晉陜?cè)S河金三角地區(qū)近45 年氣候變化及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響

裴秀苗，李娜，范志宣，周運(yùn)麗

（1.山西省運(yùn)城市氣象局，山西運(yùn)城 044000；2.山西省氣象臺(tái)，山西太原 030006；3.山西省氣候中心，山西太原 030006）

氣候變暖是客觀事實(shí)，也是必然趨勢(shì)，近期內(nèi)難以扭轉(zhuǎn)[1]，21 世紀(jì)氣候變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)表明，中國(guó)氣候?qū)⒗^續(xù)變暖，尤以北方冬半年最為明顯[2-3]。氣候變化和自然災(zāi)害之間存在著密切的聯(lián)系，氣候變化，特別是氣候變暖可直接引起水資源短缺，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)安全帶來(lái)威脅[4]。農(nóng)業(yè)作為弱勢(shì)產(chǎn)業(yè)，是對(duì)氣候變化最為敏感的部門之一，氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)所產(chǎn)生的影響有利有弊，并以負(fù)面影響為主[5-8]。在氣候變暖的背景下，干旱、洪澇等極端天氣氣候事件頻發(fā)，必然加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)性和糧食安全的不確定性。

中國(guó)氣象局《中國(guó)氣候變化監(jiān)測(cè)公報(bào)（2013）》指出，近百年來(lái)，中國(guó)的地表平均氣溫升高0.5～0.8 ℃，平均年降水量表現(xiàn)出顯著的年際和年代際變化特征，無(wú)明顯線性變化趨勢(shì)[9]。

隨著氣候變暖，極端氣候事件增加，無(wú)論是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)還是新興農(nóng)業(yè)都受到或利或弊的影響。近年來(lái)，氣象學(xué)者在氣候變化及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響方面開(kāi)展了大量的研究工作[10-34]，取得了卓越的成效。那么，在全球氣候變暖的大背景下，地處中國(guó)東、西部地區(qū)結(jié)合帶的晉陜?cè)S河金三角地區(qū)氣候是怎樣變化的？對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著怎樣的影響？目前還沒(méi)有關(guān)于這方面的報(bào)道。本文在大量參考相關(guān)專家的研究、綜合評(píng)估以及多種處理方法的基礎(chǔ)上，確定利用氣候傾向率的方法，對(duì)光溫水氣候資料進(jìn)行分析，研究其變化規(guī)律以及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，以期能夠?yàn)樵摰貐^(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)作用。

1 資料來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

晉陜?cè)S河金三角地區(qū)位于黃河中游，跨越河南、山西和陜西3 個(gè)省4 個(gè)市47 個(gè)縣（市、區(qū)），總面積5.78 萬(wàn)km2，擁有1 686.84 萬(wàn)人口，地處東經(jīng)109°5′—111°19′、北緯34°76′—36°08′，處于東、西部地區(qū)結(jié)合帶的省際交匯區(qū)，屬暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，受副熱帶高壓和西風(fēng)環(huán)流交替控制，四季分明，雨量適宜，光照充足，且雨熱同季。該地區(qū)年平均氣溫12.4 ℃，年降水量為533.5 mm，年日照時(shí)數(shù)2 245.8 h。夏季降水最多，占年總降水量的50.3%。7 月最熱且降水最多，1 月最冷且降水最少。

1.2 研究方法

本文以晉陜?cè)S河金三角地區(qū)4 個(gè)市45 個(gè)氣象代表站1971—2015 年的年、季、月氣溫，最高（最低）氣溫，降水量，日照時(shí)數(shù)，積溫等資料為研究對(duì)象，采用氣候傾向率的方法對(duì)其進(jìn)行趨勢(shì)分析，研究其氣候變化特征。

氣象資料來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn）。季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)為：春季3—5 月、夏季6—8 月、秋季9—11月、冬季12 月至翌年2 月。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱量條件變化及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

