪日數(shù)均顯著減少，而高溫和暴雨日數(shù)的變化趨勢(shì)在統(tǒng)計(jì)上不顯著;降雪、大霧、雷暴和低溫日數(shù)發(fā)生了減少突變，而高溫和暴雨日數(shù)發(fā)生了增多突變。翟盤(pán)茂等[16]指出氣候變暖背景下長(zhǎng)江中下游區(qū)域強(qiáng)降水事件更趨頻繁，中國(guó)東部地區(qū)高溫?zé)崂颂鞖飧鼮槊黠@;東北華北地區(qū)干旱趨勢(shì)增加，尤其在20世紀(jì)末期和21世紀(jì)初期最為明顯;近10年來(lái)西南地區(qū)干旱頻繁發(fā)生。劉赟[17]、徐瓊芳等[18]研究了天氣變化對(duì)農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響。鄂州市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局對(duì)天氣變化十分敏感，特別是高影響天氣氣候事件往往能對(duì)農(nóng)業(yè)造成直接影響。本研究對(duì)鄂州市近60年高影響天氣變化特征進(jìn)行分析，探討高影響天氣對(duì)鄂州市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

1 ?材料與方法

1.1 ?資料來(lái)源

研究資料選用湖北省鄂州市氣象局地面氣象觀測(cè)站1959―2018年歷史資料，資料數(shù)據(jù)質(zhì)量經(jīng)過(guò)質(zhì)控檢驗(yàn)，對(duì)近60年霜日數(shù)、積雪日數(shù)、低溫（最低氣溫≤0 ℃）日數(shù)、高溫（最高氣溫≥35 ℃）日數(shù)、雨日數(shù)和暴雨日數(shù)等6類(lèi)高影響天氣演變特征進(jìn)行分析。

1.2 研究方法

利用線性趨勢(shì)法[19]分析鄂州市近60年高影響天氣氣候事件的年代際和年際變化趨勢(shì)，并利用Mann-Kendall（M-K）[20]方法進(jìn)行突變檢驗(yàn)，應(yīng)用Morlet小波變換[21-24]進(jìn)行周期分析。

Morlet小波是正弦和余弦波的振幅被高斯函數(shù)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的，表示成復(fù)小波[25]，Morlet小波系數(shù)的實(shí)部表示不同特征時(shí)間尺度信號(hào)在不同時(shí)間上的分布和位相兩方面的信息，正值的小波系數(shù)反映出分析對(duì)象在該時(shí)間段為偏多期，負(fù)值時(shí)反映為偏少期，零值對(duì)應(yīng)著突變點(diǎn)。

2 ?高影響天氣演變特征

2.1 年代際變化

由表1可知，近60年以來(lái)鄂州市霜日數(shù)在20世紀(jì)60年代和90年代增多趨勢(shì)十分明顯，達(dá)10 d/10年左右;20世紀(jì)70至80年代和21世紀(jì)00年代增多和減少趨勢(shì)較小，為1～3 d/10年;21世紀(jì)10年代減少趨勢(shì)十分明顯，達(dá)15 d/10年左右。積雪日數(shù)在20世紀(jì)60年代和21世紀(jì)00年代增多趨勢(shì)十分明顯，達(dá)6～11 d/10年;20世紀(jì)70年代、90年代和21世紀(jì)10年代增多和減少趨勢(shì)較小，為3～5 d/10年。低溫日數(shù)在20世紀(jì)60年代增多趨勢(shì)十分明顯，達(dá)22 d/10年左右;20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)10年代減少趨勢(shì)十分明顯，達(dá)13～14 d/10年;20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代增多趨勢(shì)較明顯，達(dá)5～8 d/10年;20世紀(jì)70年代增多趨勢(shì)較小，為1 d/10年左右。高溫日數(shù)在20世紀(jì)60年代和90年代減少趨勢(shì)十分明顯，達(dá)13～15 d/10年;20世紀(jì)70年代增多趨勢(shì)十分明顯，達(dá)13 d/10年左右;20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)00至10年代增多趨勢(shì)減緩，為1～5 d/10年。雨日數(shù)在20世紀(jì)60年代和21世紀(jì)10年代增多趨勢(shì)十分明顯，達(dá)11～16 d/10年;20世紀(jì)70年代減少趨勢(shì)特別明顯，達(dá)27 d/10年左右;20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)00年代減少趨勢(shì)十分明顯，為8～12 d/10年;20世紀(jì)90年代減少趨勢(shì)較小，為3 d/10年左右。暴雨日數(shù)在20世紀(jì)60至70年代和21世紀(jì)00年代減少趨勢(shì)十分明顯，達(dá)2～4 d/10年; 20世紀(jì)80至90年代增多趨勢(shì)較明顯， 為1 d/10年左右;21世紀(jì)10年代略有減少趨勢(shì)，在1 d/10年以下。

