近42年萬山區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析

曾小江 劉德燦 皮小雯

摘要 利用萬山區(qū)國家氣象觀測站1978—2019年地面氣象觀測資料，采用滑動平均法、線性傾向估計法、M-K檢驗法、滑動 t 檢驗等方法分析萬山區(qū)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)的光、熱、水指標(biāo)的氣候資源特征值。結(jié)果表明，近42年萬山區(qū)年平均氣溫總體呈上升趨勢，平均增長率為0.25 ℃/10 a，2002年為突變時間點，其中春季升溫明顯;降水量平均增長率為27.5 mm/10 a，變化趨勢不明顯;日照時數(shù)總體呈下降趨勢，平均下降率為54.0 h/10 a，2010年為突變時間點，其中秋季下降趨勢顯著;穩(wěn)定通過5 ℃初日每10年推后1 d，穩(wěn)定通過10 ℃初日每10年提前4 d，穩(wěn)定通過15 ℃初日每10年提前4 d、終日每10年推后3 d。穩(wěn)定通過5、10、15 ℃的初日至終日持續(xù)天數(shù)增長率分別為5、6、6 d/10 a。穩(wěn)定通過0、5、10、15 ℃的活動積溫變化顯著，傾向率分別為110.6、99.8、117.2、131.9 （℃·d）/10 a，穩(wěn)定通過20 ℃活動積溫變化不顯著。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)氣候資源;變化特征;萬山區(qū)

中圖分類號 S 162 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A ?文章編號 0517-6611（2021）15-0207-06

Abstract Using the surface meteorological observation data of Wanshan national meteorological observation station from 1978 to 2019，the climatic resource characteristic values of light， heat and water indicators closely related to agricultural production in Wanshan District were analyzed by using moving average method， linear tendency estimation method， MK test method， sliding ?t ?test and other methods.The results showed that the annual average temperature in Wanshan District in the past 42 years had shown an overall upward trend， with an average growth rate of 0.25 ℃/10 a，and the abrupt change time point was 2002，in which the temperature rise in spring was obvious.The average growth rate of precipitation was 27.5 mm/10 a， and the change trend was not obvious.The sunshine hours had an overall downward trend， with an average decline rate of 54.0 h/10 a， and the abrupt change time point was 2010， in which the downward trend was significant in autumn.The first day of stable passing 5 ℃ was postponed 1 d every 10 years， the first day of stable passing 10 ℃ was advanced 4 d every 10 years， the first day of stable passing 15 ℃ was advanced 4 d every 10 years， and the final day was postponed 3 d every 10 years.The growth rate of the duration of the first day and the last day of stable passage through 5， 10 and 15 ℃ were 5， 6， and 6 d/10 a， respectively.The active accumulated temperature of stable passing 0， 5， 10， 15 ℃ changed significantly， and the tendency rates were 110.6， 99.8， 117.2， 131.9 （℃·d）/10 a， respectively， and the active accumulated temperature at 20℃ did not change significantly.

Key words Agroclimatic resources;Change characteristics;Wanshan District

基金項目 貴州省氣象局科研業(yè)務(wù)項目“萬山區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源特征分析”（黔氣科登〔2020〕10-02號）。

