瓦房店地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征

張 艷

（瓦房店市氣象局，遼寧瓦房店116300）

瓦房店地區(qū)位于遼寧南部、中國遼東半島南端，東瀕黃海，西臨渤海，屬暖溫帶亞濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季分明。

近百年來，我國年平均地表溫度明顯增加，升溫幅度為0.5～0.8 ℃，略高于全球氣溫的平均升幅[1-2]。預(yù)計(jì)21 世紀(jì)末，全球平均地表溫度平均增溫可能達(dá)1.1～6.4 ℃[3]。在全球氣候變暖的背景下，瓦房店地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源也在發(fā)生變化。研究表明，氣候變暖將會(huì)縮短農(nóng)作物的生育期，氣溫每升高1 ℃，水稻、小麥的產(chǎn)量將減少10%～17%；寒冷的北部地區(qū)，氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響則利大于弊[4-5]。孫繼洲等[6]研究表明，冬季氣溫偏高，對(duì)小麥、大麥生長(zhǎng)發(fā)育有不利影響；張旭暉等[7]研究發(fā)現(xiàn)，江蘇省在全球氣候變暖的環(huán)境下，農(nóng)業(yè)干旱頻率在冬季減少、秋季增加；張國林等[8-10]研究認(rèn)為，氣候變暖，特別是冬季溫度的升高，使越冬害蟲的存活率上升，越冬界限北移，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了不利影響；曹巧蓮等[11]研究了臨汾市近40 a 日照時(shí)數(shù)變化及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；李國強(qiáng)等[12]分析了臨汾市冬小麥生育期降水對(duì)產(chǎn)量的影響。諸多研究表明，氣候變暖存在著區(qū)域性，并對(duì)農(nóng)作物有著不同的反應(yīng)。

本研究應(yīng)用氣候傾向率、有序聚類分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，針對(duì)瓦房店地區(qū)近50 a 的氣溫、降水、日照等資料進(jìn)行分析，闡述了氣候變暖對(duì)瓦房店地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的影響，旨在為合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及作物品質(zhì)提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 資料來源

資料來自大連市瓦房店氣象觀測(cè)站1961—2010 年（50 a）的資料。其包括：月、年平均氣溫，月、年降水量及月、年日照時(shí)數(shù)。四季尺度劃分以3—5 月為春季、6—8 月為夏季、9—11 月為秋季、12 月到第2 年2 月為冬季。

1.2 分析方法

1.2.1 氣候傾向率[13]氣象要素y 序列的長(zhǎng)期趨勢(shì)用一元線性函數(shù)表示，表達(dá)式為：y＝ax＋b。

式中，x 為年序列號(hào)（x＝1961，1962，1963，…，2010 年），b 為常數(shù)項(xiàng)，a 為線性傾向值。傾向值a 的符號(hào)表示氣候變量的趨勢(shì)傾向性，a 值的大小反映上升或下降的速率。a＞0 表示y 隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)；a＜0 表示呈下降趨勢(shì)。傾向值乘以10 為氣候傾向率。

1.2.2 突變點(diǎn)分析 有序聚類分析法[14]是一種推求時(shí)間序列發(fā)生可能性突變點(diǎn)的方法，推求最優(yōu)分割點(diǎn)，使得同類之間的離差平方和最小，而類與類之間的離差平方和相對(duì)較大。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱量資源特征

瓦房店地區(qū)大田作物品種主要有玉米、水稻、小麥等。因熱量資源限制，其一般為一年一熟栽培制度。該地區(qū)熱量資源較遼中、遼東地區(qū)豐富，1 茬有余2 茬不足。

