氣候變化背景下肇慶市農(nóng)業(yè)氣候資源特征

宋曉君，梁嘉雯，吳禮鳳，房文彬

（1.肇慶市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東肇慶 526040；2.懷集縣氣象局，廣東懷集 526400）

當(dāng)今社會，氣候因素仍是影響我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項重要因素［1－2］。全球氣候變暖已是既定事實，伴隨著氣候變化的農(nóng)業(yè)氣候資源變化對我國糧食生產(chǎn)的影響很大，氣候變化引起的氣候極端事件增多也嚴重影響農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)［2－4］。近些年來，全球氣候異常變化受到政府有關(guān)部門和各國學(xué)者的高度關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者在農(nóng)業(yè)氣候資源方面做了大量的研究工作［1，4－8］。但我國幅員遼闊，氣候特征復(fù)雜，各地農(nóng)業(yè)氣候資源變化差異較大，因此對每個地區(qū)的農(nóng)業(yè)氣候資源研究，都對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。

肇慶市位于廣東中西部，西江北岸，北回歸線橫貫中部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)［9－10］。夏季炎熱、冬季溫暖，降水豐沛，雨熱同期，光、熱、水氣候資源豐富，優(yōu)越的氣候條件非常有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本研究探討在氣候變化背景下，肇慶農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征及趨勢，以期為科學(xué)規(guī)劃農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、充分利用氣候資源、避免和減輕不利氣候條件的影響提供農(nóng)業(yè)氣候方面的科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

本研究選用肇慶市高要區(qū)國家地面氣象觀測站1960—2019年的逐日氣象觀測資料，氣象要素包括平均氣溫、降水量、日照時數(shù)等，同時計算了活動積溫和降水變率［11］。

肇慶四季劃分為春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月—翌年2月。

采用最小二乘法［12］建立一元線性回歸方程計算氣候要素隨時間的變化速率，線性回歸系數(shù)的10倍作為氣候傾向率；采用相關(guān)系數(shù)進行顯著性檢驗［12］，若計算的相關(guān)系數(shù)r大于判別標(biāo)準相關(guān)系數(shù)rc，則通過顯著性的t檢驗。

本研究結(jié)合Mann-Kendall方法和滑動T檢驗兩種方法進行氣候突變檢測［12］。首先應(yīng)用Mann-Kendall方法對平均氣溫、降水量、日照時數(shù)等氣象要素的時間序列進行突變檢測，取a＝0.01的顯著性水平（U0.01＝±2.58）。信度區(qū)間內(nèi)UF線和UB線相交點年份為突變年份，對交叉點位于信度線之外，或者存在多個明顯的交叉點時，再利用滑動T檢驗對突變點進行檢驗，從而驗證突變點的真?zhèn)?，增強突變分析結(jié)果的可信度。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱量資源變化

1）氣溫。

1960—2019年肇慶市年平均氣溫為22.4℃，最高為23.4℃（2015年），最低為21.4℃（1976年）。由圖1可知，近60年肇慶市年平均氣溫呈顯著上升趨勢，平均每10年增溫0.17℃，通過顯著性檢驗（P＜0.01）。結(jié)合表1發(fā)現(xiàn)，最低氣溫的增溫貢獻要大于最高氣溫，最低氣溫增幅達到0.025℃／年（P＜0.01），最高氣溫為0.013℃／年（P＜0.01），年平均氣溫日較差以0.011℃／年的速率減?。≒＜0.01）。年代際增溫明顯，其中20世紀80年代增溫幅度最大，90年代平均氣溫比70年代高出0.74℃。

圖1 1960—2019年肇慶年平均氣溫變化趨勢

表1 1960—2019年肇慶氣候要素傾向率變化

四季都存在不同程度的升溫特征。平均氣溫秋季和冬季增溫尤其顯著，氣候傾向率均為0.023℃／年，夏季增溫速率為0.010℃／年，均通過顯著性檢驗（P＜0.01），春季在a＝0.05水平上顯著增溫，氣候傾向率均為0.012℃／年；最高氣溫夏季和秋季增溫極其顯著，夏季氣候傾向率為0.016℃／年，秋季為0.017℃／年，均通過顯著性檢驗（a＝＜0.01）；最低氣溫四季都呈極顯著上升趨勢（a＝＜0.01），秋冬季增溫幅度超過0.03℃／年。

