小店區(qū)氣候變化特征及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的調(diào)查分析

蔣文 劉志宏 靳彥君 張宇建 左小瑞

摘 要：利用太原市小店區(qū)國家氣象站1979—2020年氣溫和降水地面氣象觀測資料，分析了小店區(qū)近42年來氣溫和降水年際變化、季節(jié)變化的趨勢及變化特征。結(jié)果表明：1）近42年來小店區(qū)年平均氣溫呈上升趨勢，4個(gè)季節(jié)平均氣溫均呈上升趨勢，春季上升趨勢最為明顯、夏季次之。2）小店區(qū)年降水量呈增長趨勢，貢獻(xiàn)最大的10年代降水量處于偏多期，主要是降水量偏多的年份占比高，增長趨勢顯著造成。降水量年際變化很大，降水分布不均勻，且不穩(wěn)定性強(qiáng)，季節(jié)差異明顯，秋季呈增長趨勢、夏季次之。氣候變化導(dǎo)致干旱、暴雨、高溫等災(zāi)害性天氣，氣候極端事件頻繁發(fā)生嚴(yán)重影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：氣溫；降水量；氣候變化；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

文章編號：2096-8108（2023）04-0044-06? 中圖分類號：S162.5+5中圖分類號? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文獻(xiàn)標(biāo)志碼

Investigation and Analysis of Climate Change Characteristics and the Impact on Agricultural Production in Xiaodian District

JIANG? Wen1，LIU? Zhihong1，JIN? Yanjun1，ZHANG Yujian2，ZUO Xiaorui3

（1.Meteorological Bureau of Xiaodian District， Taiyuan City， Taiyuan Shanxi 030000， China;

2.Meteorological Bureau of Qingxu County， Taiyuan Shanxi 030000，China;

3.Shanxi Climate Center， Taiyuan Shanxi 030000，China）

Abstract： Based on the surface meteorological observation data of temperature and precipitation in Xiaodian District， Taiyuan City from 1979 to 2020， the interannual variation， seasonal variation and variation characteristics of temperature and precipitation in Xiaodian District in recent 42 years were analyzed. The results show that ： 1 ） In the past 42 years， the annual average temperature in Xiaodian District has shown an upward trend， and the average temperature in the four seasons has shown an upward trend. The upward trend in spring is the most obvious， followed by summer. 2 ） The annual precipitation in Xiaodian District shows an increasing trend， and the precipitation in the 10 s， which contributes the most， is in a period of more precipitation， mainly due to the high proportion of years with more precipitation and the significant growth trend. The interannual variation of precipitation is very large， the distribution of precipitation is not uniform， and the instability is strong， the seasonal difference is obvious， the autumn is increasing， followed by summer. Climate change leads to disastrous weather such as drought， rainstorm and high temperature， and frequent extreme climate events seriously affect agricultural production.

Keywords：temperature; precipitation; climate change; agricultural production

在全球氣候變暖的大背景下，極端天氣多發(fā)、重發(fā)，強(qiáng)度也在不斷變化，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越嚴(yán)重。小店區(qū)位于山西省中部，太原城區(qū)南部，全區(qū)總面積29 500 hm2，地勢北高南低，平均海拔763～780 m，以南部平川為主，東部地區(qū)為山區(qū)、丘陵地區(qū)。小店區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，降水集中，光照充足。氣候變化對小店區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生活有至關(guān)重要的影響，因此，利用小店區(qū)氣象數(shù)據(jù)資料，從年代及季節(jié)角度進(jìn)行分析小店區(qū)近42年氣候變化的特征，不僅有助于了解小店區(qū)氣候變化趨勢，也可為小店區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)［1］。進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)況監(jiān)測和預(yù)報(bào)預(yù)警，做好氣象服務(wù)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更有力保障和支撐。

1 資料來源及分析方法

1.1 資料選取

選用小店區(qū)國家氣象觀測站1979—2020年氣象記錄月報(bào)表的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量的逐月資料［2］，分別計(jì)算了上述變量的年、季平均值，對其變化特征進(jìn)行分析。4個(gè)季節(jié)分別為：春季（3月—5月）、夏季（6月—8月）、秋季（9月—11月）、冬季（當(dāng)年12月至次年2月）。

1.2 分析方法

采用線性傾向率、氣候趨勢系數(shù)、多項(xiàng)式擬合方法分析氣溫和降水變化，使用M-K檢驗(yàn)氣溫突變等，并利用軟件計(jì)算及制圖軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析［1-5］，分析小店區(qū)1979—2020年氣溫和降水變化特征趨勢，探討對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

