1961—2019年青海湖南部地區(qū)≥0℃農(nóng)業(yè)界限溫度變化特征

袁成鑫

(青海省氣象信息中心， 青海 西寧 810199)

近年來，隨著全球氣候變暖，氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響受到廣泛關(guān)注。而熱量資源作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要自然資源[1]，在一定程度上影響一個地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。一個地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的熱量指標(biāo)主要包括不同界限溫度持續(xù)日數(shù)及其積溫等[2]。春季日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃的初日至秋季日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃的終日是農(nóng)業(yè)界限溫度，是熱量資源的一種表達形式，其間≥0℃的活動積溫稱為年總積溫，是農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)重要的熱量指標(biāo)[3-5]。

氣候變化是全球研究熱點[6-8]，其不僅改變熱量資源等農(nóng)業(yè)氣候資源的時空分布[9-11]，還改變農(nóng)作物種植制度和作物布局，進而改變作物的生長發(fā)育、降低糧食作物產(chǎn)量和加重農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的脆弱性[12-14]。許多學(xué)者從不同角度對氣候變化背景下各界限溫度的變化趨勢和規(guī)律進行了研究。劉勤等[15-18]分別對黃河流域、青海湟水河流域、西藏及山西等省區(qū)近幾十年≥0℃和≥10℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)和活動積溫變化的研究表明，≥0℃及≥10℃初日總體呈提前趨勢，終日呈推遲趨勢，持續(xù)日數(shù)呈延長趨勢，積溫呈增大趨勢。近年來，有關(guān)氣候變化對青海湖南部共和縣的研究已有諸多報道[19-21]，但少見針對農(nóng)業(yè)氣候資源變化趨勢的研究報道。鑒于此，利用1961—2019年青海湖南部共和縣氣象局觀測的逐日氣象資料，借鑒前人的研究成果，系統(tǒng)分析近59 年共和縣日平均氣溫≥0℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)和活動積溫的變化規(guī)律，以期為共和縣有效利用農(nóng)業(yè)氣候資源及農(nóng)作物品種的合理布局提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況

共和縣隸屬青海省海南藏族自治州，地處青藏高原東北角，北靠青海湖，南臨黃河，東以日月山與東部農(nóng)業(yè)區(qū)為界，西與柴達木毗連，東西長221.5 km，南北寬155.4 km，總面積1.73×104km2。地形由西北向東南傾斜，平均海拔3 200 m，總?cè)丝?3.6萬余人。全縣有可利用草場125.08萬hm2，擁有耕地資源3.13萬hm2，農(nóng)作物總播種面積2.96萬hm2，其中，糧食作物播種面積1.70萬hm2，油料作物播種面積0.91萬hm2。

1.2資料

1961—2019年的逐日平均氣溫資料，來自青海湖南部共和縣氣象局。氣候要素的標(biāo)準(zhǔn)值取1981—2010年30 a的平均值。

1.3研究方法

1.3.1穩(wěn)定通過≥0℃的初日、終日和持續(xù)日數(shù)的確定參照文獻[22]的方法采用5日滑動平均法確定各年日平均氣溫穩(wěn)定通過≥0℃的起止日期，初日至終日的持續(xù)日數(shù)，及初日至終日≥0℃的活動積溫。

1.3.2穩(wěn)定通過≥0℃的初日和終日出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)換參照竺可楨等[23]的方法進行換算，以1月1日為起點，記為1，將日平均氣溫穩(wěn)定通過≥0℃初日、終日出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)換為距離1月1日的實際日數(shù)，即日平均氣溫穩(wěn)定通過≥0℃初日和終日的時間序列。

1.3.3穩(wěn)定通過≥0℃的初日、終日、持續(xù)日數(shù)和活動積溫的變化趨勢采用線性趨勢分析法[22]分析日平均氣溫穩(wěn)定通過≥0℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)和活動積溫的變化趨勢。該方法用氣象要素(z)的時間變化特征表示。采用累積距平及t檢驗等[24-25]檢測分析≥0℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)和積溫的突變規(guī)律；≥0℃的初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫的動態(tài)穩(wěn)定程度可根據(jù)其變異系數(shù)大小確定，變異系數(shù)越大，說明波動性越強，即穩(wěn)定性越差。

z(t)=a0+a1t

式中，t為年序，a0為常數(shù)項，a1線性趨勢項，a0和a1可用最小二乘法確定。可以用|a1|的大小度量其演變程度，a1>0表示氣象要素z在計算時段內(nèi)呈上升趨勢，反之則表示呈下降趨勢。將a1×10a稱為氣候傾向率，單位為℃/10a。用氣象要素z與年份t的相關(guān)系數(shù)檢驗顯著性。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

應(yīng)用DPS 7.05和Excel 2003進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析及繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1≥0℃初日的氣候變化趨勢及突變特征

