1993—2022年剛察縣氣候變化特征對(duì)糧食產(chǎn)量的影響

摘 要：選取剛察縣氣象局1993—2022年平均氣溫、最高/最低氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)的觀測(cè)資料，以及2005—2022年青稞、油菜、燕麥播種面積及產(chǎn)量資料，利用線性傾向趨勢(shì)法和滑動(dòng)平均法對(duì)氣候變化特征進(jìn)行分析，同時(shí)利用相關(guān)性分析法探討不同種類氣象要素對(duì)糧食的影響。

關(guān)鍵詞：氣候變化；播種面積；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：P467 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）10–0-03

當(dāng)前，全球正處于氣候變暖期[1]。氣候變暖會(huì)引發(fā)各種問(wèn)題，如海平面上升、極端天氣事件頻繁出現(xiàn)、物種滅絕等，還威脅區(qū)域內(nèi)的糧食安全[2-5]。近年來(lái)，青海省海北藏族自治州剛察縣經(jīng)歷了顯著的氣候變暖過(guò)程，同時(shí)還面臨著干旱、洪澇等極端氣候事件的威脅。這些因素直接加大了農(nóng)業(yè)受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)區(qū)域內(nèi)的糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一次巨大的挑戰(zhàn)。剛察縣是以草原畜牧業(yè)為主，兼有小塊種植業(yè)的農(nóng)牧結(jié)合的縣，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，早晚溫差大，春季風(fēng)大，夏季溫和多雨，秋季涼爽，冬季較長(zhǎng)。年溫差小、日溫差大、日照時(shí)間長(zhǎng)?，F(xiàn)有耕地0.29萬(wàn)hm2，可利用草場(chǎng)

105.6萬(wàn)hm2，林地總面積14.15萬(wàn)hm2。

在全球氣候變暖的背景下，剛察縣氣候變化極為顯著，呈現(xiàn)氣溫升高、干燥度增大的氣候變化趨勢(shì)。由于人類活動(dòng)和氣候變化的作用下，當(dāng)?shù)夭輬?chǎng)退化、土地沙化、凍土退化等生態(tài)環(huán)境退化現(xiàn)象對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生了不利影響[6-10]。因此，探討剛察縣歷史氣候變暖特征及其對(duì)糧食產(chǎn)量的影響，在維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和保障糧食安全方面具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 資料來(lái)源與研究方法

利用剛察縣氣象局1993—2022年觀測(cè)資料，選取平均氣溫、最高/最低氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)為研究對(duì)象，求取不同氣象要素的季節(jié)、年和年代平均值，分析不同季節(jié)、年代的氣候變化特征，用線性傾向率分析其變化趨勢(shì)。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，選擇相關(guān)性分析法探討不同種類氣象要素對(duì)糧食的影響。其中，四季劃分：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12—翌年2月為冬季。

2 氣候變化特征

2.1 平均氣溫

2.1.1 年際變化

從1993—2022年剛察縣平均氣溫年際變化曲線（圖1）可以看出，1993—2022年剛察縣年平均氣溫為0.50 ℃，氣溫線性變化傾向率為0.38 ℃/10年。通過(guò)分析歷年平均氣溫變化情況，全縣平均氣溫共經(jīng)歷2個(gè)時(shí)期，即以2002年為界限，前期屬于偏冷期，后期則是偏暖期。偏冷期內(nèi)只有1年的平均氣溫在多年平均值曲線以上，其余9年的平均氣溫低于多年平均值，且1995年為平均氣溫最低點(diǎn)，只有-0.64 ℃；從2003年往后，剛察縣氣候則出現(xiàn)了明顯變暖趨勢(shì)，2016年的氣溫則達(dá)到自1993年以來(lái)的最大值，高達(dá)1.42 ℃，其次是2022年，該時(shí)期內(nèi)只有4年的平均氣溫在多年平均值曲線以下，其余年份的平均氣溫則在多年平均值曲線以上。

圖1" 1993—2022年剛察縣年平均氣溫的變化趨勢(shì)

2.1.2 季節(jié)變化

剛察縣春季的平均氣溫為1.20 ℃，線性增溫傾向率為0.38 ℃/10年，增溫幅度在四季中位居第二。2013年前，剛察縣春季平均氣溫呈現(xiàn)出大幅度波動(dòng)變化趨勢(shì)；之后平均氣溫波動(dòng)下降；夏季平均氣溫為10.77 ℃，

