河北省太行山山區(qū)中段大棗需冷量界限溫度變化特征

梁春旺，張可嘉，楊麗娜，賈秋蘭，韓翔洋，吳云龍

（1邢臺(tái)市氣象局，河北邢臺(tái) 054000；2辛集市氣象局，河北辛集 052360）

0 引言

太行山山區(qū)有豐富的棗資源，且種植歷史悠久，距今已有3000 多年的歷史[1]。其中河北省境內(nèi)的阜平、唐縣、曲陽(yáng)、行唐、贊皇、平山等地都是名副其實(shí)的大棗之鄉(xiāng)，為河北省大棗的主產(chǎn)區(qū)[2]，在針對(duì)落葉果樹(shù)的研究中，滿足其低溫需求量完成自然休眠是對(duì)果樹(shù)區(qū)劃的一個(gè)重要指標(biāo)[3]，這個(gè)指標(biāo)叫做需冷量[4-7]。而自然環(huán)境的變化時(shí)刻影響著作物的生長(zhǎng)[8-13]，隨著氣候的變化，氣候變暖已是不爭(zhēng)的事實(shí)[14-20]，在此背景下，對(duì)棗樹(shù)生長(zhǎng)環(huán)境的研究就顯得尤為必要。多方研究認(rèn)為，打破落葉果樹(shù)自然休眠的低溫標(biāo)準(zhǔn)一般為7.2℃[4-5]，本研究以大棗需冷量7.2℃以及0～7.2℃模型為基礎(chǔ)[4-5]，計(jì)算了太行山山區(qū)中段11個(gè)縣（圖1）下半年氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日、次年上半年氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日、期間持續(xù)日數(shù)及變化趨勢(shì)，并以近10 a的小時(shí)氣溫?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算了氣溫降至7.2℃至次年氣溫升至7.2℃期間的氣溫低于7.2℃的小時(shí)數(shù)以及氣溫在0～7.2℃期間的小時(shí)數(shù)，以期對(duì)河北省太行山山區(qū)中段大棗自然休眠的起止日期、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)以及需冷量小時(shí)數(shù)有更清晰的掌握，為該區(qū)域的大棗生產(chǎn)管理提供一定的參考借鑒。

圖1 太行山山區(qū)中段地形地貌圖

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

本研究所用氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于河北省氣象信息中心，數(shù)據(jù)采用太行山山區(qū)阜平、井陘、臨城、靈壽、平山、曲陽(yáng)、唐縣、行唐、元氏、贊皇、鹿泉11個(gè)縣1991—2021年的逐日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)（含1990年下半年和2022年上半年）以及2011—2021 年的逐時(shí)氣溫?cái)?shù)據(jù)（含2010 年下半年和2022年上半年）。

1.2 分析方法

用5日滑動(dòng)平均法求得下半年氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日以及次年上半年氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日，以及期間的持續(xù)日數(shù)。日期采用日序的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如：1 月1 日為1，平年12 月31 日為365，閏年12 月31日為366。氣溫降至7.2℃的小時(shí)數(shù)據(jù)以及氣溫在0～7.2℃之間的小時(shí)數(shù)據(jù)在氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日及次年氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日之間統(tǒng)計(jì)求和。

統(tǒng)計(jì)方法采用線性趨勢(shì)分析，皮爾遜分析[15]。繪圖軟件采用Arcgis10.2 與Surfer23，計(jì)算軟件采用Matlab2014，空間插值方法采用Kriging插值法[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日變化

對(duì)太行山山區(qū)中段11 個(gè)縣1991—2021 年的終日日序進(jìn)行逐縣求平均（表1）可知，近32 a 氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日最早的縣在阜平和曲陽(yáng)，日序?yàn)?12.7 和312.1，即11月9日。氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日最晚的縣在贊皇和鹿泉，日序?yàn)?14.3 和314.4，即11 月11 日。對(duì)11個(gè)縣近32年的終日日序求區(qū)域平均值，得到終日日序?yàn)?14.0，即大行山中段區(qū)域氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日日期為11月10日。對(duì)近32 a來(lái)11個(gè)縣氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日日序的逐年區(qū)域平均進(jìn)行時(shí)間序列的一元趨勢(shì)分析（圖2）可知，太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日日序呈上升趨勢(shì)，及日期后延，后延趨勢(shì)為1.5 d/10 a，但變化趨勢(shì)沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，變化趨勢(shì)不明顯。

