對(duì)最熱月和最冷月溫度統(tǒng)計(jì)方法的思考*

葉爾克江·霍依哈孜，姜會(huì)飛，戴安然

（1.新疆昌吉州氣象局，新疆昌吉 831100；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

最熱（冷）月溫度是常用于表征地區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃指標(biāo)，最熱月溫度反映高溫階段的熱狀況，最冷月溫度反映寒冷程度[1-4]。某地最冷月溫度用于評(píng)判熱作（熱帶作物）能否在該地區(qū)全年生長、越冬作物能否安全越冬和冬季是否有凍害風(fēng)險(xiǎn)等，最冷月最低氣溫是北方冬小麥越冬凍害研究中常用的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)[4-5]。最熱月溫度是影響積溫利用的限制因子，在年總積溫較多，但最熱月溫度相對(duì)低的地方，某些喜溫作物的栽培就受到限制，溫度過高對(duì)農(nóng)作物會(huì)造成高溫?zé)岷蚋蔁犸L(fēng)危害等[6]。作物種植適宜區(qū)劃中，最熱月和最冷月溫度常被選為一級(jí)區(qū)劃氣候因子。

農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中使用的最熱（冷）月溫度指標(biāo)，指的是農(nóng)作物生命活動(dòng)過程中，對(duì)統(tǒng)計(jì)年度為時(shí)一個(gè)月時(shí)段的平均溫度要求的最高（低）閾值。農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用中，以7月（1月）直接計(jì)算最熱（冷）月溫度的現(xiàn)象很普遍[2-3,7-10]。其實(shí)，最熱（冷）月的“月”與1-12 個(gè)月的“月”是有區(qū)別的。前者是指一個(gè)月時(shí)間長度的階段，后者則對(duì)應(yīng)全年內(nèi)1-12月的某個(gè)月份；前者日期在年際間是變化的，而后者日期在年際間是固定不變的；前者時(shí)長是固定的一個(gè)月的統(tǒng)計(jì)天數(shù)，后者時(shí)長則隨月份變化。如果以1月和7月的天數(shù)31d 為一個(gè)月的時(shí)段長度，則統(tǒng)計(jì)年度中連續(xù)31d 的滑動(dòng)平均溫度最高（低）值對(duì)應(yīng)該年度最熱（冷）月時(shí)段及月時(shí)段均溫。直接從年度12 個(gè)月的月均溫中挑選最大（?。┲底鳛樽顭幔ɡ洌┰聹囟?，可能導(dǎo)致實(shí)際最熱（冷）月時(shí)段的人為割裂和最熱（冷）月溫度的統(tǒng)計(jì)失真。

最冷月一般發(fā)生在冬季，最熱月出現(xiàn)于夏季。氣象領(lǐng)域常以3-5月為春季、6-8月為夏季、9-11月為秋季、12月-翌年2月為冬季，按當(dāng)年3月-翌年2月為一個(gè)年度劃分四季[11]；考慮農(nóng)作物從營養(yǎng)生長向生殖生長發(fā)育過程中，對(duì)溫度表現(xiàn)為由低至高的變化需求。綜合多年生植物、越冬農(nóng)作物的生命活動(dòng)和農(nóng)事活動(dòng)過程，統(tǒng)計(jì)最熱月和最冷月溫度的年度時(shí)間，以始于冬終于秋，從前一年12月-翌年11月為宜。

對(duì)中國氣象局地面氣象臺(tái)站網(wǎng)多站1951-2018年逐日溫度統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，最熱月并不都在7月，最冷月也不都在1月。直接以7月（1月）統(tǒng)計(jì)最熱（冷）月溫度是有誤差的，其結(jié)果在指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用中可能因信息失真而產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。最熱（冷）月起止日期和溫度在年際間有何變化，與從統(tǒng)計(jì)年度的12 個(gè)月中挑選的月均溫最高（低）值在時(shí)間和溫度上有何差異，探索準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)最熱（冷）月溫度的方法是氣象服務(wù)農(nóng)業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中迫切需要解決的問題。本研究擬以湖南常德地面氣象站1951-2018年逐日氣溫日均值觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，統(tǒng)計(jì)分析12月-翌年11月的各年度最熱（冷）月份平均溫度與月時(shí)段長31d 的最熱（冷）月均溫，對(duì)比分析不同月份、時(shí)段與最熱（冷）月的起止日期和溫度差異，探索相對(duì)準(zhǔn)確有效的最熱（冷）月溫度統(tǒng)計(jì)方法。

