1968-2018年貴州氣溫日較差的時空變化

楊世瓊，曾曉珊，譚 文，左 晉，李忠燕，孫 擎，梁 平

(1.貴州省山地氣候環(huán)境研究所，貴州 貴陽 550002； 2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002； 3.中國氣象科學院，北京 100081； 4.黔東南州氣象局，貴州 凱里 556000)

0 引言

【研究意義】氣溫日較差(DTR)是指一日內最高溫度與最低溫度的差值，其反映全球和區(qū)域性溫度的變化幅度，不僅是全球氣候的一個重要指標[1]，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)品品質形成也具有重要的生態(tài)學意義[2]，在全球氣候變暖的背景下，最高溫度與最低溫度的非對稱性變化已引起國內外學者的極大關注[3-5]，探明1968-2018年貴州氣溫日較差(DTR)的時空變化，對貴州生態(tài)環(huán)境的改善、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植制度的改進和農(nóng)產(chǎn)品質量的提高具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】KARL等[6]最早提出全球變暖主要表現(xiàn)在夜間溫度上升，且最低溫度的上升幅度大于最高溫度，從而導致氣溫日較差呈下降趨勢，該結論得到之后研究結果的證明[7-8]。VOSE等[5]對全球4 000多個站點1950-2004年的日較差數(shù)據(jù)分析指出，全球日較差的下降趨勢以1980年以前為主，此后下降趨勢并不顯著。石巖[9]對1960-2010年我國753個站的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，全國氣溫平均日較差季節(jié)性差異明顯，總體呈下降趨勢，其中華北、西北地區(qū)下降明顯，下降幅度超過0.3℃/10a，平均氣溫日較差大致在1980年由正距平轉為負距平。李腹廣等[10]對1981-2017年貴州省黔西南州的溫度數(shù)據(jù)研究指出，平均最高和最低氣溫均呈明顯上升趨勢，而平均日較差變化趨勢不明顯。馮秀藻等[11]研究指出，晝夜溫度影響作物光合作用和呼吸作用，而晝夜溫差的變化及配比對作物籽粒灌漿、千粒重、糖酸比和干物質分配等具有重要影響。陳建忠等[12]等研究發(fā)現(xiàn)，平均氣溫日較差每上升1℃，玉米的千粒重提高約35 g。楊再強等[13]研究表明，在平均溫度均為18℃時，6℃晝夜溫差較0℃、12℃和18℃晝夜溫差更利于促進番茄的生長及其光合作用。王叢巧[14]研究發(fā)現(xiàn)，晝夜溫差影響鐵皮石斛藥用成分的積累，溫差適宜具有促進作用，溫差過大反而產(chǎn)生抑制作用。王柳等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在影響中國玉米產(chǎn)量變化的主導因子中，平均溫度的權重最大為40%，而平均氣溫日較差為23%，且明顯高于輻射和降水等?！狙芯壳腥朦c】國內氣溫平均日較差變化及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響已有較多研究報道，未見關于貴州全省平均氣溫日較差變化特征的研究報道，亟待探明貴州省氣溫日較差的時空變化?！緮M解決的關鍵問題】采用貴州省1968-2018年氣溫日較差數(shù)據(jù)，分析其平均日較差的時空分布特征及變化趨勢，為貴州生態(tài)環(huán)境的改善、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植制度的改進和農(nóng)產(chǎn)品氣候品質評價提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1968-2018年的日最高(Tmax)與最低溫度(Tmin)數(shù)據(jù)，來源于貴州省84個國家氣象觀測站，各氣象觀測站的分布見圖1。

圖1 貴州省84個國家氣象觀測站的分布情況Fig.1 Distribution of 84 National Meteorological Observation Stations in Guizhou Province

1.2 方法

1.2.1 氣象數(shù)據(jù)預處理 對于缺失少于5 d的氣象資料用歷史同期數(shù)據(jù)進行插補。

1.2.2 指標計算 氣溫日較差(DTR)，可根據(jù)公式DTR=Tmax-Tmin計算各站點的逐日日較差，再計算相應的平均旬、月、季及年日較差。季節(jié)劃分：春季指3-5月，夏季指6-8月，秋季指9-11月，冬季指12月至翌年2月。DTR隨時間的變化，可用一次線性回歸方程來定量描述，即y(t)=a0+a1t，式中，a1×10稱為年傾向率(℃/10a)，年傾向率可表征平均DTR的年際變化趨勢，正值表示呈上升趨勢，負值表示呈下降趨勢，對方程的相關系數(shù)進行顯著性檢驗可確定傾向率的變化趨勢是否顯著，一般來講通過0.05水平的顯著性檢驗即可判定該樣本的變化趨勢顯著。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用MATLAB 2017對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，用Arc map10.3和Excel 2010制圖。

