1971—2017年我國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)降水適宜度的時(shí)空分布特征

邱美娟，劉布春，劉 園，龐靜漪，2，王珂依，王亞明，張玥瀅

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，作物高效用水與抗災(zāi)減損國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.遼寧省營(yíng)口市氣象局，遼寧 營(yíng)口 115001；3.河北省大城縣氣象局，河北 大城 065900）

引 言

蘋(píng)果是中國(guó)重要的林果產(chǎn)業(yè)［1］，陜西、山西、河南、河北、遼寧、山東和甘肅7省是中國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)［2－3］，2018年蘋(píng)果栽培面積和產(chǎn)量分別為1.623×106hm2和 3.488×106t，占全國(guó)總面積和總產(chǎn)量的 83.7%和 88.9%［4］，蘋(píng)果是這些地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)［5］。氣候適宜度指標(biāo)是用來(lái)表征某地氣候資源對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的適宜程度，該指標(biāo)是將溫度、光照、降水等氣候因子，通過(guò)模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)轉(zhuǎn)化為對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成的適宜程度，是開(kāi)展農(nóng)業(yè)氣候資源定量分析及評(píng)價(jià)的重要途徑［6－7］。然而，國(guó)外主要側(cè)重于對(duì)歷史氣候適宜性的評(píng)估，即利用歷年作物產(chǎn)量和氣象要素，通過(guò)建立相關(guān)模型得出作物產(chǎn)量與氣候要素的關(guān)系［8］，以及利用氣候模型預(yù)估未來(lái)氣候的影響，即運(yùn)用氣候預(yù)測(cè)模型或者作物模型，模擬未來(lái)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響［9］。我國(guó)自20世紀(jì)80年代，陸續(xù)建立了溫度、降水和日照時(shí)數(shù)等單一要素及多要素綜合的氣候適宜度模型［10－12］。然而，不同區(qū)域、不同作物、不同生育階段，其氣候要素的適宜度存在差異，為此對(duì)這些氣候適宜度模型進(jìn)行了改進(jìn)，以滿足不同區(qū)域、不同作物的氣候適宜性研究［13－15］。我國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)地處旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，光照資源優(yōu)越，伴隨著氣候變暖，熱量條件變優(yōu)，但降水卻呈減少趨勢(shì)，且極端性強(qiáng)［16－19］，水分條件是限制該區(qū)域蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量、品質(zhì)的重要環(huán)境因素，而降水是蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)水分的主要來(lái)源，降水條件適宜與否，對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量及品質(zhì)有重大影響［20－21］。因此，研究上述主產(chǎn)區(qū)降水適宜度的時(shí)空分布特征，對(duì)指導(dǎo)當(dāng)?shù)氐奶O(píng)果生產(chǎn)、制定應(yīng)對(duì)氣候變化方針等具有重要意義。

多數(shù)研究認(rèn)為，當(dāng)降水量小于作物需水量時(shí)，降水適宜度定義為降水量與需水量的比值，而當(dāng)降水量大于作物需水量時(shí)，降水適宜度則定義為1［22－24］。然而，作物對(duì)水分的需求往往是一個(gè)范圍，因此任玉玉等［25］在前人基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，即當(dāng)降水量小于作物需水量下限時(shí)，降水適宜度定義為降水量與需水量下限的比值；當(dāng)降水量大于作物需水量上限時(shí)，降水適宜度定義為需水量上限與降水量的比值；當(dāng)降水量在需水量下限和上限之間時(shí)，降水適宜度定義為1。另外，部分研究將某時(shí)段降水量與降水距平百分率作比較，同時(shí)考慮土壤墑情狀況，建立了降水適宜度模型［26］，但是土壤墑情資料在很多區(qū)域無(wú)法獲取。以上研究均未考慮水分過(guò)多可能形成濕害的情況，且沒(méi)有考慮降水適宜度閾值，或者僅憑經(jīng)驗(yàn)法確定降水適宜度閾值［27］。為此，本文利用我國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)1971—2017年逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，嘗試考慮水分不足和水分過(guò)多的情況，構(gòu)建降水適宜度模型，并結(jié)合優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)地理分布確定不同生育階段降水適宜度閾值，進(jìn)而基于EOF分解和氣候傾向率等方法分析各生育階段降水適宜度的時(shí)空變化，以期為當(dāng)?shù)靥O(píng)果生產(chǎn)以及應(yīng)對(duì)極端氣候變化提供一定指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 資 料

