近52 a銅仁市熱量資源變化特征分析

薛 旭，侯雙雙，朱麗萍

(貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)系，貴州 貴陽 550025)

0 引言

熱量資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物生長發(fā)育必需的外界環(huán)境及能量來源，其多寡是影響某一地區(qū)作物種植、生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。熱量資源變化主要受到逐日氣溫變化特征的影響，氣溫上升熱量隨之增加，氣溫降低則熱量隨之減弱。在IPCC第五次評估結(jié)果中，全球地表平均溫度在1880—2012年間出現(xiàn)明顯的增溫趨勢，約為0.85 ℃[1]，中國增溫程度與全球同期相比呈偏高趨勢[2]，部分區(qū)域熱量資源在全球氣候變暖大背景下的變化特征引起了許多學(xué)者的研究興趣[3-10]，同時他們也對貴州省部分區(qū)域的熱量資源變化特征做了一定研究[11-14]。這些研究表明在全球氣候變暖趨勢的大背景下，熱量資源在某種程度上發(fā)生了改變，其變化特征將對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不同的影響。

農(nóng)業(yè)界限溫度是衡量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中熱量資源的重要指標(biāo)，其起止日期、持續(xù)天數(shù)及積溫較大程度決定了適宜種植區(qū)的規(guī)劃、種植制度和品種搭配。常用的界限溫度有：0 ℃、5 ℃、10 ℃、15 ℃和20 ℃[15]。在全球氣候變化的背景下，不同界限溫度下熱量資源隨時間會發(fā)生相應(yīng)變化，這對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及病蟲害帶來新的影響。

銅仁市坐落于貴州省的東北側(cè)，東與懷化市相接壤，北側(cè)緊鄰重慶，介于107°45′～109°30′E，27°07′～29°05′N之間，面積1.8萬km2。屬于季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年均氣溫約16 ℃，年日照時數(shù)約1 200 h，年均降水量約1 300 mm。本文對銅仁市近50 a來 ≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃及≥15 ℃熱量資源變化趨勢特征進(jìn)行分析研究，為當(dāng)?shù)睾侠黹_發(fā)利用農(nóng)業(yè)氣候資源提供依據(jù)。

1 資料和方法

本文使用銅仁市近52 a(1960—2011年)國家氣象觀測站的逐日氣溫數(shù)據(jù)，結(jié)合五日滑動平均方法[16]，利用NCL編程語言分別計算了界限溫度0 ℃、5 ℃、10 ℃和15 ℃的初始日期、終止日期、持續(xù)日數(shù)和積溫，用穩(wěn)定通過0 ℃、5 ℃、10 ℃、15 ℃的初終日來研究銅仁市升溫、降溫快慢緩急，用持續(xù)天數(shù)及積溫來分析銅仁市熱量資源的變化特征。主要應(yīng)用到的方法包括五日滑動平均方法、趨勢分析方法及曼—肯德爾方法[17]，主要用Excel軟件來作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 ≥0 ℃積溫演變趨勢

2.1.1 氣溫≥0 ℃初、終日 銅仁市≥0 ℃平均初日出現(xiàn)在1月4日，其中，最晚出現(xiàn)在2月22日(1964年)，最早為1月1日，早晚相差53 d。從年代際時間尺度而言，上世紀(jì)80、90年代初日出現(xiàn)最早(1月1日)，60年代出現(xiàn)最晚(1月9日)，年代最大差異為9 d。前10 a(1960—1979年)≥0 ℃初日平均為1月8日，而近10 a(1992—2011年)為1月2日，前后相差6 d。

≥0 ℃終日平均為12月28日，終日出現(xiàn)最早在12月22日(1966年)，最遲出現(xiàn)在12月31日，其中，近52 a中，有49 a終日出現(xiàn)在12月30日及31日，早遲間差9 d。年代際變化不明顯，主要在12月28日和29日之間徘徊。

