氣候變化背景下永寧縣春季農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征

施 陽，汪進(jìn)欣

（1.靈武市氣象局，寧夏 靈武 751400；2.寧夏回族自治區(qū)氣象科學(xué)研究所，銀川 750004）

作為當(dāng)今世界環(huán)境變化的熱點(diǎn)問題，全球變暖這一氣候變化特征是全社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，全球變暖在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、人類生存等方面均產(chǎn)生了較大影響，糧食作為人類生存的必要物質(zhì)條件，氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響成為各類研究的重點(diǎn)［1-4］。2021 年，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第6 次報(bào)告指出，全球地表平均溫度較工業(yè)化前高出約1 ℃，從未來20 年的平均溫度變化預(yù)估來看，全球溫升預(yù)計(jì)將達(dá)到或超過1.5 ℃［5］。在這種氣候變化背景下，干旱、霜凍、暴雨等極端天氣氣候事件在寧夏回族自治區(qū)（以下簡(jiǎn)稱寧夏）多發(fā)、頻發(fā)，對(duì)寧夏主推的釀酒葡萄、枸杞等特色作物，以及玉米、水稻、小麥等大田作物產(chǎn)生了重要影響，主要表現(xiàn)在春季霜凍使作物在苗期遭受凍害，播種后暴雨使作物發(fā)芽出苗受到抑制，甚至出現(xiàn)爛種，導(dǎo)致錯(cuò)過最佳播種時(shí)期，影響產(chǎn)量。

永寧縣位于寧夏引黃灌區(qū)，以種植小麥、水稻、釀酒葡萄等農(nóng)作物為主。小麥、水稻均在春季播種、出苗，釀酒葡萄亦在春季放條、萌芽。許多學(xué)者就氣候變化對(duì)寧夏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的影響進(jìn)行了研究［6-9］，但對(duì)永寧縣春季熱量條件和降水條件變化特征的研究較少。本研究利用1961—2020 年永寧縣逐日氣象數(shù)據(jù)，分析永寧縣春季溫度、日照和降水資源變化特征，以期為充分利用氣候資源，發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用，在預(yù)防和減輕春播期氣象災(zāi)害方面提供參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

通過對(duì)1961—2020 年永寧縣春季氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)逐日資料進(jìn)行分析，得到平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、≥0 ℃積溫、≥10 ℃積溫、氣溫穩(wěn)定通過0、10 ℃初日出現(xiàn)日期、日照時(shí)數(shù)、降水量的氣候變化特征，資料來源于永寧國家氣象觀測(cè)站。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候傾向率 采用線性回歸方法建立氣象要素與時(shí)間的一元線性回歸方程，其中a、b為回歸系數(shù)，y為氣象要素，t為時(shí)間。線性回歸方程系數(shù)a用來描述氣象要素的變化趨勢(shì)，以線性回歸系數(shù)a的10 倍作為氣候傾向率［10］。

1.2.2 穩(wěn)定通過界限溫度初日日期的確定 采用五日滑動(dòng)平均法計(jì)算穩(wěn)定通過≥0 ℃、≥10 ℃界限溫度初日日期。按日期順序生成五日滑動(dòng)平均氣溫序列，從該序列中選取第一個(gè)通過界限溫度的五日滑動(dòng)平均溫度，從組成該五日滑動(dòng)平均溫度的5 d 中，選取第一個(gè)通過（記作≥）界限溫度的日期，即為初日的出現(xiàn)日期。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫的變化特征