我國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)包括遼寧、河北、山東、山西、河南、陜西6省以及甘肅的蘭州市、慶陽(yáng)市、平?jīng)鍪小⑻焖?、隴南市、白銀市、定西市、甘南藏族自治州、臨夏回族自治州等9市（州）。選用中國(guó)氣象局提供的上述地區(qū)159個(gè)氣象站1971—2017年逐日最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水量等觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)于缺測(cè)較少的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)用距離最鄰近的站點(diǎn)當(dāng)日數(shù)據(jù)代替，若最鄰近站的數(shù)據(jù)缺測(cè)，則用第二鄰近的站點(diǎn)當(dāng)日數(shù)據(jù)代替，以此類推，研究區(qū)域及氣象站點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。蘋(píng)果生育期資料主要來(lái)源于文獻(xiàn)［28］及［29］。

圖1 研究區(qū)域氣象站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in study area

1.2 研究方法

1.2.1 作物系數(shù)的確定

利用FAO56推薦的最小濕度方法［30－31］訂正作物系數(shù)Kc。根據(jù)FAO的研究［31］和蘋(píng)果樹(shù)的生育特性，將蘋(píng)果樹(shù)劃分為初始生長(zhǎng)期（萌芽—開(kāi)花期，4月上旬至5月下旬）、旺盛生長(zhǎng)期（果實(shí)膨大期，6月上旬至9月上旬）、生長(zhǎng)后期（成熟期，9月中旬至10月下旬）3個(gè)生育階段確定 Kc值。根據(jù)FAO56中蘋(píng)果各生育階段作物系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定，并參考姚小英等［27］的研究成果，將蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期作物系數(shù)Kc－ini取0.55，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下旺盛生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)后期的作物系數(shù)分別取0.9和0.65，株高取值為3.5 m，而對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)條件下旺盛生長(zhǎng)期作物系數(shù)Kc－mid和生長(zhǎng)后期作物系數(shù) Kc－end需進(jìn)行修正，具體訂正方法參考文獻(xiàn)［30］及［31］。

1.2.2 降水適宜度的計(jì)算及閾值

降水適宜度是指降水量滿足蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育階段所需水量的程度，計(jì)算公式為：

式中：u為降水量適宜度；p（mm）為不同生育階段的降水量；w（mm）為相應(yīng)生育階段蘋(píng)果樹(shù)生長(zhǎng)的生理需水量；n（d）為某一生育階段的日數(shù)；i為日序；Kci為第i日的作物系數(shù)；ET0i（mm）為第i日的作物參考蒸散量，根據(jù)FAO 1998年推薦的Penman－Monteith模型［31］計(jì)算獲得。

根據(jù)趙政陽(yáng)［3］對(duì)中國(guó)蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)的研究成果，本文將蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)內(nèi)蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期、旺盛生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)后期的降水適宜度值定義為各生育階段適宜蘋(píng)果生長(zhǎng)的閾值。

另外，還采用了氣候傾向率、經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）分解等方法研究蘋(píng)果各生育階段降水適宜度的變化趨勢(shì)及空間異常分布特征，并根據(jù)NORTH等［32］提出的計(jì)算特征值誤差范圍進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，以考察各模態(tài)之間是否相互獨(dú)立。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期降水適宜度時(shí)空特征

2.1.1 降水適宜度時(shí)空分布

由圖2（a）可見(jiàn)，在蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期，我國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)的降水適宜度呈由北向南逐漸增加的空間分布特征，降水適宜度為0.22～2.41，結(jié)合蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)地理分布，得到蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期的降水適宜度閾值為0.3～1.29。其中，甘肅河?xùn)|北部局部地區(qū)是低值區(qū)，降水適宜度小于0.30，約占研究區(qū)域的0.1%，而陜西南部和河南南部為高值區(qū)，降水適宜度大于1.29，約占研究區(qū)域的5.0%，其余大部分地區(qū)降水適宜度均在閾值范圍內(nèi)，表明主產(chǎn)區(qū)大部的降水適宜度都能夠滿足蘋(píng)果生長(zhǎng)初期對(duì)水分的需求，尤其是降水適宜度在0.3～1.29之間的部分區(qū)域成為了蘋(píng)果的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)。由降水適宜度的定義可知，降水適宜度越小，說(shuō)明降水量小于需水量，降水過(guò)低可能導(dǎo)致蘋(píng)果生長(zhǎng)初期發(fā)生干旱；降水適宜度大于1，則說(shuō)明降水量大于需水量，而降水過(guò)多可能引發(fā)內(nèi)澇。旱澇會(huì)引起蘋(píng)果落花，降低坐果率，水分供給適宜利于提高果樹(shù)光合效率，使果樹(shù)開(kāi)花、坐果等生育過(guò)程順利進(jìn)行。

