共和盆地界限溫度初終日和積溫對(duì)氣候變化的響應(yīng)

趙恒和，郭連云，趙年武，蘇 芬，周秉榮

（青海省海南州氣象局，青海 共和813000）

所謂界限溫度，即農(nóng)業(yè)界限溫度，又叫指標(biāo)溫度，是表明某些重要現(xiàn)象或農(nóng)事活動(dòng)開始、終止的溫度[1]。所謂積溫，是指某一時(shí)段內(nèi)逐日平均氣溫累積之和。積溫是研究作物生長、發(fā)育對(duì)熱量的要求[2－7]，同時(shí)也是評(píng)價(jià)熱量資源的一種指標(biāo)[8－9]，是某一時(shí)段內(nèi)日平均氣溫對(duì)時(shí)間的積分，是經(jīng)過溫度有效性訂正的時(shí)間進(jìn)程度量[10]。積溫常分為活動(dòng)積溫和有效積溫，活動(dòng)積溫是植物在某時(shí)段內(nèi)活動(dòng)溫度的總和，有效積溫是植物在某時(shí)段內(nèi)有效溫度的總和[1，11]。

相關(guān)研究表明，海南州共和盆地自20世紀(jì)60年代以來年平均氣溫以0.35℃／10a的幅度升高。因此，分析共和盆地與農(nóng)牧業(yè)密切相關(guān)的界限溫度初終日和積溫變化規(guī)律，可為區(qū)域種植業(yè)的布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。

1 研究方法

1.1 界限溫度初終日的確定

氣象資料采用海南州氣象臺(tái)1953—2010年逐日平均氣溫資料。根據(jù)逐日平均氣溫，利用5d滑動(dòng)平均法[4]確定共和盆地歷年各界限溫度（≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃）穩(wěn)定通過的初日和終日。

1.2 積溫的求算方法

式中：Aa，Ae——活動(dòng)積溫和有效積溫（℃）；n——某

界限溫度初終日間的持續(xù)天數(shù)；Ti——日平均氣溫；

B——界限溫度（針對(duì)植物生長發(fā)育而言，B為生物學(xué)零度）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

在Excel中利用Pearson函數(shù)求算界限溫度初終日、初終日期間持續(xù)日數(shù)、活動(dòng)積溫和有效積溫，與年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性相關(guān)分析。

2 界限溫度初、終日對(duì)溫度升高的響應(yīng)

2.1 界限溫度及其生物學(xué)意義

適合共和盆地氣候特點(diǎn)和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的界限溫度及其生物學(xué)意義如下：0℃表示春季土壤開始解凍，天然牧草開始萌動(dòng)，青稞開始播種；秋季土壤開始凍結(jié)；≥0℃期間為農(nóng)耕期，期間的活動(dòng)積溫是衡量地區(qū)熱量資源狀況的重要指標(biāo)。3℃表示春季牧草普遍返青，青稞出苗，油菜開始播種；秋季牧草開始黃枯。5℃表示春季牧草進(jìn)入快速生長階段，油菜出苗，樹林開始生長，秋季青稞成熟。10℃表示大部分牧草進(jìn)入生殖生長階段，青稞和油菜進(jìn)入開花、灌漿（角果形成）期。

2.2 界限溫度初、終日的平均狀況

共和盆地穩(wěn)定通過各級(jí)界限溫度初、終日的平均、最早、最晚日期見表1。共和盆地穩(wěn)定通過≥0℃初日在3月中旬后期，終日在10月下旬后期；穩(wěn)定通過≥3℃初日在3月下旬前期，終日在10月中旬后期；穩(wěn)定通過≥5℃初日在4月中旬后期，終日在10月中旬前期；穩(wěn)定通過≥10℃初日在5月下旬后期，終日在9月中旬前期（表1）。界限溫度初日最早和終日最晚的年份基本在20世紀(jì)90年代以后，而初日最晚和終日最早的年份以90年代以前居多。這表明，伴隨著溫度的升高，總體上表現(xiàn)為界限溫度的初日提前而終日推后的趨勢(shì)。

