1958—2017年遼寧省熱量資源時(shí)空演變特征分析

摘要 選用1958—2017年氣候資料，運(yùn)用氣候診斷分析方法，對(duì)遼寧地區(qū)熱量資源時(shí)空變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明，遼寧省熱量資源以南部沿海區(qū)最多，西北部丘陵區(qū)和東部山區(qū)最少，中部平原區(qū)居中的分布格局;1981—2017年相比1958—1980年≥0 ℃、≥10 ℃積溫等值線向北推進(jìn)100～160? km。遼寧省≥0 ℃、≥10 ℃積溫分別在1993、1996年發(fā)生氣候突變，南部沿海氣候突變較早于內(nèi)陸，氣候突變前后 ≥0 ℃、≥10 ℃積溫增加194 ℃·d，其增加的量值西北部丘陵區(qū)和東部山區(qū)少于中部平原區(qū)和南部沿海區(qū)。

關(guān)鍵詞 熱量資源;積溫;時(shí)空演變;變化特征;遼寧省

中圖分類號(hào) P 423? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）21-0231-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.059

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis on the Characteristics of Spatio-temporal Evolution of Heat Resources in Liaoning Province from 1958 to 2017

ZONG Yan-wei

（Lanzhou Vocational and Technical College of Resources and Environment， Lanzhou， Gansu 730000）

Abstract Based on the climatic data from 1958 to 2017， the temporal and spatial variation of heat resources in Liaoning Province was analyzed by using the method of climatic diagnosis and analysis.The results showed that the heat resources in Liaoning Province exhibited the most in the southern coastal area， the least in the northwestern hills and eastern mountainous areas， and the middle in the central plain area. Compared with 1958-1980， the accumulative temperature isoline of ≥0 ℃ and ≥10 ℃ pushed 100-160? km northward from 1981 to 2017. In 1993 and 1996， the accumulated temperature≥ 0 ℃ and ≥ 10 ℃ in Liaoning Province changed abruptly. The climate change in the southern coastal area was earlier than that in the inland area. Before and after the abrupt climate change， the accumulated temperature ≥ 0 ℃ and ≥ 10 ℃ increased by 194 ℃·d， and the incremental value was less in the northwest hilly area and eastern mountain area than in the central plain.

Key words Heat resources;Accumulated temperature;Temporal-spatial variation;Change characteristics;Liaoning Province

作者簡(jiǎn)介 宗艷偉（1987—），女，遼寧朝陽(yáng)人，講師，從事大氣探測(cè)技術(shù)研究。

收稿日期 2021-03-24

熱量資源是重要的氣候資源之一，與人類生活息息相關(guān)，研究熱量資源的變化與空間分布對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)種植業(yè)布局、農(nóng)村農(nóng)林牧漁業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展等具有重要意義。20世紀(jì)80年代以來(lái)氣候變暖明顯[1-2]，世界氣象組織（IPCC）研究指出21世紀(jì)末年平均氣溫將升高1.1～6.4 ℃[3-4]。氣溫升高、氣候變暖、熱量資源增加對(duì)自然界正負(fù)面影響同時(shí)存在，張富榮等[5-7]研究認(rèn)為氣候變暖、熱量資源增加可延長(zhǎng)農(nóng)作物生長(zhǎng)期，存在復(fù)種指數(shù)的可能性，也給霜期農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)帶來(lái)發(fā)展空間等。周廣勝等[8-9]研究認(rèn)為氣候變暖對(duì)人類的負(fù)面影響更為明顯，如加劇極端性氣象災(zāi)害、破壞固有的自然生態(tài)系統(tǒng)、冰川消融、海平面上升、土地鹽堿化以及水分的大量蒸騰使土地沙漠化等。熱量資源隨著時(shí)間和空間的變化而變化，直接影響一個(gè)地區(qū)的植物分布、農(nóng)作物熟型和種植結(jié)構(gòu)，是引起農(nóng)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量變化的重要因素[10-13]。