表1 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日日序多年平均值及趨勢(shì)變化 d

圖2 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日日序趨勢(shì)變化

對(duì)太行山山區(qū)中段11 個(gè)縣1991—2021 年的終日日序和趨勢(shì)變化進(jìn)行空間插值分析（圖3）可知，曲陽(yáng)阜平一帶的終日日序最低，即氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的開(kāi)始時(shí)間最早，日序?yàn)?12.1～312.7，即11月9日，其他區(qū)域日序在313.2～314.4 之間，即11 月10 日—11 日，近32 a 來(lái)全區(qū)域氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日日序前后相差2.3 d（圖3a）；在近32 a氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日的空間趨勢(shì)變化中，贊皇附近、鹿泉附近的變化趨勢(shì)較大，每10 a 變化趨勢(shì)為1.2～1.3 d，其他區(qū)域的每10 a 趨勢(shì)變化在1 d以內(nèi)，近32 a全區(qū)域終日變化趨勢(shì)每10 a相差0.9 d（圖3b）。

圖3 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日日序空間變化

2.2 氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日變化

對(duì)太行山山區(qū)中段11 個(gè)縣1991—2021 年的初日日序進(jìn)行逐縣求平均（表2）可知，近32 a 氣溫穩(wěn)定升至7.2℃初日最早的縣在鹿泉，日序?yàn)?3.7，即3 月15日。氣溫穩(wěn)定升至7.2℃終日最晚的縣在行唐和曲陽(yáng)，日序?yàn)?8.3 和78.9，即3月20 日。對(duì)11個(gè)縣近32 a的初日日序求區(qū)域平均值，得到初日日序?yàn)?6.6，即大行山中段區(qū)域氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日日期為3 月18日。對(duì)近32 a 來(lái)11 個(gè)縣氣溫穩(wěn)定升至7.2℃初日日序的逐年區(qū)域平均進(jìn)行時(shí)間序列的一元趨勢(shì)分析（圖4）可知，太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日日序呈下降趨勢(shì)，及日期提前，提前趨勢(shì)為4.2 d/10 a，變化趨勢(shì)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，變化趨勢(shì)明顯。

表2 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定升至7.2℃初日日序多年平均值及趨勢(shì)變化d

圖4 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日日序趨勢(shì)變化

對(duì)太行山山區(qū)中段11 個(gè)縣1991—2021 年的初日日序和趨勢(shì)變化進(jìn)行空間插值分析（圖5）可知，鹿泉周邊的初日日序最低，即氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的開(kāi)始時(shí)間最早，日序?yàn)?3.7，即3 月15 日，其他區(qū)域日序在75.3～78.9 之間，即3月17 日—20 日，近32 年來(lái)全區(qū)域氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日日序前后相差5.2 d（圖5a）；曲陽(yáng)、阜平、井陘以西的初日變化趨勢(shì)為每10 年提前3.6～4.0 d，其他區(qū)域初日變化趨勢(shì)為每10 a 提前4.0～4.9 d，近32 a 全區(qū)域初日變化趨勢(shì)每10 a 相差1.3 d（圖5b）。

圖5 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定升至7.2℃初日日序空間變化

2.3 氣溫穩(wěn)定降至7.2℃期間的持續(xù)日數(shù)變化

對(duì)太行山山區(qū)中段11 個(gè)縣1991—2021 年逐日氣溫穩(wěn)定滑動(dòng)降至7.2℃的持續(xù)日數(shù)進(jìn)行線性趨勢(shì)分析，由表3 和圖6 可知，氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的持續(xù)日數(shù)多年平均日數(shù)是128.8 d，持續(xù)日數(shù)最低值現(xiàn)在鹿泉，持續(xù)日數(shù)為125.1 d，持續(xù)最高值出現(xiàn)在曲陽(yáng)，持續(xù)日數(shù)為132.3 d。氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的持續(xù)日數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)變化量為5.1 d/10 a，持續(xù)日數(shù)有提前趨勢(shì)，且趨勢(shì)變化通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明變化趨勢(shì)明顯。

表3 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定降至7.2℃期間持續(xù)日數(shù)多年平均值及趨勢(shì)變化d

圖6 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的持續(xù)日數(shù)趨勢(shì)變化

對(duì)太行山山區(qū)中段11 個(gè)縣1991—2021 年的氣溫穩(wěn)定降至7.2℃期間的持續(xù)日數(shù)和趨勢(shì)變化進(jìn)行空間插值分析（圖7）可知，鹿泉、元氏西部、贊皇一帶的持續(xù)日數(shù)最少，持續(xù)日數(shù)為125.1～126.8 d，其他區(qū)域持續(xù)日數(shù)在127.9～132.3 之間，近32 年來(lái)全區(qū)域氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的持續(xù)天數(shù)相差7.2 d（圖7a）；曲陽(yáng)附近持續(xù)日數(shù)變化趨勢(shì)為每10 a減少4.0 d，其他區(qū)域?yàn)?.5～5.9 d，近32 a來(lái)全區(qū)域氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的持續(xù)天數(shù)變化趨勢(shì)每10 a相差1.9 d（圖7b）。

