氣候變化情景下黃淮海區(qū)域熱量資源及夏玉米溫度適宜度

李萌,申雙和*,呂厚荃,韓艷,褚榮浩,沙修竹

① 南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院,江蘇 南京 210044;② 南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210044;

氣候變化情景下黃淮海區(qū)域熱量資源及夏玉米溫度適宜度

李萌①②,申雙和①②*,呂厚荃③,韓艷④,褚榮浩①,沙修竹⑤

① 南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院,江蘇 南京 210044;② 南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210044;

③ 中國氣象局 國家氣象中心,北京 100081;

④ 河南大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,河南 開封 475004;

⑤ 河南省人工影響天氣領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，河南 鄭州 450003

2015-06-11收稿,2016-03-08接受

公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201106020);干旱氣象科學(xué)研究資助項(xiàng)目(GYHY201506001)

摘要利用黃淮海區(qū)域90個(gè)站點(diǎn)1971—2000年逐日氣象資料以及國家氣候中心發(fā)布的未來氣候變化情景(A1B)下區(qū)域氣候模式(RegCM3)模擬的黃淮海區(qū)域1951—2070年0.25°×0.25°格點(diǎn)氣象資料,結(jié)合夏玉米主要生育期對溫度的需求,構(gòu)建了黃淮海區(qū)域的溫度適宜度和變異系數(shù)模型,并對1951—2070年黃淮海區(qū)域熱量資源、夏玉米主要生育期的溫度適宜度及其變異系數(shù)的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明:1)黃淮海區(qū)域≥10 ℃積溫和80%保證率下日平均溫度≥10 ℃的初日均呈現(xiàn)由北向南依次增加的趨勢,且隨時(shí)間推移,分別呈增加和提前趨勢。2)黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度隨時(shí)間整體呈逐漸上升的變化趨勢、其變異系數(shù)隨時(shí)間呈降—升—降的變化趨勢;出苗—抽雄期的溫度適宜度隨時(shí)間呈先降后升的變化趨勢、其變異系數(shù)呈降—升—降—升的變化趨勢;抽雄—成熟期的溫度適宜度空間上呈現(xiàn)2010年前北低南高、未來情景下中部低四周高的分布趨勢,時(shí)間上呈2010年前穩(wěn)定、未來情景下先降后升的變化趨勢,其變異系數(shù)呈相反變化趨勢;3)黃淮海區(qū)域夏玉米溫度適宜度及其變異系數(shù)從播種—出苗期—出苗—抽雄期—抽雄—成熟期均呈反相位的變化關(guān)系。

關(guān)鍵詞

夏玉米

熱量資源

溫度適宜度

變異系數(shù)

IPCC第五次評估報(bào)告指出,19世紀(jì)以來,全球平均地表溫度(GMST)均呈現(xiàn)上升趨勢,1901—2012年,全球陸地溫度上升了0.89 ℃,1951—2012年,全球海洋溫度上升了0.72 ℃。在IPCC排放情景特別報(bào)告(SRES)中指出,1990—2100年,全球平均地表溫度將上升1.4～5.8 ℃(姚潔等,2010;李忠賢等,2011;杜美芳等,2015)。全球變暖將使未來高溫極端事件的頻率、持續(xù)時(shí)間、量級大大增加(秦大河等,2014),這將給人類生存、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)等方面造成極大的影響(Rosenzweig and Parry,1994;Darwin et al.,1995;Tao et al.,2016)。