1 資料與方法

1.1 資料來源

湖南省常德地面氣象站（臺(tái)站編號(hào)57662，緯度29°3ˊN，經(jīng)度111°41ˊE，海拔高度35m）1951-2018年逐日日均氣溫資料，其中1967年8-10月缺測(cè)。數(shù)據(jù)來源于中國氣象局地面氣象觀測(cè)網(wǎng)（http://data.cma.cn/）。

1.2 研究方法

1.2.1 資料處理

以12月-翌年11月為一個(gè)年度，為獲取最大量的最熱（冷）月數(shù)據(jù)信息，對(duì)于年度不完整的年份，按最熱月起止時(shí)間出現(xiàn)的可能范圍6-9月、最冷月起止時(shí)間出現(xiàn)的可能范圍12月-翌年3月進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。因此，在不連續(xù)的年份序列中，第1年只能統(tǒng)計(jì)求得最熱月的起止日期和平均溫度，而不能獲取最冷月信息。以上68a 數(shù)據(jù)中，最熱月可獲得1951-1966年和1968-2018年共67a 統(tǒng)計(jì)結(jié)果，缺1967年度最熱月的數(shù)據(jù)信息；最冷月統(tǒng)計(jì)時(shí)段中，由于第一個(gè)統(tǒng)計(jì)年度缺1950年12月的觀測(cè)數(shù)據(jù)，不能獲得準(zhǔn)確的1951年度最冷段信息，也只有67a 統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

1.2.2 最熱月份和最冷月份

統(tǒng)計(jì)年度12月-翌年11月共12 個(gè)月的各月平均氣溫，月均溫最高的月份為最熱月份，月均溫最低的月份為最冷月份。受季風(fēng)氣候影響，最熱（冷）月份具有時(shí)空變化，各地最熱月份和最冷月份分別在6-8月和12月-翌年2月間波動(dòng)，且最熱月份多出現(xiàn)在7月，最冷月份多為1月。

1.2.3 最熱月和最冷月

年度12 個(gè)月中，除2月平年28d 和閏年29d 外，其他4 個(gè)月30d，7 個(gè)月31d，平年一個(gè)月平均30.42d，閏年一個(gè)月平均30.5d。依據(jù)各地大多數(shù)最熱月份為7月和最冷月份為1月，且這兩個(gè)月的天數(shù)都是31d，為對(duì)比最熱（冷）月與最熱（冷）月份的溫度差異，假設(shè)最熱（冷）月與最熱（冷）月份的時(shí)長相等，以31d 為一個(gè)月的時(shí)間長度。統(tǒng)計(jì)連續(xù)31d 的滑動(dòng)平均溫度，從滑動(dòng)平均值中挑選出該年度中31d 平均溫度的最高（低）值，這個(gè)最高（低）溫對(duì)應(yīng)的31d 就是該年度的最熱（冷）月，這31d 對(duì)應(yīng)的起止日期就是該年度最熱（冷）月的起止日期，這個(gè)最高（低）溫就是該年度最熱（冷）月溫度。

1.2.4 多年平均最熱（冷）月的起止日序與日期

把歷年最熱（冷）月起止日期換算為年日序，分別求取起始和終止日序的多年平均值，得到該地區(qū)多年平均最熱（冷）月的起止日序。以多年平均日序換算日期時(shí)，2月以平年28d 計(jì)算，即多年平均起止日期對(duì)應(yīng)平年日期。以多年平均最熱（冷）月日序換算某年度的對(duì)應(yīng)日期時(shí)，則以多年平均最熱（冷）月起止日序?yàn)榛鶞?zhǔn)，根據(jù)2月平年28d，閏年29d 計(jì)算，因此平年和閏年多年平均的最熱月起止時(shí)期相差1d，最冷月起止日期在1月前和2月后有平年和閏年差異，在1-2月之間的日序轉(zhuǎn)換為日期則無平年和閏年之分。

1.3 檢驗(yàn)方法

根據(jù)湖南常德地區(qū)1951-2018年的逐日日均溫，統(tǒng)計(jì)各年度最熱月溫度與對(duì)應(yīng)多年平均最熱月起止日序所在時(shí)段、7月和8月平均溫度的偏差，則相應(yīng)時(shí)段與最熱月溫度的偏差絕對(duì)值就是該時(shí)段統(tǒng)計(jì)最熱月溫度所產(chǎn)生的溫度誤差；統(tǒng)計(jì)各年度最冷月溫度與對(duì)應(yīng)多年平均最冷月起止日序所在時(shí)段、12月、1月和2月平均溫度的偏差，則相應(yīng)時(shí)段與最冷月溫度的偏差絕對(duì)值就是以該時(shí)段統(tǒng)計(jì)最冷月溫度所產(chǎn)生的溫度誤差。