2.1.1 氣溫變化特征 瓦房店地區(qū)1961—2010 年年平均氣溫為9.6 ℃，最高為11.1 ℃（2007 年），最低為8.2 ℃（1969 年）。近50 a 年平均氣溫有明顯的上升趨勢(shì)（圖1），平均每10 a 升高0.201 ℃，序列相關(guān)達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。近20 a（1991—2010 年）平均每10 a 升高0.113 ℃；前20 a（1961—1980 年）平均每10 a 下降0.214 ℃。按30 a 樣本滑動(dòng)計(jì)算，1961—1990 年平均每10 a升高0.036 ℃；1971—2000 年平均每10 a 升高0.343℃；1981—2010 年平均每10a 升高0.291 ℃。20 世紀(jì)70 年代至21 世紀(jì)初氣溫上升最明顯。

四季平均氣溫存在不同程度升溫特征，春季（y＝0.020 5x－31.129）氣候傾向率0.205 ℃/10 a（相關(guān)系數(shù)為0.356 1）；夏季（y＝-0.001 2x＋25.302）氣候傾向率為-0.012 ℃/10 a（相關(guān)系數(shù)為0.025 1）；秋季（y＝0.017 8x－23.971）氣候傾向率為0.178 ℃/10 a（相關(guān)系數(shù)為0.308 2）；冬季（y＝0.044 3x－93.219）氣候傾向率0.443 ℃/10 a（相關(guān)系數(shù)為0.479 0）。冬季增溫最明顯，其次是春季和秋季，冬、春、秋季升溫趨勢(shì)通過顯著性檢驗(yàn)（P＜0.01）；夏季氣溫變化趨勢(shì)穩(wěn)定。

經(jīng)有序聚類分析，瓦房店地區(qū)近50 a 年平均氣溫存在2 個(gè)突變點(diǎn)，分別在1969，1985 年。從20 世紀(jì)60 年代初較高氣溫，經(jīng)過1969 年的突變，經(jīng)歷了1970—1985 年較低氣溫變化平穩(wěn)的過程，于1985 年突變后又迅速上升，2007 年到達(dá)頂點(diǎn)，2008—2010 年氣溫又有所回落。在1986—2007 年的22 a 間，平均氣溫每10 a 增加0.448 ℃。1961—1985 年突變前年平均氣溫為9.3 ℃，1986—2010 年突變后年平均氣溫上升至10.0 ℃，突變后氣溫增加0.7 ℃。

2.1.2 穩(wěn)定通過0，10 ℃積溫 農(nóng)業(yè)上把日均氣溫穩(wěn)定通過0 ℃的時(shí)期作為適宜農(nóng)耕期，該時(shí)段的活動(dòng)積溫是農(nóng)作物可利用的熱量資源；日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的時(shí)期是越冬作物生長(zhǎng)活躍期和喜溫作物播種期，初、終日則決定了喜溫作物開始播種的日期，并影響到作物成熟和品質(zhì)。

瓦房店地區(qū)氣溫穩(wěn)定通過0，10 ℃的活動(dòng)積溫平均分別為4 037.3，3 603.2 ℃·d，且二者增加趨勢(shì)明顯（圖2），序列相關(guān)通過顯著性檢驗(yàn)（P＜0.01），平均每10 a 分別增加32.2，26.9 ℃·d。近20 a（1991—2010 年），氣溫穩(wěn)定通過0，10 ℃的活動(dòng)積溫平均每10 a 分別增加76.7，18.8 ℃·d；前20 a（1961—1980 年）平均每10 a 分別減少77.7，64.7 ℃·d。按30 a 樣本滑動(dòng)計(jì)算，1961—1990 年平均每10 a 分別增加6.3，2.4 ℃·d；1971—2000 年平均每10 a 分別增加49.9，66.7 ℃·d；1981—2010 年平均每10 a 分別增加了58.3，28.5 ℃·d。20 世紀(jì)70 年代至21 世紀(jì)初積溫增加最顯著。

