商洛1961—2020年10 ℃界限溫度變化特征

趙小寧，胡曉黎，張鴻雁

(商洛市氣象局，陜西商洛 726000)

氣溫10 ℃是喜溫作物適宜生長的起始溫度，是衡量一個地區(qū)熱量資源的重要指標[1-2]。近年來，全球氣候變化已得到多數(shù)學者認可，相關研究表明[3-4]，我國氣溫有明顯的升高趨勢，氣候變暖將導致作物生長發(fā)育改變，同時將改變熱量資源的時空分布，氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的出現(xiàn)日期、持續(xù)時間、積溫變化對確定某地作物布局、耕作制度、品種搭配有重要意義。

商洛位于秦嶺南麓陜西省東南部，介于108°34′E～111°1′E、33°2′N～34°24′N之間，地跨長江、黃河兩大流域，處在冬夏季風與青藏高原環(huán)流的交匯地帶，屬冬干夏濕、干濕分明的暖溫帶半濕潤季風氣候。本文利用商洛市7個國家氣象觀測站1961—2020年逐日氣象觀測資料，分析近60 a≥10 ℃初日、終日、持續(xù)時間及活動積溫等熱量資源特征和變化規(guī)律，為商洛農(nóng)業(yè)結構優(yōu)化、作物布局和災害防御提供參考和指導。

1 資料與方法

選取商洛7個地面觀測站1961—2020年逐日平均氣溫觀測資料，采用5日滑動平均法確定氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的初終日日期及持續(xù)日數(shù)，計算初日和終日間的活動積溫作為穩(wěn)定通過10 ℃的積溫值。計算7站同期算術平均值建立商洛市數(shù)據(jù)序列，分析其時間變化和突變特征。為了便于日期統(tǒng)計計算，以1月1日為起點記為1，將≥10 ℃的初日、終日日期轉換為距離1月1日的實際日數(shù)，得到初日、終日日期序列。

運用線性傾向估計法對≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫的變化規(guī)律進行分析，并檢驗其顯著性。采用累積距平、滑動t檢驗、Mann-Kendall檢驗法等進行突變分析和檢驗。運用R/S相關性分析預測其未來變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 ≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫空間分布

受地形和緯度影響，商洛≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫等值線呈緯向分布，由圖1可見，≥10 ℃初日隨緯度和海拔高度的增加推遲，≥10 ℃終日隨緯度和海拔高度的增加提前，≥10 ℃持續(xù)日數(shù)隨緯度海拔高度的增加縮短，≥10 ℃活動積溫隨緯度海拔高度的增加減小。商洛各縣(區(qū))≥10 ℃平均初日在4月1—13日之間，其中初日最早出現(xiàn)在3月5日(鎮(zhèn)安，2013年)，最晚為6月1日(柞水，1962年)；各縣(區(qū))≥10 ℃平均終日在10月18日—11月4日之間，其中最早出現(xiàn)在9月20日(柞水，1964年)，最晚出現(xiàn)在11月23日(商南，1980年)；各縣(區(qū))≥10 ℃平均持續(xù)日數(shù)在188.4～216.7 d之間，其中持續(xù)日數(shù)最短115 d(柞水，1962年)，最長為247 d(商南，2019年)；各縣(區(qū))≥10 ℃平均活動積溫在3 537.8 ～4 150.3 ℃·d日之間，其中≥10 ℃活動積溫最小為2 062.5 ℃·d(柞水，1962年)，最大為4 972.3 ℃·d(丹鳳，2013年)。

2.2 ≥10 ℃溫度氣候變化趨勢

2.2.1 ≥10 ℃初日 由圖2可見，1961—2020年商洛市≥10 ℃平均初日呈提前趨勢，線性傾向率為-2.3 d/10 a(通過0.005顯著性檢驗)。近60 a，商洛市≥10 ℃平均初日為4月5日，最早是2014年為3月14日，最晚是2002年為4月29日。由表1可見，從年代際變化來看，20世紀60年代和80年代落后于多年平均值，其余年代比多年平均日期提前或持平，尤其是2011年以后，較平均日期提前8 d。