玉米是C4作物,其光合生理特征使其在日益增長的大氣CO2濃度中受益,卻可能會遭致增溫帶來的生育期縮短、產(chǎn)量降低等不利影響(金之慶和葛道闊,1996)。黃淮海區(qū)域夏玉米種植面積居全國首位,但其生長季的氣候條件處于次適宜狀態(tài),導(dǎo)致其產(chǎn)量不穩(wěn)(崔讀昌等,1984)。為定量分析吉林省農(nóng)作物生長季熱量資源對主要農(nóng)作物各生長發(fā)育期的滿足程度,馬樹慶(1996)建立了適宜度函數(shù),之后該函數(shù)普遍用于夏玉米、冬小麥和水稻適宜度研究。代立芹等(2010)對河北省冬小麥降水適宜度及時(shí)空特征進(jìn)行分析,得出降水不足是限制河北省冬小麥生產(chǎn)最重要的因子。李秀芬等(2013)應(yīng)用WOFOST(WOrld FOod STudies)模型模擬玉米生物量,并建立了東北地區(qū)玉米生長發(fā)育期氣象條件適宜度指數(shù)。目前關(guān)于適宜度的研究大多集中在某種作物,對于作物種植風(fēng)險(xiǎn)的研究相對較少,且時(shí)間序列較短。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上,基于區(qū)域氣候模式RegCM3輸出的未來氣候情景(SRES A1B情景,Special Report on Emissions Scenarios the A1 storyline and scenario family featured by a Balance across all sources)下的氣候資料,結(jié)合黃淮海區(qū)域夏玉米生長發(fā)育參數(shù)和夏玉米對溫度的需求指標(biāo),建立了黃淮海區(qū)域夏玉米溫度適宜度模型,針對未來情景氣候變化過程中黃淮海區(qū)域熱量資源的變化情況、夏玉米溫度適宜度及其變異系數(shù)的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析,為該區(qū)域應(yīng)對氣候變化、促進(jìn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、合理利用農(nóng)業(yè)資源和調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況

黃淮海區(qū)域包括黃河、淮河、海河中下游流域的北京、天津、山東、河南全部、河北大部以及江蘇安徽兩省北部。該區(qū)域?qū)贉貛О霛駶櫄夂?無霜期170～220 d,多年平均年降水量500～1 000 mm左右,平原區(qū)一般為500～800 mm,年降水量的60%集中在6—8月;山丘區(qū)一般為1 000 mm上下,年降水約70%～80%集中于6—9月;夏玉米全生育期需水量300～400 mm,需水高峰期一般為8月;玉米播種面積占全國31.98%,產(chǎn)量占全國32.92%,占糧食總產(chǎn)量25.95%(李運(yùn)朝等,2004)。

1.2資料來源

本研究數(shù)據(jù)來源于國家氣候中心RegCM3模式模擬A1B情景下1951—2070年0.25°×0.25°格點(diǎn)氣象資料日值,包括日平均氣溫、日最高和最低氣溫、日降水量、日平均風(fēng)速、日平均相對濕度、日總輻射、日凈輻射;以及國家信息中心發(fā)布的1971—2000年黃淮海區(qū)域90個(gè)站點(diǎn)(圖1)逐日氣象資料,包括日平均氣溫、日最高和最低氣溫、日降水量、日平均風(fēng)速、日平均相對濕度。

圖1　黃淮海區(qū)域氣象站點(diǎn)分布Fig.1　Distribution of meteorological stations in the Huang-Huai-Hai region

1.3數(shù)據(jù)訂正

利用Matlab讀取RegCM3模式模擬黃淮海區(qū)域1951—2070年的逐日平均溫度、日最高和最低溫度、日降水量、日平均風(fēng)速、日相對濕度;利用雙線性插值法將RegCM3模式數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得到1971—2000年逐日站點(diǎn)的模式數(shù)據(jù);用1971—2000年歷史數(shù)據(jù)與模式數(shù)據(jù)的插值,對黃淮海區(qū)域1951—2070年0.25°×0.25°的模式數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正(冶明珠等,2012)。

1.4研究方法

將1951—2070年的數(shù)據(jù)資料分成4個(gè)時(shí)段進(jìn)行分析,分別為1951—1980、1981—2010、2011—2040、2041—2070。

1.4.1夏玉米生育期的確定

采用5 d滑動平均法確定逐年穩(wěn)定通過10 ℃的初日作為夏玉米的適播期(孫衛(wèi)國,2008;孫孟梅等,1998);夏玉米生長的終止期采用積溫劃定。根據(jù)黃淮海區(qū)域主要農(nóng)業(yè)氣象站點(diǎn)夏玉米各生育期的起止日期,計(jì)算各站點(diǎn)夏玉米各生育期所需積溫,之后將整個(gè)黃淮海區(qū)域取平均值,為了計(jì)算方便,在不影響整體結(jié)果的情況下,對其進(jìn)行取整,具體各生育期積溫指標(biāo)參見表1。

表1黃淮海區(qū)域夏玉米各生育期積溫指標(biāo)

Table 1Accumulated temperature index of summer maize in each growth period in the Huang-Huai-Hai region