作者簡介 曾小江（1988—），男，貴州德江人，助理工程師，從事綜合氣象觀測業(yè)務(wù)工作。

收稿日期 2021-01-20

農(nóng)業(yè)氣候資源是一個區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的潛在能力，當(dāng)前全球氣候的變暖直接或間接影響著農(nóng)業(yè)氣候資源的變化，不同地域環(huán)境下的氣候變化也存在差異，這對農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展都存在一定的潛在風(fēng)險，因此，研究氣候變化對局地農(nóng)業(yè)氣候資源的變化具有重要的現(xiàn)實意義。王遵婭等[1]研究得出長江中下游地區(qū)夏季出現(xiàn)降溫的特殊情況。湯緒等[2]研究表明我國穩(wěn)定≥10 ℃積溫有所增加。童碧慶等[3]研究得出貴州省氣溫大部分地區(qū)都呈上升趨勢，以冬季最為明顯，降水量西南部及東部地區(qū)有增加的趨勢。鄭小波等[4]研究得出近45年貴州日照時數(shù)整體呈減少趨勢。薛旭等[5]研究得出銅仁市近52年≥10 ℃界限溫度初日提前、終日推后、持續(xù)天數(shù)和積溫增加，但其研究僅針對銅仁市本站，對周邊區(qū)縣缺少指導(dǎo)意義。近年來萬山區(qū)大力發(fā)展特色農(nóng)產(chǎn)品種植和推廣村村蔬菜種植，打造城市“菜籃子”，為此，筆者通過對萬山區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的變化特征進(jìn)行分析，研究可能存在的各類氣候突發(fā)事件，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)及特色農(nóng)作物種植提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

萬山國家氣象觀測站自1977年7月站址遷移到現(xiàn)站址以來觀測站點再無變動，氣象資料序列連續(xù)性較好。該研究基于萬山國家氣象觀測站1978—2019年的地面觀測資料，所用地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件（A文件）經(jīng)過了格式審查和質(zhì)量控制，采用5日滑動平均法計算農(nóng)業(yè)界限溫度的初、終日日期[6]，運用滑動平均法、線性傾向估計法、Mann-Kendall突變檢驗法[7]（取顯著水平 α =0.05）、滑動 t 檢驗[7]（取顯著水平 α =0.05）等方法分析萬山區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱量資源特征

2.1.1 平均氣溫變化。

2.1.1.1 年際變化。

由圖1可知，近42年萬山區(qū)年平均氣溫在12.6～14.7 ℃，平均氣溫為13.7 ℃，年平均氣溫整體表現(xiàn)為上升趨勢，尤其是21世紀(jì)初開始年代平均氣溫明顯高于多年平均值，近42年年平均氣溫傾向率為0.25 ℃/10 a，上升趨勢明顯（ P <0.01），其中除20世紀(jì)80年代外，其余年代均通過顯著性檢驗（ P <0.01）;5年滑動平均線呈波動上升趨勢，1999年以前均為負(fù)距平，處于冷期階段;1999年以后處于暖期階段，年平均氣溫最低為1984年的12.6 ℃，最高為2013年的14.7 ℃，1984年為年平均氣溫異常[8]偏低年份。

2.1.1.2 季變化。

由圖2可知，萬山區(qū)季度氣溫差別明顯，春季、夏季、秋季、冬季變化趨勢分別為0.54、0.12、0.18、019 ℃/10 a，春季升溫趨勢顯著（ P <0.01）;夏季氣溫變化平緩，升溫不顯著;秋季、冬季氣溫波動較大，升溫不顯著;春季對全年氣溫提升作用最明顯。

1—3月平均氣溫在2.1～6.4 ℃，由表1可知，穩(wěn)定通過0 ℃的初日出現(xiàn)在2月中旬后期，極端日最低氣溫為-8.0 ℃，略高于耐寒多年生宿根類蔬菜所能承受溫度下限;4月平均氣溫為12.5 ℃，穩(wěn)定通過10 ℃的初日出現(xiàn)在4月中旬前期，該時期既是喜涼作物的旺盛生成期，也是喜溫作物的播種生長期;5—9月平均氣溫在16.8～22.9 ℃，穩(wěn)定通過15 ℃的初日出現(xiàn)在5月上旬后期，穩(wěn)定通過20 ℃的初日出現(xiàn)在6月下旬，該時期是喜熱作物的旺盛生長期，熱量條件較好;10—12月平均氣溫在4.7～14.0 ℃。

2.1.1.3 突變性檢驗。

由圖3a可知，近42年萬山區(qū)年平均氣溫的UF和UB線在±1.96 臨界線之間的M-K突變點為2002年，2002年開始年平均氣溫上升趨勢明顯，2006年后增溫趨勢更為顯著。結(jié)合圖3b滑動 t 檢驗（取步長為5）驗證，2005年通過顯著性檢驗（ P <0.05），說明2005年前后兩序列的均值出現(xiàn)顯著差異，綜合分析得出萬山區(qū)年平均氣溫突變點為2002年。