2.1.1 氣溫變化及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

近45 年來(lái)晉陜?cè)S河金三角地區(qū)年、季平均氣溫變化曲線如圖1 所示，從中可以看出，年平均氣溫為12.4 ℃，年平均氣溫、年平均最高（低）氣溫均呈增溫趨勢(shì)，氣候傾向率分別為0.286 ℃/10 年、0.366 ℃/10 年和0.372 ℃/10 年；各季氣溫也呈增溫趨勢(shì)，春季增溫最明顯，氣候傾向率為0.441 ℃/10 年，其次是冬季，氣候傾向率為0.366 ℃/10 年，夏季增溫最小，氣候傾向率為0.109 ℃/10 年，秋季為0.222 ℃/10 年。區(qū)別于其他地區(qū)的是，春季氣溫的變暖對(duì)該地區(qū)氣候變暖貢獻(xiàn)最大（多數(shù)地區(qū)是冬季貢獻(xiàn)最大）。春季氣溫升高，越冬作物返青期、春播作物播種期提前，后期抗寒能力減弱，晚霜凍風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提高。年平均最高氣溫和夏季溫度升高，高溫日數(shù)和最高氣溫呈增加（升高）趨勢(shì)，受其影響，蘋果果面受高溫日灼危害概率增大，2018 年和2019年高溫日灼現(xiàn)象均較嚴(yán)重。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，夏季高溫容易影響果芽分化，導(dǎo)致翌年畸形果增加，降低果品品質(zhì)。冬季氣溫變暖，設(shè)施農(nóng)業(yè)保暖成本降低，有利于溫室、大棚、地膜等保護(hù)地蔬菜的生產(chǎn)，為種植反季節(jié)蔬菜提供了充足的熱量條件；但冬季氣溫變暖也給病菌存活和害蟲(chóng)卵越冬提供了有利條件，越冬死亡率降低，容易引發(fā)來(lái)年病蟲(chóng)害蔓延，增大了病蟲(chóng)害防治難度，加大了農(nóng)業(yè)投入。

圖1 年、季平均氣溫變化曲線

對(duì)研究區(qū)內(nèi)4 個(gè)市的氣溫分別進(jìn)行分析，均呈增溫趨勢(shì)，其中臨汾市增溫最明顯，氣候傾向率為0.352 ℃/10 年，其次是渭南，氣候傾向率為0.207 ℃/10 年，運(yùn)城和三門峽接近，氣候傾向率分別為0.128 ℃/10 年和0.127 ℃/10 年。各縣（市、區(qū)）氣溫變化趨勢(shì)中（圖略），臨猗和芮城為負(fù)，其余各地均為正，表明1971—2015 年間晉陜?cè)S河金三角地區(qū)除臨猗和芮城氣溫呈降溫趨勢(shì)外，其余各縣（市、區(qū)）的氣溫均呈增溫趨勢(shì)，其中臨汾市的堯都區(qū)、鄉(xiāng)寧和吉縣增溫最明顯，氣候傾向率大于0.4 ℃/10 年，臨汾市的永和、隰縣、汾西、古縣、翼城、襄汾、曲沃，運(yùn)城市的新絳、稷山、萬(wàn)榮、平陸以及渭南南部的渭南氣候傾向率在0.3～0.4 ℃/10 年之間，其余各地氣候傾向率在0.3 ℃/10 年以下?？梢?jiàn)該地區(qū)增溫趨勢(shì)由南向北南遞增，有利于喜溫作物種植北界的北移[34]。

2.1.2 積溫變化及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

0 ℃是一切高等生物生命活動(dòng)的起始溫度[35]，在農(nóng)業(yè)上通常將日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)0 ℃之間的日期定義為適宜農(nóng)耕期，≥0 ℃積溫是一個(gè)地區(qū)熱量資源的重要指標(biāo)，而當(dāng)日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)5 ℃時(shí)，多數(shù)樹(shù)木開(kāi)始生長(zhǎng)。45 年間≥0 ℃積溫和≥5 ℃積溫如圖2 所示，從中可以看出，二者均呈增溫趨勢(shì)，氣候傾向率分別為81.281 ℃/年和78.806 ℃/年。積溫的增加，表明作物生長(zhǎng)期內(nèi)熱量條件增加，生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，喜溫作物的適宜種植區(qū)擴(kuò)大，種植北界北移。