表1 共和盆地穩(wěn)定通過各級(jí)界限溫度日期（月－日）

2.3 界限溫度初、終日的變化趨勢(shì)

2.3.1 界限溫度初日變化 共和盆地日平均氣溫穩(wěn)定通過各級(jí)界限溫度初日的變化趨勢(shì)如圖1所示。共和盆地≥0℃、≥3℃、≥5℃和≥10℃初日均呈現(xiàn)出提前趨勢(shì)，其氣候傾向率分別為－0.9d／10a，－1.3 d／10a（P＜0.10），－2.3d／10a（P＜0.01），－2.3 d／10a（P＜0.05），信度檢驗(yàn)中，以≥5℃初日提前趨勢(shì)最為顯著，通過0.01信度水平檢驗(yàn)；≥10℃初日提前趨勢(shì)通過信度0.05水平檢驗(yàn)，≥3℃初日提前趨勢(shì)僅通過0.10信度水平檢驗(yàn)；≥0℃初日提前趨勢(shì)未通過信度水平檢驗(yàn)，表現(xiàn)出界限溫度值越高，初日提前趨勢(shì)更加顯著的規(guī)律性（圖1）。其中，≥10℃是該地區(qū)具有農(nóng)業(yè)意義的最高界限溫度，≥10℃的持續(xù)時(shí)段可大致定義為本區(qū)域的夏季，農(nóng)作物和牧草的生殖生長主要在此期間完成，初日較大幅度提前有利于農(nóng)作物的產(chǎn)量增加。

圖1 共和盆地界限溫度初日年際變化

2.3.2 界限溫度終日變化 共和盆地日平均氣溫穩(wěn)定通過各級(jí)界限溫度終日的變化趨勢(shì)如圖2所示。共和盆地≥0℃、≥3℃、≥5℃和≥10℃終日均呈現(xiàn)出推遲趨勢(shì)，其氣候傾向率分別為2.1d／10a（P＜0.001）、1.8d／10a （P＜0.001）、1.5d／10a （P＜0.001）和2.4d／10a（P＜0.001），均通過0.001極顯著水平檢驗(yàn)。比較而言，≥10℃終日推遲趨勢(shì)最為明顯。

圖2 共和盆地界限溫度終日年際變化

2.4 界限溫度期間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢(shì)

日平均氣溫大于某界限溫度的初、終日之間的持續(xù)日數(shù)，能夠較好地表示相應(yīng)農(nóng)事季節(jié)或可供某類作物生長發(fā)育時(shí)間的長短，是確定某種作物類型和調(diào)整種植結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。

各界限溫度期間的持續(xù)日數(shù)均呈增加趨勢(shì)，表明伴隨溫度升高，界限溫度初終日之間的天數(shù)也隨之增加。其氣候傾向率分別為3.0d／10a（P＜0.001）、3.1d／10a（P＜0.001）、3.8d／10a（P＜0.001）和4.7d／10a（P＜0.001），均通過0.001極顯著水平檢驗(yàn)（圖3）。比較而言，≥10℃終日的持續(xù)日數(shù)增加趨勢(shì)最為明顯。界限溫度期間持續(xù)日數(shù)的年代際變化見表2。≥0℃持續(xù)日數(shù)從上世紀(jì)50年代較多，60年代至00年代由少增多，進(jìn)入21世紀(jì)后明顯增加；≥3℃持續(xù)日數(shù)從50年代到80年代增加，90年代減少，00年代增加；≥5℃持續(xù)日數(shù)表現(xiàn)為持續(xù)增加趨勢(shì)；≥10℃持續(xù)日數(shù)呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。

圖3 共和盆地界限溫度期間持續(xù)日數(shù)年際變化

表2 各年代界限溫度期間持續(xù)日數(shù) d

2.5 界限溫度初終日及期間持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫的相關(guān)性

年平均氣溫是年度內(nèi)逐日平均氣溫的綜合反映，伴隨溫度變化，界限溫度的初終日及期間持續(xù)日數(shù)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變。界限溫度初終日的早晚與初終日之間的持續(xù)天數(shù)與年平均氣溫的相關(guān)性見表3。

表3 界限溫度初終日及期間持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)