圖7 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的持續(xù)日數(shù)空間變化

2.4 氣溫穩(wěn)定低于7.2℃期間的需冷量變化

對(duì)太行山山區(qū)中段11 個(gè)縣2011—2021 年氣溫穩(wěn)定低于7.2℃期間的需冷量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)各縣的需冷量進(jìn)行求平均（表4）可知，鹿泉需冷量最低，近11 a的平均值為2443 h，曲陽(yáng)最高，近11 a 的平均值為2671 h；對(duì)近11 a來(lái)需冷量的時(shí)間序列求最大值，曲陽(yáng)最大，需冷量為3038 h，出現(xiàn)在2012 年；對(duì)近11 a 來(lái)需冷量的時(shí)間序列求最小值，鹿泉最小，需冷量為2220 h，出現(xiàn)在2018年；對(duì)太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定低于7.2℃期間氣溫的需冷量進(jìn)行逐年區(qū)域平均統(tǒng)計(jì)（表5）可知，近11 a來(lái)，太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定低于7.2℃的需冷量區(qū)域平均值為2553 h，2012 年最大，為2900 h，2018 年最小，為2318 h。

表4 1991—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫低于7.2℃期間需冷量多年平均值及年極值h

表5 2011—2021年太行山山區(qū)中段氣溫低于7.2℃期間區(qū)域平均需冷量h

由圖8 可知，太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定低于7.2℃期間的需冷量在鹿泉贊皇臨城一帶存在低值區(qū)，需冷量由南向北依次遞增；年需冷量最大值鹿泉附近最低，由南向北逐漸遞增；年需冷量最小值依舊是鹿泉附近最低，需冷量由南向北遞增的變化分布。

圖8 2011—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定低于7.2℃期間的需冷量空間變化

2.5 氣溫穩(wěn)定在0～7.2℃期間的需冷量變化

對(duì)太行山山區(qū)中段11 個(gè)縣2011—2021 年氣溫穩(wěn)定降至7.2℃期間氣溫在0～7.2℃之間的需冷量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)各縣的需冷量進(jìn)行求平均（表6）可知，曲陽(yáng)0～7.2℃之間的需冷量最低，近11 a的平均值為1034 h，贊皇最高，近11 年的平均值為1319 h；對(duì)各縣近11 年來(lái)的時(shí)間序列需冷量求最大值，平山最大，需冷量為1543 h，出現(xiàn)在2016年；對(duì)各縣近11 a來(lái)的時(shí)間序列需冷量求最小值，曲陽(yáng)最小，需冷量為745 h，出現(xiàn)在2018年；對(duì)太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定降至7.2℃期間氣溫在0～7.2℃之間的需冷量進(jìn)行逐年區(qū)域平均統(tǒng)計(jì)（表7）可知，近11 a 來(lái)，太行山山區(qū)中段氣溫在0～7.2℃之間的需冷量區(qū)域平均值為1204 h，2016 年最大，為1394 h，2018年最小，為914 h。

表6 2011—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定在0～7.2℃期間需冷量多年平均值及年極值h

表7 2011—2021年太行山山區(qū)中段氣溫0～7.2℃期間區(qū)域平均需冷量 h

由圖9 可知，太行山山區(qū)中段氣溫在0～7.2℃之間的需冷量在曲陽(yáng)以及阜平北部存在低值區(qū)，需冷量由北向南依次遞增；年需冷量最大值曲陽(yáng)附近最低，由北向南逐漸遞增；年需冷量最小值依舊是曲陽(yáng)附近最低，需冷量由北向南遞增的變化分布。

圖9 2011—2021年太行山山區(qū)中段11縣氣溫穩(wěn)定在0～7.2℃期間的需冷量空間變化

3 結(jié)論與討論

隨著全球氣候變暖，河北省太行山山區(qū)中段大棗需冷量的界限溫度發(fā)生了一定的變化，經(jīng)過(guò)對(duì)大棗需冷量7.2℃以及0～7.2℃兩個(gè)模型界限溫度以及期間需冷量的分析，得出結(jié)論如下。

（1）河北省太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日呈后延趨勢(shì)，后延趨勢(shì)為1.5 d/10 a，但變化趨勢(shì)不明顯。該區(qū)域氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日多年平均日期為11 月10 日，最早11 月9 日，最晚11 月11 日；該區(qū)域氣溫穩(wěn)定升至7.2℃初日多年平均日期為3月18日，最早3 月15 日，最晚3 月20 日，氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日呈提前趨勢(shì)，提前趨勢(shì)為4.2 d/10 a，變化趨勢(shì)明顯；該區(qū)域氣溫穩(wěn)定滑動(dòng)降至7.2℃持續(xù)日數(shù)多年平均日數(shù)是128.8 a，最少日數(shù)125.1 a，最多日數(shù)132.3 d。氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的持續(xù)日數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)變化趨勢(shì)為5.1 d/10 a，變化趨勢(shì)明顯。

