江西棉花花鈴期熱害時(shí)空分布規(guī)律研究

周妍，邵明陽，郭歡，吳昊*，曾小林

（1.九江市氣象局，江西 九江 332000；2.彭澤縣氣象局，江西 彭澤 332700；3.江西省棉花研究所，江西 九江 332105）

在江西省夏季高溫?zé)崂顺霈F(xiàn)的頻率增高、強(qiáng)度增強(qiáng)的背景下[20-21]，棉花作為江西省重要的經(jīng)濟(jì)作物之一可能會(huì)受到影響，進(jìn)而可能使江西省棉花產(chǎn)業(yè)受到進(jìn)一步?jīng)_擊。在現(xiàn)有研究中，對(duì)江西省棉花花鈴期高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律的詳細(xì)研究較少。為此，筆者等利用江西省棉花主產(chǎn)區(qū)1970—2021 年棉花花鈴期的逐日氣象資料，并結(jié)合江西省棉花花鈴期熱害溫度指標(biāo)，分析了江西省棉花花鈴期高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)和持續(xù)時(shí)間的趨勢(shì)及周期變化特征，以期為江西省棉花生產(chǎn)合理布局與有效防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來源與處理

資料來源于中國氣象局全國綜合氣象信息共享平臺(tái)（China integrated meteorological information service system,CIMISS）?？紤]到氣象數(shù)據(jù)的完整度，選取了位于江西省棉花主產(chǎn)區(qū)、記錄完整的9個(gè)國家級(jí)氣象觀測(cè)站吉安縣、高安、永修、湖口、都昌、瑞昌、廬山市、德安、鄱陽（均為氣象站點(diǎn)名）1970—2021 年7 月1 日至9 月10 日的逐日最高氣溫?cái)?shù)據(jù)。其中：為避免誤解為名山“廬山”，故將廬山站點(diǎn)寫為“廬山市”；吉安站點(diǎn)隸屬于吉安市下屬行政區(qū)，為避免誤解為吉安市等，故寫為“吉安縣”。對(duì)于缺測(cè)數(shù)據(jù)采用5 日滑動(dòng)平均方法進(jìn)行插補(bǔ)，若缺測(cè)時(shí)間長于5 d 則剔除。

1.2 方法

1.2.1棉花花鈴期高溫?zé)岷Φ燃?jí)指標(biāo)的劃分。參照江西省地方標(biāo)準(zhǔn)《棉花花鈴期熱害溫度指標(biāo)》[22]，棉花花鈴期高溫?zé)岷Φ燃?jí)劃分的溫度指標(biāo)見表1。

表1 棉花花鈴期高溫?zé)岷Φ燃?jí)劃分的溫度指標(biāo)

1.2.2氣候統(tǒng)計(jì)方法。采用線性回歸分析、Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)分析和Morlet 小波分析等氣候統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行資料分析。

把線性回歸的斜率稱為趨勢(shì)傾向率，相關(guān)系數(shù)的顯著水平P稱為“氣候線性變化趨勢(shì)傾向顯著水平”，若P≤0.1 則認(rèn)為顯著[14]。

Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)（下文稱M-K 檢驗(yàn)）結(jié)果含UF和UB2 條曲線，當(dāng)UF的值大于0 代表有上升趨勢(shì)，反之則下降；若UF線超過顯著性水平（設(shè)顯著水平α＝0.001）臨界直線，表示上升或下降趨勢(shì)顯著，超過臨界曲線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。若UF和UB2 條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為突變開始的時(shí)間[23]。

Morlet 小波分析計(jì)算得到的小波系數(shù)可以展現(xiàn)不同時(shí)間尺度下的數(shù)據(jù)演變特性[23]，據(jù)此可以推斷出樣本序列的周期變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 1970—2021 年棉花花鈴期熱害線性回歸分析

通過江西省9 個(gè)棉花主產(chǎn)區(qū)氣象站1970—2021 年棉花花鈴期高溫?zé)岷Φ燃?jí)的發(fā)生頻次 （表2）可知，其間棉花花鈴期不同等級(jí)高溫?zé)岷Πl(fā)生年數(shù)最多的站點(diǎn)分別為高安站（輕度）、瑞昌站（中度）和吉安縣站（重度），發(fā)生最少的站點(diǎn)分別為廬山市站（輕度、中度、重度）和都昌站（中度）。年均發(fā)生次數(shù)最多的為高安站（輕度）、吉安縣站（中度、重度），最少的為廬山市站（輕度、中度、重度）和都昌站（中度、重度）。高安站輕度熱害年均持續(xù)時(shí)間最長，吉安縣站中度和重度熱害年均持續(xù)時(shí)間最長，廬山市站不同程度的熱害年均持續(xù)時(shí)間均為最短。