℃·d

適播期與夏玉米生長終止期的間隔天數(shù)為夏玉米生長季長度。生長季內(nèi)≥10 ℃的活動積溫反映了夏玉米全生育期對熱量的要求。對≥10 ℃初日、生長季長度及熱量資源按80%保證率(陳群等,2014)取值。指定概率條件下界限值的計(jì)算公式(顏宏等,2002)如下:

x=(1-a)xj+axj+1。

(1)

其中:j為序號,j=p(n+1),j取整數(shù),p為指定概率(又稱保證率,下同),n為記錄個(gè)數(shù);xj做由大到小的排序;a為中間變量,a=p(n+1)-j。

1.4.2溫度適宜度函數(shù)的確定

溫度適宜度計(jì)算公式(馬樹慶,1996)如下:

(2)

其中:T為不同生育期內(nèi)日平均氣溫,T0、T1、T2分別為夏玉米不同生育期內(nèi)生長發(fā)育所需的最適、下限和上限溫度(表2)(信乃詮等,1999)。

表2黃淮海區(qū)域夏玉米各生育期三基點(diǎn)溫度

Table 2Three fundamental temperature points in each growth period of summer maize in the Huang-Huai-Hai region

℃

1.4.3變異系數(shù)

變異系數(shù)CV(Coefficient of Variation)是根據(jù)變量平均值的離散程度大小,來客觀地對其賦權(quán)(羅良清和魏和清,2011)。本文以黃淮海區(qū)域夏玉米不同發(fā)育期的溫度適宜度的變異系數(shù)來表示其穩(wěn)定情況。計(jì)算公式如下:

(3)

2結(jié)果與分析

發(fā)育期內(nèi)≥10 ℃積溫的變化反應(yīng)了夏玉米對熱量資源的需求,在農(nóng)業(yè)氣象上,本文以穩(wěn)定通過10 ℃的初日為夏玉米適播期,根據(jù)積溫條件依次確定1951—2070年夏玉米的播種、出苗、抽雄和成熟日期。由式(2)、(3)分別計(jì)算得到1951—2070年4個(gè)不同時(shí)段夏玉米不同生育階段的溫度適宜度及其變異系數(shù)。

2.1黃淮海區(qū)域熱量資源變化特征

2.1.1黃淮海區(qū)域夏玉米生育期內(nèi)≥10 ℃積溫

由圖2可以看出,黃淮海區(qū)域≥10 ℃積溫呈現(xiàn)由北向南依次增加的趨勢,且隨著時(shí)間的推移,整個(gè)黃淮海區(qū)域≥10 ℃積溫呈增加趨勢。

1951—1980年(簡稱P1),除河北中部、北京北部和河南西部小部分區(qū)域,其他區(qū)域≥10 ℃積溫均大于3 600 ℃·d;相對于P1,1981—2010年(簡稱P2)安徽北部和河南東南部≥10 ℃積溫在4 600 ℃·d以上的區(qū)域面積有所擴(kuò)大;相對于P2,2011—2040年(簡稱P3)黃淮海區(qū)域除河北西部和北部、北京北部、河南西部、山東中部和東部,大部分區(qū)域≥10 ℃積溫增加到4 600 ℃·d以上;相對于P3,2041—2070年(簡稱P4)黃淮海區(qū)域≥10 ℃積溫大部分已達(dá)4 600 ℃·d以上,其中河南西南部和北部的小部分區(qū)域、山東西部、安徽北部增加到5 600 ℃·d以上。

2.1.2黃淮海區(qū)域80%保證率下日平均氣溫≥10 ℃初日

圖2　黃淮海區(qū)域夏玉米生育期內(nèi)≥10 ℃積溫　　a.1951—1980年;b.1981—2010年;c.2011—2040年;d.2041—2070年Fig.2　The accumulated temperature of 10 ℃ in the maize growth season in the Huang-Huai-Hai region:(a)1951—1980;(b)1981—2010;(c)2011—2040;(d)2041—2070

圖3　黃淮海區(qū)域80%保證率下日平均氣溫≥10 ℃初日(儒略日)a.1951—1980年;b.1981—2010年;c.2011—2040年;d.2041—2070年Fig.3　The first day daily average temperature≥10 ℃ with a guaranteed rate of 80% in the Huang-Huai-Hai region(Julian days):(a)1951—1980;(b)1981—2010;(c)2011—2040;(d)2041—2070