隨著氣候逐漸變暖，研究遼寧省熱量資源在時(shí)空分布上的變化，對(duì)氣候資源和土地資源利用、農(nóng)業(yè)合理布局、促進(jìn)農(nóng)村精準(zhǔn)扶貧、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要參考作用。因此，筆者選用1958—2017年≥0 ℃、≥10 ℃積溫資料，運(yùn)用氣候診斷分析方法，對(duì)遼寧省熱量資源時(shí)空演變進(jìn)行分析，以期為熱量資源開(kāi)發(fā)利用、農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供決策依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于東北地區(qū)的南部（118°53′～125°46′E、38°43′～43°26′N）。從東至南依次是鴨綠江水域和黃、渤二海，隔渤海海峽與山東半島遙相呼應(yīng);從西南環(huán)至東北與河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省接壤。全省陸地總面積14.8萬(wàn) km 占全國(guó)陸地總面積的1.5%。遼寧呈馬蹄形，東部山地，西部丘陵，中部遼河平原及南部沿海平原。遼寧屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同季，日照豐富。年日照時(shí)數(shù)2 000～3 000 h，年平均氣溫為5.1～12.4 ℃，年降水量東西差異較大，在300～1 000 mm，無(wú)霜期平均在150 d左右。

1.2 資料來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于遼寧氣象信息服務(wù)中心，選取46個(gè)國(guó)家級(jí)氣象基準(zhǔn)站整編氣候資料。依據(jù)農(nóng)業(yè)氣象學(xué)原理[14]，統(tǒng)計(jì)了1958—2017年氣候資源中的熱量資源，即農(nóng)業(yè)意義明顯的 ≥0 ℃積溫和 ≥10 ℃積溫。≥0 ℃積溫是日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)0 ℃初、終日之間日平均氣溫的總和，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的耕作期，也是冷涼植物生長(zhǎng)的初始與結(jié)束的熱量指標(biāo);≥10 ℃積溫是日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)10 ℃初、終日之間日平均氣溫的總和，是喜溫作物快速生長(zhǎng)期開(kāi)始、結(jié)束的熱量指標(biāo)[15-16]。

1.3 分析方法

為了研究遼寧省熱量資源的區(qū)域分布、年際變化趨勢(shì)以及突變特征，采用Surfer制圖軟件[17]繪制遼寧省 ≥0 ℃積溫和 ≥10 ℃積溫的1958—2017年區(qū)域分布和不同時(shí)間段區(qū)域分布圖;采用隨時(shí)間序列變化一元線性回歸氣候傾向率[18]和Mann-Kendall氣候突變檢驗(yàn)[19]等方法分析遼寧省熱量資源變化特征。計(jì)算分析在Excel程序[20]支持下完成運(yùn)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱量資源空間變化

2.1.1 ≥0 ℃積溫空間分布及演變。從遼寧省1958—2017年≥0 ℃積溫空間分布（圖1）可以看出，≥0 ℃積溫的空間變化特征與地形有關(guān)，最低值分布在遼西的努魯爾虎山山脈以北的老哈河流域和遼寧東部山區(qū)，最低值為3 028 ℃·d;最高值分布在遼南以及距離海岸線110 km區(qū)域，最高值為4 731 ℃·d。

按照閾值200 ℃·d指標(biāo)區(qū)劃遼寧省 ≥0 ℃積溫分布，將區(qū)劃出3個(gè)不同的區(qū)域。第一區(qū) ≥0 ℃積溫<3 750 ℃·d，平均為3 514 ℃·d，位于遼西北的老哈河流域，以建平站為代表;遼東山區(qū)由北向南延伸的吉林哈達(dá)嶺、摩離紅山及本溪的摩天嶺以東，具體包括西豐、清源、撫順、桓仁、岫巖、寬甸等地。第二區(qū) ≥0 ℃積溫在3 750～3 950 ℃·d，平均為3 871 ℃·d，位于遼河平原，界于遼東山區(qū)和遼西山地丘陵區(qū)之間，具體包括彰武、阜新、康平、鐵嶺、遼中、義縣、黑山、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、本溪、丹東以南、莊河等地。第三區(qū) ≥0 ℃積溫>3 950 ℃·d，平均為4 111 ℃·d，位于遼西地區(qū)南部、黃渤海沿岸及大連地區(qū)，具體包括朝陽(yáng)地區(qū)南部、錦州地區(qū)南部、盤(pán)山、鞍山、葫蘆島、綏中、營(yíng)口、瓦房店、大連等地。第二區(qū)比第一區(qū)多357 ℃·d，第三區(qū)比第二區(qū)多240 ℃·d，第三區(qū)比第一區(qū)多597 ℃·d。

從1958—1980、1981—2000和2001—2017年3個(gè)時(shí)間段 ≥0 ℃積溫空間分布（表1和圖1）可以看出，遼寧省≥0 ℃積溫在空間上的演變過(guò)程表現(xiàn)出隨著年代的變化≥0 ℃積溫逐漸增加的同時(shí)積溫等值線向北擴(kuò)展的特征。