政策條例為農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)提供了法律層面上的保障，也是農(nóng)民農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)行為的基本準(zhǔn)則和依據(jù)?！掇r(nóng)村土地承包法》第32條規(guī)定，“通過家庭承包取得的土地承包經(jīng)營權(quán)可以依法采取轉(zhuǎn)包、出租、互換、轉(zhuǎn)讓或者其他方式流轉(zhuǎn)?！边@意味著法律允許土地承包經(jīng)營權(quán)進(jìn)行流轉(zhuǎn)，但是明確規(guī)定了流轉(zhuǎn)的方式，在一定程度上，阻礙了農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)[4-7]。

表2 江西省棉花主產(chǎn)區(qū)各站1970—2021 年棉花花鈴期不同高溫?zé)岷Φ燃?jí)發(fā)生情況

從各站不同等級(jí)高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)的年變化回歸分析結(jié)果（表3）來看，吉安縣站輕度、中度和重度熱害發(fā)生次數(shù)線性變化趨勢(shì)顯著（P≤0.1），次數(shù)傾向率分別為－0.19、0.20 和0.19（10 a）－1，即每10 a 輕度、中度和重度高溫?zé)岷Υ螖?shù)分別減少0.19次，增加0.20 和0.19 次。鄱陽湖周邊的廬山市站輕度和重度、都昌站中度熱害發(fā)生次數(shù)也呈現(xiàn)顯著線性變化趨勢(shì)，次數(shù)傾向率分別為0.11、0.07 和0.13（10 a）－1。除此之外，贛北北部瑞昌站和西部高安站重度熱害發(fā)生次數(shù)線性變化趨勢(shì)極顯著（P≤0.01），每10 a 重度高溫分別增加0.21 次和0.24 次。

表3 棉花花鈴期高溫?zé)岷Ω鞯燃?jí)發(fā)生次數(shù)的年變化回歸分析

而各站不同程度高溫?zé)岷Τ掷m(xù)時(shí)間的年變化回歸結(jié)果（表4）顯示，除吉安縣站輕度和重度、瑞昌站重度、廬山市站輕度、都昌站中度熱害持續(xù)時(shí)間線性變化趨勢(shì)顯著（P≤0.1），高安站重度熱害線性變化趨勢(shì)極顯著，其余各站熱害持續(xù)時(shí)間線性趨勢(shì)均不顯著。吉安縣站輕度和重度熱害持續(xù)時(shí)間傾向率分別為－0.90 d·（10 a）－1和2.30 d·（10 a）－1，瑞昌站和高安站重度熱害持續(xù)時(shí)間傾向率分別為2.00d·（10a）－1和2.76 d·（10 a）－1，廬山市站輕度和都昌站中度熱害持續(xù)時(shí)間傾向率分別為0.47 d·（10 a）－1和0.80 d·（10 a）－1。

表4 棉花花鈴期高溫?zé)岷Τ掷m(xù)時(shí)間年變化回歸分析

2.2 花鈴期熱害突變分析

從各站高溫?zé)岷Υ螖?shù)M-K 檢驗(yàn)結(jié)果（表5）可知，僅吉安縣站和瑞昌站重度熱害出現(xiàn)突變點(diǎn)與增多的突變時(shí)間區(qū)域。2 站重度熱害次數(shù)M-K 檢驗(yàn)結(jié)果見圖1 和圖2。從圖1 可知吉安縣站重度高溫次數(shù)在1973 年出現(xiàn)突變點(diǎn)，此時(shí)重度熱害次數(shù)呈下降趨勢(shì)，1980 年再次出現(xiàn)突變點(diǎn)，隨后UF曲線出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)并在21 世紀(jì)初超出了99.9%置信水平臨界線。而圖2 中，瑞昌站重度熱害次數(shù)UF和UB曲線在1975 年相交后，UF曲線出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)并在20 世紀(jì)80 年代中后期超出了99.9%置信水平臨界線。

圖1 吉安縣站重度高溫?zé)岷Υ螖?shù)M-K 檢驗(yàn)

圖2 瑞昌站重度高溫?zé)岷Υ螖?shù)M-K 檢驗(yàn)

表5 棉花花鈴期高溫?zé)岷Υ螖?shù)M-K 檢驗(yàn)