相關(guān)分析表明，各級(jí)界限溫度的初日與年平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，即年平均氣溫升高，界限溫度的初日提前。其中≥5℃和≥10℃初日與年平均氣溫極顯著相關(guān)。各界限溫度終日與年平均氣溫呈正相關(guān)，即年平均氣溫升高，界限溫度終日推遲，均達(dá)到了極顯著水平。各界限溫度期間的持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫均呈正相關(guān)，即年平均氣溫高，則界限溫度初終日之間的持續(xù)時(shí)間長，在溫度升高的氣候背景下，相應(yīng)的農(nóng)事季節(jié)延長。各界限溫度持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平。

對(duì)與年平均氣溫的相關(guān)達(dá)到較顯著及以上水平的界限溫度初終日及期間持續(xù)日數(shù)，建立如表4所列回歸方程?；貧w模式顯示，若年平均氣溫升高1℃，則各界限溫度初日提前3～6d，終日推遲3～4d，各界限溫度期間的持續(xù)日數(shù)延長6～10d。

表4 界限溫度初終日及期間持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫的回歸模式

3 界限溫度期間積溫對(duì)溫度升高的響應(yīng)

3.1 積溫變化狀況

共和盆地各界限溫度期間活動(dòng)積溫和有效積溫見表5?！?℃積溫平均值為2 344.2℃，最多年達(dá)2 722.6℃，較 多 年 值 偏 多 16.4%；最 少 年 僅 為2 087.5℃，較多年值偏少11.0%?！?℃、≥5℃、≥10℃積溫中，有效積溫平均值較活動(dòng)積溫分別偏少25.6%，40.3%，68.9%，可見，隨著臨界溫度值的升高，有效積溫的降低幅度亦隨之增大。

3.2 各界限溫度期間積溫的變化趨勢(shì)

共和盆地活動(dòng)積溫的年際變化如圖4所示。共和盆地各級(jí)界限溫度期間活動(dòng)積溫均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，≥0℃，≥3℃，≥5℃，≥10℃活動(dòng)積溫的氣候傾向率分別為76.9，75.4，82.3，98.7℃／10a，均通過信度0.001水平檢驗(yàn)，存在隨界限溫度增高氣候傾向率增大的規(guī)律（圖4）。這表明積溫增多的變化趨勢(shì)有利于種植業(yè)的穩(wěn)定，也為種植業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了熱量資源。

表5 界限溫度期間活動(dòng)積溫和有效積溫 ℃

圖4 共和盆地界限溫度期間活動(dòng)積溫年際變化

共和盆地有效積溫的年際變化見圖5。有效積溫同樣表現(xiàn)為增多趨勢(shì)，≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃有效積溫的氣候傾向率分別為76.9，74.4，80.5，94.2℃／10a，信度水平檢驗(yàn)均達(dá)0.001。有效積溫變化與活動(dòng)積溫基本一致，隨界限溫度增高氣候傾向率明顯增大。

共和盆地各級(jí)界限溫度期間活動(dòng)積溫和有效積溫的年代際變化具有一致的規(guī)律性，即：≥0℃、≥3℃活動(dòng)積溫和有效積溫，從20世紀(jì)50年代至80年代呈現(xiàn)出“高—低—高—低”的變化趨勢(shì)，從20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)10年代積溫持續(xù)增加；而≥5℃的活動(dòng)積溫和有效積溫，在20世紀(jì)50和80年代均較低，其他年代均較高；≥10℃的活動(dòng)積溫和有效積溫則表現(xiàn)為由低到高的變化趨勢(shì)，這種變化規(guī)律與年代平均氣溫（3.2℃，3.1℃，3.7℃，3.9℃，4.6℃，5.3℃）的變化趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。

圖5 共和盆地界限溫度期間有效積溫變化

3.3 溫度升高對(duì)積溫的影響

通過計(jì)算各級(jí)界限溫度初終日間活動(dòng)積溫和有效積溫與年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)，年平均氣溫與≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃活動(dòng)積溫的相關(guān)系數(shù)依次為0.933，0.830，0.851和0.689，而與有效積溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.932，0.849，0.857和0.673。相關(guān)分析表明，活動(dòng)積溫和有效積溫與年平均氣溫的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平，表明溫度升高對(duì)積溫的影響十分明顯。模擬出積溫與年平均氣溫的回歸模式，見表6。