2.1.2 氣溫≥0 ℃持續(xù)日數(shù)、活動積溫 銅仁市持續(xù)日數(shù)平均為360 d，其中1964年持續(xù)時間最短僅為313 d，最長為366 d，早晚間相差53 d。從年代變化來看，80年代持續(xù)日數(shù)時間最長，達(dá)到約364 d， 90年代次之(約363 d)；60、70年代最短(約355 d)，年代差異最大為9 d。此外，前20 a(1960—1979年)≥0 ℃持續(xù)日數(shù)平均為356 d，而近20 a(1992—2011年)平均為363 d，前后相差約7 d。

由≥0 ℃活動積溫變化曲線(圖1a)可見，≥0 ℃積溫平均為6 285.51 ℃·d，其中積溫最強為6 654.0 ℃·d(2006年)，最弱為5 929.17 ℃·d(1964年)，相差724.83 ℃·d?！?°積溫表現(xiàn)為以59.4 ℃ /10 a的速率增強，相關(guān)系數(shù)為0.56(R0.1=0.226)，通過信度檢驗。從年代變化來看，21世紀(jì)初期(2000—2011年)活動積溫最強，達(dá)到約6 431.81 ℃·d，其次為20世紀(jì)90年代(約6 332.40 ℃·d)，再次是80、60年代(依次為6 235.14 ℃·d、6 203.48 ℃·d)；最弱為70年代(約6 195.44 ℃·d)，年代平均相差最大約為196.68 ℃·d。前20 a(1960—1979年)≥0 ℃積溫平均為6 199.46 ℃·d，而近20 a(1992—2011年)平均為6 395.52 ℃·d，前后相差196.06 ℃·d。

用曼—肯德爾法檢測銅仁市≥0 ℃積溫序列的突變，由圖1b可知，自20世紀(jì)70年代初期，銅仁市≥0 ℃的積溫一直持續(xù)增加，70年代末超過0.05信度，表明≥0 ℃積溫的上升趨勢在70年代末期后是顯著的。

圖1 銅仁市1960—2011年氣溫≥0 ℃ (a)積溫歷年變化趨勢曲線，(b)積溫曼-肯德爾曲線(直線為α=0.05的顯著性信度臨界值)Fig.1 Change trend of the (a) accumulated temperature,and (b) Mann-Kendall statistics curve of accumulated temperature with daily temperature above 0 ℃ in Tongren during 1960—2011 (The both straight lines in (b) denote α=0.05significant confidence level.)

2.2 ≥5 ℃積溫演變趨勢

2.2.1 氣溫≥5 ℃初、終日 1960—2011年，銅仁市≥5 ℃平均初日出現(xiàn)在2月15日。其中，2002年初日出現(xiàn)最早(1月1日)，1998年出現(xiàn)最晚(3月24日)，相差84 d。從年代際時間尺度而言，21世紀(jì)初(2000—2011年)最早(2月8日)，上世紀(jì)60、70、90年代次之，80年代出現(xiàn)較晚(2月22日)，年代間平均相差最大為15 d。前20 a(1960—1979年)≥5 ℃平均初日為2月15日，近20 a(1992—2011年)為2月13日，前后相差2 d。

銅仁市≥5 ℃多年平均終日出現(xiàn)在12月20日，其中，2009年出現(xiàn)最早(11月15日)，1980、1988、1992、1996及2000年最晚(12月31日)，相差近47 d。從年代際時間尺度而言， 60和80年代最早(12月17日)，90年代終日最晚(12月25日)，其次是70年代及21世紀(jì)初(2000—2011年)(皆為12月19日)，年代平均相差最大為9 d。前20 a(1960—1979年)≥5 ℃平均終日為12月18日，近20 a(1992—2011年)為12月22日，前后相差4 d。

2.2.2 氣溫≥5 ℃持續(xù)日數(shù)、活動積溫 ≥5 ℃持續(xù)日數(shù)平均為308 d，其中最短為259 d(2009年)，最長為357 d(2002年)，早晚間相差99 d。從年代變化來看，21世紀(jì)初期(2000—2011年)持續(xù)日數(shù)時間最長，達(dá)到約316 d，90年代次之(約311 d)，再次是60、70年代(依次為308 d、307 d)；80年代持續(xù)時間最最短(約299 d)，年代平均相差最大為18 d。前20 a(1960—1979年)平均持續(xù)日數(shù)為307 d，近20 a(1992—2011年)為313 d，前后相差約7 d。