經(jīng)有序聚類分析，瓦房店地區(qū)近50 a 年穩(wěn)定通過0 ℃積溫突變點(diǎn)在1976 年，突變之前（1961—1976 年）呈下降趨勢(shì)，平均每10 a 減少122.9 ℃·d，平均值為3 990.4 ℃·d；突變之后（1977—2010 年）呈增加趨勢(shì)，平均每10 a 增加57.5 ℃·d，平均值為4 061.3 ℃·d；突變后穩(wěn)定通過0 ℃積溫平均增加70.9 ℃·d。穩(wěn)定通過10 ℃積溫突變點(diǎn)在1988 年，突變之前（1961—1988 年）呈下降趨勢(shì)，平均每10 a 減少19.2 ℃·d，平均值為3 561.1 ℃·d；突變之后（1989—2010 年）呈增加趨勢(shì)，平均每10 a 增加6.3 ℃·d，平均值為3 660.5 ℃·d；突變后穩(wěn)定通過10 ℃積溫平均增加99.4 ℃·d。

日平均氣溫穩(wěn)定通過0 ℃的初日平均為3 月12 日，終日平均為11 月20 日，初終間日數(shù)平均為255 d；初日平均每10 a 提前1.445 d，終日平均每10 a 推后0.19 d，初終間日數(shù)每10 a 延長(zhǎng)1.799 d；初日、終日、初終間日數(shù)的線性趨勢(shì)均未通過顯著性檢驗(yàn)。日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的初日平均為4 月19 日，終日平均為10 月19 日，初終間日數(shù)平均為184 d；初日平均每10 a 提前0.251 d，終日平均每10 a 推后0.19 d，初終間日數(shù)每10 a 延長(zhǎng)1.136 d；初日、終日、初終間日數(shù)的線性趨勢(shì)均未通過顯著性檢驗(yàn)。

日平均氣溫穩(wěn)定通過0，10 ℃活動(dòng)積溫的增加及初終間日數(shù)的延長(zhǎng)，均有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)，為干物質(zhì)積累、產(chǎn)量形成提供充足的熱量資源。

2.2 降水資源特征

大氣降水是水分資源的重要組成部分，降水量的多少?zèng)Q定一個(gè)地區(qū)的干濕程度。在相同的光照、熱量條件下，降水量的豐歉程度對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的形成起重要作用。瓦房店處于副熱帶季風(fēng)區(qū)域，降水集中在汛期6—9 月，年內(nèi)各月降水差異較大，7 月最多，1 月最少，且降水量年變化呈正態(tài)分布。7，8 月份降水量較多，平均為165.3，159.2 mm，7—8 月降水占全年降水量的51.6%；1，2 月份降水量較少，平均為4.8，5.7 mm，1—2 月降水占全年降水量的1.7%。

春季（3—5 月）平均降水量為90.5 mm，占年降水量的14.4%，平均每10 a 增加4.5 mm。夏季（6—8 月）平均降水量為407.8 mm，占年降水量的64.8%，平均每10 a 減少6.6 mm。秋季（9—11月）平均降水量為113.0 mm，占年降水量的18.0%，平均每10 a 減少6.2 mm。冬季（12 月至第2 年2 月）平均降水量為17.7 mm，占年降水量的2.8%，平均每10 a 減少1.3 mm。春季降水量增加對(duì)春播十分有利。夏秋季降水量減少在多雨年對(duì)農(nóng)業(yè)影響較??；在少雨年易發(fā)生干旱，則對(duì)農(nóng)業(yè)影響較大。

汛期（6—9 月）近50 a 最多降水量是1986 年，為767.8 mm；最少出現(xiàn)在1989 年，為158.3 mm，極差為609.5 mm，極比達(dá)到4.85，說明瓦房店地區(qū)汛期降水不穩(wěn)定極端事件嚴(yán)重。通過Poisson平均值分析，平均值為470.0 mm，當(dāng)α＝0.05 時(shí)，決策限在410～530 mm 之間，決策限范圍內(nèi)發(fā)生21 a，頻率為42.0%；決策限以下（＜410 mm）發(fā)生14 a，頻率為28.0%；決策限以上（＞530 mm）發(fā)生15 a，頻率為30.0%。決策限范圍之外占58.0%，突發(fā)性降水和干旱年景發(fā)生率較高。經(jīng)一元線性傾向性分析，汛期（6—9 月）歷年降水量呈下降趨勢(shì)（圖3-a），平均每10 a 減少9.8 mm。

