1961—2019 年延邊州農業(yè)氣候資源時間變化特征分析

張佳意 任景全 李軍偉 吳志彬

（1.吉林省延邊朝鮮族自治州氣象局，吉林延吉 133000；2.吉林省氣象科學研究所，吉林長春 130062；3.中國人民解放軍93313 部隊氣象臺，吉林長春 130111）

1 引言

農業(yè)是對氣候變化最為敏感的領域之一。 在氣候變化背景下，農業(yè)氣候資源也發(fā)生著變化。氣候變化對農業(yè)生產有著重要的影響[1-4]。 何永坤等研究表明，1961—2006 年東北三省積溫表現為一致的增多趨勢，降水量、日照時數呈減少趨勢[5]。賈建英等[6]研究認為，與20 世紀60 年代相比，玉米氣候資源在2001—2006 年增加較顯著。 趙俊芳等[7]研究表明，1960—2010 年，東北地區(qū)農業(yè)熱量資源存在年代際變化，且20 世紀80 年代到90 年代是該地區(qū)農業(yè)熱量資源增加最快的時期。 唐寶琪等[8]研究認為，1961—2013 年華東地區(qū)日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃積溫及其持續(xù)日數呈顯著增加趨勢。 李紅梅等[9]研究表明，陜西≥0℃和≥10℃初日普遍顯著提前，終日變化不顯著。 綜上研究表明，東北地區(qū)及我國其他地區(qū)農業(yè)氣候資源都發(fā)生了較為明顯的變化。

延邊州作為優(yōu)質水稻的生產基地， 是著名的水稻之鄉(xiāng)。整個地勢西高東低，自西南、西北、東北三面向東南傾斜，以琿春一帶為最低。屬中溫帶濕潤季風氣候，雨水充沛，晝夜溫差大。 掌握延邊州農業(yè)氣候資源的變化規(guī)律對水稻等農作物的種植尤為重要。 鑒于此，本研究利用1961—2019 年延邊州的氣象觀測數據， 分析其農業(yè)氣候資源的變化規(guī)律，以期為延邊州的農業(yè)生產提供氣象保障。

2 資料與方法

2.1 資料來源

本研究所需數據包括1961—2019 年延邊州8 個氣象站的逐日氣象觀測資料， 氣象資料來源于吉林省氣象信息網絡中心。 研究時段為主要作物生長季（5—9 月）。 農業(yè)氣候資源主要包括光資源、熱量資源和水分資源。 本研究選取5—9 月總日照時數表征光資源，5—9 月平均氣溫和活動積溫表征熱量資源，5—9 月降水量和參考作物蒸散量（ET0）表征水分資源。

2.2 研究方法

2.2.1 參考作物蒸散量（ET0）的計算方法

參考作物蒸散量（ET0）的計算采用聯(lián)合國糧農組織推薦的Penman-Monteith 公式[10]（Allen et al.，1998），其形式如下：

式中，ET0為參考作物蒸散量 （mm·a-1）；Δ 為飽和水汽壓曲線斜率 （kPa·℃-1）；Rn為地表凈輻射（MJ·m-2·d-1）；G為土壤熱通量（MJ·m-2·d-1），計算中計為0；γ 為干濕表常數（kPa·℃-1）；T為平均氣溫（℃），為日最高氣溫和日最低氣溫的平均值；u2為2m 高度處的風速 （m·s-1）；es為飽和水汽壓（kPa）；ea為實際水汽壓（kPa），由露點溫度計算得出。

2.2.2 氣候傾向率

氣候傾向率采用一元線性方程表示，即

式中，Y為農業(yè)氣候資源；b為常數；a1為線性趨勢項；t為時間。把a1×10 表示為農業(yè)氣候資源每10a的氣候傾向率。

2.2.3 突變分析

利用Mann-Kendall（M-K）和信噪比的方法進行農業(yè)氣候資源的突變性檢驗[11-14]。信噪比計算方法為

式中，S/N為信噪比；X1、X2和S1、S2分別為轉折年份前后兩階段農業(yè)氣候資源的平均值和標準差。當S/N＞1.0，定義為突變，最大信噪比的時間定義為農業(yè)氣候資源突變出現的時間。

3 結果與分析

3.1 農業(yè)氣候資源的時間變化

3.1.1 熱量資源的時間變化

1961—2019 年延邊州熱量資源的時間變化見圖1。 59 年間延邊州平均氣溫呈顯著上升趨勢變化（P＜0.01），氣候傾向率為0.21℃/10a，其中，1969 年平均氣溫最低，為16.1℃，2010 年最高，為18.8℃（圖1a）。 從1997 年開始，平均氣溫基本在1961—2019 年平均值以上波動變化。 從平均氣溫年代際變化看，20 世紀70 年代開始， 呈逐年代上升趨勢變化，20 世紀70 年代平均氣溫最低，為16.8℃，21 世 紀10 年 代 最 高， 為17.8℃。1961—2019 年活動積溫呈顯著上升趨勢變化（P＜0.01），氣候傾向率為32.5（℃·d）/10a，其中，1969 年活動積溫最低， 為2 456.7℃·d，2010 年最高，為2 870.1℃·d（圖1b）。從年代際變化看，活動積溫與平均氣溫變化一致，20 世紀70 年代最低，21 世紀10 年代最高。