2.2 年際變化

由圖1可知，鄂州市近60年來(lái)，霜日數(shù)多年平均為25.1 d，年霜日數(shù)呈現(xiàn)明顯減少趨勢(shì)，以3.021 d/10年的傾向率減少，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.522 7，通過(guò)了0.001水平的顯著性檢驗(yàn)，減少趨勢(shì)十分顯著。積雪日數(shù)多年平均為4.6 d，近60年變化趨勢(shì)總體平穩(wěn)，但各年之間有明顯波動(dòng)，以0.166 d/10年的傾向率略有減少。低溫日數(shù)多年平均為18.9 d，近60年總體上呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，以2.921 d/10年的傾向率減少，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.488 2，通過(guò)了0.001水平的顯著性檢驗(yàn)，減少趨勢(shì)十分顯著。高溫日數(shù)多年平均為26.4 d，近60年總體上呈波動(dòng)增多趨勢(shì)，以0.663 d/10年的傾向率增多。雨日數(shù)多年平均為129.4 d，近60年變化趨勢(shì)總體平穩(wěn)，以0.418 d/10 年的傾向率略有增多。暴雨日數(shù)多年平均為4.8 d，近60年變化趨勢(shì)總體平穩(wěn)，以0.027 d/10年的傾向率略有增多。

2.3 ?月季變化

由圖2可知，近60年以來(lái)鄂州市霜日數(shù)和低溫日數(shù)都僅出現(xiàn)在1―3月和11―12月，其中1月和12月霜日數(shù)最多，達(dá)8.0 d以上，低溫日數(shù)1月最多，達(dá)9.0 d以上。積雪日數(shù)出現(xiàn)在1―3月和12月，其中1月積雪日數(shù)最多，達(dá)2.0 d以上。高溫日數(shù)出現(xiàn)在5―9月，其中7月高溫日數(shù)最多，達(dá)12.5 d，8月高溫日數(shù)次之，為10.4 d。雨日數(shù)全年各月均在7.0 d以上，春季3―5月相對(duì)較多，每月都在13.0 d以上，秋季9―11月相對(duì)較少，每月都在9.0 d以下;逐月來(lái)看，3月雨日數(shù)最多，達(dá)14.1 d，12月雨日數(shù)最少，為7.4 d。暴雨日數(shù)出現(xiàn)在3―11月，主要分布在4―8月，其中6月暴雨日數(shù)最多，達(dá)1.3 d，7月暴雨日數(shù)次之，為1.0 d。

2.4 突變特征

由圖3可知，鄂州市霜日數(shù)UF曲線在1990年之后小于零，表明霜日數(shù)自20世紀(jì)90年代初之后有明顯減少趨勢(shì)，2012年之后UF曲線超過(guò)0.05趨勢(shì)線，表明21世紀(jì)10年代初至今鄂州市年霜日數(shù)減少趨勢(shì)十分顯著;UF與UB交叉點(diǎn)位于2010年并處于臨界線以內(nèi)，可判斷鄂州市年霜日數(shù)在2010年發(fā)生突變。鄂州市積雪日數(shù)UF曲線在2001―2008年小于零，表明積雪日數(shù)此時(shí)間段內(nèi)有減少趨勢(shì)，2009―2016年UF曲線大于零，表明積雪日數(shù)在此時(shí)段有增多趨勢(shì);UF與UB交叉點(diǎn)位于2001年并處于臨界線以內(nèi)，可判斷鄂州市年積雪日數(shù)在2001年發(fā)生突變。鄂州市低溫日數(shù)UF曲線在1978年之后小于零，表明低溫日數(shù)自20世紀(jì)70年代末之后有明顯減少趨勢(shì)，1989年之后UF曲線超過(guò)0.05趨勢(shì)線，表明20世紀(jì)80年代末至今鄂州市年低溫日數(shù)減少趨勢(shì)十分顯著;UF與UB交叉點(diǎn)位于1981年并處于臨界線以內(nèi)，可判斷鄂州市年低溫日數(shù)在1981年發(fā)生突變。鄂州市高溫日數(shù)UF曲線在2006年之后大于零，表明高溫日數(shù)自21世紀(jì)00年代中期之后有明顯增多趨勢(shì);UF與UB交叉點(diǎn)位于2005―2008年并處于臨界線以內(nèi)，可判斷鄂州市年高溫日數(shù)可能在2005年發(fā)生突變。鄂州市雨日數(shù)UF曲線在1964―2006年大于零，表明雨日數(shù)在20世紀(jì)60年代中期到21世紀(jì)00年代中期有增多趨勢(shì)，1968―1978年UF曲線超過(guò)0.05趨勢(shì)線，表明20世紀(jì)60年代末到70年代末雨日數(shù)增加趨勢(shì)十分顯著;UF與UB交叉點(diǎn)主要位于2000年和2015年之后，并處于臨界線以內(nèi)，可判斷鄂州市年雨日數(shù)在2000年和2015年之后可能發(fā)生突變。鄂州市暴雨日數(shù)UF曲線在1980年之后大于零，表明暴雨日數(shù)在20世紀(jì)80年代初至今有增多趨勢(shì)，1990―2009年UF曲線超過(guò)0.05趨勢(shì)線，表明20世紀(jì)90年代初到21世紀(jì)00年代末暴雨日數(shù)增加趨勢(shì)十分顯著;UF與UB交叉點(diǎn)位于在1968年之前，有多個(gè)交叉點(diǎn)，并處于臨界線以內(nèi)，綜合判斷鄂州市年暴雨日數(shù)可能在1968年發(fā)生突變。

