石河子地區(qū)近50年各界限溫度初終日變化特征分析

田 苗，向 導(dǎo)

（1.石河子市氣象站，新疆 石河子 832000；2.烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗站）

農(nóng)業(yè)界限溫度是熱量資源的一種表達(dá)形式，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有指示或臨界意義。日平均氣溫穩(wěn)定通過 0 ℃、5 ℃、10 ℃、15 ℃和 20 ℃界限溫度的初、終日期、持續(xù)天數(shù)及其積溫是常用的具有普遍農(nóng)業(yè)意義的熱過指標(biāo)系統(tǒng)。界限溫度的初終日期是用來分析和鑒定一個地區(qū)不同類型作物的可能生長期、可供利用的總熱量、初秋季升降溫的速度等[1－2]，初終日期的確定對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

1 各界限溫度的指示意義

0 ℃界限溫度：日平均氣溫大于0 ℃的持續(xù)期一般稱為農(nóng)耕期，可代表一個地區(qū)廣義的可能生長期或生長季。

5 ℃界限溫度：日平均氣溫在5 ℃以上的持續(xù)時期，稱為植物的生長期。

10 ℃界限溫度：日平均氣溫大于10 ℃的持續(xù)期，稱為喜溫作物的生長期或作物活躍生長期，同時大于10 ℃積溫可用來評價熱量資源對喜溫作物的滿足程度。

15 ℃界限溫度：日平均氣溫大于15 ℃的持續(xù)時期，稱為喜溫作物的活躍生長期。

20 ℃界限溫度：日平均氣溫達(dá)20 ℃以上，是喜溫作物光合作用最適溫度的下限。

2 數(shù)據(jù)來源

本文所采用的數(shù)據(jù)資料選自石河子地區(qū)1961—2015年4 個臺站（石河子站、烏蘭烏蘇站、炮臺站、莫索灣站） 經(jīng)上級部門審核后的資料統(tǒng)計而來。其中，烏蘭烏蘇站是從1964年開始有觀測記錄，故1961—1963年的資料用石河子站的資料代替。

3 研究方法

采用氣候傾向率方法進(jìn)行石河子地區(qū)近50年各界限溫度初終日變化特征分析。

氣候傾向率計算：用yi 代表樣本量為n 的某一氣候變量，用ti 表示y 所對應(yīng)的時間，建立yi 與ti之間的一元線性回歸。根據(jù)一元一次線性方程來表示某一氣候變量隨著時間變化而表現(xiàn)出的趨勢，即：

其趨勢變化率方程為：

其中方程（1）和（2）中的 b、b1 用最小二乘法求得，y（t）為氣象要素，t 為時間（1964—2013年），將 b×10 作為氣候變化傾向變化率，單位為℃/10 a（氣溫變化率）、mm/10 a（降水量變化率）或 h/10 a（日照變化率）。當(dāng) b ＞0 時，表示該氣候要素序列隨時間遞增，當(dāng)b ＜0 時，表示該氣候要素序列隨時間遞減，而且絕對值越大，變化趨勢越明顯。

4 界限溫度初、終日期的變化特征分析

4.1 界限溫度初日變化特征分析

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)各界限溫度的平均初日出現(xiàn)情況（表1），可以分析得出石河子墾區(qū)各區(qū)域≥0 ℃的平均初日出現(xiàn)日期在每年的3月15 ～16日之間，石河子市出現(xiàn)的平均初日較其他區(qū)域要早（3月15日），其中石河子地區(qū)≥0 ℃的平均初日出現(xiàn)在3月16日。石河子墾區(qū)各區(qū)域≥5 ℃平均初日出現(xiàn)日期在每年的3月29 ～31日之間，烏蘭烏蘇較其他區(qū)域要晚（3月31日），就整個地區(qū)而言，平均開始的時間是 3月 30日。每年的 4月 12 ～16日是墾區(qū)各區(qū)域≥10 ℃平均初日出現(xiàn)日期，炮臺出現(xiàn)最早（4月 12日），烏蘭烏蘇出現(xiàn)最晚（4月 16日）?！?5 ℃的平均初日主要開始于每年的5月3 ～5日之間，莫索灣和炮臺出現(xiàn)最早（5月3日），烏蘭烏蘇出現(xiàn)最晚（5月5日）。≥20 ℃的平均初日主要開始于每年的5月28日至6月3日之間，莫索灣和炮臺出現(xiàn)最早 （5月28日），烏蘭烏蘇出現(xiàn)最晚 （6月3日）。總的來說，石河子地區(qū) ≥0 ℃、≥ 5 ℃、≥ 10 ℃、≥15 ℃和≥20 ℃平均初日分別出現(xiàn)在3月中旬、3月底、4月中旬、5月上旬、5月底到 6月初這些時間段內(nèi)，整體上北部區(qū)域的初日較南部區(qū)域要早，說明墾區(qū)北部氣溫較南部要回升的快。