從圖2（b）看出，研究區(qū)域1971—2017年蘋(píng)果生長(zhǎng)初期降水適宜度的變化趨勢(shì)空間不一致，表現(xiàn)為下降趨勢(shì)的區(qū)域主要分布在研究區(qū)南部，包括甘肅南部和東部、陜西中部、河南南部、山西北部局部地區(qū)和山東東部局部地區(qū)；其余大部分地區(qū)則呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率最大為 0.08（10 a）－1，但只有4.8%的上升區(qū)域通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，主要分布在陜西北部與山西交界處、河北與山東交界處。

2.1.2 降水適宜度EOF特征向量場(chǎng)及時(shí)間系數(shù)

經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解能夠探究降水適宜度的時(shí)空異常變化規(guī)律。由表1可見(jiàn)，蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期降水適宜度前10個(gè)特征向量場(chǎng)的特征值對(duì)總方差的累積貢獻(xiàn)率達(dá)90.09%，其中前2個(gè)特征值的累積方差貢獻(xiàn)率為61.29%。根據(jù)North判別對(duì)特征值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，前2個(gè)模態(tài)均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明其特征向量場(chǎng)是有價(jià)值的信號(hào)，可以反映主產(chǎn)區(qū)蘋(píng)果生長(zhǎng)初期降水適宜度的空間變率分布結(jié)構(gòu)。因此，選用前2個(gè)荷載向量進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，獲取降水適宜度場(chǎng)。

圖2 蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期降水適宜度（a）及其氣候傾向率［b，單位：（10 a）－1］的空間分布Fig.2 Spatial distribution of precipitation suitability（a）and its climate tendency rate（b，Unit：（10 a）－1）at initial growth stage of apple

表1 蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期降水適宜度EOF分解的前10個(gè)特征量的方差貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率Tab.1 The contribution rate and cumulative contribution rate of the first 10 eigenvectors to total variance from EOF decomposition of precipitation suitability at initial growth period of apple 單位：%

圖3是蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期降水適宜度EOF分解的第一、第二載荷向量場(chǎng)及對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)。可以看出，第一載荷向量場(chǎng)全區(qū)幾乎一致為正，中部值較大，東北部、西南部值較?。蹐D3（a）］，說(shuō)明全區(qū)降水適宜度具有較好的一致性，即同時(shí)增大或者同時(shí)減小，且降水適宜度的振蕩強(qiáng)度由東北、西南向中部加強(qiáng)，陜西大部、山西大部、河南大部、河北南部、山東中西部和甘肅東部等地區(qū)易出現(xiàn)降水適宜度異常，對(duì)蘋(píng)果萌芽、開(kāi)花等可能有一定影響。這種空間類型占總方差的50.53%，故第一載荷向量空間分布可以反映研究區(qū)域降水適宜度的主要特點(diǎn)。第一載荷向量對(duì)應(yīng)的第一時(shí)間系數(shù)的變化等同于各站平均降水適宜度變化，第一時(shí)間系數(shù)越大，該年的平均降水適宜度越大。從第一時(shí)間系數(shù)曲線［圖3（c）］看出，1971—2017年整體呈緩慢波動(dòng)上升趨勢(shì)，表明研究區(qū)降水適宜度呈緩慢升高趨勢(shì)，但未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。其中，1983、1990、1991、1998年的第一時(shí)間系數(shù)較大，分別為 37.225、31.185、33.217和62.597，同期的降水適宜度分別為 1.02、1.00、0.99和 1.36，較區(qū)域多年平均值 0.69偏大0.3～0.67；1981年和 2001年的第一時(shí)間系數(shù)較小，分別為 －33.223和 －32.798，同期的降水適宜度分別為0.29和0.26，比平均值偏小0.4左右。

蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期，降水適宜度第二載荷向量場(chǎng)呈東西反向的分布特征，向量載荷值為正值的地區(qū)主要在東部的環(huán)渤海灣一帶，負(fù)值區(qū)域主要位于西部的黃土高原一帶［圖3（b）］。環(huán)渤海灣一帶主要受東亞夏季風(fēng)影響，而黃土高原一帶因深居內(nèi)陸主要受大陸性氣候影響，所以這兩個(gè)地區(qū)降水適宜度的變化呈相反狀態(tài)，這種空間類型占總方差的10.76%。第二時(shí)間系數(shù)正值越大，其對(duì)應(yīng)年份的降水適宜度越接近于第二特征向量場(chǎng)的分布，即東（正）西（負(fù)）反向型，如 1979、1990、2005、2008年等；第二時(shí)間系數(shù)負(fù)值越大，其對(duì)應(yīng)年份的降水適宜度越接近第二特征向量場(chǎng)的反向分布，如1973、1993、2002、2013年等［圖3（d）］。

圖3 初始生長(zhǎng)期降水適宜度EOF分解的第一（a、c）、第二（b、d）特征向量（a、b）及相應(yīng)的時(shí)間系數(shù)（c、d）Fig.3 The first（a，c）and second（b，d）spatial load vectors（a，b）of precipitation suitability decomposed by EOF and corresponding time coefficients（c，d）at initial growth period of apple

2.2 蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度時(shí)空特征

2.2.1 降水適宜度的時(shí)空分布

根據(jù)蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)地理分布，得到蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度閾值為0.63～1.78。從蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度的空間分布［圖4（a）］看出，大部區(qū)域的降水適宜度為0.70～1.78，占整個(gè)研究區(qū)域的 89.4%，其中降水適宜度為1.00～1.78的區(qū)域約占整個(gè)研究區(qū)域的一半（52.8%）。其中，遼寧東部、河南南部局部以及陜西南部局部地區(qū)降水適宜度大于1.78，約占整個(gè)區(qū)域的2.2%；甘肅河?xùn)|北部局部地區(qū)、陜西北部局部地區(qū)和河北北部局部地區(qū)的降水適宜度未超過(guò)0.63，約占整個(gè)區(qū)域的3.1%。果實(shí)膨大期通常是蘋(píng)果生長(zhǎng)需水的關(guān)鍵期，水分條件主要影響果實(shí)膨大、內(nèi)在品質(zhì)、果形等，水分供應(yīng)充足，可以促進(jìn)果實(shí)膨大，且利于著色，但是水分過(guò)多也會(huì)影響花芽形成，還可造成新梢生長(zhǎng)過(guò)旺。

從蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度的變化趨勢(shì)［圖4（b）］看出，近47 a蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期主產(chǎn)區(qū)降水適宜度的變化趨勢(shì)不盡一致，大部區(qū)域呈減小趨勢(shì)，而遼寧東北部局部、山西西北部局部、陜西北部局部和南部局部、河南大部和山東中西部等地區(qū)呈增大趨勢(shì)，但只有0.7%的負(fù)值區(qū)域通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，主要分布在甘肅局部地區(qū)。

圖4 蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度（a）及其氣候傾向率［b，單位：（10 a）－1］的空間分布Fig.4 Spatial distribution of precipitation suitability（a）and its climate tendency rate（b，Unit：（10 a）－1）at vigorous growth period of apple

2.2.2 降水適宜度EOF特征向量場(chǎng)及時(shí)間系數(shù)

表2是蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度前10個(gè)特征向量場(chǎng)對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率?？梢钥闯?，前10個(gè)特征值的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)88.46%，其中前2個(gè)特征值的累積方差貢獻(xiàn)率為51.25%。通過(guò)North判別發(fā)現(xiàn)，前2個(gè)模態(tài)均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，可以反映蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度的空間變率分布結(jié)構(gòu)。

表2 蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度EOF分解的前10個(gè)特征量的方差貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率Tab.2 The contribution rate and cumulative contribution rate of the first 10 eigenvectors to total variance from EOF decomposition of precipitation suitability at vigorous growth period of apple 單位：%