2001—2017年相對(duì)于1981—2000年，第一區(qū)、第二區(qū)、第三區(qū)≥0 ℃積溫平均分別增加109、116、112 ℃·d，積溫等值線向北推進(jìn)70～90 km。

1981—2000年相對(duì)于1958—1980年，第一區(qū)、第二區(qū)、第三區(qū) ≥0 ℃積溫平均分別增加101、102、103 ℃·d，積溫等值線向北推進(jìn)50～70 km。2001—2017年相對(duì)于1958—1980年，第一區(qū)、第二區(qū)、第三區(qū) ≥0 ℃積溫平均分別增加210、218、215 ℃·d，積溫等值線向北推進(jìn)120～160 km。

2.1.2 ≥10 ℃積溫空間分布及演變。從1958—2017年不同時(shí)間段遼寧省≥10 ℃積溫空間分布（圖2）可以看出，≥10 ℃積溫的空間分布特征與 ≥0 ℃積溫空間分布有著一致性，最低值分布在西北部的老哈河流域和遼寧東部山區(qū)，最低值為2 400 ℃·d;最高值分布在遼南沿海，最高值為4 236 ℃·d。

按照閾值250 ℃·d指標(biāo)區(qū)劃遼寧省≥10 ℃積溫空間分布，區(qū)劃出3個(gè)區(qū)域并與 ≥0 ℃積溫劃區(qū)一致。第一區(qū) ≥10 ℃積溫在<3 300 ℃·d以下，平均為3 076 ℃·d;第二區(qū) ≥10 ℃積溫在3 300～3 600 ℃·d，平均為3 431 ℃·d;第三區(qū)≥10 ℃積溫在>3 600 ℃·d以上，平均為3 676 ℃·d。第二區(qū)比第一區(qū)多355 ℃·d，第三區(qū)比第二區(qū)多245 ℃·d，第三區(qū)比第一區(qū)多600 ℃·d。

從1958—1980、1981—2000和2001—2017年3個(gè)時(shí)間段 ≥10 ℃積溫空間分布（表1和圖2）可以看出，遼寧省≥10 ℃積溫在空間上的演變過(guò)程表現(xiàn)出隨著年代的變化≥10 ℃積溫逐漸增加的同時(shí)積溫線向北擴(kuò)展的特征。2001—2017年相對(duì)于1981—2000年，第一區(qū)、第二區(qū)、第三區(qū) ≥10 ℃積溫平均分別增加82、80、74 ℃·d，積溫等值線向北推進(jìn)60～70 km。1981—2000年相對(duì)于1958—1980年，第一區(qū)、第二區(qū)、第三區(qū) ≥10 ℃積溫平均分別增加95、97、104 ℃·d，積溫等值線向北推進(jìn)40～50 km。

2001—2017年相對(duì)于1958—1980年，第一區(qū)、第二區(qū)、第三區(qū) ≥10 ℃積溫平均分別增加177、177、178 ℃·d，等值線向北推進(jìn)100～120 km。

2.2 熱量資源時(shí)間分布及趨勢(shì)變化

2.2.1 ≥0 ℃積溫。

遼寧區(qū)域 ≥0 ℃積溫1958—2017年平均為3 826 ℃·d，最低值出現(xiàn)在1976年（建平），為3 028 ℃·d，最高值出現(xiàn)在2014年（鞍山），為4 731 ℃·d。遼寧區(qū)域1958—2017年 ≥0 ℃積溫年際變化趨勢(shì)（圖3a）顯示，1958—1993年積溫較低且波幅較大，1994年之后積溫較高，整個(gè)序列呈增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.587 7，達(dá)到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為49.528（℃·d）/10 a，近60年線性增加297 ℃·d。依據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，≥0 ℃積溫在1993年發(fā)生突變，突變之前（1958—1993年）≥0 ℃積溫平均為3 749 ℃·d，突變之后（1994—2017年）平均為3 943 ℃·d，同比增加194 ℃·d。

熱量資源第一區(qū)1958—2017年 ≥0 ℃積溫平均為3 509 ℃·d，最低值出現(xiàn)在1976年（建平），為3 028 ℃·d，最高值出現(xiàn)在2014年（岫巖），為4 024 ℃·d。第一區(qū)1958—2017年 ≥0 ℃積溫年際變化趨勢(shì)（圖3b）顯示，1958—1993年積溫較低，1994年之后積溫較高，整個(gè)序列呈逐漸增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.479 8，達(dá)到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為36.745（℃·d）/10 a，近60年線性增加220 ℃·d。依據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，≥0 ℃積溫在1993年發(fā)生突變，突變之前（1958—1993年）≥0 ℃積溫平均為3 447 ℃·d，突變之后（1994—2017年）平均為3 603 ℃·d，同比增加156 ℃·d。