2）積溫。

積溫代表可能提供農(nóng)業(yè)利用的熱量，是評價某一地區(qū)熱量資源的重要指標(biāo)之一［11］。日平均氣溫≥0℃和≥10℃積溫的多少表征喜涼、喜溫作物全生育期對熱量條件要求的滿足度。20℃界限溫度指標(biāo)是熱帶作物生長期指標(biāo)溫度，也是大秋喜溫作物灌漿的適宜下限溫度［11］。肇慶近60年間最冷月平均氣溫為13.8℃，熱量資源豐富，全年可進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，本研究主要探討≥10℃和≥20℃積溫的變化。

圖2為1960—2019年肇慶活動積溫變化趨勢。由圖2可見，1960—2019年肇慶市各界限溫度的積溫都呈極顯著上升趨勢，均通過顯著性檢驗（P＜0.01）?！?0℃積溫平均為8 078.2℃·d，平均每10年增加71.0℃·d；≥20℃積溫平均為6 333.8℃·d，平均每10年增加91.1℃·d。積溫年代際變化與年平均氣溫一致，20世紀80年代上升趨勢最為顯著。

圖2 1960—2019年肇慶活動積溫變化趨勢

另外，由表1可知，各界限溫度的積溫四季都表現(xiàn)為增加趨勢，但增幅不同。≥10℃積溫夏、秋、冬3季均呈極顯著上升趨勢，冬季增加幅度最大，氣候傾向率為2.92℃·d／年，其次為秋季2.17℃·d／年，夏季和春季增加幅度較?。弧?0℃積溫夏季和秋季增加極顯著，冬、春季也呈顯著增加趨勢，其中秋季增加幅度達到4.18℃／年，對熱量資源增加貢獻最大。

2.2 降水資源變化

1）降水量。

由圖3可知，1960—2019年肇慶年平均降水量為1 651.3 mm，降水量變化趨勢不明顯，但年際波動較大，最多年有2 221.0 mm（2008年），最少年為1 113.3 mm（1963年），二者相差1倍之多。降水量年代際變化不大，基本穩(wěn)定在1 590～1 700 mm。

圖3 1960—2019年肇慶年降水量變化趨勢

降水主要集中在汛期4—9月，季節(jié)差異顯著。春季平均降水量為530.6 mm，占年降水量的32%；夏季降水量為725.1 mm，占年降水量的44%；秋季降水量為267.0 mm，占年降水量的16%，冬季降水量為128.6 mm，占年降水量的8%。四季降水量年際變化趨勢不同，近60年來夏、秋季呈減少趨勢，冬、春季呈增多趨勢，但均未通過顯著性檢驗。

2）降水變率。

1960—2019年肇慶平均年降水變率為13.4%，平均每10年增加0.6%，上升趨勢不明顯，未通過顯著性檢驗。由圖4看出，降水變率的年代際變化先下降再上升，20世紀60年代至70年代呈逐步下降趨勢，80年代降水變化平穩(wěn)，90年代至21世紀初呈階梯式上升趨勢，21世紀初平均降水變率最大（17.6%），降水最不穩(wěn)定。

圖4 1960—2019年肇慶年降水變率變化趨勢

肇慶四季的降水變率相差較大，冬季最大（47.6%），秋季次之（39.2%），其次為春季（23.4%），夏季最小（15.5%），秋、冬季明顯高于春季和夏季。從四季降水變率的年際變化趨勢來看，秋季下降趨勢顯著（P＜0.05），平均每10年減小5.6%；夏季則以0.19%／年的幅度增大（P＜0.05）；春季和冬季平均每10年增大1.2%，上升趨勢不明顯，未通過顯著性檢驗。雖然秋季和冬季降水少，只占全年降水量的1／4，但降水變率大，降水不穩(wěn)定，易出現(xiàn)秋冬季干旱；春季和夏季降水量大，強降水和強對流天氣多發(fā)頻發(fā)，熱帶系統(tǒng)影響期間降水猛烈，降水變率增大、極端降水事件概率增加，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大。

2.3 光照資源變化

廣東地處東亞季風(fēng)區(qū)，氣候濕潤，云雨較多，成為全國日照較少的地區(qū)［11］。由圖5可知，1960—2019年肇慶年平均日照時數(shù)為1 693.6 h，近60年來呈顯著下降趨勢，平均每10年減少54.5 h，通過顯著性檢驗（P＜0.01）。日照時數(shù)年際變化大，最高為2 077.4 h（1971年），最低為1 345.6 h（2005年），極差為731.8 h。年代際變化呈階梯式下降，20世紀80到90年代下降幅度最大，2000年以后年平均日照時數(shù)少于1 600 h，比20世紀60年代平均減少了241.5 h。