由≥5 ℃活動積溫變化曲線(圖2a)可見，活動積溫平均為5 976.0 ℃·d，最強積溫為6 475.9 ℃·d(2007年)，最弱為5 525.7 ℃·d(1962年)，相差950.24 ℃·d?；顒臃e溫表現(xiàn)為增強的趨勢，變化傾向率為54.8 ℃ /10 a，相關(guān)系數(shù)為0.35(R0.01= 0.31)，超過0.01信度的顯著性檢驗，活動積溫在近幾十年表現(xiàn)為顯著增加趨勢。從年代變化來看，21世紀(jì)初期(2000—2011年)活動積溫最強(6 159.4 ℃·d)，20世紀(jì)90年代次之(約5 989.3 ℃·d)，再次是60、70年代(依次為5 923.4 ℃·d、5 907.3 ℃·d)；最弱為20世紀(jì)80年代(約5 864.2 ℃·d)，年代平均相差最大約為295.1 ℃·d。此外，前20 a(1960—1979年)積溫平均為5 915.4 ℃·d，而近20 a(1992—2011年)平均為6 085.6 ℃·d，前后相差170.2 ℃·d。

用曼—肯德爾法檢測銅仁市≥5 ℃積溫序列的突變，由圖2b可知，自20世紀(jì)70年代初期，≥5 ℃積溫呈增強趨勢。80年代初以后，通過顯著性水平0.05臨界線(Uα=0.05=2.56)，因此，銅仁市≥5 ℃積溫呈顯著上升趨勢。從圖中可知，≥5 ℃積溫是從1972年開始增強的。

圖2 銅仁市1960—2011年氣溫≥5 ℃ (a)積溫歷年變化趨勢曲線，(b)積溫曼-肯德爾曲線(直線為α=0.05的顯著性信度臨界值)Fig.2 Change trend of the (a) accumulated temperature,and (b) Mann-Kendall statistics curve of accumulated temperature with daily temperature above 5 ℃ in Tongren during 1960—2011 (The both straight lines in (b) denote α=0.05significant confidence level.)

2.3 ≥10 ℃積溫演變趨勢

2.3.1 氣溫≥10 ℃初、終日 ≥10 ℃平均初日為3月20日，最早出現(xiàn)在2008年2月28日，最晚為1987年4月13日，早晚相差46 d。從年代際時間尺度而言，21世紀(jì)初(2000—2011年)出現(xiàn)最早(3月13日)，70年代(3月18日)次之，80年代最晚(3月26日)，年代平均最大差異為13 d。1960—1979年期間平均初日為3月19日，近20 a(1992—2011年)為3月17日，相差3 d。

銅仁市≥10 ℃平均終日出現(xiàn)在11月22日，1981年最早(11月4日)，1968、1980年最晚(12月11日)，早晚相差近38 d。70年代出現(xiàn)最早(11月18日)，21世紀(jì)初、60年代最晚(11月24日)，其次是80、90年代(皆為12月23日)，年代平均相差最大為6 d。前20 a(1960—1979年)終日平均為11月21日，近20 a(1992—2011年)平均初日出現(xiàn)在11月23日，前后相差約3 d。

2.3.2 氣溫≥10 ℃持續(xù)日數(shù)、活動積溫 ≥10 ℃持續(xù)日數(shù)平均為248 d，最短為224 d(1996年)，最長為280 d(2008年)，早晚間相差57 d。21世紀(jì)初(2000—2011年)持續(xù)天數(shù)最長達(dá)256 d，60年代次之(約250 d)，最短為20世紀(jì)80年代(約244 d)，年代相差最大為14 d。1960—1979年間持續(xù)天數(shù)平均為248 d，而近20 a(1992—2011年)平均為252 d，前后相差約5 d。