2 氣溫變化特征分析

2.1 氣溫年際變化特征分析

小店區(qū)氣溫變化特點(diǎn)是冬季寒冷，春季氣溫多變，夏季高溫炎熱，秋季涼爽晴朗，春、秋季短暫，冬、夏季時(shí)間較長。從圖1與表1分析可知：小店區(qū)近42年來年平均氣溫整體呈上升趨勢，線性傾向率0.442 ℃/10年。20世紀(jì)80年代曲線波動小，年平均氣溫以偏低為主；進(jìn)入90年代以后，曲線波動幅度增大，上升趨勢顯著，比80年代上升1.33 ℃；上升趨勢延續(xù)到21世紀(jì)00年代，比20世紀(jì)90年代上升0.34 ℃，呈上升趨勢；21世紀(jì)10年代在波動有所回落，呈下降趨勢，比00年代下降0.47 ℃，比20世紀(jì)80年代上升1.2 ℃。其中，年平均氣溫最高值12.5 ℃，出現(xiàn)在上升趨勢顯著20世紀(jì)90年代的1999年；最低值 9.2 ℃出現(xiàn)在上升趨勢不明顯20世紀(jì)80年代的1984年。

2.2 年平均氣溫突變分析

采用M-K檢驗(yàn)和累積距平法，對小店區(qū)近42年的年平均氣溫時(shí)間序列進(jìn)行突變檢驗(yàn)，繪制突變曲線圖。從圖2分析可知：當(dāng)超過α=0.05顯著水平線，表明顯著上升趨勢，臨界線（給定量顯著U=0.05，則U0.05=±1.96）；20世紀(jì)80年代初期氣溫處于降溫狀態(tài)，從80年代后期開始上升，到90年代年平均氣溫呈上升趨勢，UF和UB兩條曲線相交，交叉點(diǎn)的位置即可判定年平均氣溫突變從1987年開始，之后氣溫呈上升趨勢。

2.3 氣溫季節(jié)變化特征分析

從各季節(jié)氣溫線性傾向率變化趨勢來看，春、夏、秋、冬季平均氣溫變化與年平均氣溫變化相一致，呈上升趨勢。小店區(qū)春季上升趨勢最為明顯、夏季次之，與前兩個(gè)季節(jié)相比較，秋、冬季上升趨勢較弱。從圖3與表1分析，結(jié)果如下：

1）春季（見圖3-a）平均氣溫整體呈上升趨勢，線性傾向率0.657 ℃/10年。春季平均氣溫變化在20世紀(jì)80年代以偏低為主；90年代以后氣溫變化大，曲線波動幅度增大，上升趨勢顯著，比80年代上升1.12 ℃；上升趨勢延續(xù)到21世紀(jì)00年代，比20世紀(jì)90年代上升0.64 ℃；21世紀(jì)10年代持續(xù)上升，比00年代上升0.05 ℃，呈上升趨勢，與20世紀(jì)80年代相比上升1.81 ℃，呈顯著上升趨勢。春季平均氣溫變化從20世紀(jì)80年代一直到21世紀(jì)10年代均呈上升趨勢，上升幅度在全年中最大。

2）夏季（見圖3-b）平均氣溫整體呈上升趨勢，線性傾向率0.441 ℃/10年，上升幅度僅次于春季。夏季平均氣溫在20世紀(jì)80年代波動趨緩，以偏低為主；90年代氣溫變化劇烈，上升幅度增大，比80年代上升1.8 ℃，上升趨勢顯著；21世紀(jì)00年代持續(xù)上升，比20世紀(jì)90年代上升0.32 ℃，呈上升趨勢；21世紀(jì)10年代氣溫在波動中有所回落，比00年代下降0.26 ℃，呈下降趨勢，與20世紀(jì)80年代夏季平均氣溫相比上升1.27 ℃，呈顯著上升趨勢。

3）秋季（見圖3-c）平均氣溫整體呈上升趨勢，線性傾向率0.376 ℃/10年。秋季平均氣溫在20世紀(jì)80年代以偏低為主；90年代劇烈變化的年份少，曲線波動幅度較大，比80年代上升1.09 ℃，上升趨勢顯著；上升趨勢延續(xù)到21世紀(jì)00年代，比20世紀(jì)90年代上升0.42 ℃，呈上升趨勢；21世紀(jì)10年代氣溫在波動中有所回落，比00年代下降0.58 ℃，呈下降趨勢，與20世紀(jì)80年代相比上升0.93 ℃，呈明顯上升趨勢。