表1 1961—2015年石河子地區(qū)各界限溫度的平均初日出現(xiàn)情況

表2 1961—2015年石河子地區(qū)各界限溫度的平均終日出現(xiàn)情況

4.2 界限溫度終日變化特征分析

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)各界限溫度的平均終日出現(xiàn)情況（表2），可以分析得出石河子墾區(qū)各區(qū)域≥0 ℃的平均終日出現(xiàn)日期在每年的11月7 ～9日之間，石河子市出現(xiàn)的平均終日較其他區(qū)域要晚（11月9日），其中石河子地區(qū)≥0 ℃的平均終日出現(xiàn)在11月8日。石河子墾區(qū)各區(qū)域≥5 ℃平均終日出現(xiàn)日期在每年的10月21 ～23日之間，烏蘭烏蘇和莫索灣出現(xiàn)終日的時間要早 （10月21日），其中石河子地區(qū)≥5 ℃的平均終日出現(xiàn)在10月22日。石河子墾區(qū)各區(qū)域≥10 ℃平均終日出現(xiàn)日期在每年的10月4 ～6日之間，炮臺出現(xiàn)最晚（10月 6日），4 個站點平均的終日出現(xiàn)在 10月 5日。石河子墾區(qū)各區(qū)域≥15 ℃平均終日出現(xiàn)日期在每年的9月15 ～20日之間，烏蘭烏蘇出現(xiàn)最早（9月 15日），炮臺出現(xiàn)最晚（9月 20日），其中石河子地區(qū)≥15 ℃的平均終日出現(xiàn)在9月17日?！?0 ℃平均終日出現(xiàn)日期在每年的8月19 ～23日之間，烏蘭烏蘇出現(xiàn)最早（8月 19日），炮臺出現(xiàn)最晚（8月23日），4 個站點平均的終日出現(xiàn)在 8月 24日。綜上所述，石河子地區(qū)≥ 0 ℃、≥ 5 ℃、≥ 10 ℃、≥ 15 ℃和≥20 ℃的平均終日主要發(fā)生在11月上旬末、10月下旬初、10月上旬中期、9月中旬和8月下旬中期，并且從歷年各界限溫度的平均終日統(tǒng)計情況不難看出，0 ℃和5 ℃界限溫度的終日墾區(qū)南部較墾區(qū)北部出現(xiàn)的要晚，10 ℃、15 ℃和 20 ℃界限溫度的終日墾區(qū)北部較墾區(qū)南部出現(xiàn)的晚。

5 界限溫度初、終日之間持續(xù)日數(shù)的變化特征

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)各界限溫度初終日之間的持續(xù)日數(shù)（表3），可以分析得出近55年石河子地區(qū)各片區(qū)≥0 ℃的持續(xù)日數(shù)在236 ～240 d 之間，莫索灣的持續(xù)日數(shù)最少（236 d），石河子市的持續(xù)日數(shù)最多（240 d），石河子地區(qū)的平均持續(xù)日數(shù)為238 d；石河子地區(qū)各片區(qū)≥5 ℃的持續(xù)日數(shù)在205 ～208 d 之間，烏蘭烏蘇的持續(xù)日數(shù)最少（205 d），石河子市和炮臺的持續(xù)日數(shù)最多（208 d），石河子地區(qū)的平均持續(xù)日數(shù)為207 d；石河子地區(qū)各片區(qū)≥10 ℃的持續(xù)日數(shù)在172 ～177 d 之間，烏蘭烏蘇的持續(xù)日數(shù)最少（172 d），炮臺的持續(xù)日數(shù)最多（177 d），石河子地區(qū)≥10 ℃的平均持續(xù)日數(shù)為175 d；石河子地區(qū)各片區(qū)≥15 ℃的持續(xù)日數(shù)在134 ～ 141 d 之間，烏蘭烏蘇的持續(xù)日數(shù)最少（134 d），炮臺的持續(xù)日數(shù)最多（141 d），石河子地區(qū)≥15 ℃的平均持續(xù)日數(shù)為138 d。4 個站點≥20 ℃的持續(xù)日數(shù)在 78 ～ 93 d 之間，烏蘭烏蘇的持續(xù)日數(shù)最少（78 d），炮臺的持續(xù)日數(shù)最多（93 d），石河子地區(qū)≥ 20 ℃的平均持續(xù)日數(shù)為86 d。綜上所述，除≥0 ℃的持續(xù)日數(shù)外，≥ 5 ℃、≥ 10 ℃、≥ 15 ℃、≥ 20 ℃的持續(xù)日數(shù)炮臺和莫索灣要多于烏蘭烏蘇和石河子市，也就說明墾區(qū)北部各界限溫度的持續(xù)日數(shù)要比墾區(qū)南部多。

表3 1961—2015年石河子地區(qū)各界限溫度初終日之間的持續(xù)日數(shù) d

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)≥0 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢（圖1）可以分析得出，近55年石河子地區(qū)≥0 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)時間最長的是2008年，共有263 d。最少的是1966年，共有202 d。平均持續(xù)日數(shù)最多與最少年份相差61 d。與平均值相比較，有29 個年份要低于平均值，其中1966—1974年這段時間的距平值均為負(fù)。2000年以后只有 2003年、2010年、2011年和2015年的距平值為負(fù)，其他均為正?？傮w來說，石河子地區(qū)≥0 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)向逐年增多的趨勢方向發(fā)展，趨勢變化率為23.23 d/10 a。