圖5 1960—2019年肇慶年日照時數(shù)變化趨勢

肇慶日照資源主要集中在夏、秋季節(jié)，季平均日照時數(shù)超過500 h，冬、春季節(jié)多寡照天氣，其中2—4月最少，月平均日照時數(shù)不足80 h。從表1可知，四季日照時數(shù)都呈顯著下降趨勢，平均每10年減少10.6～15.8 h。夏、秋季日照充足，能夠滿足農(nóng)作物生長發(fā)育對光照的需求，日照資源減少不會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來較大的影響；但冬、春季本就多陰雨寡照天氣、日照不足，日照時數(shù)進一步減少會對農(nóng)業(yè)產(chǎn)造成一定影響。

2.4 農(nóng)業(yè)氣候資源突變檢驗

肇慶各氣候要素Mann-Kendall突變檢驗結(jié)果如圖6所示，圖6中實曲線為正序列UF曲線，虛曲線為反序列UB曲線，虛直線是0.01顯著水平臨界值信度線，實直線為0等值線。

1）氣溫。

突變檢驗結(jié)果如圖6a顯示，1995年UF曲線超過了a0.01＝2.58（P＜0.01）信度檢驗臨界線，平均氣溫上升趨勢極顯著；UF和UB曲線相交于1987年，說明平均氣溫在1987年突變增暖，突變后平均氣溫較突變前增加了0.7℃。年平均最高氣溫和最低氣溫也呈顯著上升趨勢，變化趨勢與平均氣溫相似，但突變時間不一樣，最低氣溫突變最早，突變發(fā)生在1980年；最高氣溫突變最晚，在90年代之前呈下降趨勢，1994年才發(fā)生變暖突變。

2）積溫。

由突變檢驗結(jié)果可知，1990年UF曲線超過了99%的置信區(qū)間，≥10℃積溫上升趨勢極顯著；UF和UB曲線相交于1985年，說明20世紀80年代中期≥10℃積溫增加是一個突變現(xiàn)象，突變后較突變前≥10℃積溫增加了269.9℃·d（圖6b）?！?0℃積溫同樣呈顯著增加趨勢，突變發(fā)生在1990年，突變后較突變前≥20℃積溫增加了317.4℃·d（圖6c）。從突變時間先后來看，≥20℃積溫的突變時間要晚于≥10℃積溫的突變時間。

3）降水。

根據(jù)Mann-Kendall突變檢驗法，年平均降水量和降水相對變率的正序列UF曲線均未超過95%的置信區(qū)間，且在信度區(qū)間內(nèi)UF線和UB線有多個交點（圖6d－e），利用滑動T檢驗方法對其檢驗，結(jié)果表明降水不存在顯著的突變點，變化趨勢不明顯。

4）日照時數(shù)。

突變檢驗結(jié)果如圖6f顯示，近60年來日照時數(shù)下降趨勢極顯著，2000年UF曲線超過a0.01＝2.58信度檢驗臨界線，可以確定日照時數(shù)在20世紀90年代前期有一個明顯的突變，突變發(fā)生在1993年，突變后日照時數(shù)較突變前減少了179.6 h。

圖6 1960—2019年肇慶氣候要素Mann-Kendall突變檢驗

3 結(jié)論

1）年平均氣溫為22.4℃，近60年來呈顯著上升趨勢，1987年突變增暖；年平均最高氣溫和最低氣溫同樣呈上升趨勢，最低氣溫突變時間最早、增溫更顯著；最高氣溫夏季上升可能使高溫?zé)岷Ω怕始哟螅咀畹蜌鉁厣仙蜏乩浜Ω怕士赡軙p小。

2）≥10℃積溫平均為8 078.2℃·d，≥20℃積溫平均為6 333.8℃·d，近60年來均呈顯著上升趨勢，≥10℃積溫的突變時間更早；熱量資源秋季上升趨勢最顯著、貢獻最大。

3）年平均降水量為1 651.3 mm，降水量變化趨勢不明顯，但年際波動較大；降水變率呈微弱上升趨勢，可能導(dǎo)致春夏澇害和秋冬干旱的概率增大。

4）年平均日照時數(shù)為1 693.6 h，近60年呈顯著下降趨勢，1993年發(fā)生突變；冬、春季日照減少、陰雨寡照天氣增多。

綜上所述，肇慶農(nóng)業(yè)氣候資源變化整體表現(xiàn)為光照資源減少，熱量資源增多，降水資源變化趨勢不明顯。光熱水資源總量及其配置總體較好，雨熱同期，有利于農(nóng)作物生長發(fā)育，但降水波動較大，極端天氣氣候事件增多。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展需合理利用氣候資源，趨利避害，加強應(yīng)對氣象災(zāi)害的防御能力提高。