熱量資源第二區(qū)1958—2017年 ≥0 ℃積溫平均為3 864 ℃·d，最低值出現(xiàn)在1976年（彰武），為3 366 ℃·d，最高值出現(xiàn)在2004年（鐵嶺），為4 306 ℃·d。第二區(qū)1958—2017年 ≥0 ℃積溫年際變化趨勢(shì)（圖3c）顯示，1958—1993年積溫較低，1994年之后積溫較高，整個(gè)序列呈逐漸增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.542? 達(dá)到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為45.335（℃·d）/10 a，近60年線性增加272 ℃·d。依據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，≥0 ℃積溫在1993年發(fā)生突變，突變之前（1958—1993年）≥0 ℃積溫平均為3 791 ℃·d，突變之后（1994—2017年）平均為3 972 ℃·d，同比增加181 ℃·d。

熱量資源第三區(qū)1958—2017年 ≥0 ℃積溫平均為4 106 ℃·d，最低值出現(xiàn)在1976年（朝陽(yáng)），為3 640 ℃·d，最高值出現(xiàn)在2014年（鞍山），為4 731 ℃·d。第三區(qū)1958—2017年≥0 ℃積溫年際變化趨勢(shì)（圖3d）顯示，1958—1989年低值波動(dòng)變化，1990年之后在高值波動(dòng)變化，整個(gè)序列呈逐漸增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.676? 達(dá)到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為66.504（℃·d）/10 a，近60年線性增加399 ℃·d。依據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，≥0 ℃積溫在1989年發(fā)生突變，突變之前（1958—1989年）≥0 ℃積溫平均為3 995 ℃·d，突變之后（1990—2017年）平均為4 232 ℃·d，同比增加237 ℃·d。

3個(gè)熱量資源氣候區(qū)，以第三區(qū) ≥0 ℃積溫增幅最大且氣候突變最早，第一區(qū)、第二區(qū)氣候突變時(shí)間相對(duì)較晚，積溫增加的量值也較少。

2.2.2 ≥10 ℃積溫。遼寧區(qū)域 ≥10 ℃積溫1958—2017年平均為3 393 ℃·d，最低值出現(xiàn)在1969年（清源），為2 400 ℃·d，最高值出現(xiàn)在1998年（鞍山），為4 236 ℃·d。遼寧區(qū)域1958—2017年 ≥10 ℃積溫年際變化趨勢(shì)（圖4a）顯示，整個(gè)序列呈波動(dòng)逐漸上升趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.482 0，達(dá)到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為45.169（℃·d）/10 a，近60年線性增加271 ℃·d。依據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，≥10 ℃積溫在1996年發(fā)生突變，突變之前（1958—1996年）≥10 ℃積溫平均為3 325 ℃·d，突變之后（1997—2017年）平均為3 519 ℃·d，同比增加194 ℃·d。

熱量資源第一區(qū)1958—2017年 ≥10 ℃積溫平均為3 051 ℃·d，最低值出現(xiàn)在1976年（清源），為2 400 ℃·d，最高值出現(xiàn)在1998年（撫順），為3 737 ℃·d。第一區(qū)域1958—2017年 ≥10 ℃積溫年際變化趨勢(shì)（圖4b）顯示，1958—1996年變化趨勢(shì)平穩(wěn)，1997—2017年變化呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，而整個(gè)序列呈增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.348? 達(dá)到顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為33.445（℃·d）/10 a，近60年線性增加201 ℃·d。依據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，≥10 ℃積溫在1996年發(fā)生突變，突變之前（1958—1996年）≥10 ℃積溫平均為2 994 ℃·d，突變之后（1997—2017年）平均為3 156 ℃·d，同比增加162 ℃·d。

熱量資源第二區(qū)1958—2017年 ≥10 ℃積溫平均為3 446 ℃·d，最低值出現(xiàn)在1972年（鐵嶺），為2 873 ℃·d，最高值出現(xiàn)在1998年（沈陽(yáng)），為4 011 ℃·d。第二區(qū)域1958—2017年 ≥10 ℃積溫年際變化趨勢(shì)（圖4c）顯示，1958—1996年變化呈下降趨勢(shì)，1997—2017年變化也呈下降趨勢(shì)，而整個(gè)序列呈增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.371 5，達(dá)極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為36.341（℃·d）/10 a，線性增加218 ℃·d。依據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，≥10 ℃積溫在1996年發(fā)生突變，突變之前（1958—1996年） ≥10 ℃積溫平均為3 385 ℃·d，突變之后（1997—2017年）平均為3 559 ℃·d，同比增加174 ℃·d。

