厄爾尼諾事件對冀中地區(qū)氣候及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響
——以河北省保定市為例

魏麗欣，王蓉蓉，張良玉*，王歡，王志超，安海濤

（1.保定市氣象局，河北 保定 071000；2.保定市徐水區(qū)氣象局，河北 徐水 072550）

厄爾尼諾是指赤道中、東太平洋海面溫度大范圍持續(xù)偏暖的現(xiàn)象，也是氣候系統(tǒng)年際氣候變化中的最強信號[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在大自然環(huán)境中進行，是受自然災害影響最大的產(chǎn)業(yè)，而農(nóng)業(yè)自然災害造成的經(jīng)濟損失中有80%以上是農(nóng)業(yè)氣象災害造成的[2]。農(nóng)業(yè)收成的豐歉在很大程度上取決于當年農(nóng)業(yè)氣象災害的嚴重程度[3]。厄爾尼諾是通過影響全球的大氣環(huán)流，引起大范圍的氣候異常，導致農(nóng)業(yè)氣象災害，影響農(nóng)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成[4]。許多學者對厄爾尼諾現(xiàn)象給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的影響進行了研究，高蘋等[5]研究了1997～1998年厄爾尼諾對江蘇農(nóng)業(yè)氣象災害的影響；周楠等[6]對超強厄爾尼諾與寧夏氣候的關聯(lián)性進行了分析；馬清霞等[7]研究了超強厄爾尼諾事件對內(nèi)蒙古氣候及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；陳朝基[8]研究了甘肅農(nóng)作物受旱面積與厄爾尼諾的關系；景毅剛[9]研究了ENSO現(xiàn)象與陜西省夏糧豐歉年景的關系；劉明竑等[10]研究了超強厄爾尼諾事件對中國東部春夏季極端降水頻率的影響；張鵬飛等[11]研究了厄爾尼諾事件對山西省降水的影響；徐靜等[12]分析了青海省氣候變化與厄爾尼諾的關系。

保定市位于中緯度地區(qū)，屬暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候，降水集中，雨熱同季，適宜多種農(nóng)作物生長，是河北省重要的糧食生產(chǎn)基地。由于該地區(qū)地形復雜，存在生態(tài)脆弱區(qū)，氣象災害（干旱、洪澇災害、低溫凍害等）頻繁，因此，迫切需要明確保定市氣候異常與厄爾尼諾現(xiàn)象的關系，旨為防御氣象災害，保障糧食安全提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來源

農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)主要來源于《保定經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》，獲取的指標包括糧食產(chǎn)量（小麥和玉米）、農(nóng)業(yè)氣象災害數(shù)據(jù)；氣象資料來源于保定市各縣（市）地面氣象觀測站，指標包括研究區(qū)域年均氣溫、年均降水量。

1.2 方法

厄爾尼諾事件等級劃分參照GB/T 33666—2017[13]。

采用線性趨勢和Mann-Kendall（M-K）檢驗方法，分析1988～2018年保定地區(qū)氣溫和降水的變化趨勢以及突變情況；利用不同季節(jié)的氣溫、降水距平，分析厄爾尼諾年對保定地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。采用GIS反距離權(quán)重法差值，分析1988～2018年保定地區(qū)各縣（市）氣溫和降水變化幅度的空間分布特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 保定地區(qū)厄爾尼諾事件分析

根據(jù) GB/T 33666—2017[13]，1988～2018 年保定地區(qū)厄爾尼諾事件共發(fā)生8次（表1），其中，中級強度4次，弱、超強級強度均為2次。2014～2016年的厄爾尼諾事件具有持續(xù)時間長、各指標值均為統(tǒng)計年份最高值的特點；厄爾尼諾事件發(fā)生時期的峰值多出現(xiàn)在冬季。