2 結果與分析

2.1 氣溫日較差的旬際、月際和年際變化

2.1.1 旬際與月際 從圖2看出，1968-2018年貴州省旬、月平均氣溫日較差(DTR)的變化特征。旬平均DTR在4月中旬和8月上旬最大，均為9.2℃；1月中旬最小，為5.6℃。月平均DTR在8月最大，為8.9℃；1月最小，為6.1℃；其在1-4月和6-8月呈上升趨勢，4-6月和8-12月呈下降趨勢；春季、夏季、秋季和冬季平均DTR分別為8.4℃、8.2℃、7.6℃和6.5℃；年平均DTR為7.7℃。

圖2 1968-2018年貴州省旬際與月際平均日較差的變化Fig.2 The ten-day and monthly average diurnal temperature range variation in Guizhou Province during 1968—2018

2.1.2 年際與季節(jié) 從圖3看出，1968-2018年貴州省平均氣溫日較差(DTR)的年際變化特征。期間全年、春季、夏季、秋季和冬季的年際變化均呈遞減趨勢，遞減率依次為冬季(-0.157℃/10a)>秋季(-0.135℃/10a)>全年(-0.097℃/10a)>夏季(-0.066℃/10a)>春季(-0.048℃/10a)。51年間平均DTR1971年最大，為8.6℃；2012年最小，為6.6℃，平均為7.7℃，下降趨勢極顯著(P<0.01)。在不同季節(jié)中，春季平均DTR1969年最大，為9.9℃；2014年最小，為7.4℃；平均為8.4℃；下降趨勢不顯著。夏季平均DTR1972年最大，為10.2℃；1998年最小，為7.1℃；平均為8.2℃；下降趨勢不顯著。秋季平均DTR1998年最大,為9.6℃；2012年最小，為6.2℃；平均為7.6℃；下降趨勢顯著(P<0.05)。冬季平均DTR1987年最大,為8.6℃；2012年最小，為4.6℃；平均為6.5℃；下降趨勢顯著(P<0.05)。20世紀70年代、80年代和90年代，年平均日較差分別為7.9℃、7.7℃和7.6℃；2001-2010年和2011-2018年年平均日較差分別為7.8℃和7.4℃；年際變化呈明顯的下降趨勢。

注：r表示相關系數(shù)；**和*分別表示通過0.01和0.05水平的顯著性檢驗。Note: r indicates the correlation coefficient, ** and * indicate the significance test at 0.01 and 0.05 levels, respectively.圖3 1968-2018年貴州省平均日較差年際及季節(jié)的變化Fig.3 The interannual and seasonal variation of average diurnal temperature range in Guizhou Province during 1968—2018

2.2 貴州省氣溫日較差的空間分布

從圖4看出，1968-2018年年及春、夏、秋和冬各季平均氣溫日較差(DTR)空間分布的變化特征。年平均DTR：全省平均DTR為5.0～9.0℃，西部、南部邊緣和東南部大部平均DTR為8.0～9.0℃，其余地區(qū)<8.0℃。其中，貴州省中北部、遵義市西北部大部及普定、六枝、鎮(zhèn)寧和關嶺地區(qū)<7.0℃。整體看，全省約80%地區(qū)的年平均DTR均為7.0～8.0℃。四季平均DTR：春季全省平均DTR為7.0～10.0℃，西部和西南部邊緣>9℃，其余地區(qū)均<9.0℃，其中遵義市大部、貴陽市南部、黔南州北部大部和萬山<8℃；整體看，春季全省大部地區(qū)平均DTR為8.0～9.0℃。夏季全省平均DTR為7.0～10.0℃，中部及西南部大部地區(qū)平均DTR為7.0～8.0℃，其余地區(qū)均>8.0℃，其中沿河、印江、石阡和鎮(zhèn)遠平均DTR>9.0℃；整體看，夏季全省大部地區(qū)平均DTR為8.0～9.0℃。秋季全省平均DTR為6.0～10.0℃，南部邊緣地區(qū)、黔東南大部及松桃和印江均>8.0℃，其中羅甸、荔波和從江均>9℃。秋季全省平均DTR為6～7℃，低值區(qū)在遵義市大部、貴陽南部及西南部大部；整體看，秋季平均DTR明顯低于春季和夏季。冬季全省平均DTR為5.0～10.0℃，其中>9℃的高值區(qū)出現(xiàn)在威寧縣，<6℃的低值區(qū)位于北部大部及萬山、六枝、普定、安順、鎮(zhèn)寧、都勻和麻江等地，其平均DTR<6℃，其余地區(qū)大部平均DTR為6～7℃；整體看，冬季全省大部地區(qū)平均DTR為5.0～7.0℃，約占全省總面積的90%，冬季平均DTR明顯低于其余季節(jié)。

圖4 1968-2018年貴州省年及春、夏、秋、冬季平均日較差的空間分布Fig.4 The spatial distribution of average diurnal temperature range in the whole year, spring, summer, autumn and winter in Guizhou Province during 1968—2018