4）冬季（見圖3-d）平均氣溫整體呈上升趨勢，線性傾向率0.375 ℃/10年，比秋季略低，上升幅度在全年中最弱。冬季平均氣溫在20世紀(jì)80年代前期以偏低為主，到后期氣溫快速上升；上升態(tài)勢延續(xù)到20世紀(jì)90年代、21世紀(jì)00年代，氣溫變化劇烈，曲線波動幅度增大，90年代比80年代上升1.8 ℃，上升趨勢顯著，21世紀(jì)00年代比20世紀(jì)90 年代上升0.32 ℃，呈上升趨勢；21世紀(jì)10年代氣溫波動中有所回落，比00年代下降1.04 ℃，呈下降趨勢。極端最低氣溫出現(xiàn)在這一時(shí)期，-20.6 ℃出現(xiàn)在2020年，近42年中20世紀(jì)80年代冬季氣溫最冷，21世紀(jì)10年代次之，與20世紀(jì)80年代相比上升1.08 ℃，呈明顯上升趨勢。

2.4 氣溫季節(jié)變化突變分析

春季（見圖4-a）和夏季（見圖4-b）小店區(qū)春季和夏季氣溫變化整體均呈上升趨勢，從20世紀(jì)80年代末期到90年代初氣溫開始上升，UF和UB兩條曲線相交，交叉點(diǎn)的位置即可判定春季氣溫突變從1991年開始，夏季氣溫在1989年發(fā)生突變。秋季（見圖4-c）和冬季（見圖4-d）小店區(qū)秋季和冬季氣溫變化整體均呈上升趨勢，從20世紀(jì)80年代后期開始上升，UF和UB兩條曲線相交，交叉點(diǎn)的位置即可判定氣溫的突變時(shí)間，秋季和冬季突變都發(fā)生1987年。從整體上看，小店區(qū)氣溫突變時(shí)間分別出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代后期到90年代初。

2.5 氣溫變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

小店區(qū)年平均氣溫呈上升趨勢，季節(jié)平均氣溫與年平均氣溫變化相一致，呈上升趨勢。上升趨勢最明顯春季、夏季次之。且均發(fā)生突變，時(shí)間分別出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代后期到90年代初。氣溫上升導(dǎo)致氣候變暖，災(zāi)害性天氣和氣候極端事件頻繁發(fā)生，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到很大影響。溫度升高加重農(nóng)業(yè)病蟲害的發(fā)展，造成農(nóng)藥用量增加，也提高農(nóng)業(yè)成本。

氣候的變暖，春季回暖時(shí)間較早，無霜凍期時(shí)間延長，農(nóng)作物生育期隨著溫度上升提前，到后期遭遇春霜凍（又稱晚霜凍，指春播作物苗期、果實(shí)花期、越冬作物返青后發(fā)生的霜凍，這種霜凍會使農(nóng)作物遭受很大損失。）的風(fēng)險(xiǎn)增大。溫度上升，農(nóng)作物蒸騰速度加快，水分流失大，容易出現(xiàn)干旱，而季節(jié)性干旱會影響果樹、苗木和特種經(jīng)濟(jì)作物生長發(fā)育，進(jìn)而降低其產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)，影響其經(jīng)濟(jì)效益。2008年10月23日至2009年2月1日連續(xù)102 d無降水，干旱造成冬小麥減產(chǎn)。小店區(qū)2018年4月7日最低氣溫-4.4 ℃，是小店區(qū)40年來同期的最低值，霜凍天氣使杏、桃、梨、蘋果等經(jīng)濟(jì)林果普遍受凍。2019年夏季6月—8月降水較歷年同期偏少30%，農(nóng)田旱情較重，嚴(yán)重危害農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)也增加農(nóng)業(yè)灌溉用水量，提高農(nóng)業(yè)投入成本。2020年4月19日至25日出現(xiàn)倒春寒、大風(fēng)、降溫、霜凍天氣，使部分杏、桃、梨、蘋果等經(jīng)濟(jì)林果遭遇凍害。

3 降水變化特征分析

3.1 年降水量特征分析

小店區(qū)常年平均降水量為430.3 mm，降水量年際變化很大，最多雨年達(dá)594.1 mm，最少雨年僅234.6 mm，小店區(qū)年降水量呈增長趨勢。對近42年的年平均降水量進(jìn)行的線性擬合，其趨勢方程：y=1.040 3x+408.67（R2=0.017 2）。從圖5與表2分析可知：20世紀(jì)80年代降水量變化以偏多為主，呈增長趨勢；90年代降水量變化以偏少為主，呈顯著減少趨勢，比常年平均值減少43.36 mm，比80年代減少44.5 mm，降水量最少年份出現(xiàn)在這一時(shí)期，最小值234.6 mm，出現(xiàn)在1997年；21世紀(jì)00年代降水量相比20世紀(jì)90年代有所增長，但仍然低于常年平均值，呈明顯減少趨勢，比常年平均值減少14.21 mm，但比90年代增長29.15 mm；21世紀(jì)10年代降水量處于偏多期，主要是降水量偏多的年份占比高，2011—2020年中2015年、2019年偏少，其他年份以偏多為主，增長趨勢顯著，比常年平均值增長57.17 mm，比21世紀(jì)00年代增長100.58 mm，降水量最多年份出現(xiàn)在這一時(shí)期，降水量594.1 mm為最大值，出現(xiàn)在2016年。