氣象部門業(yè)務(wù)應(yīng)用以溫度誤差在2℃以內(nèi)為準(zhǔn)確[12]，但農(nóng)業(yè)氣象學(xué)指標(biāo)受作物品種及其發(fā)育階段不同而有差異。分別以溫度誤差0.5℃、1.0℃和2.0℃為指標(biāo)(IT,Index Temperature)，采用溫度誤差均值(ATE,Average TemperaturError)、均方根誤差(RMSE,Root-Mean-Square Error)和準(zhǔn)確率(AR,Accuracy)檢驗(yàn)不同時(shí)段對(duì)最熱（冷）月溫度的統(tǒng)計(jì)效果，計(jì)算方法為

式中，ETi為第i年度的最熱（冷）月均溫，RTi為31d 滑動(dòng)計(jì)算的第i年度熱（冷）均段或?qū)Ρ仍路莸木鶞?，單位均為℃；n 是統(tǒng)計(jì)年度數(shù)，m 為溫度誤差小于指標(biāo)溫度IT 的年數(shù)，ni為第i年度熱（冷）均段或?qū)Ρ仍路莸木鶞叵鄬?duì)最熱（冷）月均溫是否準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)，分別按IT 對(duì)應(yīng)0.5℃、1.0℃和2.0℃取值統(tǒng)計(jì)溫度準(zhǔn)確率、基本準(zhǔn)確率和相對(duì)準(zhǔn)確率。

2 結(jié)果與分析

2.1 最熱月起止日期和月均溫

根據(jù)湖南常德地區(qū)1951-2018年逐日日均溫?cái)?shù)據(jù)，以12月-翌年11月為一個(gè)年度，利用滑動(dòng)平均法統(tǒng)計(jì)各年度6月1日-9月30日連續(xù)31d 的滑動(dòng)平均值，得到的平均溫度最大值即為該年度最熱月溫度，該31d 的起止日期即為該年度最熱月的起止日期。按歷年最熱月起止日期的日序平均值，得到67a的最熱月起始日期年日序的多年平均為第194 天，轉(zhuǎn)換為日期則對(duì)應(yīng)平年的7月14日、閏年的7月13日；最熱月終止日期年日序的多年平均為第224 天，轉(zhuǎn)換為日期對(duì)應(yīng)平年8月13日、閏年8月12日。按年度月份統(tǒng)計(jì)，湖南常德67a 中，年度月均溫最大值出現(xiàn)在7月的有52a，最熱月份為8月的有15a。說明常德地區(qū)最熱月份可能出現(xiàn)在7月，也可能在8月。

從表1 的各年度最熱月起止日期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，常德地區(qū)1951-2018年最熱月最早為6月22日-7月22日（發(fā)生在2006年，31d 時(shí)段月均溫30.6℃），最晚在8月8日-9月7日（1954年，28.8℃），早晚相差48d，超過1 個(gè)半月；最熱月多年平均時(shí)段為7月中旬-8月中旬，平年和閏年日序相同，僅在日期上相差1d；最熱月多年平均起止日期處于最熱月最早與最晚時(shí)期之間，與最早和最晚起始日期相差超過20d。最熱月份在7月或8月，因此，統(tǒng)計(jì)最熱月份時(shí)對(duì)7月和8月分別進(jìn)行。7月和8月起止日期早晚相差31d，7月和8月的起始日期比最熱月多年平均日期晚近半個(gè)月和一個(gè)半月；最熱月多年平均起止日期在7-8月，始期與7 和8月始期相差近半個(gè)月。如果以7月代替最熱月，則比最早的2006年最熱月起止日期晚9d，比最晚的1954年早38d；如果以8月代替最熱月，則比最早的2006年最熱月起止日期晚40d，比最晚的1954年早7d；如果以最熱月多年平均時(shí)段代替最熱月，則平年和閏年分別比最早的2006年最熱月起止日期晚20d 和21d，比最晚的1954年早25d 和26d。