2.1.2 農(nóng)業(yè)界限溫度。

2.1.2.1 穩(wěn)定通過0、5、10、15、20 ℃初日、終日、持續(xù)天數(shù)和活動積溫及期間降水量、日照時數(shù)。

由表1可知，近42年萬山區(qū)穩(wěn)定通過0 ℃初日、終日均有提前的趨勢，且初日變化幅度大于終日，穩(wěn)定通過0 ℃的持續(xù)天數(shù)和活動積溫均呈增加趨勢，其中活動積溫增加顯著（ P <0.01）;穩(wěn)定通過5 ℃初日、終日均有推后的趨勢且變化幅度相同，初日推后明顯（ P <0.01），穩(wěn)定通過5 ℃持續(xù)天數(shù)和活動積溫均增加顯著（ P <0.01）;穩(wěn)定通過10 ℃初日提前、終日推后，初日提前明顯（ P <0.01），這將增加初日、終日期間的持續(xù)天數(shù)并有助于農(nóng)作物獲得更多熱量資源，通過查看表1中穩(wěn)定通過10 ℃持續(xù)天數(shù)和活動積溫的增加趨勢得到印證，穩(wěn)定通過10 ℃持續(xù)天數(shù)和活動積溫均增加顯著（ P <0.01）;穩(wěn)定通過15 ℃初日提前、終日推后，初日、終日均變化顯著（ P <0.01），穩(wěn)定通過15 ℃持續(xù)天數(shù)和活動積溫均增加顯著（ P <0.01）;穩(wěn)定通過20 ℃初日推后、終日提前，穩(wěn)定通過20 ℃持續(xù)天數(shù)和活動積溫均呈減少趨勢，變化不顯著;穩(wěn)定通過0、5、10、15、20 ℃初日、終日（含）期間對應(yīng)降水量和日照時數(shù)均分別呈增加（除20 ℃外）和減少趨勢，但變化均不顯著。

由此可知，穩(wěn)定通過5 ℃初日的推后，對喜涼作物的播種與生長活動造成不利影響;穩(wěn)定通過10 ℃初日提前，有利于喜溫作物的播種與生長活動期的提前;穩(wěn)定通過15 ℃初日提前和終日推后，使喜溫作物在生長旺盛期內(nèi)獲得更多充足的熱量;穩(wěn)定通過5、10、15 ℃持續(xù)天數(shù)的增加意味著適宜作物的生長活動期得到延長。

2.1.2.2 穩(wěn)定通過0、5、10、15、20 ℃的活動積溫突變性檢驗。

在 α =0.05的顯著檢驗水平下對穩(wěn)定通過0、5、10、15、20 ℃活動積溫進(jìn)行M-K檢驗和滑動 t 檢驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖4），去掉頭尾兩處的交點，穩(wěn)定通過0 ℃活動積溫在2001年存在交點，并通過了滑動 t 顯著性檢驗;穩(wěn)定通過5 ℃活動積溫在1998、1999、2000年存在交點，只有2000年通過滑動 t 顯著性檢驗;穩(wěn)定通過10 ℃活動積溫在2004年存在交點，并通過滑動 t 顯著性檢驗;穩(wěn)定通過15 ℃活動積溫在1998年存在交點，并通過滑動 t 顯著性檢驗;穩(wěn)定通過20 ℃活動積溫在1979、1981、1982、1983、1987、2010、2013、2016年存在交點，但均未通過滑動 t 顯著性檢驗。由此可知，穩(wěn)定通過0 ℃活動積溫發(fā)生突變時間在2001年，穩(wěn)定通過5 ℃活動積溫突變時間在2000年，穩(wěn)定通過10 ℃活動積溫突變時間在2004年，穩(wěn)定通過15 ℃活動積溫突變時間在1998年，穩(wěn)定通過20 ℃活動積溫未發(fā)生突變。