由≥10 ℃活動積溫變化曲線(圖3a)可見，≥10 ℃活動積溫平均為5 412.2 ℃·d，積溫最強為5 965.1 ℃·d(2008年)，最弱為5 025.3 ℃·d(1996年)，相差939.8 ℃·d。以48.9 ℃·d /10a的速率顯著增強，相關(guān)系數(shù)為0.36(R0.01= 0.31)，通過0.01水平的顯著性檢驗。21世紀(jì)初期(2000—2011年)活動積溫最強，達(dá)到約5 613.3 ℃·d， 20世紀(jì)60年代次之(約5 394.0 ℃·d)，再次是90、80年代(依次為5 352.8 ℃·d、5 335.7 ℃·d)；最弱為20世紀(jì)70年代(約5 324.8 ℃·d)，年代差異最大約為288.5 ℃·d。1960—1979年≥10 ℃積溫平均為5 359.4 ℃·d，而近20 a(1992—2011年)平均為5 509.5 ℃·d，前后相差150.1 ℃·d。

用曼—肯德爾法檢測1960—2011年銅仁市≥10 ℃積溫序列的突變，由圖3b可知，≥10 ℃積溫從60年代后期開始增強，于70年代末后期開始通過0.05信度臨界線。因此，≥10 ℃積溫在70年代末后顯著增強。

圖3 銅仁市1960—2011年氣溫≥10 ℃ (a)積溫歷年變化趨勢曲線，(b)積溫曼-肯德爾曲線(直線為α=0.05的顯著性信度臨界值)Fig.3 Change trend of the (a) accumulated temperature,and (b) Mann-Kendall statistics curve of accumulated temperature with daily temperature above 10 ℃ in Tongren during 1960—2011 (The both straight lines in (b) denote α=0.05significant confidence level.)

2.4 ≥15 ℃積溫演變趨勢

2.4.1 氣溫≥15 ℃初、終日 ≥15 ℃平均初日出現(xiàn)在4月15日，最晚出現(xiàn)在1968年5月11日，最早為1974、1975、1998和2004年3月28日，早晚相差45 d。從時間變化曲線圖(圖4a)可知，初日呈提前趨勢，以-2 d/10 a的速率提前，相關(guān)系數(shù)為-0.28(R0.1=- 0.226)，通過0.1信度檢驗，初日提前趨勢較顯著。從年代際時間尺度上而言，70年代出現(xiàn)最早(4月11日)，90年代及21世紀(jì)初期(4月13日)次之，60年代出現(xiàn)最晚(4月23日)，年代最大差異為13 d。前20 a(1960—1979年)平均初日為4月17日，近20 a(1992—2011年)為4月12日，相差6 d。

平均終日出現(xiàn)在10月25日，最晚出現(xiàn)在1998年11月16日，最早為1992年10月3日，早晚相差45 d。從年代際時間尺度來看，80年代出現(xiàn)最早(10月20日)，60、90年代(10月23日)次之，21世紀(jì)初最晚(10月30日)，年代最大差異約為11 d。前20 a平均終日為10月25日，近20 a(1992—2011年)為10月27日，相差3 d。

2.4.2 氣溫≥15 ℃持續(xù)日數(shù)、活動積溫 由銅仁市≥15 ℃持續(xù)日數(shù)變化曲線(圖4b)可見，持續(xù)日數(shù)平均為193 d，1968年持續(xù)時間最短僅為151 d，1998年持續(xù)時間最長達(dá)234 d，早晚相差84 d。持續(xù)天數(shù)呈增加趨勢，以3.3 d/10 a的速率增加，相關(guān)系數(shù)為0.28(R0.1=0.226)，通過0.1信度檢驗，持續(xù)天數(shù)顯著增多。從年代變化來看，21世紀(jì)初(2000—2011年)持續(xù)日數(shù)時間最長，達(dá)到約202 d，其次為70年代(約200 d)，再次是90、80年代(依次為194 d、186 d)；60年代持續(xù)時間最短(約184 d)，年代平均最大相差約19 d。前20 a(1960—1979年)≥15 ℃持續(xù)日數(shù)平均為193 d，而近20 a(1992—2011年)平均為200 d，前后相差約9 d。