從圖5（a）看出，第一特征向量場(chǎng)全區(qū)均為正值，說(shuō)明蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度全區(qū)具有較好的一致性，且降水適宜度的振蕩強(qiáng)度由東北、西南向中部逐漸加強(qiáng)，河北、山西、河南、山東4省交匯處是載荷高值區(qū)，為 0.045～0.056，這些地區(qū)在蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期易出現(xiàn)降水適宜度異常，對(duì)當(dāng)?shù)靥O(píng)果花芽分化、果實(shí)膨大等可能會(huì)造成一定影響。對(duì)應(yīng)的第一時(shí)間系數(shù)變化曲線［圖5（c）］顯示，1971—2017年曲線總體呈不顯著下降趨勢(shì)，在1997、1999年和2002年出現(xiàn)極小值，分別為 －43.237、－26.928和－29.408，同期的平均降水適宜度分別為 0.50、0.69和 0.68，較區(qū)域多年平均降水適宜度 1.07偏小0.4～0.5左右。

從圖5（b）看出，第二特征向量場(chǎng)呈南北反向的分型，這種空間類型占總方差的18.99%。其中，大致以36°N為界，南部地區(qū)空間向量載荷值為正值，包括甘肅南部、陜西中南部、山西南部、河北南部局部、河南和山東中南部，而北部地區(qū)的載荷值為負(fù)值，絕對(duì)值高值區(qū)位于遼寧、河北中北部和山西北部一帶，說(shuō)明這些區(qū)域是該分異類型降水適宜度振蕩強(qiáng)度較大的地區(qū)。對(duì)應(yīng)的第二時(shí)間系數(shù)變化曲線［圖5（d）］顯示，1971—2017年曲線整體呈不顯著的上升趨勢(shì)，反映了蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期36°N以南地區(qū)降水適宜度上升、以北地區(qū)降水適宜度下降的主要特征；時(shí)間系數(shù)正值越大，其對(duì)應(yīng)年份的降水適宜度越接近于EOF分解的特征場(chǎng)分布形態(tài)，而負(fù)值越大，其對(duì)應(yīng)年份的降水適宜度越接近于特征場(chǎng)的反向分布形態(tài)。

圖5 蘋(píng)果旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度EOF分解的第一（a、c）、第二（b、d）特征向量（a、b）及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)（c、d）Fig.5 The first（a，c）and second（c，d）spatial load vectors（a，b）of precipitation suitability and corresponding time coefficients（c，d）from EOF decomposition at vigorous growth period of apple

2.3 蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度時(shí)空特征

2.3.1 降水適宜度的時(shí)空分布

結(jié)合蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)的地理分布，得到蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度的閾值為0.62～2.84，較旺盛期范圍更寬。從圖6（a）看出，蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度小于等于0.62、大于2.84的區(qū)域分別約占研究區(qū)域的0.9%、3.2%，對(duì)應(yīng)分布在甘肅河?xùn)|北部和河北北部局部地區(qū)、陜西南部，而甘肅大部、陜西中部、山西南部、河南大部、山東南部局部、遼寧東部等地區(qū)降水適宜度為1.00～2.84，約占研究區(qū)域的一半（51.5%），部分地區(qū)為蘋(píng)果的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)。蘋(píng)果生長(zhǎng)后期，如果水分過(guò)多，排澇不及時(shí)，容易引起裂果或者果實(shí)病害，影響品質(zhì)和產(chǎn)量；如果過(guò)于干旱，則會(huì)影響果實(shí)著色或造成采前落果。

蘋(píng)果生長(zhǎng)后期，近47 a降水適宜度在山西、河北、甘肅河?xùn)|大部、陜西大部、河南大部、山東大部以及遼寧西部局部和東部局部地區(qū)呈增大趨勢(shì)，但僅有12.0%左右的區(qū)域通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，主要分布在河北中部和山西北部；遼寧大部、山東局部、陜西部分地區(qū)降水適宜度呈減小趨勢(shì)，且約0.3%的遼寧北部區(qū)域通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)［圖6（b）］。

2.3.2 降水適宜度EOF特征向量場(chǎng)及時(shí)間系數(shù)

蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度前10個(gè)特征向量值對(duì)總方差的累積貢獻(xiàn)率達(dá)92.89%，其中前2個(gè)特征值的累積方差貢獻(xiàn)率為66.55%（表略），且均通過(guò)North判別的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明其可以反映蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度的空間變率分布結(jié)構(gòu)。

從圖7（a）看出，蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度EOF分解的第一特征向量場(chǎng)呈現(xiàn)遼寧和河北東部局部地區(qū)與其他地區(qū)反向的空間分布特征，這種空間類型占總方差的49.51%，其中遼寧和河北東部局部地區(qū)為載荷向量負(fù)值區(qū)，其他地區(qū)均為正值，正的高值區(qū)主要位于河北南部、山西中南部、河南大部、陜西中南部、甘肅東部和山東大部，在0.035～0.05之間，說(shuō)明這些區(qū)域是該分異類型中降水適宜度振動(dòng)強(qiáng)度較大的地區(qū)，對(duì)蘋(píng)果的品質(zhì)和產(chǎn)量可能會(huì)造成一定的影響。蘋(píng)果生長(zhǎng)后期，降水適宜度第一時(shí)間系數(shù)曲線總體呈緩慢上升趨勢(shì)，但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)［圖7（c）］。其中，在1972、1998年和 2006年出現(xiàn)極小值，分別為 －23.089、－19.960和 －20.962，對(duì)應(yīng)的平均降水適宜度分別為0.63、0.57和0.58，比區(qū)域平均值 1.19偏小 0.56～0.62；在 1975、1983、1985、2003、2005、2011年和 2014年出現(xiàn)極大值，分別為 36.878、30.533、39.801、35.314、40.039、33.131和33.482，對(duì)應(yīng)的平均降水適宜度分別為2.37、2.19、2.25、2.19、2.33、2.16和 2.17，比區(qū)域平均值偏大0.98～1.18。

圖6 蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度（a）及其氣候傾向率［b，單位：（10 a）－1］的空間分布Fig.6 Spatial distribution of precipitation suitability（a）and its climate tendency rate（b，Unit：（10 a）－1）at later growth period of apple

圖7 蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度EOF分解的第一（a、c）和第二（b、d）特征向量場(chǎng)（a、b）及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)（c、d）Fig.7 The first（a，c）and second（b，d）spatial load vectors（a，b）of precipitation suitability and corresponding time coefficients（c，d）from EOF decomposition at later growth period of apple

蘋(píng)果生長(zhǎng)后期降水適宜度的第二特征向量場(chǎng)與旺盛生長(zhǎng)期第二特征向量場(chǎng)有相似的空間分布特征，大致以36°N為界，呈南北反向變化［圖7（b）］，這種空間類型占總方差的17.04%。其中，以南地區(qū)的空間向量載荷值為正值，且高值區(qū)（0.020～0.036）主要位于河南、陜西南部和山東西南部地區(qū)，表明這些地區(qū)是該分異類型中降水適宜度變化較大的區(qū)域；以北地區(qū)的向量載荷值為負(fù)值，且絕對(duì)值高值區(qū)分布在河北中北部、山西北部和遼寧西部局部地區(qū)，表明這些地區(qū)是該分異類型中降水適宜度變化較大的地區(qū)。對(duì)應(yīng)的第二時(shí)間系數(shù)變化曲線整體呈不顯著的減小趨勢(shì)，在2003、2007和2010年出現(xiàn)極小值，分別為 －27.377、－38.165和 －22.209［圖7（d）］。

3 討 論

大多數(shù)研究在構(gòu)建降水適宜度模型時(shí)，將降水量大于需水量時(shí)的適宜度設(shè)置為1，僅考慮水分不足情況，未考慮水分過(guò)多情況［22－24］，而本文構(gòu)建的降水適宜度模型可以直觀地體現(xiàn)水分的盈虧狀況，但模型中沒(méi)有考慮土壤濕度情況，未將前期降水形成的底墑考慮進(jìn)去，使得研究結(jié)果存在一定的誤差。另外，根據(jù)逐日氣象條件，利用FAO推薦的最小濕度法對(duì)蘋(píng)果作物系數(shù)進(jìn)行訂正，得到每日作物系數(shù)，較各生育階段的作物系數(shù)設(shè)為一個(gè)固定值估算林果水分適宜度更能體現(xiàn)作物系數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。然而，蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下旺盛生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)后期的作物系數(shù)全區(qū)相同，可能對(duì)訂正結(jié)果有一定的影響。