瓦房店地區(qū)年降水量近50 a 最多出現(xiàn)在1964 年，為977.6 mm；最少出現(xiàn)在1989 年，為289.6 mm，極差為688.0 mm，極比為3.38。年平均降水量為629.1 mm，決策限在549～709 mm 之間，決策限范圍內(nèi)發(fā)生27 a，頻率為54.0%；決策限以下（＜549 mm）發(fā)生14 a，頻率為28.0%；決策限以上（＞709 mm）發(fā)生9 a，頻率為18.0%。決策限范圍之外占46.0%，極端性降水和干旱年景發(fā)生頻率低于汛期。經(jīng)一元線性傾向性分析，年降水量呈減少趨勢(shì)（圖3-b），平均每10 a 減少9.5 mm。經(jīng)降水距平值計(jì)算，20 世紀(jì)60 年代降水量多正距平；70 年代在平均值附近波動(dòng)，1978—1984 年、1988—1993 年、1997—2003 年出現(xiàn)連續(xù)降水負(fù)距平，致使1961—2003 年降水量呈減少趨勢(shì)，序列相關(guān)達(dá)到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少31.617 mm，從2004 年開始降水量又有所回升。

2.3 光照資源特征

太陽輻射是地球上一切生命的能量源泉，綠色植物90%～95%的干物質(zhì)由葉綠素吸收太陽輻射能量、同化CO2和水制成。日照時(shí)數(shù)是光照資源的基本要素，是評(píng)價(jià)一地區(qū)光能資源多寡的重要指標(biāo)，其長(zhǎng)短對(duì)于作物的生長(zhǎng)發(fā)育作用重大。

2.3.1 月、季日照特征 從圖4 可以看出，瓦房店日照時(shí)數(shù)在全年里出現(xiàn)2 個(gè)峰值，第1 個(gè)峰值在5 月，第2 個(gè)峰值在9 月。日照時(shí)數(shù)最多時(shí)段在4—6 月，為776.5 h，占全年日照時(shí)數(shù)的28.9%；11—12 月為全年最少（370.7 h），占全年日照時(shí)數(shù)的13.7%。各月日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)明顯，5，6，7 月平均每10 a 減少10～14 h；8，9 月減少7～8 h；1，2，3，4，10，11，12 月減少4～6 h。

春季日照時(shí)數(shù)平均為773.2 h，占全年日照時(shí)數(shù)的28.7%，最多為926.2 h（1965 年），最少為645.0 h（1990 年），極差為281.2 h，極比為1.44。春季（y ＝-2.145x＋5 032.1）日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)明顯，序列相關(guān)達(dá)到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少21.5 h。夏季平均為673.4 h，占全年日照時(shí)數(shù)的25.0%，最多為866.4 h（1968 年），最少為488.0 h（2010 年），極差為378.4 h，極比為1.78。夏季（y＝-3.954 1x＋8 524.3）日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)明顯，序列相關(guān)達(dá)到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少39.5 h。

秋季平均為652.4 h，占全年日照時(shí)數(shù)的24.2%，最多為754.8 h（1963 年），最少為508.4 h（2007 年），極差為246.4 h，極比為1.48。秋季（y＝-1.520 2x+3 670.7）日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)明顯，序列相關(guān)達(dá)到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少15.2 h。冬季平均為597.6 h，占全年日照時(shí)數(shù)的22.2%，最多為697.6 h（1963 年），最少為496.4 h（2006 年），極差為201.2 h，極比為1.41。冬季（y＝-1.777x＋4 125.9）日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)明顯，序列相關(guān)達(dá)到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少17.8 h。