1961—2020 年永寧縣春季氣溫整體呈上升趨勢(shì)，最低氣溫上升趨勢(shì)尤其明顯。1961—2020 年永寧縣春季平均氣溫為11.2 ℃，日平均氣溫年際變化呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率達(dá)0.6 ℃/10 年。日最高氣溫、日最低氣溫年際變化均呈上升趨勢(shì)，其中日最低氣溫作為對(duì)春季氣溫上升貢獻(xiàn)最大的主要因子，其氣候傾向率達(dá)0.7 ℃/10 年，并呈年際波動(dòng)幅度大、上升趨勢(shì)明顯的特征。春季氣溫日較差為14.3 ℃，氣候傾向率為-0.2 ℃/10 年，呈緩慢減小的趨勢(shì)。從年代際變化看，20 世紀(jì)60—80 年代氣溫波動(dòng)幅度不大，90 年代以來，平均氣溫快速上升，1990—1999 年平均氣溫為10.8 ℃，2010—2019 年平均氣溫達(dá)12.9 ℃，永寧縣春季氣溫明顯升高（圖1）。

圖1 1961—2020 年永寧縣春季平均氣溫（a）、日最高氣溫（b）、日最低氣溫（c）、氣溫日較差（d）年際變化

2.2 積溫的變化特征

積溫可以作為評(píng)價(jià)某一地區(qū)熱量資源的指標(biāo)，1961—2020 年永寧縣春季≥0 ℃積溫平均為1 026.3 ℃·d，氣候傾向率達(dá)56.8 ℃/10 年，呈較明顯的增加趨勢(shì)，≥0 ℃積溫最高達(dá)1 386.8 ℃·d，出現(xiàn)在2018 年；最低為788.1 ℃·d，出現(xiàn)在1962 年。≥10 ℃積溫平均為758.1 ℃·d，氣候傾向率為38.2 ℃/10 年，年際變化同樣呈增加趨勢(shì)，≥10 ℃積溫最高達(dá)1 117.9 ℃·d，出現(xiàn)在2014 年；最低為454.8 ℃·d，出現(xiàn)在1976 年（圖2）。90 年代之前，≥0 ℃積溫在915.7～993.2 ℃·d，≥10 ℃積溫在676.4～728.5 ℃·d，2010—2019 年，≥0 ℃積溫和≥10 ℃積溫平均值分別達(dá)1 179.4、931.0 ℃·d，春季熱量資源年代際變化增加趨勢(shì)明顯。

圖2 1961—2020 年永寧縣春季≥0 ℃（a）、≥10 ℃積溫（b）年際變化

2.3 界限溫度

作為熱量資源的一種表達(dá)形式，界限溫度對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安排具有很好的指導(dǎo)意義，常用的界限溫度有日平均氣溫穩(wěn)定通過0、5、10、20 ℃等［11］。日均氣溫≥0 ℃，土壤開始解凍，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入適合耕作時(shí)段；日均氣溫≥5 ℃，白菜等早春作物即可開始種植；平均氣溫穩(wěn)定通過8 ℃，小麥等大田作物適合開始播種；平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃，水稻等喜濕作物應(yīng)該開始種植［12-15］。

1961—2020 年，永寧縣五日滑動(dòng)平均氣溫≥0 ℃和≥10 ℃的初日出現(xiàn)日期呈波動(dòng)式提前趨勢(shì)，且≥0 ℃初日提前趨勢(shì)較≥10 ℃初日更為明顯。1961—2020 年，永寧縣日均氣溫≥0 ℃初日出現(xiàn)日期在1 月30日至3月25日波動(dòng)，平均出現(xiàn)日期為3月6日，波動(dòng)幅度為54 d，呈提前趨勢(shì)，氣候傾向率為-2.4 d/10年；日均氣溫≥10 ℃初日出現(xiàn)日期在3 月23 日至5 月5日波動(dòng)，平均出現(xiàn)日期為4月16日，波動(dòng)幅度為43 d，也呈提前趨勢(shì)，氣候傾向率為-1.6 d/10 年。≥0 ℃初日日期平均比≥10 ℃初日日期早41 d（圖3）。從年代際變化看，1961—1999 年，≥0 ℃和≥10 ℃的初日分別出現(xiàn)日期在3 月8—10 日和4 月15—18 日。2000年以來，≥0 ℃和≥10 ℃的初日出現(xiàn)日期則分別提前到3 月1 日和4 月8 日左右，≥0 ℃和≥10 ℃的初日出現(xiàn)日期提前十分明顯。