2.1.3 初霜日、終霜日和霜期。

萬山區(qū)初霜日主要出現(xiàn)在11月，最早在10月29日（1986年），最晚在12月28日（2004年）。終霜日主要出現(xiàn)在2月，最早在1月16日（1999年），最晚在4月4日（1996年）。平均霜期為85 d，最多年份為142 d（1995年），最少年份為37 d（2018年）。統(tǒng)計得出，近42年萬山區(qū)初霜日有顯著推后的趨勢（ P <0.01），霜期有縮短的趨勢（ P <0.01），初霜日的推后和霜期的縮短與“2.1.1.1”得出的年平均氣溫上升結(jié)論吻合，對于霜期內(nèi)無法生長的喜溫類作物，霜期的縮短有利于其獲得更多的時間生長和結(jié)實。

2.2 水資源特征

2.2.1 降水量年際變化。

從圖5可以看出，近42年萬山區(qū)年降水量在953.9～1 817.4 mm，年降水量變化起伏較大，總體呈小幅度上升趨勢，多年變化傾向率為27.5 mm/10 a，多年及年代降水量變化均沒有通過顯著性檢驗，變化趨勢不顯著;年均降水量為1 578.1 mm，最低為1986年的953.9 mm，最高為2016年的1 817.4 mm。

若按相差一個標(biāo)準(zhǔn)差量算作多雨或少雨年，則可確定年降水量在1 603.1～1 377.0 mm為正常降水年份。統(tǒng)計表明，多雨年份占總數(shù)的16.7%，少雨年份占總數(shù)的47.6%，正常年份占總數(shù)的35.7%，說明近42年萬山區(qū)年際降水量差異較大，存在明顯的多雨和少雨年份，萬山區(qū)年降水量異常偏低年份有1986、2005年，異常偏高年份為2016年。

2.2.2 降水量季變化。

從圖6可以看出，近42年萬山區(qū)季度降水量差別較大，年際變化波動也較大，其中夏季降水量波動幅度最大，傾向率為16.8 mm/10 a;春季傾向率為12.9 mm/10 a，波動幅度僅次于夏季;冬季傾向率為6.3 mm/10 a，變化相對平穩(wěn);秋季傾向率為-5.6 mm/10 a，有下降趨勢?？傮w上四季的降水量年際波動幅度大，變化趨勢不顯著。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，月平均降水量在38.4 mm（12月）～210.2 mm（6月），最小月降水量為0.3 mm（1999年12月），最大月降雨量為522.6 mm（1979年6月），最大日降雨量為228.7 mm（1995年7月1日）。

2.2.3 降水量突變性檢驗。

從M-K檢驗（圖7a）可以看出，近42年萬山區(qū)年平均降水量變化起伏較大，去掉頭尾兩處的交點，UF和UB線在±1.96 臨界線之間的1979、1980、1987、1989、1990、2003、2012、2018年存在交點。從圖7b滑動 t 檢驗（取步長為5）可以看出， t 統(tǒng)計量1992、1997、2011年通過顯著性檢驗（ P <0.05），表明1992、1997、2011年附近有顯著差異，結(jié)合M-K分析數(shù)據(jù)得出，1990、2012年為突變時間點，近42年萬山區(qū)降水量變化表現(xiàn)為先升后降的趨勢。

2.3 日照資源特征

2.3.1 日照時數(shù)年際變化。

從圖8可以看出，近42年萬山區(qū)年日照時數(shù)在659.9～1 604.3 h，傾向率為-54.0 h/10 a，年際波動幅度較大，總體呈下降趨勢（ P <0.05），其中1980—1989、2000—2009年上升和下降趨勢明顯（ P <0.01），1990—1999、2010—2019年變化不明顯;年均日照時數(shù)是1 216.8 h，年日照時數(shù)最低值是2015年的659.9 h，最高值是1988年的1 604.3 h，萬山區(qū)年日照時數(shù)異常偏低年份為2015年，異常偏高年份為1988年。