（2）河北省太行山山區(qū)中段近32 a 氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日多年平均日期的空間分布中，曲陽(yáng)、阜平一帶的終日到來(lái)最早，為11 月9 日，其他區(qū)域在11 月10日—11日之間，全區(qū)域氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的終日日序前后相差2.3 d。氣溫穩(wěn)定降至7.2℃終日的空間趨勢(shì)變化中，贊皇附近、鹿泉附近的變化趨勢(shì)較大，每10 a變化趨勢(shì)為1.2～1.3 d，其他區(qū)域的每10年趨勢(shì)變化在1 d以內(nèi)，全區(qū)域終日變化趨勢(shì)每10 a相差0.9 d。

（3）河北省太行山山區(qū)中段近32 a 氣溫穩(wěn)定升至7.2℃初日多年平均日期的空間分布中，鹿泉周邊的初日日序最低，為3 月15 日，其他區(qū)域?yàn)? 月17 日—20日，全區(qū)域氣溫穩(wěn)定升至7.2℃的初日前后相差5.2 d。氣溫穩(wěn)定升至7.2℃初日的空間趨勢(shì)變化中，曲陽(yáng)、阜平、井陘以西的初日變化趨勢(shì)為每10年提前3.6～4.0 d，其他區(qū)域初日變化趨勢(shì)為每10 a提前4.0～4.9 d，全區(qū)域初日變化趨勢(shì)每10 a相差1.3 d。

（4）河北省太行山山區(qū)中段近32 a 在氣溫穩(wěn)定降至7.2℃期間的持續(xù)日數(shù)中，鹿泉、元氏西部、贊皇一帶的持續(xù)日數(shù)最少，持續(xù)日數(shù)為125.1～126.8 d，其他區(qū)域持續(xù)日數(shù)在127.9～132.3之間，近32 a來(lái)全區(qū)域氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的持續(xù)天數(shù)相差7.2 d。全區(qū)域持續(xù)日數(shù)變化趨勢(shì)中，曲陽(yáng)附近持續(xù)日數(shù)變化趨勢(shì)為每10 a 減少4.0 d，其他區(qū)域?yàn)?.5～5.9 d，近32 年來(lái)全區(qū)域氣溫穩(wěn)定降至7.2℃的持續(xù)天數(shù)變化趨勢(shì)每10a相差1.9 d。

（5）河北省太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定低于7.2℃期間的需冷量中，鹿泉最低，曲陽(yáng)最高；近32 a氣溫穩(wěn)定降至7.2℃期間需冷量的區(qū)域多年平均值為2553 h；需冷量在鹿泉贊皇臨城一帶存在低值區(qū)，需冷量由南向北依次遞增；年需冷量最大值在鹿泉附近最低，由南向北逐漸遞增；年需冷量最小值依舊是鹿泉附近最低，需冷量由南向北遞增。

（6）河北省太行山山區(qū)中段氣溫穩(wěn)定低于7.2℃期間氣溫在0～7.2℃之間的需冷量，曲陽(yáng)最低，贊皇最高；近32年氣溫穩(wěn)定降至7.2℃期間氣溫在0～7.2℃之間的需冷量區(qū)域多年平均值為1204 h；氣溫在0～7.2℃之間的需冷量在曲陽(yáng)以及阜平北部存在低值區(qū)，需冷量由北向南依次遞增；年需冷量最大值曲陽(yáng)附近最低，由北向南逐漸遞增；年需冷量最小值依舊是曲陽(yáng)附近最低，需冷量由北向南遞增。

通過(guò)上述結(jié)論，可以對(duì)河北省太行山山區(qū)中段大棗自然休眠的起止日期、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)以及需冷量小時(shí)數(shù)有更清晰的掌握，該變化在氣候變暖的背景下顯得尤為重要，如：開(kāi)始休眠的日期后延，復(fù)蘇日期提前，持續(xù)日數(shù)變少。以贊皇2 個(gè)優(yōu)勢(shì)大棗品種‘六月鮮’‘七月鮮’為例，在0～7.2℃模型下的最低需冷量需要滿足612 h；通過(guò)文章分析，近11 a 來(lái)該區(qū)域在0～7.2℃模型下的需冷量最低是745 h，能夠滿足上述2個(gè)品種的休眠需求，可為太行山山區(qū)中段不同品種棗樹(shù)種植提供科學(xué)指導(dǎo)。