由氣溫≥15 ℃積溫變化曲線(圖4c)可見，≥15 ℃活動積溫平均為4 614.9 ℃·d，其中積溫最強為5 505.0 ℃·d(1998年)，最弱為3 767.9 ℃·d(1968年)，相差1 737.1 ℃·d。以79.4 ℃·d/10 a速率增加，相關(guān)系數(shù)為0.35(R0.01=0.31)，通過0.01信度檢驗，積溫顯著增強。從年代變化來看，21世紀(jì)初期(2000—2011年)積溫最強，達(dá)到約4 817.6 ℃·d，其次為20世紀(jì)70年代(約4 690.0 ℃·d)，再次是90、80年代(依次為4 621.1 ℃·d、4 487.6 ℃·d)；最弱為20世紀(jì)60年代(約4 417.5 ℃·d)，年代相差最大約為400.4 ℃·d。前20 a(1960—1979年)≥15 ℃積溫平均為4 553.7 ℃·d，而近20 a(1992—2011年)平均為4 754.8 ℃·d，前后相差201.1 ℃·d。

用曼—肯德爾法檢測銅仁市≥15 ℃積溫序列的突變，由圖4d可知，從20世紀(jì)70年代后期開始，≥15 ℃積溫表現(xiàn)為增強趨勢，在80年代通過0.05信度檢驗，表明80年代積溫增強趨勢是顯著的。

圖4 銅仁市1960—2011年氣溫≥15 ℃ (a)初日、 (b)持續(xù)日數(shù)、(c)積溫歷年變化趨勢曲線及(d)積溫曼—肯德爾曲線Fig.4 Change trend of the (a)beginning date, (b)lasting days, (c)accumulated temperature, and (d) Mann-Kendall statistics curve of accumulated temperature with daily temperature above 15 ℃ in Tongren during 1960—2011 (The both straight lines in (d) denote α=0.05 significant confidence level.)

3 結(jié)論和討論

本文根據(jù)銅仁市近52 a的逐日氣溫資料，分析了該地區(qū)界限溫度0 ℃、5 ℃、10 ℃及15 ℃的起止日期、持續(xù)日數(shù)和積溫的變化特征。結(jié)果表明：銅仁市≥0 ℃積溫均值為6 285.51 ℃·d，最高為6 654.0 ℃·d，最低為5 929.17 ℃·d，以59.4 ℃/10 a的速率顯著增強；≥5 ℃積溫均值為5 976.0 ℃·d，以54.8 ℃/10 a的速率顯著增多?！?0 ℃積溫均值為5 412.2 ℃·d，以48.9 ℃/10 a的速率顯著增強。 ≥15 ℃積溫均值為4 614.9 ℃·d，以79.4 ℃/10 a的速率顯著增強。

1960—2011年后20 a(1992—2011年)的平均值與前20 a(1960—1979年)相比，≥0 ℃持續(xù)日數(shù)增加7 d，積溫增加196.06 ℃·d?！? ℃初日提前2 d，終日推遲4 d，持續(xù)天數(shù)增加7 d，積溫增加170.2 ℃·d；≥10 ℃初日提前3 d，終日推遲3 d，持續(xù)日數(shù)增加5 d，積溫增加150.1 ℃·d?！?5 ℃初日提前6 d，終日延長3 d，持續(xù)日數(shù)增加9 d，積溫增加201.1 ℃·d。

綜上，銅仁市≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃及≥15 ℃初日的提前、終日的推遲、持續(xù)日數(shù)和積溫的增加對當(dāng)?shù)厮?、茶葉及蔬菜等主要農(nóng)產(chǎn)品的種植、生長及產(chǎn)量有重要的影響。農(nóng)業(yè)熱量資源的增多可延長農(nóng)作物的生長期，可適當(dāng)調(diào)整水稻等作物的播種時期，選擇生育期較長的產(chǎn)品，充分利用熱量資源，達(dá)到增產(chǎn)的目的。另外，熱量的增多可能會導(dǎo)致新病蟲害的入侵，加劇病蟲害的發(fā)生幾率，不利于病蟲害的防治，應(yīng)當(dāng)加強病蟲害的監(jiān)測、預(yù)報和防治。