2.2.2 ≥10 ℃終日 由圖3可見，1961—2020年商洛市≥10 ℃平均終日呈推遲趨勢，線性傾向率為1.3 d/10 a，未通過0.05顯著性檢驗，推遲趨勢不明顯。近60 a，商洛市≥10 ℃平均終日為10月28日，最早為1968年10月14日，最晚為2020年11月13日。由表1可見，從年代際變化來看，各年代終日變化不大，20世紀60年代、80年代和90年代稍提前于多年平均值，其余年代比多年平均日期稍晚，提前或落后的日數(shù)都變化不大，總體來說，≥10 ℃平均終日相對穩(wěn)定。

表1 商洛市1961—2020年≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)、積溫年代際分布

2.2.3 ≥10 ℃持續(xù)日數(shù) 由圖4可見，1961—2020年商洛市≥10 ℃持續(xù)日數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢，線性傾向率為3.3 d/10 a(通過0.001顯著性檢驗)。近60 a，商洛市≥10 ℃平均持續(xù)日數(shù)203.4 d，最短為2002年的175.9 d，最長為2019年的231.3 d。由表1可見，從年代際變化來看，20世紀60年代持續(xù)日數(shù)最短，60年代和80年代持續(xù)日數(shù)小于平均值，其余年代持續(xù)日數(shù)都超過200 d，尤其是2011年以后，持續(xù)日數(shù)明顯增加，超過210 d，增長趨勢較快。

2.2.4 ≥10 ℃活動積溫 由圖5可見，1961—2020年商洛市≥10 ℃活動積溫呈增加趨勢，線性傾向率為68.8(℃·d)/10 a(通過0.001顯著性檢驗)。近60 a，商洛市≥10 ℃平均活動積溫為4 041.9 ℃·d，最少為1968年的3 466.9 ℃·d，最多為2013年的4 438.3 ℃·d。由表1可見，從年代際變化來看，20世紀60年平均積溫最少，60年代和80年代小于平均值，其余年代大于平均值，2011年以后，活動積溫增加趨勢明顯。

2.3 商洛≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫突變特征

由于突變檢驗的方法比較多，且每一種檢驗方法都有不足之處，因此應用多種方法綜合確定突變年份。首先根據(jù)氣候要素累積距平選出可能出現(xiàn)突變的年份，再利用氣候突變檢驗比較客觀和準確的滑動t檢驗和M-K法對比確定商洛≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫的突變年份。

2.3.1 累積距平 由1961—2020年累計距平圖(圖6)可見，≥10 ℃初日日序的累積距平在1972前呈上升趨勢，即初日為推后趨勢，在1972年出現(xiàn)了最大值，隨后平穩(wěn)波動，2002年后呈下降趨勢，即初日為提前趨勢，突變可能出現(xiàn)的在1972年和2002年前后； ≥10 ℃終日日序的累積距平在1972年前呈下降趨勢，即終日為提前趨勢，隨后波動，在1994年后呈上升趨勢，即終日為推后趨勢，突變可能出現(xiàn)在1972年和1994年前后；≥10 ℃持續(xù)日數(shù)的累積距平在1972年前呈下降趨勢，即持續(xù)日數(shù)為減少趨勢，隨后平穩(wěn)波動，在2002年后呈上升趨勢，即持續(xù)日數(shù)為增加趨勢，突變可能出現(xiàn)在1972年和2002年前后；積溫的累積距平在1994年出現(xiàn)最小值，變化趨勢為先減少再增加，突變可能出現(xiàn)在1994年前后。