圖3 1961—2020 年永寧縣春季氣溫≥0 ℃（a）、≥10 ℃（b）初日日序年際變化

2.4 光照條件的變化特征

永寧縣春季日照時(shí)數(shù)為年日照時(shí)數(shù)的28.7%，是全年中日照最充足的季節(jié)。1961—2020 年，永寧縣春季日照時(shí)數(shù)為782.33 h，年際變化總體呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為7.4 h/10 年（圖4）。從年代際變化看，永寧縣春季光照資源較為充足，20 世紀(jì)60—70 年代，日照時(shí)數(shù)在760 h 左右波動(dòng)；80—90 年代較之前有所增加，在790 h 左右波動(dòng)；21 世紀(jì)以來，春季光照資源持續(xù)增加，日照時(shí)數(shù)在800 h 左右波動(dòng)。

圖4 1961—2020 年永寧縣春季日照時(shí)數(shù)年際變化

2.5 水分條件的變化特征

1961—2020 年永寧縣春季降水量為34.5 mm，降水時(shí)段分布不均，3月平均降水量最少，僅為1.8 mm；4 月中旬后降水量逐漸增加（圖5）。由圖6 可知，春季降水量年際變化趨勢(shì)總體略有增加，但趨勢(shì)不明顯，氣候傾向率為0.8 mm/10 年，其中4 月降水量呈減少趨勢(shì)，3 月、5 月降水量呈增加趨勢(shì)。從年代際變化來看，20 世紀(jì)60 年代春季降水量波動(dòng)幅度較大，平均降水量為38.4 mm；70、80 年代波動(dòng)幅度明顯減小，平均降水量分別為22.1、37.1 mm；90 年代波動(dòng)幅度最大，1992 年出現(xiàn)最大值，為83.7 mm，1995年春季甚至沒有降水，平均降水量為41.7 mm，為6個(gè)年代中的最大值；21 世紀(jì)10 年代相較00 年代，波動(dòng)幅度減小，但平均降水量由29.7 mm增加至40.8 mm。由此可見，永寧縣春季降水異常偏多或偏少年份較多，極端性較強(qiáng)。

圖5 1961—2020 年永寧縣春季逐旬降水量分布

圖6 1961—2020 年永寧縣春季3—5 月（a）及各月（b、c、d）降水量年際變化

3 小結(jié)與討論

在全球氣候變暖背景下，1961—2020年，永寧縣春季氣溫呈上升趨勢(shì)，最低氣溫的顯著上升對(duì)平均氣溫上升的貢獻(xiàn)較大；春季熱量資源、光照資源明顯增加；氣溫≥0 ℃、≥10 ℃初日出現(xiàn)日期均有明顯提前；春季降水時(shí)間分布不均，3 月、4 月較少，5 月較多，春季總體略有增加，但趨勢(shì)不明顯，降水的氣候極端性較強(qiáng)，降水量顯著偏少和偏多的異常年份較多。

農(nóng)業(yè)氣候資源的變化對(duì)永寧縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響有利有弊，春季氣溫上升，熱量資源增加，光照資源充足，氣溫穩(wěn)定通過0、10 ℃的初日提前都使春播期提前，作物生長期延長，有利于喜溫優(yōu)質(zhì)特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展；但氣候變暖也會(huì)使病蟲害等風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的可能性增加；由于降水的氣候極端性增強(qiáng)，春季旱澇有頻發(fā)的趨勢(shì)，并將影響農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致糧食生產(chǎn)的不穩(wěn)定。為降低氣候變化帶來的不利影響，應(yīng)考慮適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高復(fù)種指數(shù)，調(diào)整耕作制度，栽培耐旱節(jié)水高產(chǎn)質(zhì)優(yōu)的作物品種，同時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)力度，多措并舉，應(yīng)對(duì)氣候變化帶來的不利影響，合理利用優(yōu)勢(shì)氣候資源［16，17］。