2.3.2 年日照特征 瓦房店地區(qū)1961—2010 年日照時(shí)數(shù)年平均為2 696.6 h，1978 年最多，為3 095.6 h，1985 年最少，為2 327.2 h，極差為768.4 h，極比為1.33。瓦房店地區(qū)近50 a 日照時(shí)數(shù)呈明顯的下降趨勢(shì)（圖5），序列相關(guān)達(dá)到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少94.0 h。近20 a（1991—2010 年），平均每10 a 減少56.6 h；前20 a（1961—1980 年）平均每10 a 增加10.7 h。按30 a 樣本滑動(dòng)計(jì)算，1961—1990 年平均每10 a 減少97.8 h；1971—2000 年平均每10 a 減少115.4 h；1981—2010 年平均每10 a 減少76.6 h。20 世紀(jì)70 年代至21 世紀(jì)初日照時(shí)數(shù)減少最明顯。

經(jīng)有序聚類分析，瓦房店地區(qū)近50 a 年日照時(shí)數(shù)突變點(diǎn)在1984 年。從20 世紀(jì)六七十年代較高日照時(shí)數(shù)，經(jīng)過1984 年的突變之后，日照時(shí)數(shù)迅速減少。1961—1984 年突變之前的24 a 日照時(shí)數(shù)平均值為2 842.9 h，平均每10 a 減少33.0 h。1985—2010 年突變后的26 a 平均值為2 561.7 h，平均每10 a 減少43.0 h。突變前后日照時(shí)數(shù)平均減少281.2 h。

日照時(shí)數(shù)減少無疑是光能資源在下降，對(duì)喜光植物影響較大，尤其使光合作用及干物質(zhì)形成受到影響，并對(duì)植物產(chǎn)量和質(zhì)量構(gòu)成威脅。

3 結(jié)論

（1）在全球氣候變暖的大背景下，瓦房店地區(qū)熱量資源明顯增加，日平均氣溫穩(wěn)定通過0，10 ℃活動(dòng)積溫平均每10 a 分別增加32.2，26.9 ℃·d，比姜曉艷等[15]研究的沈陽地區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)季熱量資源增加的量偏少，各個(gè)地區(qū)或區(qū)域熱量資源增加趨勢(shì)存在較大的差異[16]。瓦房店地區(qū)冬季和春季溫度的增加較為明顯，夏季氣溫沒有趨勢(shì)性變化。冬季熱量的增加有利于植物越冬、設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；同時(shí)也有利于病蟲害越冬和界限北移。熱量資源增加利弊條件同時(shí)存在，所以，調(diào)整作物結(jié)構(gòu)時(shí)要注意。

（2）瓦房店地區(qū)的水分資源較豐富，降水主要集中在6—9 月，與農(nóng)作物需水期相匹配。春季降水有增加的趨勢(shì)，對(duì)小麥生長(zhǎng)和大田春播有利。夏季、秋季降水減少使少雨年易發(fā)生干旱。冬季降水減少對(duì)冬季交通安全和設(shè)施農(nóng)業(yè)有利。

（3）瓦房店地區(qū)年日照時(shí)數(shù)減少明顯，年總量平均每10 a 減少94.0 h。年內(nèi)各月都存在不同程度的減少趨勢(shì)。日照時(shí)數(shù)減少同樣也使總輻射量下降。瓦房店地區(qū)光能資源的這些變化特征可能與人類活動(dòng)引起的溫室氣體和硫化物等氣溶膠排放增加有關(guān)[17]。從目前光能資源的總量看，基本能滿足該地區(qū)作物、果樹等生長(zhǎng)發(fā)育的需求。

（4）在氣候變暖背景下，如何能更好地開發(fā)利用氣候資源、調(diào)整耕作制度、合理引進(jìn)優(yōu)良的品種，還需要進(jìn)一步研究。

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