3.2 降水季節(jié)變化特征分析

從各季降水量線性擬合變化趨勢來看，秋季降水增長趨勢最明顯、夏季次之，春季降水減少趨勢最? 明顯、冬季次之。從圖6和表3分析結(jié)果如下：

1）春季（見圖6-a）降水量呈明顯減少趨勢，減少率在全年4個(gè)季節(jié)中最大，線性擬合趨勢方程：y=-0.457 5x+77.985（R2=0.028 2）。20世紀(jì)80年代降水變化以偏多為主，呈明顯增長趨勢，春季降水量的最大值出現(xiàn)在這一時(shí)期，178.4 mm出現(xiàn)在1991年；20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)00年代變化以偏少為主，呈減少趨勢，最小值出現(xiàn)在這一時(shí)期，降水量9.6 mm出現(xiàn)2000年；21世紀(jì)10年代降水量在波動中恢復(fù)增長態(tài)勢，呈增長趨勢。

2）夏季（見圖6-b）降水量呈增長的趨勢，線性擬合趨勢方程：y=0.854 6x+ 233.93（R2 = 0.013 6）。20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)00年代降水曲線劇烈變化的年份少，以偏少為主，呈減少趨勢；夏季降水量最大值和最小值均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，最大值473.2 mm出現(xiàn)在1996年，最小值110.6 mm出現(xiàn)在1997年；21世紀(jì)10年代變化劇烈以偏多為主，呈增長趨勢。

3）秋季（見圖6-c）降水量呈增長的趨勢，增長率在全年中最大，線性擬合趨勢方程：y=1.104 6x+ 77.204（R2=0.085 9）。20世紀(jì)80年代降水變化以偏多為主，呈增長趨勢；90年代以偏少為主，呈減少趨勢，最小值出現(xiàn)在這一期間，最小值26.7 mm，出現(xiàn)在1998年；21世紀(jì)00年代到10年代降水變化劇烈，呈顯著增長趨勢，秋季降水量最大值190.7 mm出現(xiàn)在2003年。

4）冬季（見圖6-d）降水量呈明顯減少趨勢，而且減少率僅次于春季，線性擬合趨勢方程：y=0.006x+ 9.613 6（R2=0.000 1）。20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)10年代降水變化劇烈變化的年份少，以偏少為主，減少趨勢十分顯著。冬季降水量最大值30.6 mm出現(xiàn)在2003年，最小值0.0出現(xiàn)在1999年，為小店區(qū)近42年來首次出現(xiàn)“一個(gè)無有效降水的冬季”。

3.3 降水對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

小店區(qū)年降水量呈增長趨勢，貢獻(xiàn)最大的21世紀(jì)10年代降水量處于偏多期，主要是降水量偏多的年份占比高。降水量年際變化大，分布不均勻，季節(jié)差異明顯，降水過少或過多的不均勻，或雨量過分集中的降水暴雨、強(qiáng)降水、連陰雨天氣，極易引發(fā)旱澇災(zāi)害，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響［5］。降水量過多的年份，暴雨、強(qiáng)降水、連陰雨天氣的會造成漬澇，農(nóng)田受淹，可能會造成農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。相對降水量過少年份，農(nóng)作物生長發(fā)育過程中需水不足，極易出現(xiàn)季節(jié)性干旱，造成農(nóng)作物減產(chǎn)。2017年7月23日—29日，降水量145.3 mm降水范圍大，強(qiáng)度大，導(dǎo)致玉米、高梁被淹；10月7日—10日的連陰雨天氣，降水量111.3 mm，對大秋作物收曬產(chǎn)生不利影響。2019年9月10日—13日出現(xiàn)連陰雨天氣，降水量88.5 mm，此次連陰雨天氣導(dǎo)致棗的果面裂紋，進(jìn)而影響品質(zhì)和產(chǎn)量。

4 結(jié)論

小店區(qū)近42年來氣溫呈上升趨勢，降水呈增長趨勢，波動幅度較大，旱澇交替狀況造成階段性干旱，暴雨、強(qiáng)降水引發(fā)漬澇，給農(nóng)作物生長帶來嚴(yán)重影響。隨著氣候變暖，干旱現(xiàn)象頻率發(fā)生，季節(jié)性干旱會影響果樹、苗木和特種經(jīng)濟(jì)作物生長發(fā)育，進(jìn)而降低其產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)，影響其經(jīng)濟(jì)效益。極端天氣極易造成暴雨頻率增加，農(nóng)田受淹，產(chǎn)生漬澇災(zāi)害。

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參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2023-05-19中文收稿日期

第一作者簡介：蔣 文（1969-），女，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail：506863227@qq.com