2.3 平均氣溫日較差傾向率的空間分布

從圖5看出，1968-2018年年及春、夏、秋和冬各季平均氣溫日較差(DTR)傾向率的變化。年平均DTR傾向率：全省年平均DTR傾向率(萬山-印江)為-0.555～0.093℃/10 a。整體看，全省共有75個站點的年傾向率為負值，占比89.3%，其中有23個站通過顯著性檢驗(P<0.05)，年傾向率為正值的站點有10個，僅有印江站變化趨勢顯著。說明，全省51年年平均DTR呈明顯降低趨勢，其中貴陽市大部、黔南州北部、遵義東部及碧江、萬山和威寧等地下降趨勢較明顯。四季平均DTR傾向率：春季平均DTR(萬山-印江)為-0.474～0.174℃/10a，春季傾向率為負值的共有60個站點，占71.4%，其中有20個站通過顯著性檢驗(P<0.05)；說明，春季平均DTR呈明顯降低趨勢，其中貴陽市中部、遵義市西南部及碧江、萬山、威寧和盤州等地區(qū)下降趨勢較明顯。夏季平均DTR(萬山-印江)為-0.660～0.193℃/10 a，夏季傾向率為負值的共有64個站點，占76.2%，其中有21個站通過顯著性檢驗(P<0.05)；說明，夏季平均DTR呈明顯的降低趨勢，其中貴陽市中部、遵義市西南部及碧江、萬山、威寧和盤州等地下降趨勢較明顯。秋季平均DTR(萬山-關嶺)為-0.675～0.151℃/10 a，秋季傾向率為負值的共有68個站點，占81.0%；說明，秋季平均DTR呈明顯的降低趨勢，其中貴陽市中部、黔南州北部及碧江、萬山和三都等地下降趨勢較明顯。冬季平均DTR(萬山-印江)為-0.443～0.035℃/10 a，冬季傾向率為負值的共有80個站點，占95.2%，其中有23個站通過顯著性檢驗(P<0.05)；說明，冬季平均DTR呈明顯降低趨勢，其中貴陽市中部、貴定、龍里、三都、萬山、盤州和威寧等地下降趨勢較明顯。

圖5 1968-2018年貴州省年及春、夏、秋和冬各季平均日較差傾向率的空間分布Fig.5 The spatial distribution of average diurnal temperature range tendency rate in the whole year, spring, summer, autumn and winter in Guizhou Province during 1968—2018

3 討論

在全球氣候變暖的背景下，最高溫度與最低溫度的非對稱性變化已引起國內外學者的極大關注[3-5]。KARL等[6]最早提出全球變暖主要表現(xiàn)在夜間溫度上升，且最低溫度的上升幅度大于最高溫度，從而導致氣溫日較差呈下降趨勢，該結論得到之后研究結果的證明[7-8]。馮秀藻等[11]研究指出，晝夜溫度影響作物光合作用和呼吸作用，而晝夜溫差的變化及配比對作物籽粒灌漿、千粒重、糖酸比和干物質分配等具有重要影響。陳建忠等[12]等研究發(fā)現(xiàn)，平均氣溫日較差每上升1℃，玉米的千粒重提高約35 g。楊再強等[13]研究表明，在平均溫度均為18℃時，6℃晝夜溫差較0℃、12℃和18℃晝夜溫差更利于促進番茄的生長及其光合作用。王叢巧等[14]研究發(fā)現(xiàn)，晝夜溫差影響鐵皮石斛藥用成分的積累，溫差適宜具有促進作用，溫差過大反而產(chǎn)生抑制作用。研究結果表明，貴州省平均氣溫日較差(DTR)為7.7℃。平均DTR的月變化呈明顯的“雙峰”型，平均DTR最大值(9.2℃)出現(xiàn)在4月中旬和8月上旬，最小值(5.6℃)出現(xiàn)在1月中旬。各季平均DTR依次為春季(8.4℃)>夏季(8.2℃) >秋季(7.6℃) >冬季(6.5℃)?？梢?，貴州省氣候溫和，冬無嚴寒、夏無酷暑；夏季正值貴州秋收糧食作物和水果產(chǎn)量與品質形成的關鍵期，日照充足，日較差大，高溫熱害較東部沿海地區(qū)影響小，有利于貴州省秋收糧食的干物質累積及水果糖分的積累，形成優(yōu)質農(nóng)產(chǎn)品。貴州省全年及四季平均DTR年際變化特征均呈波動下降趨勢，全年下降趨勢極顯著(P<0.01)，傾向率為-0.097℃/10a；春季、夏季、秋季和冬季的傾向率分別為-0.048℃/10a、-0.066℃/10a、-0.135℃/10a(P<0.05)和-0.157℃/10a(P<0.05)。貴州省年平均DTR為5.0～9.0℃，平均DTR的空間分布季節(jié)性差異明顯，春季和夏季的平均DTR高值區(qū)從西南向東北轉換；秋季平均DTR高值區(qū)(大于9℃)位于羅甸、荔波和從江等低緯度低海拔區(qū)域。冬季全省大部地區(qū)平均DTR為5.0～7.0℃，與其余季節(jié)相比，是其變化幅度最小的季節(jié)，僅威寧>9℃，其余大部地區(qū)均<7℃。

4 結論

貴州省全年及四季平均DTR的年際變化特征均呈下降趨勢，均以負傾向率為主，高值區(qū)位于貴州西部及東南部邊緣地區(qū)，低值區(qū)在全省呈插花型分布。