圖2 ≥0 ℃積溫和≥5 ℃積溫

2.2 降水量變化及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

近45 年來(lái)，晉陜?cè)S河金三角地區(qū)年、季降水量變化曲線如圖3 所示，從中可以看出，年平均降水量為533.5 mm，呈波動(dòng)中緩慢減少趨勢(shì)，氣候傾向率為6.69 mm/10 年；降水量年內(nèi)分布極為不均，冬季降水量?jī)H占年總量的3.6%，春季占18.8%，秋季占27.3%，主要降水集中在夏季，占年降水總量的50.3%。分析各季降水量變化趨勢(shì)可以看出，春、秋季降水呈緩慢增加趨勢(shì)，氣候傾向率分別為0.82 mm/10年和2.28 mm/10 年，夏季和冬季降水呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率分別為﹣8.96 mm/10 年和﹣0.64 mm/10 年。由此可見(jiàn)，降水量的減少主要是受夏季降水減少引起的，而夏季該地區(qū)秋糧經(jīng)歷出苗、拔節(jié)，大喇叭口到抽雄開(kāi)花期，蘋果、梨等經(jīng)濟(jì)林果處于幼果膨大時(shí)期，此時(shí)降水減少，伏旱發(fā)生的概率增大，對(duì)秋糧生長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)林果果實(shí)增大產(chǎn)生重要影響，尤其是7 月下旬至8 月上旬“卡脖旱”發(fā)生概率提高，造成玉米等禿頂、籽粒少、空稈多，產(chǎn)量降低，這是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平日益提高的今日秋糧產(chǎn)量波動(dòng)起伏的主要原因之一。夏季降水是影響秋糧、果類產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃?，夏季降水的減少提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)概率。

“好雨知時(shí)節(jié)，當(dāng)春乃發(fā)生”，充分說(shuō)明了春季降水少而珍貴。春季降水增多降低了春旱發(fā)生概率，非常有利于越冬作物的返青生長(zhǎng)和春播作物的出苗；秋季是農(nóng)業(yè)物成熟收獲時(shí)期，秋季連陰雨天氣常常造成秋作物貪青晚熟，成熟的秋作物因無(wú)法及時(shí)收獲、晾曬而發(fā)生霉變，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的連陰雨容易引起土壤過(guò)濕，秋播期推遲，不利于形成冬前壯苗，并引起蘋果和棗的裂果，商品價(jià)值降低，經(jīng)濟(jì)效益下降，增產(chǎn)不增收甚至減收。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012 年、2013 年、2018 年和2019 年，晉陜?cè)S河金三角地區(qū)均發(fā)生由于秋季連陰雨而引起果面裂果嚴(yán)重。

研究區(qū)內(nèi)4 個(gè)市年降水量都呈減少趨勢(shì)（圖略），減少的速度各不相同，其中渭南市減少速度最快，氣候傾向率為﹣12.503 mm/10 年，其次是運(yùn)城，氣候傾向率為﹣8.218 mm/10年，臨汾和三門峽分別為﹣5.777 mm/10 年和﹣3.111 mm/10年。從各縣（市區(qū)）降水量變化趨勢(shì)來(lái)看（圖略），臨汾市的永和、霍州、隰縣、古縣、浮山、曲沃和運(yùn)城市的新絳、垣曲以及三門峽的盧氏等縣市氣候傾向率為正，降水量呈增加趨勢(shì)，其余大多數(shù)縣（市區(qū)）降水量呈減少趨勢(shì)。

2.3 日照時(shí)數(shù)變化特征及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

45 年來(lái)年、季日照時(shí)數(shù)變化曲線如圖4 所示，從中可以看出，年平均日照時(shí)數(shù)為2 253.5 h，氣候傾向率為﹣63.97 h/10年，呈減少趨勢(shì)，其中春季日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢(shì)，氣候傾向率為17.06 h/年，夏、秋和冬季呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率分別為﹣28.012 h/10 年、﹣24.501 h/10 年和﹣12.327 h/10 年，以夏秋季減少趨勢(shì)最為明顯。由此可見(jiàn)，晉陜?cè)S河金三角地區(qū)日照時(shí)數(shù)的減少主要是由夏、秋季日照時(shí)數(shù)的減少引起的。春夏季日照時(shí)數(shù)的增加和減少不足以影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；秋季是蘋果著色的關(guān)鍵時(shí)期，需要充足的日照，秋季日照時(shí)數(shù)減少，影響蘋果著色，導(dǎo)致蘋果品質(zhì)下降。