2.3.2 滑動t檢驗 利用滑動t檢驗對商洛市≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫進行突變分析，分別取基準點前后子序列長度n1=n2=5，n1=n2=10，給定顯著性水平α=0.01，按t分布自由度γ=n1+n2-2，給定tα值分別是3.355、2.878。由圖7可見，當n1=n2=5時，終日和積溫統(tǒng)計量圖沒有通過0.01顯著性水平檢驗，即無明顯突變點，初日和持續(xù)日數(shù)統(tǒng)計量圖在1972年超過0.01顯著性水平，出現(xiàn)了明顯突變。當n1=n2=10時，終日統(tǒng)計量圖沒有通過0.01顯著性水平檢驗，即無明顯突變點，初日、持續(xù)日數(shù)統(tǒng)計量圖在1972年超過0.01顯著性水平，出現(xiàn)了明顯突變，積溫統(tǒng)計量圖在1972年和1982年超過0.01顯著性水平，出現(xiàn)了明顯突變。

2.3.3 M-K檢驗 采用M-K檢驗對對商洛市≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫進行突變分析。初日UF曲線在1973年以后小于0，表明1973年以后初日處于下降趨勢，臨界線內(nèi)在1990年附近UF和UB曲線有交點，可能出現(xiàn)突變，UF曲線超過0.01顯著性水平臨界線，突變較明顯；終日UF曲線在1973年以后處于上升趨勢，UF和UB曲線在臨界線內(nèi)有多個交點，但曲線整體未超過0.01顯著性水平臨界線，突變不明顯，出現(xiàn)多個雜點也說明M-K法對終日突變特征的檢驗效果不是很好，需要結合其它檢驗方法進行驗證；持續(xù)日數(shù)UF曲線在1973年以后處于上升趨勢，臨界線內(nèi)在2002年附近UF和UB曲線有交點，可能出現(xiàn)突變，UF曲線超過0.01顯著性水平臨界線，突變較明顯；積溫UF曲線在1969年以后處于上升趨勢，臨界線內(nèi)在2003年附近UF和UB曲線有交點，可能出現(xiàn)突變，UF曲線超過0.01顯著性水平臨界線，突變較明顯。

2.4 商洛≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫未來變化趨勢

采用R/S分析法，計算Hurst指數(shù)對商洛≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫未來變化趨勢進行分析。由表2可知，初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫的Hurst指數(shù)均大于0.5，說明將繼續(xù)保持原來的變化趨勢。其中，初日和持續(xù)日數(shù)的Hurst指數(shù)大于0.6，說明其未來變化趨勢與之前較一致，初日將繼續(xù)呈提前趨勢，持續(xù)日數(shù)呈增長趨勢，但持續(xù)性不明顯；終日和積溫的Hurst指數(shù)接近于0.5，說明終日推遲趨勢和積溫增大趨勢不顯著，具有較大的隨機性。

表2 商洛市≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)、積溫的Hurst指數(shù)

3 結論與討論

(1)商洛1961—2020年≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫等值線呈緯向分布，初日隨緯度和海拔高度的增加推遲，終日隨緯度和海拔高度的增加提前，持續(xù)日數(shù)隨緯度海拔高度的增加縮短，活動積溫隨緯度海拔高度的增加減小。

(2)商洛市1961—2020年≥10 ℃平均初日呈提前趨勢，線性傾向率為-2.3 d/10 a(通過0.005顯著性檢驗)，平均初日為4月5日；平均終日呈推遲趨勢，線性傾向率為1.3 d/10 a，推遲趨勢不明顯，平均終日為10月28日；持續(xù)日數(shù)呈增加趨勢，線性傾向為3.3 d/10 a(通過0.001顯著性檢驗)，平均持續(xù)日數(shù)為203.4 d；活動積溫呈增加趨勢，線性傾向率為68.8 ℃·d /10 a(通過0.001顯著性檢驗)，平均活動積溫為4 104.9 ℃·d。

(3)采用不同方法對商洛市1961—2020年≥10 ℃初日、終日、持續(xù)日數(shù)及積溫進行突變分析，結合各種方法綜合判定，終日和積溫突變不明顯，初日在1972年前后發(fā)生突變，持續(xù)日數(shù)在1972年和2002年前后發(fā)生突變。

(4)R/S分析表明，商洛市≥10 ℃初日將繼續(xù)呈提前趨勢，持續(xù)日數(shù)呈增加趨勢，持續(xù)性不明顯；終日推遲趨勢和積溫增加趨勢不顯著，具有較大的隨機性。