線性增溫傾向率為0.50 ℃/10年，增溫幅度比其他季節(jié)大，波動(dòng)相對(duì)較小。雖然2004年前，夏季平均氣溫在平均值曲線以下，但該時(shí)期的平均氣溫在穩(wěn)步上升，這種情況一直持續(xù)到2016年；秋季平均氣溫為0.83 ℃，

線性傾向率0.32 ℃/10年，雖然有升有降，但總體在波動(dòng)中上升；剛察縣冬季平均氣溫為-10.87 ℃，線性增溫傾向率為0.16 ℃/10年。2008年前，剛察縣冬季平均氣溫呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)；2008—2011年冬季平均氣溫以直線下降趨勢(shì)為主；2011—2016年呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)；從2016年往后冬季平均氣溫快速下降。

2.2 最高/最低氣溫

2.2.1 最高氣溫

1993—2022年剛察縣年最高氣溫整體呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)（圖2），線性變化傾向率為0.198 ℃/10年，升高趨勢(shì)并不顯著，與累年平均值17.90 ℃相比，20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)10年代均低于平均值，歷年值在平均值上下來(lái)回波動(dòng)變化。其中，在研究時(shí)段內(nèi)，有14年的平均值高于歷年平均值，占46.7%；剩余16年則是比歷年平均值偏低或持平，占53.4%。剛察縣平均最高氣溫的高值為8.63 ℃（2010年），低值為6.58 ℃（1993年），兩者之間相差2.05 ℃。

圖2" 1993—2022年剛察縣年最高氣溫變化趨勢(shì)

2.2.2 最低氣溫

1993—2022年剛察縣年平均最低氣溫整體呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)（圖3），且上升趨勢(shì)極為顯著，線性變化傾向率為0.57 ℃/10年。以2016年為界限，2016年前，剛察縣年最低氣溫呈現(xiàn)出明顯的升高趨勢(shì)，且該時(shí)段內(nèi)大部分年份的最低氣溫在多年平均值曲線以下；2016—2020年，剛察縣年最低氣溫呈現(xiàn)出直線下降的趨勢(shì)；從2020年往后年最低氣溫繼續(xù)上升。

圖3" 1993—2022年剛察縣年最低氣溫變化趨勢(shì)

2.3 降水量

2.3.1 年際變化

1993—2022年剛察縣年平均降水量為419.4 mm，從降水量的總體線性趨勢(shì)（圖4）看，降水遞增傾向率為40.99 mm/10年，降水量增加趨勢(shì)較為顯著，這可能受2014、2016、2017年的降水量（研究時(shí)段內(nèi)降水量最大）的影響。若忽略這3年對(duì)總體降水量的影響，降水量增加趨勢(shì)并不顯著。

結(jié)合曲線圖，在2013年前，剛察縣年降水量大都在多年降水量平均值曲線以下，該階段屬于降水偏少期；2013年往后，除2020年，其余年份的降水量均超過(guò)多年降水量平均值，屬于降水偏多期。

圖4" 1993—2022年剛察縣年降水量變化趨勢(shì)

2.3.2 季節(jié)變化

剛察縣春季平均降水量為59.3 mm，整體呈現(xiàn)出波動(dòng)增加的趨勢(shì)，線性變化傾向率為9.99 mm/10年。21世紀(jì)10年代前，春季降水量的增加趨勢(shì)并不顯著，只是在2014—2017年有1個(gè)直線增加趨勢(shì)，2017年往后，春季降水量繼續(xù)下降。剛察縣年內(nèi)降水主要集中在夏季，平均降水量為281.6 mm，占年降水量的67.1%，

對(duì)全年降水的影響最為顯著；剛察縣夏季降水同春季降水保持一致，均以增加趨勢(shì)為主，變化傾向率為20.60 mm/10年，增加趨勢(shì)較為顯著。秋季平均降水量為74.2 mm，占年降水量的17.7%，剛察縣秋季降水也以增加趨勢(shì)為主，20世紀(jì)10年代中期前呈現(xiàn)出波動(dòng)增加的趨勢(shì)，此后則呈現(xiàn)出快速下降的趨勢(shì)。剛察縣冬季降水量最少，只有年降水量的1.1%，線性變化傾向率為-0.09 mm/10年，下降趨勢(shì)并不顯著，且降水量與年際變化相關(guān)性不強(qiáng)，波幅較大，突變性較強(qiáng)。

2.4 日照時(shí)數(shù)