由圖1和表1可見，1961—2019年共和縣≥0℃初日總體呈極顯著(R=0.503，a=0.001)提前趨勢，氣候傾向率為-2.65 d/10a，59 a提前15.6 d。共和縣穩(wěn)定通過≥0℃初日歷年平均日序為76.7 d，即3月18日；最早為3月5日(2016年)，最晚為4月8日(1969年)，最晚與最早相差34 d，變異系數(shù)為11.5%，年際間變化幅度大。1961—2019年共和縣≥0℃初日序列的累積距平最大值出現(xiàn)在2000年，對1961—2000年和2001—2019年≥0℃初日的變化進行t檢驗結(jié)果表明，|t0|=4.165，通過a=0.001的信度水平檢驗。表明，近59年共和縣≥0℃初日于2000年已發(fā)生突變性提前，突變后(2001—2019年)較突變前(1961—2000年)共和縣≥0℃初日平均提前9.0 d。

表1 共和縣≥0℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)、積溫突變點的信度檢驗及突變前后差值

2.2≥0℃終日的氣候變化趨勢及突變特征

由圖2可見，1961—2019年共和縣≥0℃終日總體呈極顯著(R=0.536，a=0.001)推遲趨勢，氣候傾向率為2.19 d/10a，59 a推遲12.9 d。共和縣穩(wěn)定通過≥0℃終日歷年平均日序為307.8 d，即11月4日；最早為10月21日(1987年)，最晚為11月25日(2015年)，最晚與最早相差35 d，變異系數(shù)為2.3%。1961—2019年≥0℃終日序列的累積距平最小值出現(xiàn)在1993年，對1961—1993年和1994—2019年≥0℃終日的變化進行t檢驗結(jié)果表明，|t0|=5.715，通過a=0.001的信度水平檢驗。表明，近59 年共和縣≥0℃終日于1993年發(fā)生突變性的推遲，突變后(1994—2019年)較突變前(1961—1993年)共和縣≥0℃終日平均推遲9.0 d。

2.3≥0℃持續(xù)日數(shù)的氣候變化趨勢及突變特征

由圖3看出，1961—2019年共和縣≥0℃持續(xù)日數(shù)總體呈極顯著(R=0.691，a=0.001)延長趨勢，氣候傾向率為4.84 d/10a，59 a延長28.5 d。共和縣穩(wěn)定通過≥0℃持續(xù)日數(shù)多年平均為232.4 d；最少為205 d(1968年)，最多為262 d(2015年)，最多與最少相差57 d，變異系數(shù)為5.2%。1961—2019年共和縣≥0℃持續(xù)日數(shù)的累積距平最小值出現(xiàn)在1996年，對1961—1996年和1997—2019年≥0℃持續(xù)日數(shù)的變化進行t檢驗結(jié)果表明，|t0|=6.925，通過a=0.001的信度水平檢驗。表明，近59 年共和縣≥0℃持續(xù)日數(shù)于1996年發(fā)生突變性延長，突變后(1997—2019年)較突變前(1961—1996年)共和縣≥0℃持續(xù)日數(shù)平均延長17.0 d。

2.4≥0℃積溫的氣候變化趨勢及突變特征

由圖4看出，1961—2019年共和縣≥0℃積溫總體呈極顯著(R=0.844，a=0.001)增大趨勢，氣候傾向率為90.22℃· d/10a，59 a共增多532.3℃· d。共和縣穩(wěn)定通過≥0℃積溫多年平均為2 438.6℃·d。最少為2 079.3℃·d (1976年)，最多為2 827.9℃·d (2013年)，最多較最少偏多36.0%，變異系數(shù)為7.7%，年際間變化幅度較大。1961—2019年共和縣≥0℃積溫的累積距平最小值出現(xiàn)在1997年，對1961—1997年和1998—2019年≥0℃積溫的變化進行t檢驗結(jié)果表明，|t0|=11.528，通過a=0.001的信度水平檢驗。表明，近59 年共和縣≥0℃積溫于1997年發(fā)生突變性增多，突變后(1998—2019年)較突變前(1961—1997年)共和縣≥0℃積溫平均增多315.0℃·d。

3結(jié)論與討論

1961—2019年青海湖南部共和縣氣溫穩(wěn)定通過≥0℃的初日、終日、持續(xù)日數(shù)和積溫分別呈極顯著提前、推遲、延長和增多趨勢，氣候傾向率分別為-2.65 d/10a、2.19 d/10a、4.84 d/10a和90.22℃· d/10a，變異系數(shù)分別為11.5%、2.3%、5.2%和7.7%。共和縣氣溫穩(wěn)定通過≥0℃的初日、終日、持續(xù)日數(shù)和積溫分別在2000年、1993年、1996年和1997年發(fā)生突變性提前、推遲、延長和增多，≥0℃的初日提前9 d，終日推遲9 d，持續(xù)日數(shù)延長17 d，積溫增加315.0℃· d。隨著農(nóng)業(yè)熱量資源較為明顯地改善，延長了作物生長季，利于農(nóng)作物生長發(fā)育，對于擴大主要農(nóng)作物的種植區(qū)域及農(nóng)業(yè)品種布局和改進種植制有一定的意義[26-29]。但是，熱量的增多對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也將造成不利影響，如作物病蟲害的繁殖世代數(shù)增加，作物需水量增多，農(nóng)業(yè)干旱趨于嚴(yán)重等[12-14]。因此，加強對農(nóng)業(yè)氣候資源的深入研究，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展，合理布局農(nóng)作物品種具有著深遠的意義。