從熱害持續(xù)時(shí)間M-K 檢驗(yàn)結(jié)果（表6）可知，輕度熱害在吉安縣站和鄱陽站出現(xiàn)突變點(diǎn)，但未出現(xiàn)突變時(shí)間區(qū)域；中度熱害僅在高安站出現(xiàn)突變點(diǎn)，也無突變時(shí)間區(qū)域；重度熱害則在吉安縣站、瑞昌站和高安站出現(xiàn)突變點(diǎn)，僅吉安縣站未出現(xiàn)突變時(shí)間區(qū)域，其余2 站均出現(xiàn)突變時(shí)間區(qū)域。

表6 棉花花鈴期高溫?zé)岷Τ掷m(xù)時(shí)間M-K 檢驗(yàn)

根據(jù)瑞昌站和高安站重度熱害持續(xù)時(shí)間M-K檢驗(yàn)結(jié)果（圖3、圖4）可知，瑞昌站重度熱害突變發(fā)生在1977 年，增多的突變時(shí)間區(qū)域開始于20 世紀(jì)80 年代后期；高安站重度熱害持續(xù)時(shí)間突變發(fā)生在1976 年，增多的突變時(shí)間區(qū)域開始于20 世紀(jì)80 年代初期。

圖3 瑞昌站重度熱害持續(xù)時(shí)間M-K 檢驗(yàn)

圖4 高安站重度熱害持續(xù)時(shí)間M-K 檢驗(yàn)

由上述分析可知，相較于鄱陽湖周邊站點(diǎn)，贛北北部（瑞昌站）和西部（高安站）以及贛中西部（吉安縣站）棉花花鈴期重度熱害出現(xiàn)了突變。其中吉安縣站和瑞昌站重度熱害發(fā)生次數(shù)在20 世紀(jì)70年代中期至80 年代出現(xiàn)突變，增多的突變時(shí)間區(qū)域分別開始于21 世紀(jì)初和20 世紀(jì)80 年代中后期。而瑞昌站和高安站重度熱害持續(xù)時(shí)間在20 世紀(jì)70 年代中期出現(xiàn)突變，20 世紀(jì)80 年代初期至20 世紀(jì)80 年代中后期開始出現(xiàn)增多的突變時(shí)間區(qū)域。

2.3 花鈴期熱害周期分析

對(duì)各站不同等級(jí)熱害次數(shù)和持續(xù)時(shí)間的周期性進(jìn)行分析，結(jié)果見表7 和表8。

表7 棉花花鈴期高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)的變化周期

表8 棉花花鈴期高溫?zé)岷Τ掷m(xù)時(shí)間的變化周期

由表7 可知，約4 成站點(diǎn)輕度熱害次數(shù)未出現(xiàn)明顯的主振蕩周期，與鄱陽湖最接近的廬山市站、都昌站和鄱陽站輕度熱害次數(shù)主振蕩周期基本一致，為4～8 a 的高頻變化周期（高頻變化周期判定標(biāo)準(zhǔn)：＜10 a）；與鄱陽湖較遠(yuǎn)的德安站和吉安縣站主振蕩周期一致，為19～25 a 的低頻變化周期（低頻變化周期判定標(biāo)準(zhǔn)：＞15 a）。而輕度熱害次數(shù)次振蕩周期結(jié)果顯示，吉安縣、德安、永修、都昌、鄱陽、高安6 個(gè)站點(diǎn)為4～13 a 的中高頻變化周期（中頻變化周期判定標(biāo)準(zhǔn)：10～15 a），湖口站、瑞昌站和廬山市站為19～25 a 的低頻變化周期。周期結(jié)果表明吉安縣、廬山市、都昌、鄱陽和高安5 個(gè)站點(diǎn)輕度熱害次數(shù)在未來5 a 為增加趨勢(shì)，瑞昌、德安、永修和湖口4 個(gè)站點(diǎn)則為減少趨勢(shì)。

中度熱害次數(shù)結(jié)果中，瑞昌站和鄱陽站未出現(xiàn)明顯的主振蕩周期，德安站、永修站和高安站主振蕩周期為19～26 a 的低頻變化周期，吉安縣、湖口、廬山市和都昌4 個(gè)站點(diǎn)為6～15 a 的中高頻變化周期。次振蕩周期結(jié)果顯示，吉安縣、德安、永修、湖口、都昌、鄱陽、高安7 個(gè)站點(diǎn)為中高頻變化周期，瑞昌站和廬山市站則為低頻變化周期。周期結(jié)果表明，吉安縣、廬山市、都昌和鄱陽4 個(gè)站點(diǎn)中度熱害次數(shù)在未來5 a 為增加趨勢(shì)，其余則為減少趨勢(shì)。