圖4　黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度a.1951—1980年;b.1981—2010年;c.2011—2040年;d.2041—2070年Fig.4　Temperature suitability of summer maize in the stage of seeding to emergence in the Huang-Huai-Hai region:(a)1951—1980;(b)1981—2010;(c)2011—2040;(d)2041—2070

如圖3所示,黃淮海區(qū)域80%保證率下日平均溫度≥10 ℃的初日呈現(xiàn)由北向南逐漸提前的趨勢,隨時(shí)間推移,黃淮海區(qū)域80%保證率下日平均溫度≥10 ℃的初日整體呈現(xiàn)提前趨勢。P1黃淮海區(qū)域≥10 ℃初日大部分在3月中下旬及以后,河北北部≥10 ℃初日出現(xiàn)最晚,達(dá)4月中上旬。相對于P1,P2河北東南部、山東中部≥10 ℃初日提前了18 d左右,達(dá)3月中下旬。相對于P2,P3黃淮海區(qū)域≥10 ℃初日變化不大。相對于P3,P4黃淮海區(qū)域≥10 ℃初日有所提前,在3月中下旬范圍的區(qū)域面積有所擴(kuò)大,包括安徽北部、江蘇北部、河南中部和北部、山東全部、河北南部、北京南部和天津全部,河南南部和安徽西北部≥10 ℃初日達(dá)2月下旬或3月上旬。

2.2黃淮海區(qū)域夏玉米不同生育期的溫度適宜度及變異系數(shù)

2.2.1播種—出苗期

從圖4可以看出,黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度隨時(shí)間整體呈逐漸上升的趨勢。P1黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度大部分在0.31～0.40之間。其中河北、天津、山東東部較低,在0.3以下。安徽北部局部地區(qū)溫度適宜度較高,達(dá)0.41～0.50;相對于P1,P2黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度變化不大,其中江蘇東部和安徽北部局部地區(qū)下降了0.1左右,山東西部局部地區(qū)上升了0.1左右;相對于P2,P3黃淮海區(qū)域的溫度適宜度有所上升,大部分在0.3以上,其中河北中西部、山東中北部達(dá)0.4以上,說明在該時(shí)段內(nèi)黃淮海區(qū)域播種—出苗期的溫度條件更適宜于夏玉米的生長;相對于P3,P4年黃淮海區(qū)域的溫度適宜度繼續(xù)上升,大部分區(qū)域達(dá)到了0.4以上,根據(jù)上文得出的該時(shí)間段內(nèi)積溫增加的結(jié)論,由于夏玉米從播種到出苗所需要的積溫是固定值,若該時(shí)間段內(nèi)的積溫增加,將更利于夏玉米該階段的生長,夏玉米該階段所需的生長時(shí)間將會縮短,溫度適宜度將會升高。

圖5為黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度變異系數(shù),可以看出:P1,黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度變異系數(shù)大部分在0.26～0.50之間,河南中東部和山東東南部局部地區(qū)變異系數(shù)較大,說明該時(shí)段內(nèi),上述區(qū)域的溫度適宜度有所波動,應(yīng)注意密切關(guān)注溫度變化,以及時(shí)采取應(yīng)對措施;相對于P1,P2黃淮海大部分區(qū)域的溫度適宜度變異系數(shù)有所下降,河北南部、山東中西部、河南大部、江蘇和安徽北部下降了0.1左右,其中山東東南部小部分區(qū)域下降了0.35左右,說明該時(shí)間段內(nèi)黃淮海區(qū)域的溫度適宜度相對穩(wěn)定;相對于P2,2011—2070年黃淮海區(qū)域的溫度適宜度變異系數(shù)持續(xù)上升,幅度在0.15左右。

2.2.2出苗—抽雄期

從圖6可以看出,黃淮海區(qū)域夏玉米出苗—抽雄期的溫度適宜度整體高于播種—出苗期,且時(shí)間上呈先降后升的分布趨勢。P1,黃淮海區(qū)域夏玉米出苗—抽雄期的溫度適宜度大部分在0.61～0.70之間,其中河北中西部、河南西部、山東中東部、江蘇東北部溫度適宜度較低,在0.6以下;相對于P1,P2黃淮海區(qū)域除河北中部、河南西南部、安徽北部局部地區(qū),其它區(qū)域的溫度適宜度均下降0.1左右;相對于P2,P3整個(gè)黃淮海區(qū)域夏玉米出苗—抽雄期的溫度適宜度有明顯上升,幅度達(dá)0.1～0.2,大部分區(qū)