2.4.1 年際變化

1993—2022年剛察縣日照時(shí)數(shù)的平均值為2 892.6 h，

整體呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)（圖5），線性變化傾向率為

-118.95 h/10年，研究時(shí)段內(nèi)共減少356.85 h，下降趨勢(shì)極為顯著。

結(jié)合曲線圖，以2004年為分界線，2004年前是剛察縣日照時(shí)數(shù)偏多期，除1993年，其余年份的日照時(shí)數(shù)均在多年日照時(shí)數(shù)平均值曲線以上，以2004年的日照時(shí)數(shù)最高，達(dá)到3 095.3 h，比多年平均值偏高202.7 h；

2005年開(kāi)始，剛察縣年日照時(shí)數(shù)在平均值曲線以下，且往后的日照時(shí)數(shù)均以下降趨勢(shì)為主，且2012年的日照時(shí)數(shù)最低，只有2 588.6 h，比多年平均值減少10.5%。

2.4.2 季節(jié)變化

剛察縣春季日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，與日照時(shí)數(shù)年際變化趨勢(shì)保持一致，線性變化傾向率為

-30.537 h/10年，下降趨勢(shì)較為顯著。其中，1993—2004年剛察縣春季日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢(shì)，2004年往后以快速下降趨勢(shì)為主，該時(shí)段內(nèi)以2012年的日照時(shí)數(shù)最少，只有641.6 h；剛察縣夏季平均日照時(shí)數(shù)為695.4 h，占年24.0%，整體以下降趨勢(shì)為主，線性變化傾向率為-57.46 h/10年，下降趨勢(shì)顯著。夏季除2010—2015年，其余年份的日照時(shí)數(shù)均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，且后期下降趨勢(shì)更為顯著；秋季平均日照時(shí)數(shù)為717.5 h，

占年日照時(shí)數(shù)的24.8%，線性變化傾向率為-30.74 h/10年，下降趨勢(shì)顯著，除2007—2012年有1個(gè)不明顯的增加趨勢(shì)，其余年份的日照時(shí)數(shù)均呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢(shì)；冬季平均日照時(shí)數(shù)為710.6 h，占年日照時(shí)數(shù)的24.6%，線性變化傾向率為-4.03 h/10年，下降趨勢(shì)并不顯著。

3 氣候變化對(duì)糧食產(chǎn)量的影響

通過(guò)分析2005—2022年剛察縣氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)與青稞、油菜、燕麥對(duì)應(yīng)產(chǎn)量的相關(guān)性（表1），得出氣溫與青稞和油菜產(chǎn)量之間呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，且通過(guò)了顯著性水平檢驗(yàn)；最低氣溫、降水量與燕麥產(chǎn)量之間呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，且隨著最低氣溫及降水量的增加，燕麥產(chǎn)量呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，兩者通過(guò)了顯著性水平檢驗(yàn)；除日照時(shí)數(shù)，其余氣象要素與燕麥產(chǎn)量之間呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，尤以最低氣溫和降水量與燕麥產(chǎn)量的關(guān)系最為顯著。

表1" 剛察縣氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)與青稞、油菜及燕麥產(chǎn)量的相關(guān)性分析

作物 氣溫 最高氣溫 最低氣溫 降水量 日照時(shí)數(shù)

青稞 0.421* 0.253 0.031 0.220 -0.260

油菜 0.580*** 0.177 0.220 0.370 -0.277

燕麥 -0.019 -0.013 -0.469** -0.379** 0.201

注：*、**、***分別表示相關(guān)性的顯著水平達(dá)到0.1、0.05、0.01。

4 結(jié)論

（1）1993—2022年剛察縣除冬季，其余三季的平均氣溫均呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì)，且這三季對(duì)年平均氣溫的升高貢獻(xiàn)最大；剛察縣年最高/最低氣溫均呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，尤以最低氣溫升高趨勢(shì)最為明顯。

（2）1993—2022年剛察縣年平均降水量為419.4 mm，

降水遞增傾向率為40.99 mm/10 a，降水量增加趨勢(shì)較為顯著；年內(nèi)降水主要集中在夏季，占年降水量的67.1%，其次是秋季和春季，冬季降水量最少。

（3）剛察縣年、四季日照時(shí)數(shù)均呈現(xiàn)出不同程度的減少趨勢(shì)，尤以冬季日照時(shí)數(shù)下降趨勢(shì)不顯著。

（4）氣溫與青稞和油菜產(chǎn)量之間呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，且通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn)；最低氣溫、降水量與燕麥產(chǎn)量之間呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，最低氣溫和降水量與燕麥產(chǎn)量的關(guān)系最為顯著。

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收稿日期：2024-07-11

作者簡(jiǎn)介：申正濤（1989—），男，安徽濉溪人，工程師，研究方向?yàn)闅夂蜃兓瘜?duì)糧食產(chǎn)量的影響。