2.2 保定地區(qū)氣候變化特征

2.2.1 氣溫變化特征 1988～2018年保定地區(qū)年均氣溫呈上升趨勢（圖1），平均增幅為0.25℃/10 a，較全國平均增長水平 （0.22 ℃/10 a） 偏高[14～16]。1988～1996年氣溫偏低并出現(xiàn)波動，1997年至今氣溫明顯上升，其中2010～2013年出現(xiàn)波動。2次超強厄爾尼諾事件的終止年（1998年、2016年）氣溫均明顯上升。弱、中級東部型厄爾尼諾事件的氣溫呈上升趨勢，中部型呈下降趨勢，其中2009～2010年氣溫下降顯著。M-K檢驗結(jié)果顯示，2次超強厄爾尼諾事件UF（K）與UB（K）相交，且交點在臨界線之間，隨后氣溫明顯上升，并在0.01水平上達到顯著。數(shù)據(jù)顯示，1997年和2014年為氣溫突變的開始時間，氣溫的突變年與厄爾尼諾年耦合。

表1 1988耀2018年保定地區(qū)厄爾尼諾事件的發(fā)生情況Table 1 The occurrence of El Nino Event in Baoding from 1988 to 2018

圖1 1988耀2018年保定地區(qū)年均氣溫的線性回歸方程 (a)與M-K檢驗 (b)Fig.1 Linear regression equation(a)and M-K test(b)of annual mean temperature in Baoding from 1988 to 2018

2.2.2 降水變化特征 1988～2018年保定地區(qū)年降水量呈下降趨勢（圖2），平均降幅約為2.8 mm/a，較全國平均水平 （0.149～0.116 mm/10 a） 偏大[17]。1997 年之后降水量明顯下降。2次超強厄爾尼諾事件起始年降水量顯著下降，翌年降水有所增加。弱、中級中部型厄爾尼諾發(fā)生年降水增長趨勢明顯。M-K檢驗結(jié)果顯示，降水量變化分為波動變化（1988～1997年）和下降趨勢（1998～2018年）2個階段。2次超強厄爾尼諾事件的UF（K）與UB（K）相交，降水量明顯下降，且在0.05水平上達到顯著。數(shù)據(jù)顯示，1997年降水突變年與厄爾尼諾年耦合。

2.3 氣溫和降水變化趨勢的空間分布情況

保定市年平均氣溫變化的空間分布較為明顯，增長趨勢總體由東向西逐漸增強，其中唐縣和安國增溫幅度較大。保定市（清苑觀測站）與區(qū)域整體不同步，由于遷站原因，氣溫出現(xiàn)了降溫趨勢。整體而言，西部增溫幅度大，東部增溫幅度較小，其中雄安新區(qū)和涿州增幅很小。降水量變化空間分布呈由北向南逐漸減弱的態(tài)勢。滿城、徐水、易縣降水減少幅度較大，達 50～60 mm/10 a（圖3）。數(shù)據(jù)顯示，保定西部暖干趨勢最為顯著，東部偏干但升溫不明顯。

圖2 1988耀2018年保定地區(qū)年降水量的線性回歸方程（a）與M-K檢驗（b）Fig.2 Linear regression equation （a） and M-K test（b） of annual precipitation in Baoding from 1988 to 2018

圖3 1988耀2018年保定市各縣（市）每10 a的年均氣溫變化幅度（a）和降水變化幅度（b）Fig.3 The change range of annual average temperature per decade（a） and precipitation （b） in each county of Baoding from 1988 to 2018

2.4 厄爾尼諾事件對保定地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

2.4.1 厄爾尼諾事件對積溫的影響分析 4～9月的≥10℃活動積溫是影響農(nóng)作物生長的主要因素之一[18]。2次超強級厄爾尼諾事件熱量條件充足，有利于作物生長。其中，1997～1998年活動積溫較常年偏高40～88℃，2014～2016年較常年偏高34～127℃。弱、中級厄爾尼諾事件活動積溫較常年偏低。

圖4 1988耀2018年保定地區(qū)不同季節(jié)的氣溫距平Fig.4 Temperature anomaly in different seasons in Baoding from 1988 to 2018