圖5　黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度變異系數(shù)a.1951—1980年;b.1981—2010年;c.2011—2040年;d.2041—2070年Fig.5　CV of temperature suitability of summer maize in the stage of seeding to emergence in the Huang-Huai-Hai region:(a)1951—1980;(b)1981—2010;(c)2011—2040;(d)2041—2070

圖6　黃淮海區(qū)域夏玉米出苗—抽雄期的溫度適宜度a.1951—1980年;b.1981—2010年;c.2011—2040年;d.2041—2070年Fig.6　Temperature suitability of summer maize in the stage of emergence to heading in the Huang-Huai-Hai region:(a)1951—1980;(b)1981—2010;(c)2011—2040;(d)2041—2070

域在0.6以上,其中河北南部、河南、山東北部達(dá)0.7以上;相對于P3,P4黃淮海區(qū)域的溫度適宜度變化不大,主要表現(xiàn)為河北中部、山東西部有0.1左右的上升。

圖7為黃淮海區(qū)域夏玉米出苗—抽雄期的溫度適宜度變異系數(shù),由圖可知:P1,黃淮海區(qū)域夏玉米出苗—抽雄期的溫度適宜度變異系數(shù)大部分在0.2以下,其中河北中部、河南西南部、山東東南部、安徽北部和江蘇東北局部較高,達(dá)0.21～0.30,河北中部小部分區(qū)域較小,在0.15以下;相對于P1,P2黃淮海大部分區(qū)域的溫度適宜度變異系數(shù)有所下降,河南西南部和安徽北部下降幅度較大,達(dá)0.05～0.10,說明該時(shí)段內(nèi),上述區(qū)域溫度適宜度波動較小;相對于P2,P3黃淮海區(qū)域內(nèi)河南南部、安徽北部和江蘇西北部溫度適宜度變異系數(shù)上升0.05～0.10,未來情景下,上述區(qū)域應(yīng)根據(jù)具體溫度變化,合理調(diào)整種植制度,河北中部、山東東南部、江蘇東北部下降0.05左右,其它區(qū)域變化不大;相對于P3,P4黃淮海區(qū)域的溫度適宜度變異系數(shù)有0.05左右的下降,除河南西部、安徽西北局部,大部分區(qū)域在0.2以下,說明該時(shí)間段的夏玉米溫度適宜度相對穩(wěn)定。

2.2.3抽雄—成熟期

從圖8可以看出,黃淮海區(qū)域夏玉米抽雄—成熟期的溫度適宜度整體高于出苗—抽雄期,時(shí)間上呈現(xiàn)2010年前較穩(wěn)定、未來情景下逐漸下降趨勢,空間上呈現(xiàn)2010年之前北低南高、未來情景下中部低四周高的分布趨勢。1951—2010年,黃淮海區(qū)域除河北北部局部區(qū)域,其他大部分區(qū)域夏玉米抽雄—成熟期的溫度適宜度在0.85以上,說明該階段溫度條件能夠基本滿足夏玉米抽雄—成熟期的溫度要求;相對于P2,在未來情景下,P3河北、北京南部、天津大部、河南東北部、山東西北部溫度適宜度

圖7　黃淮海區(qū)域夏玉米出苗—抽雄期的溫度適宜度變異系數(shù)a.1951—1980年;b.1981—2010年;c.2011—2040年;d.2041—2070年Fig.7　CV of temperature suitability of summer maize in the stage of emergence to heading in the Huang-Huai-Hai region:(a)1951—1980;(b)1981—2010;(c)2011—2040;(d)2041—2070

圖8　黃淮海區(qū)域夏玉米抽雄—成熟期的溫度適宜度a.1951—1980年;b.1981—2010年;c.2011—2040年;d.2041—2070年Fig.8　Temperature suitability of summer maize in the stage of heading to maturity in the Huang-Huai-Hai region:(a)1951—1980;(b)1981—2010;(c)2011—2040;(d)2041—2070

有所下降,在0.15～0.20,其他區(qū)域基本在0.85以上;P4,黃淮海區(qū)域整體呈下降趨勢,其中河北南部、北京、天津、河南大部、山東中西部、安徽、江蘇北部下降幅度較明顯,達(dá)0.15～0.30,尤以河北南部、山東西北部最為明顯。