圖4 年、季日照時(shí)數(shù)變化曲線

近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，冬季日照時(shí)數(shù)的減少，易使設(shè)施內(nèi)因日照不足而發(fā)生病害，日照嚴(yán)重不足時(shí)會(huì)導(dǎo)致作物長(zhǎng)勢(shì)弱、生長(zhǎng)緩慢，甚至減產(chǎn)。

從研究區(qū)內(nèi)4 個(gè)市日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)來(lái)看（圖略），臨汾和三門峽減少最快，氣候傾向率分別為﹣79.5 h/10 年和﹣76.54 h/年，其次是運(yùn)城，氣候傾向率為﹣60.46 h/10 年，渭南減少最慢，氣候傾向率為﹣29.7 h/10 年；分析各個(gè)縣（市區(qū)）日照時(shí)數(shù)線性趨勢(shì)（圖略），僅渭南的白水和潼關(guān)氣候傾向率為正，日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢(shì)，其余各地均呈減少趨勢(shì)，其中運(yùn)城市的河津和臨汾市的古縣日照時(shí)數(shù)以158.65 h/10年和151.94 h/10 年的速度在減少，三門峽的靈寶、臨汾市的侯馬、曲沃、洪洞以及安澤以100～149 h/10 年的速度在減少。

2.4 光溫水匹配變化特點(diǎn)

本地區(qū)降水主要集中在農(nóng)作物主要生長(zhǎng)季節(jié)（4—10月），具有雨熱同季的特點(diǎn)。45 年來(lái)4—10 月份平均氣溫呈增溫趨勢(shì)，氣候傾向率為1.465 ℃/10 年，而降水量和日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率分別為﹣2.709 mm/10 年和﹣4.367 h/10 年，雨熱同季的優(yōu)勢(shì)趨于惡化，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一定的負(fù)面影響。

從各月具體變化情況來(lái)看，5 月和9 月氣溫上升、降水增多，雨熱匹配優(yōu)勢(shì)更好；4、6、7、10 月則是氣溫上升、降水減少，雨熱匹配條件惡化，其中4月份氣溫以0.404 ℃/10年的傾向率在上升，而降水以﹣1.703 mm/10 年的傾向率在下降；10 月份升溫傾向率為0.238 ℃/10 年，降水減少傾向率為﹣2.981 mm/10 年，可見(jiàn)雨熱匹配以4 月和10 月惡化最為明顯。光溫水氣候傾向率如表1 所示。

表1 光溫水氣候傾向率

3 結(jié)論

在全球氣候變暖的大背景下，晉陜?cè)S河金三角地區(qū)氣候也發(fā)生了明顯的變化，變化趨勢(shì)與全球一致，氣溫升高、降水量和日照時(shí)數(shù)減少，雨熱同季的優(yōu)勢(shì)有惡化的趨勢(shì)。冬季氣溫變暖，有利于設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，但也給病菌存活和害蟲(chóng)卵越冬提供了有利條件，導(dǎo)致病蟲(chóng)害高發(fā)，防治病蟲(chóng)害的投入增加；而冬季日照的減少，容易引起設(shè)施大棚內(nèi)光照時(shí)間不足，導(dǎo)致作物光合作用不足，長(zhǎng)勢(shì)緩慢，甚至出現(xiàn)弱苗、病苗，影響上市時(shí)間，并造成減產(chǎn)減收。

冬末春初氣溫回升快，降水量呈增加趨勢(shì)，農(nóng)作物生育期提前，后期抗寒能力減弱，春季晚霜凍風(fēng)險(xiǎn)提高。

夏季氣溫增高、降水量減少，有利于夏糧的收獲、晾曬，但也使得伏旱發(fā)生頻率提高，嚴(yán)重影響秋糧生長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)林果的果實(shí)膨大，提高了后期裂果的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并給蘋果著色帶來(lái)一定的負(fù)面影響。夏季高溫容易影響果芽分化，造成翌年畸形果增加，降低果品品質(zhì)。

秋季連陰雨天氣容易造成秋作物貪青晚熟、秋播期推遲，并引起蘋果和棗裂果率提高，商品價(jià)值降低，經(jīng)濟(jì)效益下降，增產(chǎn)不增收。