重度熱害次數(shù)結(jié)果中，德安站、都昌站和高安站未出現(xiàn)明顯的主振蕩周期，吉安縣站和鄱陽站主振蕩周期為19～21 a 的低頻變化周期，瑞昌、永修、湖口和廬山市4 個(gè)站點(diǎn)為10～13 a 的中頻變化周期。次振蕩周期結(jié)果顯示，湖口站和廬山市站為低頻變化周期，其余站點(diǎn)均為中高頻變化周期。周期結(jié)果還表明，大部分站點(diǎn)重度熱害次數(shù)呈減少趨勢(shì)。

由熱害持續(xù)時(shí)間周期結(jié)果（表8）可知，廬山市站輕度熱害為低頻變化周期，吉安縣站重度熱害周期為中高頻變化周期，鄱陽站重度熱害為中頻變化周期，其余站點(diǎn)熱害持續(xù)時(shí)間主振蕩周期變化與次數(shù)變化結(jié)果相同。持續(xù)時(shí)間周期變化趨勢(shì)上大部分站點(diǎn)與次數(shù)的相同，但吉安縣站重度和廬山市站輕度熱害次數(shù)與持續(xù)時(shí)間周期變化趨勢(shì)相反，說明未來5 a 吉安縣站重度熱害發(fā)生次數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，但每一次熱害持續(xù)時(shí)間呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，同理廬山市站輕度熱害則呈現(xiàn)發(fā)生次數(shù)增多，但每次熱害維持時(shí)間縮短的趨勢(shì)。

由上述周期結(jié)果可知，大部分站點(diǎn)花鈴期熱害周期性顯著，甚至有多周期變化。周期結(jié)果表明，未來5 a 內(nèi)贛中西部吉安縣站輕度、中度高溫?zé)岷试黾于厔?shì)，贛北西部高安站輕度和重度高溫?zé)岷Τ试黾于厔?shì)，鄱陽湖周邊都昌、鄱陽和廬山市3 個(gè)站點(diǎn)輕度、中度熱害呈增加趨勢(shì)。

3 討論與結(jié)論

本研究利用江西省棉花主產(chǎn)區(qū)內(nèi)9 個(gè)國家級(jí)氣象觀測(cè)站1970—2021 年的數(shù)據(jù)，對(duì)棉花花鈴期熱害情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明：（1）江西植棉區(qū)大部分站點(diǎn)高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)和持續(xù)時(shí)間線性變化呈極不顯著的增多趨勢(shì)。（2）贛北北部瑞昌站和西部高安站以及贛中西部吉安縣站重度熱害在20 世紀(jì)70 年代中期前后出現(xiàn)突變點(diǎn)，并在20 世紀(jì)80 年代至21 世紀(jì)初出現(xiàn)上升的突變區(qū)。（3）各站高溫?zé)岷尸F(xiàn)明顯的、多尺度的振蕩周期，未來5 a 贛北及贛中西部吉安縣站輕度、中度高溫?zé)岷试黾于厔?shì)，贛北西部高安站輕度和重度高溫?zé)岷试黾于厔?shì)，鄱陽湖周邊的都昌、鄱陽和廬山市3 個(gè)站點(diǎn)輕度、中度熱害呈增加趨勢(shì)。

可見，江西棉花產(chǎn)區(qū)花鈴期高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生呈周期性變化，同時(shí)也存在階段性突變上升的趨勢(shì)，高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)總體偏高。因此，一方面，要加強(qiáng)棉田水利建設(shè)，提升“以水調(diào)溫”的防災(zāi)減災(zāi)能力；另一方面，要注意引進(jìn)耐熱、耐旱棉花品種，提升植株自身的抗災(zāi)能力，從而穩(wěn)定棉花生產(chǎn)，提高棉花生產(chǎn)效益[24-27]。

本研究僅對(duì)單點(diǎn)的高溫?zé)岷Πl(fā)生情況進(jìn)行了分析，未對(duì)各產(chǎn)區(qū)進(jìn)行區(qū)域性分析，下一步將對(duì)各產(chǎn)區(qū)進(jìn)行區(qū)域劃分，整合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指數(shù)對(duì)不同區(qū)域棉花花鈴期熱害進(jìn)行區(qū)劃研究。