近59年內(nèi)蒙古烏蘭察布市氣候變化與農(nóng)牧業(yè)的相關(guān)性分析

摘 要：利用烏蘭察布市11個氣象站1960—2018年的氣象資料，分析了氣溫、降水、日照等氣象要素變化特征與農(nóng)牧業(yè)的相關(guān)性。結(jié)果表明：糧食總產(chǎn)量與降水量呈較強的正相關(guān)；小麥與日照百分率呈顯著正相關(guān)，日照越充足，小麥產(chǎn)量越大；平均最低氣溫和日照百分率對薯類貢獻最大。年平均最低氣溫升高與年降水量增多有利于羊絨毛產(chǎn)量增加。年平均最低氣溫越高，家畜存活率越高，家畜存欄數(shù)也越多。

關(guān)鍵詞：烏蘭察布市；氣候變化；農(nóng)牧業(yè)；相關(guān)性分析

中圖分類號：S162 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

1960—2018年，烏蘭察布市年平均氣溫4.1℃，年平均最高氣溫出現(xiàn)在1998年（5.7 ℃），年平均最低氣溫出現(xiàn)在1969年（2.6 ℃）。1960—2018年年平均溫度氣候傾向率達到0.37 ℃/10年，遠高于全國平均溫度增溫速率（0.22 ℃/10年）和全球升溫速率（0.12 ℃/10年）。年極端最高氣溫與極端最低氣溫都出現(xiàn)在四子王旗，分別為39.4 ℃（2013年）與-39.0 ℃（2016年）。年降水量最大值為508.8 mm，平均最大風速為15.6 m/s。烏蘭察布市氣候特征為氣溫偏低、光照充足，氣溫日較差大，同時，烏蘭察布市地處中溫帶，屬于大陸性季風氣候，四季分明。

IPCC第五次報告提出，每10年氣溫都比上一個10年高，同時北半球1983—2012年幾乎是早期1 400年間最炎熱的30年。過去130年以來，地球氣溫上升0.85 ℃。全球開展了大量氣候系統(tǒng)研究與觀測，有研究認為，到2100年，地球平均氣溫將升高2.0～4.8 ℃，氣候變化的快速發(fā)展比人類認識到的更為嚴峻[1]。在這種氣候變化背景下，地處內(nèi)蒙古高原中部地區(qū)的烏蘭察布市近59年的氣候變化特征與農(nóng)牧業(yè)的相關(guān)性分析，現(xiàn)利用烏蘭察布市11個氣象站近60年氣象資料，分析氣候變化與農(nóng)牧業(yè)的相關(guān)性，有助于當?shù)剞r(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

1 研究區(qū)現(xiàn)狀

1.1 研究區(qū)地理位置

烏蘭察布市處于39°～44°N，110°～115°E（圖1），

所轄范圍內(nèi)有11個旗縣區(qū)，總面積約為5.5萬km2。烏蘭察布市是連接內(nèi)蒙古自治區(qū)東西部地區(qū)的匯合點，也是南北貫通的交匯點，連接華北、東北、西北三大物流貿(mào)易圈的重要紐帶，更是中國內(nèi)陸向蒙古國、俄羅斯等相鄰國家進出口貨物的國際重要通道之一。

1.2 研究區(qū)地形地貌

烏蘭察布市地理地形環(huán)境較為復雜（圖1）。烏蘭察布市的東部地區(qū)有大青山的分支蘇木山、馬頭山等。長期生活在烏蘭察布的人們以大青山作為中介線，將位于北部的區(qū)域稱為后山地區(qū)，南部的區(qū)域稱為前山地區(qū)；相較于為后山地區(qū)，前山地區(qū)的地形更為多變，有丘陵、高山、溝壑等。蘇木山位于全市的東南端，其主峰的海拔為2 349 m，同時岱海和黃旗海也位于前山。而后山地區(qū)多為面積分布不均的平原、草原，地勢海拔由南向北遞減，平均位于865～1 489 m；前山地區(qū)包括卓資縣、豐鎮(zhèn)市等6個旗縣；后山地區(qū)則包括四子王旗、化德縣等5個旗縣。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