3.1.2 光資源的時間變化

1961—2019 年延邊州光資源的時間變化見圖2。 由圖2 可見，日照時數呈逐年下降趨勢，氣候傾向率為-6.7h/10a， 下降趨勢不顯著。 1961—2019 年日照時數平均值為992.1h， 其中，1998 年日 照 時 數 最 低， 為846.9h，1965 年 最 高，為1150.8h。 從年代際變化看，20 世紀60 年代最高，為1032.8h，20 世紀80 年代最低，為961.2h。21 世紀10 年代的日照時數低于多年平均值。

圖1 1961—2019 年延邊州熱量資源的時間變化（a：平均氣溫；b：活動積溫）

圖2 1961—2019 年延邊州光資源的時間變化

3.1.3 水分資源的時間變化

1961—2019 年延邊州水分資源的時間變化見圖3。 由圖可見（圖3a），降水量呈上升趨勢變化，氣候傾向率為0.68mm/10a，上升趨勢不顯著。1961—2019 年降水量平均值為477.5mm，1967 年降水量最低， 為302.6mm，1971 年降水量最高，為694.8mm。 從年代際變化看，20 世紀70 年代降水量最低， 為440.9mm，20 世紀90 年代最高，為514.1mm。 從ET0變化看（圖3b），1961—2019 年ET0呈下降趨勢變化，氣候傾向率為-1.51mm/10a，下降趨勢不顯著。 1961—2019 年ET0平均值為554.2mm，1995 年最低，為494.6mm，1978 年最高，為619.4mm。 從年代際變化看，20 世紀90 年代ET0最低，為535.4mm，20 世紀60 年代ET0最高，為565.3mm。

圖3 1961—2019 年延邊州水分資源的時間變化（a：降水量；b：ET0）

3.2 農業(yè)氣候資源的突變分析

3.2.1 熱量資源的突變分析

1961—2019 年延邊州熱量資源的突變分析見圖4。 由圖可見（圖4a），平均氣溫UF 和UB 曲線在臨界線之間只有一個交點， 出現在1997 年，說明在1997 年發(fā)生了突變，突變后平均氣溫較突變前上升了0.8℃；UF 曲線與臨界線相交于1999年，說明從1999 年開始，平均氣溫上升趨勢顯著。從圖可知（圖4b），活動積溫UF 和UB 曲線在臨界線之間有3 個交點， 進一步計算其信噪比值，3個交點年份信噪比值均小于1.0，說明沒有發(fā)生突變， 但活動積溫UF 曲線在2003 年超過了臨界線，說明其上升趨勢顯著。

圖4 1961—2019 年延邊州熱量資源的突變特征（a：平均氣溫；b：活動積溫）

3.2.2 光資源的突變分析

1961—2019 年延邊州日照時數UF 和UB 兩條曲線在臨界線之間有一個交點， 出現在1973年，之后日照時數呈上升趨勢，但沒達到0.05 顯著性水平。進一步計算其信噪比，信噪比小于1.0，說明其沒有發(fā)生突變。

3.2.3 水分資源的突變分析

1961—2019 年延邊州水分資源的突變分析見圖5。 由圖可見（圖5a），降水量UF 和UB 兩條曲線在臨界線之間有多個交點，UF 曲線波動變化，沒有超過臨界線，說明其變化不顯著。 進一步計算交點年份的信噪比值， 信噪比均小于1.0，說明其未發(fā)生突變。 同理，ET0也未發(fā)生突變（圖5b）。

圖5 1961—2019 年延邊州水分資源的突變特征（a：降水量；b：ET0）

4 結語

（1）1961—2019 年延邊州作物生長季（5—9月）平均氣溫呈顯著上升趨勢變化（P＜0.01），氣候傾向率為0.21℃/10a。 20 世紀70 年代平均氣溫最低，21 世紀10 年代最高。 在1997 年發(fā)生了突變，突變后平均氣溫較突變前上升了0.8℃。 活動積溫呈顯著上升趨勢變化 （P＜0.01）， 氣候傾向率為32.5（℃·d）/10a，但未發(fā)生突變。

（2）1961—2019 年延邊州作物生長季（5—9月）日照時數平均值為992.1h，呈逐年下降趨勢，氣候傾向率為-6.7h/10a， 下降趨勢不顯著，20 世紀60 年代最高，80 年代最低。 日照時數未發(fā)生突變。

（3）1961—2019 年延邊州作物生長季（5—9月）降水量平均值為477.5mm，呈上升趨勢變化，氣候傾向率為0.68mm/10a， 上升趨勢不顯著，在20 世紀70 年代最低，90 年代最高。 1961—2019年ET0的平均值為554.2mm，呈下降趨勢變化，氣候傾向率為-1.51mm/10a，下降趨勢不顯著，ET0在20 世紀90 年代最低，60 年代最高。 降水量和ET0均未發(fā)生突變。

（4）與東北地區(qū)相比，延邊州平均氣溫、活動積溫變化趨勢與東北地區(qū)一致， 日照時數變化趨勢與東北大部地區(qū)一致。 延邊州作物生長季降水量與東北大部地區(qū)降水量變化趨勢相反， 這與局地環(huán)境不同以及數據統(tǒng)計時段不同有關。