本文基于蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)分布特征確定的各生育階段降水適宜度閾值方法，主要是依靠自然降水滿足蘋(píng)果生長(zhǎng)需求，故而這種獲取各生育階段降水適宜度閾值的方法具有一定的可行性，但若要獲得準(zhǔn)確的降水適宜度閾值，還需要通過(guò)觀測(cè)試驗(yàn)進(jìn)一步獲取。

應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解研究了我國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)降水適宜度的空間分布特征和時(shí)間變化規(guī)律，突出了降水適宜度的區(qū)域分布和變化，比簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)分析方法有一定的優(yōu)勢(shì)，但未深入探討造成這種降水適宜度時(shí)空變化的深層次原因，如環(huán)流變化、地形影響等。另外，研究中沒(méi)有考慮不同蘋(píng)果樹(shù)種、樹(shù)齡需水量的差異，后續(xù)在有條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)觀測(cè)試驗(yàn)做進(jìn)一步的深入分析。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)蘋(píng)果各生育階段降水適宜度和蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)地理分布特征，得到蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期、旺盛生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)后期的降水適宜度閾值分別為0.30～1.29、0.63～1.78和 0.62～2.84。

（2）蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期，降水適宜度呈現(xiàn)由北向南逐漸增加的空間分布特征，除了甘肅河?xùn)|北部局部地區(qū)、陜西南部和河南南部外，大部分地區(qū)降水適宜度處在0.3～1.29閾值范圍內(nèi)。旺盛生長(zhǎng)期，除了遼寧東部、河南南部局部、陜西南部局部和北部局部、甘肅河?xùn)|北部局部以及河北北部局部等地區(qū)外，其他大部分地區(qū)降水適宜度處于0.63～1.78閾值范圍內(nèi)。生長(zhǎng)后期，除了甘肅河?xùn)|北部局部、河北北部局部和陜西南部局部等地區(qū)，其他大部分地區(qū)降水適宜度為0.62～2.84，均在閾值范圍內(nèi)。這些閾值范圍內(nèi)的降水，有利于蘋(píng)果的正常生長(zhǎng)發(fā)育。

（3）近47 a來(lái)蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期、旺盛生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)后期，主產(chǎn)區(qū)絕大部分區(qū)域降水適宜度變化趨勢(shì)不明顯，只有極小部分區(qū)域通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，但不同生育階段變化趨勢(shì)顯著的區(qū)域及范圍略有不同。

（4）蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期和旺盛生長(zhǎng)期降水適宜度第一向量場(chǎng)全區(qū)幾乎均為正值，這種空間類型分別占整體方差的50.53%和32.26%，說(shuō)明全區(qū)降水適宜度具有較好的一致性，即同時(shí)增大或同時(shí)減小，且降水適宜度的振蕩強(qiáng)度均從東北、西南向中部加強(qiáng)，中部地區(qū)易出現(xiàn)降水異常，對(duì)蘋(píng)果的正常生長(zhǎng)造成一定影響。生長(zhǎng)后期，降水適宜度第一向量場(chǎng)上遼寧和河北東部局部地區(qū)與其他地區(qū)呈反向的空間分布特征，占總體方差的49.51%。降水適宜度第一時(shí)間系數(shù)曲線在初始生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)后期呈不顯著的上升趨勢(shì)，而在旺盛生長(zhǎng)期呈不顯著的下降趨勢(shì)。

（5）降水適宜度第二向量場(chǎng)，蘋(píng)果初始生長(zhǎng)期呈東西反向的空間分布特征，環(huán)渤海大部為正值區(qū)，黃土高原大部為負(fù)值區(qū)；旺盛生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)后期，約以36°N為界呈南北反向（南正北負(fù)）的空間分布特征，降水適宜度振幅最大的地區(qū)主要在河南大部和陜西南部地區(qū)。降水適宜度第二時(shí)間系數(shù)曲線在初始生長(zhǎng)期和旺盛生長(zhǎng)期呈不顯著的上升趨勢(shì)，而在生長(zhǎng)后期呈不顯著的下降趨勢(shì)。