選取1960—2018年烏蘭察布市地區(qū)11個地面氣象觀測站，從有完整氣象記錄以來的氣候資料，包括月平均氣溫、月最大風速、月降水量、月降水日數(shù)、無霜期等[2]。因觀測資料存在缺測問題，因此最大風速與大風日數(shù)僅采用1979—2018年數(shù)據(jù)，其他要素時段均為1960—2018年。農(nóng)牧業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)的數(shù)據(jù)均來源于《2019年烏蘭察布市統(tǒng)計年鑒》。

2.2 研究方法

主要采用趨勢分析法、皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Person）進行分析。

2.2.1 趨勢分析法

采用氣象要素的時間序列x為自變量，各要素線性估計值Y為因變量，建立一元回歸方程如下[3]：

Y（x）=ax+b（1）

將a×10作為氣候變化傾向率，a的正負符號表示氣象要素增大或減小的整體趨勢，統(tǒng)計檢驗增大或減小的量值，當其增大或減小的量值達到或超過氣候統(tǒng)計學意義上的顯著性標準時，將這種長時期的變化認為是超出自然本身變化率的氣候異常的變化，一般用皮爾遜相關(guān)系數(shù)r檢驗其顯著性。當|r|小于顯著性水平，表明此氣象要素的序列隨著時間的變化趨勢呈現(xiàn)不顯著，相反情況時變化趨勢為顯著

變化。

2.2.2 皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Person）

利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Person）計算各氣象要素變化的相關(guān)性。計算公式如下：

（2）

式（2）中，r為x、y兩個不同變量之間的關(guān)聯(lián)程度，即相關(guān)性系數(shù)，x、y為兩個不同變量之間的平均值。r＜0時，表示x、y兩個變量之間呈現(xiàn)反方向的不同變化，r＞0時，表示x、y兩個變量向著一致的方向發(fā)生變化；|r|≤1，|r|的值越大，表示兩個變量之間的相關(guān)性就會越大；|r|的值越小，表示兩個變量之間的相關(guān)性越小[4]。

3 結(jié)果與分析

3.1 與農(nóng)業(yè)的相關(guān)性分析

烏蘭察布市糧食作物主要包括小麥、薯類等，分析小麥、薯類和糧食總產(chǎn)量與降水量、平均氣溫等氣象要素的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)降水量對糧食總產(chǎn)量貢獻度最大[5]。最大風速對小麥的貢獻度最大，但實際分析最大風速不應該與小麥產(chǎn)量呈正相關(guān)，這是因為小麥產(chǎn)量在2000年發(fā)生了突變（驟然下降）。除降水量外，小麥與其他氣象要素的相關(guān)性與糧食總產(chǎn)量和薯類相反，其中小麥與日照百分率呈正相關(guān)且相關(guān)系數(shù)較大，日照越充足，小麥產(chǎn)量越大；平均最低氣溫和日照百分率對薯類的貢獻度最大[6]。

由圖2可以看出，糧食總產(chǎn)量隨降水量的變化而變化，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)且相關(guān)性較強[7]。分析小麥與降水量和日照百分率的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，除2000年小麥產(chǎn)量突變（驟然下降）外，小麥產(chǎn)量與降水量和日照百分率同樣呈現(xiàn)出正相關(guān)性。春季烏蘭察布市的平均氣溫逐年上升，會造成小麥更早地進入返青期；夏季烏蘭察布市氣溫的逐年上升，能夠促進小麥提前發(fā)育，提高光合作用的利用率，也能提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。

由圖3可知，2000年前烏蘭察布市薯類種植量較低，之后開始增多，同時2000年后的薯類產(chǎn)量與年降水量的正相關(guān)性逐漸增強。同樣的薯類產(chǎn)量隨最低氣溫上升而逐年上升，Pearson相關(guān)系數(shù)高達0.63，同時，烏蘭察布市年平均氣溫與最低氣溫的逐年升高，會使得薯類的生長發(fā)育期延長，為提高薯類的產(chǎn)量和品質(zhì)提供有益的環(huán)境條件[8]。