熱量資源第三區(qū)1958—2017年 ≥10 ℃積溫平均為3 682 ℃·d，最低值出現(xiàn)在1976年（朝陽(yáng)），為3 640 ℃·d，最高值出現(xiàn)在2014年（鞍山），為4 731 ℃·d。第三區(qū)域1958—2017年 ≥10 ℃積溫年際變化趨勢(shì)（圖4d）顯示，整個(gè)序列呈逐漸增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.620 8，達(dá)到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為65.722（℃·d）/10 a，近60年線性增加394 ℃·d。依據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，≥10 ℃積溫在1988年發(fā)生突變，突變之前（1958—1988年）≥10 ℃積溫平均為3 562 ℃·d，突變之后（1989—2017年）平均為3 803 ℃·d，同比增加241 ℃·d。

3個(gè)熱量資源氣候區(qū)，以第三區(qū) ≥10 ℃積溫增幅最大且氣候突變最早，第一區(qū)、第二區(qū)氣候突變時(shí)間較晚且積溫增加的量值相對(duì)較少。

3 討論

綜上研究，遼寧省熱量資源近24年（1994—2017年）增加明顯，南部沿海高于西北部丘陵和東部山區(qū)。代表農(nóng)業(yè)界限溫度的≥0 ℃、≥10 ℃積溫等值線向北推進(jìn)100～160 km，積溫平均增加194 ℃·d。從積溫年際變化看，是波動(dòng)升高的趨勢(shì)，而非穩(wěn)定增加過(guò)程，如2010年屬低溫年，積溫在近60年（1958—2017年）中排在倒數(shù)第7位，可見(jiàn)氣候變暖存在不穩(wěn)定性。

熱量資源增加對(duì)農(nóng)業(yè)來(lái)講，可使作物生長(zhǎng)季延長(zhǎng)，作物生長(zhǎng)速度加快，相對(duì)減少霜凍的危害，可引進(jìn)生育期較長(zhǎng)農(nóng)作物提高生物產(chǎn)量，對(duì)調(diào)整耕作制度農(nóng)作物品種結(jié)構(gòu)、間套復(fù)種、設(shè)施農(nóng)業(yè)向北擴(kuò)展、提高土地綜合利用率、提高單位面積產(chǎn)量都十分有利。但是，熱量資源增加的同時(shí)所帶來(lái)的負(fù)面影響也不容忽視，例如，隨著熱量資源增加和積溫等值線向北擴(kuò)展，病蟲(chóng)的越冬、繁殖增加，危害的面積擴(kuò)大等，加重了對(duì)農(nóng)業(yè)的危害，氣溫升高蒸發(fā)力增強(qiáng)，暖干旱化日趨嚴(yán)重，給農(nóng)業(yè)產(chǎn)生增加了較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)論

（1）遼寧省熱量資源隨著地形、地勢(shì)、地理分布特點(diǎn)出現(xiàn)2個(gè)低值中心，努魯爾虎山山脈以北地區(qū)和遼寧東部山區(qū)，高值區(qū)出現(xiàn)在南部沿海。依據(jù) ≥0 ℃積溫200 ℃·d和 ≥10 ℃積溫250 ℃·d的分區(qū)指標(biāo)，遼寧省可分為3個(gè)差異明顯的熱量資源氣候區(qū)域。

（2）遼寧省熱量資源從1958年波動(dòng)變化至2017年，≥0 ℃積溫等值線向北推進(jìn)120～160 km，≥10 ℃積溫等值線向北推進(jìn)100～120 km。

（3）遼寧全省平均 ≥0 ℃、≥10 ℃積溫年際變化氣候傾向率分別為49.528、45.169（℃·d）/10 a，近60年線性增加297、271 ℃·d。各個(gè)氣候區(qū)氣候傾向率各不同，線性增加的積溫也存在差異，積溫從北至南呈逐漸增加，南部積溫高的區(qū)域熱量資源增加更明顯，以第三區(qū)最多，第二區(qū)次之，第一區(qū)熱量資源增加的量則最少。

（4）遼寧全省 ≥0 ℃積溫在1993年發(fā)生氣候突變，突變之后增加積溫194 ℃·d?！?0 ℃積溫在1996年發(fā)生突變，突變后積溫增加194 ℃·d。第三區(qū)熱量資源氣候突變的時(shí)間早于第二區(qū)和第一區(qū)。

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