2.4.2 厄爾尼諾事件年的冬、春季氣候變化分析 2次超強級厄爾尼諾事件年冬季氣溫偏高0.2～1.4℃，降水偏少；春季氣溫偏高0.3～2.2℃，翌年春季降水較常年多10.8～17.9 mm（圖4和5），其中1998年的病蟲害災情發(fā)生率是1997年的1.9倍（表2）。弱、中級厄爾尼諾事件年冬季氣溫偏低，降水偏少；2009～2010年冬季出現(xiàn)了大范圍降雪，深度達到7～13 cm，設施農(nóng)業(yè)損失嚴重。綜上所述，厄爾尼諾事件對保定地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有嚴重影響。

圖5 1988耀2018年保定地區(qū)不同季節(jié)的降水距平Fig.5 Precipitation anomaly in different seasons in Baoding from 1988 to 2018

表2 典型厄爾尼諾年的糧食作物產(chǎn)量變化及災情Table 2 Changes of grain crops yield and disasters in typical El Nino years

2.4.3 厄爾尼諾事件年的夏、秋季氣候變化分析 不同等級厄爾尼諾事件年的夏、秋季氣候變化差異較大。2次超強級厄爾尼諾事件夏季氣溫偏高0.2～1.4℃，降水偏少22.8～45.8 mm，其中，1997年高溫程度和持續(xù)天數(shù)均為統(tǒng)計年份同期極值；秋季降水偏多，氣溫偏高。弱、中級厄爾尼諾事件年氣溫波動變化，其中2015年11月氣溫較常年低0.8℃，降水天數(shù)9～16 d，與歷史同期相比，月降水量偏多2.9倍，陰濕天氣較長。罕見低溫寡照天氣嚴重影響了設施蔬菜的品質(zhì)和產(chǎn)量[19～22]，不利于設施作物的生長。

2.4.4 農(nóng)業(yè)災害與糧食產(chǎn)量分析 2次超強級厄爾尼諾事件造成研究區(qū)域的旱災面積比例分別達到72%和96%，較前一年受災面積比例分別增長了30和42倍。其中，1998年發(fā)生風雹災相對較多，小麥、玉米減產(chǎn)明顯；2015年旱情發(fā)生嚴重，秋糧減產(chǎn)明顯；2016年洪澇災害較前一年增長了24倍。弱、中級厄爾尼諾事件年，旱災、風雹災害發(fā)生較多。2002年夏季氣溫較低，風雹災害導致夏秋糧不同程度的減產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

對保定地區(qū)1988～2018年年均氣溫和降水進行匯總與分析，得到以下結(jié)論：（1）該地區(qū)出現(xiàn)厄爾尼諾事件共計8次，其中，超強級2次，中級4次，弱級2次。（2）保定地區(qū)氣溫呈上升趨勢，降水量呈下降趨勢，且通過M-K檢驗。氣溫、降水突變年與厄爾尼諾年耦合。（3）保定市年平均氣溫空間分布由東向西逐漸增強，降水量變化空間分布由北向南逐漸減弱。保定西部暖干趨勢最為顯著；東部偏干，但升溫不明顯。（4）不同等級的厄爾尼諾事件年，4個季節(jié)的氣候變化差異較大。且厄爾尼諾事件發(fā)生年農(nóng)業(yè)災害發(fā)生比例增加，造成當年夏秋糧減產(chǎn)。

氣溫和降水是農(nóng)作物生長的重要因素，直接影響農(nóng)作物的生長態(tài)勢和最終產(chǎn)量[23～28]。厄爾尼諾對全球許多地區(qū)的氣溫、降水有顯著影響，應高度重視厄爾尼諾事件發(fā)生對農(nóng)業(yè)突發(fā)災害的影響，提高應對與控制能力。保定市作為農(nóng)業(yè)大市，存在防災減災能力薄弱的特點[29]，各部門應按照“預防為主，防抗救相結(jié)合”的方針，根據(jù)氣象部門短期氣候預測及中短期天氣預報來指導生產(chǎn)與工作，以達到趨利避害的目的。同時加強科普宣傳，強化公眾認知厄爾尼諾現(xiàn)象導致災害的重要性，增強防災減災意識，爭取農(nóng)業(yè)優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)。