3 ?周期變化規(guī)律

由圖4可知，鄂州市近60年霜日數(shù)在整個(gè)時(shí)域上存在著準(zhǔn)20年的年代際周期變化規(guī)律，準(zhǔn)12年的周期變化規(guī)律在1994―2013年表現(xiàn)明顯，準(zhǔn)10年的周期變化規(guī)律在1961―1986年表現(xiàn)明顯，準(zhǔn)6年的周期變化規(guī)律在1987―2000年表現(xiàn)明顯，準(zhǔn)4年的周期變化規(guī)律在1959―1985年表現(xiàn)明顯。近60年積雪日數(shù)在1964―2014年存在著準(zhǔn)20年的年代際周期變化規(guī)律，準(zhǔn)12年的周期變化規(guī)律在1959―1975年和1995年之后表現(xiàn)明顯，準(zhǔn)8年的周期變化規(guī)律在1980―1991年表現(xiàn)明顯，準(zhǔn)4年的周期變化規(guī)律在1961―1987年表現(xiàn)明顯。近60年低溫日數(shù)在整個(gè)時(shí)域上存在著18～22年的年代際周期變化規(guī)律，準(zhǔn)12年的周期變化規(guī)律在1993年之后表現(xiàn)明顯，準(zhǔn)8年的周期變化規(guī)律在1966―1993年表現(xiàn)明顯，準(zhǔn)4年的周期變化規(guī)律在1959―1994年和2001―2012年表現(xiàn)明顯。近60年高溫日數(shù)在整個(gè)時(shí)域上存在著準(zhǔn)16年的年代際周期變化規(guī)律和4～6年的年際周期變化規(guī)律。近60年雨日數(shù)在整個(gè)時(shí)域上存在著準(zhǔn)22年的年代際周期變化規(guī)律和準(zhǔn)8年的年際周期變化規(guī)律，準(zhǔn)4年的周期變化規(guī)律在1981―2010年表現(xiàn)明顯。近60年暴雨日數(shù)在1959―1982年存在著準(zhǔn)10年的年代際周期變化規(guī)律，準(zhǔn)6年的周期變化規(guī)律在1959―1996年表現(xiàn)明顯，準(zhǔn)4年的周期變化規(guī)律在1994年之后表現(xiàn)明顯。

4 ?小結(jié)與討論

鄂州市水利資源豐富，河網(wǎng)密布，氣候適宜，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有利的條件，但是霜、雪、低溫、高溫、暴雨等高影響天氣仍對(duì)鄂州市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利影響。

1）近年來(lái)霜凍和低溫天氣明顯減少，極有利于春小麥、豆類(lèi)、油菜、胡柚等耐寒能力較差的作物生長(zhǎng)，但由于近年來(lái)積雪日數(shù)較往年略有減少，不利于土壤保暖和積水，對(duì)春耕播種期間田間蓄水有一定影響，此外，還可能造成土壤中害蟲(chóng)增多，導(dǎo)致來(lái)年作物病蟲(chóng)害發(fā)生。

2）高溫日數(shù)增多，可引起水稻因缺水灌漿受阻，有效分蘗減少，空秕粒增加，發(fā)生高溫逼熟現(xiàn)象，進(jìn)而影響產(chǎn)量，還可引起棉田缺水，落花落蕾，棉桃變小，蔬菜瓜果植株萎蔫，灼傷果實(shí)和葉片。此外高溫引起水溫偏高、水質(zhì)變化快、水體發(fā)臭和水草腐爛導(dǎo)致蝦蟹死亡。

3）近年來(lái)暴雨日數(shù)略有減少，有利于農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)但也易因蓄水不足引起旱情發(fā)生，導(dǎo)致大量需水作物減產(chǎn)和人工灌水成本增加。而雨日增多，持續(xù)性的降雨，導(dǎo)致土壤水分一直處于飽和狀態(tài)，農(nóng)作物根系發(fā)育遲緩，且雨日較多導(dǎo)致光照偏少，使水稻、小麥等易出現(xiàn)病蟲(chóng)害，導(dǎo)致穗粒發(fā)芽、霉?fàn)€而降低產(chǎn)量和品質(zhì)。

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