圖9為黃淮海區(qū)域夏玉米抽雄—成熟期的溫度適宜度變異系數(shù),結(jié)合圖8可以看出,該時(shí)間段夏玉米抽雄—成熟期的溫度適宜度變異系數(shù)時(shí)空變化時(shí)間上呈現(xiàn)2010年前較穩(wěn)定、未來情景下逐漸上升的趨勢。1951—2010年,黃淮海區(qū)域夏玉米抽雄—成熟期的溫度適宜度變異系數(shù)基本在0.2以下,說明該時(shí)間段溫度適宜度波動極小。在未來情景下,2011—2070年,黃淮海區(qū)域除河北南部、天津西南部、北京大部、河南東北部和山東西北部溫度適宜度變異系數(shù)持續(xù)上升,應(yīng)密切注意未來情景下的溫度條件,以應(yīng)對夏玉米抽雄—成熟期的溫度需求。其它區(qū)域的溫度適宜度變異系數(shù)基本維持在0.2以下。

圖9　黃淮海區(qū)域夏玉米抽雄—成熟期的溫度適宜度變異系數(shù)a.1951—1980年;b.1981—2010年;c.2011—2040年;d.2041—2070年Fig.9　CV of temperature suitability of summer maize in the stage of heading to maturity in the Huang-Huai-Hai region:(a)1951—1980;(b)1981—2010;(c)2011—2040;(d)2041—2070

3結(jié)論和討論

黃淮海區(qū)域干濕季節(jié)分明,熱量資源對于夏玉米的生長發(fā)育尤為重要。本文在氣候變化的背景下針對性地研究了黃淮海區(qū)域熱量資源以及夏玉米溫度適宜度及其變異,為提高氣候資源利用效率、促進(jìn)夏玉米合理種植提供了科學(xué)依據(jù)。

1)黃淮海區(qū)域≥10 ℃積溫呈現(xiàn)由北向南依次增加的趨勢,且隨時(shí)間推移,整個(gè)黃淮海區(qū)域≥10 ℃積溫呈增加趨勢。

2)黃淮海區(qū)域80%保證率下日平均溫度≥10 ℃的初日呈現(xiàn)由北向南逐漸提前的趨勢,且隨時(shí)間推移,整體呈提前趨勢。

3)黃淮海區(qū)域夏玉米播種—出苗期的溫度適宜度隨時(shí)間整體逐漸上升的變化趨勢,該生育期的溫度適宜度變異系數(shù)隨時(shí)間呈降—升—降的變化趨勢;出苗—抽雄期的溫度適宜度時(shí)間上呈先降后升的變化趨勢,該生育期的溫度適宜度變異系數(shù)隨時(shí)間呈降—升—降的變化趨勢;抽雄—成熟期空間上呈現(xiàn)2010年前北低南高、未來情景下中部低四周高的分布趨勢,時(shí)間上呈2010年前較穩(wěn)定、未來情景下逐漸下降的變化趨勢,該生育期的溫度適宜度變異系數(shù)隨時(shí)間呈2010年前較穩(wěn)定、未來情景下逐漸上升的變化趨勢。

4)黃淮海區(qū)域夏玉米溫度適宜度從播種—出苗期—出苗—抽雄期—抽雄—成熟期呈依次上升趨勢,其變異系數(shù)呈依次下降趨勢,二者呈反相位的變化關(guān)系。

目前關(guān)于氣候變化對作物影響方面的研究很多,主要側(cè)重于對作物播種期和生育期的變化、產(chǎn)量以及作物種植結(jié)構(gòu)變化的影響方面,而且大多側(cè)重于對歷史事實(shí)的檢測,而對未來黃淮海區(qū)域夏玉米溫度適宜度狀況及其變異情況尚缺乏系統(tǒng)研究。因此,研究未來情景下黃淮海區(qū)域夏玉米溫度適宜度時(shí)空演變趨勢及其波動情況,對充分利用氣候資源,指導(dǎo)黃淮海區(qū)域夏玉米生產(chǎn)具有重要意義和價(jià)值。在氣候變暖背景下,夏玉米的品種和耕作制度將會有一定變化,夏玉米的生長發(fā)育過程也將發(fā)生變化。目前關(guān)于夏玉米適宜度的研究主要在區(qū)域氣候模式數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,并結(jié)合現(xiàn)有品種的生理指標(biāo)進(jìn)行的,因此通過結(jié)合田間試驗(yàn)和未來品種夏玉米的預(yù)測指標(biāo)進(jìn)行夏玉米適宜度的研究是未來研究的方向。