表6 積溫與年平均氣溫回歸模式

回歸模式顯示，年平均氣溫每升高1℃，將使共和盆地各級(jí)界限溫度期間活動(dòng)積溫增加165～190℃，有效積溫增加164～183℃。

4 結(jié)論

（1）共和盆地穩(wěn)定通過≥0℃初日在3月中旬后期，終日在10月下旬后期；穩(wěn)定通過≥3℃初日在3月下旬前期，終日在10月中旬后期；穩(wěn)定通過≥5℃初日在4月中旬后期，終日在10月中旬前期；穩(wěn)定通過≥10℃初日在5月下旬后期，終日在9月中旬前期。

（2）各界限溫度初日均呈現(xiàn)出提前趨勢(shì)，其氣候傾向率分別為－0.9，－1.3，－2.3，－2.3d／10a，表現(xiàn)出界限溫度值越高，初日提前趨勢(shì)越明顯；終日均呈現(xiàn)出推遲趨勢(shì)，其氣候傾向率分別為2.1，1.8，1.5，2.4d／10a，其中≥10℃終日推遲趨勢(shì)最為明顯。

（3）各界限溫度期間的持續(xù)日數(shù)與年平均氣溫均呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平。若年平均氣溫升高1℃，則各界限溫度初日提前3～6d，終日推遲3～4d，各界限溫度期間的持續(xù)日數(shù)延長6～10d。

（4）界限溫度期間活動(dòng)積溫均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃活動(dòng)積溫的氣候傾向率分別為76.9，75.4，82.3，98.7℃／10a，存在隨界限溫度增高氣候傾向率增大的規(guī)律；有效積溫同樣表現(xiàn)為增多趨勢(shì)，≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃有效積溫的氣候傾向率分別為76.9，74.4，80.5，94.2℃／10a。

（5）活動(dòng)積溫和有效積溫與年平均氣溫的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平，年平均氣溫每升高1℃，將使共和盆地各級(jí)界限溫度期間活動(dòng)積溫增加165～190℃，有效積溫增加164～183℃。

[1]馮秀藻，陶炳炎.農(nóng)業(yè)氣象學(xué)原理[M].北京：氣象出版社，1994.

[2]徐善玲，黃不國，黃瓊，等.淺談作物積溫的穩(wěn)定性及其預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性[J].江西氣象科技，2005，28（3）：34－35.

[3]樊曉春，郭江勇，楊小利.西峰黃土高原冬季積溫變化對(duì)作物發(fā)育期的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2007，28（3）：318－321.

[4]楊洪賓，徐成忠，李春光，等.播期對(duì)冬小麥生長及所需積溫的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（2）：201－203.

[5]閆小珍，張隨賢，苗國柱，等.小麥發(fā)育期對(duì)冬季積溫變化的響應(yīng)分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2009，32（4）：37－39.

[6]肖靜，李楠，姜會(huì)飛.作物發(fā)育期積溫計(jì)算方法及其穩(wěn)定性[J].氣象研究與應(yīng)用，2010，31（2）：64－67.

[7]馮明.湖北省主要作物生育期間熱量資源變化的研究[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，20（3）：387－391.

[8]趙俊芳，郭建平，馬玉平.氣候變化背景下我國農(nóng)業(yè)熱量資源的變化趨勢(shì)及適應(yīng)對(duì)策[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21（11）：2922－2930.

[9]桑建人，劉玉蘭，韓世濤，等.寧夏熱量資源氣候變化的EOF特征[J].氣象科技，2007，35（2）：187－190.

[10]毛恒青，萬暉.華北、東北地區(qū)積溫的變化[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2000，21（3）：1－5.

[11]劉勤，嚴(yán)昌榮，何文清.黃河流域近40a積溫動(dòng)態(tài)變化研究[J].自然資源學(xué)報(bào)，2009，24（1）：147－153.