圖1 1961—2015年石河子地區(qū)≥0 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)≥5 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢（圖2）可以分析得出，近55年石河子地區(qū)≥5 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)最多為237 d，出現(xiàn)在2013年。持續(xù)日數(shù)最少的是1979年，僅有 183 d。與平均值相比較，有 28 個年份的距平值為負(fù)，1961—1968年和 2000—2005年的距平值均為負(fù)，有27 個年份的距平值為正，2005年以后只有2010年和2015年的距平值為負(fù)，其他均為正。總體來說，石河子地區(qū)≥5 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)呈逐年增多的趨勢，趨勢變化率為21.88 d/10 a。

圖2 1961—2015年石河子地區(qū)≥5 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢

圖3 1961—2015年石河子地區(qū)≥10 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū) ≥10 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢（圖3）可以分析得出，近55年石河子地區(qū)≥10 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)最多，為211 d，出現(xiàn)在1997年。最少的年份是1968年，僅有142 d，最長持續(xù)日數(shù)與最少持續(xù)日數(shù)相差69 d。與平均值比較，有26 個年份要偏低，在20 世紀(jì)60年代這十年間有7 個年份的距平值為負(fù)。2000年以后只有 2003年、2010年、2014年和 2015年的距平值為負(fù)，其他均為正。但從總體趨勢來說，石河子地區(qū)≥10 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)呈逐年增多的趨勢，趨勢變化率為34.75 d/10 a，上升趨勢僅比≥20 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)小。

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū)≥15 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢（圖4）可以分析得出，近55年石河子地區(qū)≥15 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)最多，為166 d，分別出現(xiàn)在2005年和2009年，較多年平均偏高28 d，≥15 ℃持續(xù)日數(shù)最少，為112 d，出現(xiàn)在1985年，較多年平均偏少26 d，平均持續(xù)日數(shù)最多與最少年份相差54 d，其中有28 個年份的距平值為負(fù)，1980年以前有14 個年份的距平值為負(fù)，有27個年份的距平值為正，2000年以后只有2001年、2002年、2006年和 2007年的距平值為負(fù)，其他均為正。但從總體趨勢來說，石河子地區(qū)≥15 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)呈逐年增多的趨勢，趨勢變化率為23.59 d/10 a，上升趨勢比≥0 ℃和≥5 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)大。

圖4 1961—2015年石河子地區(qū)≥15 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢

圖5 1961—2015年石河子地區(qū)≥20 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢

根據(jù)1961—2015年石河子地區(qū) ≥20 ℃初終日之間持續(xù)日數(shù)的變化趨勢（圖5）可以分析得出，近55年石河子地區(qū)≥20 ℃初終日之間的平均持續(xù)日數(shù)最多，為112 d，出現(xiàn)在2008年，較多年平均偏高 26 d，≥ 20 ℃持續(xù)日數(shù)最少，為 56 d，出現(xiàn)在1963年，較多年平均偏少30 d，平均持續(xù)日數(shù)最多與最少年份相差56 d，其中有23 個年份的距平值為負(fù)，1980年以前有11 個年份的距平值為負(fù)，有32個年份的距平值為正，2000年以后只有2001年、2003年、2009年和 2010年的距平值為負(fù)，其他均為正。但從總體變化特征來說，與其它持續(xù)日數(shù)相比，變化率達(dá)到了40.83 d/10 a，表現(xiàn)為顯著。

6 小結(jié)

從歷年各界限溫度的平均初日來看，各界限溫度的初日出現(xiàn)日期越來越早，墾區(qū)北部的初日要明顯早于墾區(qū)南部，從歷年各界限溫度的平均終日統(tǒng)計情況不難看出，0 ℃和5 ℃界限溫度的終日墾區(qū)南部較墾區(qū)北部出現(xiàn)的要晚，10 ℃、15 ℃和20 ℃界限溫度的終日墾區(qū)北部較墾區(qū)南部出現(xiàn)的晚。從各界限溫度初終日之間的持續(xù)日數(shù)來看，持續(xù)的天數(shù)隨著時間的不斷推移越來越長，尤其是20 ℃。偏北區(qū)域與偏南區(qū)域持續(xù)日數(shù)的差距也隨著界限溫度值的加大而拉大。綜上所述，在全球氣候變暖的前提下，石河子地區(qū)的氣候也呈變暖的趨勢。各界限溫度的積溫逐年增多，初終日之間的持續(xù)時間也越來越長，各界限溫度的初日向著越來越早的趨勢發(fā)展，終日朝著越來越晚的趨勢發(fā)展，這對石河子墾區(qū)以棉花為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，在選擇棉花品種的時候，可以根據(jù)不同品種棉花生長期的長短，在品種選取搭配、采取合理種植制度等方面提供氣候決策依據(jù)。