3.2 與牧業(yè)的相關(guān)性分析

對于烏蘭察布市牧區(qū)養(yǎng)殖大戶而言，羊絨毛產(chǎn)量可以間接反映出牧戶羊的養(yǎng)殖數(shù)量。1960—2018年羊絨毛產(chǎn)量總體呈現(xiàn)快速增長的趨勢，與年平均氣溫和年平均最低氣溫的變化趨勢相一致，羊絨毛產(chǎn)量的增長率遠遠超過年平均氣溫的增長率，小于年平均最低氣溫的增長率（圖4）。由羊絨毛產(chǎn)量的逐年增加可以看出牧戶羊的養(yǎng)殖數(shù)量逐年上升，同時氣溫變暖，尤其是年平均最低氣溫的逐年顯著升高有利于羊絨毛產(chǎn)量的增加[9]。

由圖4可知，2003年前隨著年降水量的逐年遞增，牧草長勢越來越好，因此，羊的養(yǎng)殖數(shù)量逐年增加，從而羊絨毛產(chǎn)量逐年增加，年降水量與羊絨毛產(chǎn)量相關(guān)性較強，Pearson相關(guān)系數(shù)達0.42；2003年后整體隨著降水的減少，羊絨毛產(chǎn)量也在減少，但由于其他因素的影響，兩者的相關(guān)性降低。

隨著全球氣候變暖和21世紀大陸性降水也在增加，烏蘭察布市北部草原地區(qū)的水熱環(huán)境條件也得到一定的改善。雖然當?shù)貧夂蜃兣瘜τ诓菰N植物的類型及其地理區(qū)域性的分布還沒有明顯的影響，但草原地區(qū)的生產(chǎn)和承載能力有所提升，有利于牧業(yè)的發(fā)展。

3.3 與養(yǎng)殖業(yè)的相關(guān)性分析

烏蘭察布市家畜養(yǎng)殖量較多。隨著年平均最低氣溫的逐年上升，6月末和12月末的家畜存欄數(shù)均呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，6月末和12月末家畜存欄數(shù)與年平均最低氣溫均呈正相關(guān)，相關(guān)性較顯著，其中年平均最低氣溫與12月末家畜存欄數(shù)的相關(guān)性更顯著，Pearson相關(guān)系數(shù)可達0.70，說明年平均最低氣溫越高，家畜的存活率就越高，家畜的存欄數(shù)也越多。

4 結(jié)論

通過統(tǒng)計分析烏蘭察布市1960—2018年降水、氣溫等氣象要素變化特征與農(nóng)牧業(yè)相關(guān)性，得出以下結(jié)論。

（1）降水量對糧食總產(chǎn)量貢獻度最大，兩者呈現(xiàn)較強的正相關(guān)。小麥與日照百分率呈正相關(guān)且相關(guān)系數(shù)較大，日照越充足，小麥產(chǎn)量越大。平均最低氣溫和日照百分率對薯類的貢獻度最大；薯類產(chǎn)量隨著年平均最低氣溫的升高而逐年上升，Pearson相關(guān)系數(shù)高達0.63。

（2）年平均最低氣溫升高與年降水量增多有利于羊絨毛產(chǎn)量的增加。2003年前年降水量與羊絨毛產(chǎn)量相關(guān)性較強，2003年后由于其他因素的影響，兩者的相關(guān)性降低。烏蘭察布市氣候變暖對草原種植物的類型及其地理區(qū)域性的分布的影響不顯著，但草原地區(qū)的生產(chǎn)能力和承載能力有所提升，有利于牧業(yè)的發(fā)展。

（3）年平均最低氣溫越高，家畜存活率越高，家畜的存欄數(shù)也越多。

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