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Based on the daily meteorological data of 90 stations for the period 1971 to 2000 and daily 0.25°×0.25° gridded meteorological data under the A1B climate scenario(1951—2070) extracted from the regional climate model RegCM3 released by the National Climate Center,a temperature suitability and coefficient of variation(CV) model for the Huang-Huai-Hai region was built,combing with the growth demand of summer maize for temperature.The spatial and temporal variations of thermal resources,summer maize temperature suitability and its CV in the Huang-Huai-Hai region for the period 1951—2070 were analyzed.The Huang-Huai-Hai area has distinct dry and wet seasons.The heat resources are particularly important for the growth of summer maize.The analysis of this region in this paper,against the background of climate change,is aimed at improving the efficiency of the utilization of climate resources,and providing a scientific basis for summer maize planting.The results showed that:

(1)The accumulated temperature of 10 ℃ with a guaranteed rate of 80% in the Huang-Huai-Hai region showed a gradually increasing trend from north to south,increasing over time.(2)The first day of 10 ℃ with a guaranteed rate of 80% in the Huang-Huai-Hai region showed a gradually increasing trend from north to south,advancing over time.(3)In the stage of seeding to emergence,the temperature suitability showed a trend of rising firstly and then falling,with the CV falling firstly and then rising over time.In the stage of emergence to heading,a falling-rising-falling trend was apparent,with the CV showing a falling-rising-falling-rising trend over time.In the stage of heading to maturity,spatially,the temperature suitability was higher in the south than the north before 2010,but showed a future pattern of being higher in the center than the surroundings.Temporally,it was stable before 2010,but showed a falling followed by rising pattern for the future,which was opposite to the pattern for the CV.(4)The temperature suitability and CV fluctuated in positive phase with time from seeding to maturity.

To date,most research on summer maize suitability has mainly been based on regional climate model data,combined with physiological indexes of existing varieties,which mainly focus on the change in seeding time,growth period,yield,and the effect of crop planting structure by analyzing existing dates.Crucially,there remains a lack of systematic research on the variation of summer maize temperature suitability in the future.Therefore,combining field results with future projections,such as the present work in the Huang-Huai-Hai region,may be the most appropriate research direction moving forwards.This study of the spatiotemporal trends of summer maize temperature suitability and its variation under a future climate scenario in the Huang-Huai-Hai region should help to make full use of climate resources,which may also guide the production of summer maize in the region and provide important information for decision-makers.

summer maize;thermal resources;temperature suitability;coefficient of variation

(責(zé)任編輯：孫寧)

Thermal resources and summer maize temperature suitability in the Huang-Huai-Hai region under future climate change

LI Meng1,2,SHEN Shuanghe1,2,LYU Houquan3,HAN Yan4,CHU Ronghao1,SHA Xiuzhu5

1CollegeofAppliedMeteorology,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China;2KeyLaboratoryofMeteorologicalDisasters,MinistryofEducation(KLME)/JointInternationalResearchLaboratoryofClimateandEnvironmentChange(ILCEC)/CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters(CIC-FEMD)/JiangsuKeyLaboratoryofAgriculturalMeteorology,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China;3NationalMeteorologicalCenterofChinaMeteorologicalAdministration,Beijing100081,China;4CollegeofEnvironmentandPlanning,HenanUniversity,Kaifeng475004,China;5WeatherModificationLeadingGroupOfficeofHenanProvince,Zhengzhou450003,China

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20150611001

引用格式:李萌,申雙和,呂厚荃,等.2016.氣候變化情景下黃淮海區(qū)域熱量資源及夏玉米溫度適宜度[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),39(3):391-399.

LiM,ShenSH,LyuHQ,etal.2016.ThermalresourcesandsummermaizetemperaturesuitabilityintheHuang-Huai-Hairegionunderfutureclimatechange[J].TransAtmosSci,39(3):391-399.doi:10.13878/j.cnki.dqkxxb.20150611001.(inChinese).

*聯(lián)系人，E-mail:yqzhr@nuist.edu.cn