2.3.2 日照時數(shù)季變化。

從圖9可以看出，近42年萬山區(qū)季度日照時數(shù)差別明顯，年際波動較大，其中夏季日照時數(shù)波動幅度最大，傾向率為-18.6 h/10 a，沒有通過顯著性檢驗，下降趨勢不明顯;春季、秋季、冬季日照時數(shù)變化傾向率分別為-0.8、-21.3、-14.2 h/10 a，秋季、冬季下降趨勢明顯（ P <0.05），春季沒有通過顯著性檢驗，下降趨勢不明顯?？傮w上春季、夏季、秋季、冬季的日照時數(shù)年際波動幅度大，整體呈下降趨勢，尤其秋季、冬季下降趨勢明顯，秋季對整體日照時數(shù)下降的貢獻(xiàn)最大，其次是冬季。

萬山處于全國日照低值區(qū)，日照相對偏少，月日照時數(shù)在45.8～184.7 h，1—3月日照時數(shù)較少，7—9月相對較多，日均日照時數(shù)在1.5～6.0 h。萬山國家氣象觀測本站地處萬山鎮(zhèn)，在區(qū)域內(nèi)地勢相對較高，多雨多霧天氣對日照有一定的影響。

2.3.3 日照時數(shù)突變性檢驗。

從M-K突變（圖10a）可以看出，年平日照時數(shù)的UF和UB線在±1.96 臨界線之間的1981、2010年存在交點，可能為突變點。從圖10b滑動 t 檢驗（取步長為10）可以看出， t 統(tǒng)計量2004—2009年通過顯著性檢驗（ P <0.05），說明2004—2009年附近存在顯著差異，結(jié)合M-K分析數(shù)據(jù)得出，2010年為突變時間點。

3 結(jié)論與討論

（1）近42年萬山區(qū)年平均氣溫總體呈上升趨勢，平均增長率為0.25 ℃/10 a，高于貴州省增長率（0.13 ℃/10 a）[9]，氣溫在2002年發(fā)生突變，2006年后增溫顯著。四季中僅春季氣溫上升趨勢顯著，且增長率超過全省平均水平，夏季氣溫變化幅度不大，秋季、冬季波動較大，夏季、秋季和冬季氣溫變化均與全省平均相差不大。

（2）近42年萬山區(qū)年降水量變化起伏較大，平均增長率為27.5 mm/10 a，整體變化不顯著，1990、2012年發(fā)生突變，表現(xiàn)為先升后降的變化趨勢。降水量四季的變化均不明顯，但年際間波動幅度較大。

（3）近42年萬山區(qū)日照時數(shù)總體呈下降趨勢，平均下降率為54.0 h/10 a，2010年日照時數(shù)發(fā)生突變。日照時數(shù)四季均為下降趨勢，其中秋季、冬季下降趨勢顯著，這與鄭小波等[4]研究得出的貴州日照時數(shù)整體減少的結(jié)果一致。

（4）近42年萬山區(qū)穩(wěn)定通過5 ℃初日每10年推后1 d，穩(wěn)定通過10 ℃初日每10年提前4 d，穩(wěn)定通過15 ℃初日每10年提前4 d、終日每10年推后3 d。穩(wěn)定通過5、10、15 ℃的持續(xù)天數(shù)均呈增加趨勢，平均增長率分別為5、6、6 d/10 a。穩(wěn)定通過0、5、10、15 ℃活動積溫均呈增加趨勢，平均增長率分別為110.6、99.8、117.2、131.9（℃·d）/10 a，其中穩(wěn)定通過10、15 ℃活動積溫增長率高于西南地區(qū)平均增速[10]。穩(wěn)定通過0、5、10、15 ℃活動積溫突變發(fā)生時間分別為2001、2000、2004、1998年，與年平均氣溫的突變時間基本吻合，穩(wěn)定通過20 ℃活動積溫呈下降趨勢但變化不顯著。

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