從表1 可知，67a 的年度最熱月均溫從最低的27.1℃（發(fā)生在1980年6月29日-7月29日）至最高的31.9℃（2013年7月19日-8月18日）波動(dòng)，平均為29.7℃；以最熱月多年平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)的月均溫變化范圍為26.6～31.8℃，平均值29.2℃；以7月和8月統(tǒng)計(jì)的月均溫分別為26.3～31.0℃、平均28.8℃和25.2～30.2℃、平均28.0℃。無論平均時(shí)段還是7月或8月，其多年平均月均溫都低于最熱月平均溫度。

表1 湖南常德站67a 最熱月和最熱月份起止日期及其時(shí)段均溫的對(duì)比Table 1 Comparison of RAT,TAT and start to end date of July,August and AH31days with those of H31days in Changde,Hunan province over 67 years

根據(jù)1951-2018年各年度最熱月平均時(shí)段、7月和8月與最熱月均溫，繪制最熱月與平均時(shí)段、7月和8月溫度誤差的年際變化如圖1。從圖可知，最熱月多年平均時(shí)段溫度與最熱月溫度誤差最大值為1954年的2.1℃，是67a 內(nèi)誤差＞2℃的唯一年份；7月平均氣溫與最熱月溫度誤差＞2℃的有8a，最大為1983年的2.7℃；8月平均氣溫與最熱月溫度誤差＞2℃的多達(dá)19a，有6a 誤差在3℃以上，其中1958、1971、2001 和2005年的溫度誤差高達(dá)3.6℃。從圖1 可以直觀看出，以最熱月多年平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)的氣溫與最熱月溫度的誤差較小，且年際間相對(duì)穩(wěn)定。

根據(jù)歷年度最熱月多年平均時(shí)段、7月和8月與最熱月均溫的溫度偏差，統(tǒng)計(jì)67a 不同時(shí)段與最熱月均溫的最大溫度誤差、平均溫度誤差、均方根誤差、準(zhǔn)確率、基本準(zhǔn)確率和相對(duì)準(zhǔn)確率等，列于表2。從表可知，最熱月多年平均時(shí)段、7月和8月的溫度比最熱月均溫分別偏低0.5℃、0.9℃和1.7℃，平均時(shí)段與最熱月溫度誤差最小，7月次之，8月的誤差最大。同樣，均方根誤差也是平均時(shí)段最小，7月次之，8月的差最大。說明以平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)最熱月溫度效果最好，7月次之，8月最差。以溫度誤差分別在0.5℃、1.0℃和2.0℃以內(nèi)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率、基本準(zhǔn)確率和相對(duì)準(zhǔn)確率結(jié)果也表明，平均時(shí)段估算最熱月溫度最為準(zhǔn)確，7月次之，8月最差。以平均時(shí)段估算最熱月溫度時(shí)，溫度誤差≤1.0℃的基本準(zhǔn)確率高達(dá)89.6%，以7月估算最熱月溫度的基本準(zhǔn)確率61.2%，比平均時(shí)段低28.4%。以8月估算最熱月的基本準(zhǔn)確率22.4%，準(zhǔn)確率僅為平均時(shí)段和7月的1/4～1/3。

綜合表1、表2 和圖1 的數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果，建議以最熱月起止日期的多年平均值作為最熱月溫度統(tǒng)計(jì)時(shí)段，并按作物耐受的最熱月溫度指標(biāo)閾值，在平均時(shí)段溫度基礎(chǔ)上相應(yīng)調(diào)高0.5℃，作為最熱月的溫度多年平均值。建議不直接以7月統(tǒng)計(jì)最熱月溫度，否則可能由于實(shí)際溫度偏高，而使作物遭遇高溫災(zāi)害。如果溫度誤差在2℃之內(nèi)為可接受的誤差，且相對(duì)準(zhǔn)確率大于80%滿足實(shí)際需要，則以7月統(tǒng)計(jì)最熱月溫度也是可行的，但要在7月均溫多年平均值基礎(chǔ)上增加0.9℃估算該地區(qū)的最熱月溫度。

表2 最熱月多年平均時(shí)段和最熱月份（7月和8月）與最熱月均溫對(duì)比檢驗(yàn)結(jié)果（1951-2018年）Table 2 Comparisons of temperature deviation between AH31days,July,August with those of H31days(1951-2018)

2.2 最冷月起止日期和月均溫

統(tǒng)計(jì)各年度12月1日-3月30日時(shí)段內(nèi)，連續(xù)31d 氣溫的滑動(dòng)平均值，平均溫度的最小值即為該年度31d 時(shí)段的最冷均溫，該31d 起止日期即為該年度最冷月起止日期。按歷年起止日期的日序平均值，得到67a 的最冷月平均起始日期為第6 天，即1月6日，平均終止日期為第36 天，即2月5日。

按年度月份統(tǒng)計(jì)，67a 內(nèi)湖南常德年度月均溫最小值出現(xiàn)在12月的有12a，最冷月份為1月和2月的分別有45a 和10a，說明常德地區(qū)最冷月份可能出現(xiàn)在12月，也可能在1月和2月。從表3 可知，常德地區(qū)1951-2018年最冷月最早出現(xiàn)在12月2日-1月1日（1965年，6.3℃），最晚出現(xiàn)在2月12日-3月13日（1952年，3.8℃），起始時(shí)間相差71d，超過2 個(gè)月；最冷月多年平均起止日期1月6日-2月5日，平均時(shí)段為1月上旬-2月上旬，最早與最晚起始日期相差超過1 個(gè)月。以多年平均時(shí)段代替最冷月，則比最早的1965年最冷月起止日期晚35d，比最晚的1952年早37d，起止日期的誤差超過1 個(gè)月。

從表3 可知，67a 的年度最冷月均溫從最低的-0.1℃至最高的6.7℃之間變化，平均為3.7℃；以最冷月多年平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)的月均溫變化范圍在1.4～8.4℃，平均值4.7℃；以12月、1月和2月統(tǒng)計(jì)的月均溫分別為2.2～9.1℃（平均7.1℃）、1.6～8.6℃（平均4.8℃）和0.8～11.5℃（平均6.6℃）。無論是平均時(shí)段還是月均溫可能最低的12月-翌年2月，其多年平均的時(shí)段均溫都高于最冷月溫度。

表3 湖南常德站67a 最冷月（1、2 和12月）和最冷月起止日期及時(shí)段均溫的對(duì)比Table 3 Comparison of RAT,TAT and start to end date(SED)of December,January,February and the average coldest 31days period(AC31days)with those of the coldest 31days period(C31days)in Changde,Hunan province over 67 years

根據(jù)1951-2018年最冷月多年平均時(shí)段、1月和2月與最冷月的均溫，繪制最冷月與平均時(shí)段、12月、1月和2月溫度誤差的年際變化如圖2。從圖可知，67a 中，平均時(shí)段、12月、1月和2月與最冷月溫度誤差≤2℃的年份分別有56a、18a、54a 和22a，誤差＞2℃的年份分別有11a、49a、13a 和45a，其中平均時(shí)段和1月與最冷月溫度誤差最大值分別為4.3℃（發(fā)生在1955年）和4.2℃（出現(xiàn)在2014年），12月和2月與最冷月溫度誤差最大值高達(dá)7.9℃，分別發(fā)生在1969年和1955年?？梢?，平均時(shí)段和1月與最冷月的溫度誤差相對(duì)較小，2月次之，12月與最冷月的溫度誤差最大。

根據(jù)歷年度最冷月多年平均時(shí)段、12月、1月和2月與最冷月均溫的溫度偏差，統(tǒng)計(jì)67a 內(nèi)不同時(shí)段與最冷月均溫的最大溫度誤差、平均溫度誤差、均方根誤差、準(zhǔn)確率、基本準(zhǔn)確率和相對(duì)準(zhǔn)確率等。從表4 可知，研究期內(nèi)最冷月多年平均時(shí)段、1月、2月和12月的溫度比最冷月均溫分別偏高1.0℃、1.1℃、2.8℃和3.4℃，平均時(shí)段與最冷月溫度誤差最小，1月次之，12月誤差最大。同樣，均方根誤差也是以平均時(shí)段最小，1月次之，12月誤差最大。這些統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)結(jié)果表明，以平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)最冷月溫度效果最好，1月次之，12月最差。說明平均時(shí)段估算最冷月溫度的準(zhǔn)確率、基本準(zhǔn)確率和相對(duì)準(zhǔn)確率均最高，1月次之， 12月最差。以平均時(shí)段估算最冷月溫度的相對(duì)準(zhǔn)確率高達(dá)83.6%，以1月估算最冷月溫度的相對(duì)準(zhǔn)確率80.6%，比平均時(shí)段低3個(gè)百分點(diǎn)。而以2月和12月估算最冷月的相對(duì)準(zhǔn)確率則僅32.8%和26.9%，比平均時(shí)段和1月降低了50個(gè)百分點(diǎn)之多。

綜合表3、表4 和圖2 的結(jié)果，建議湖南常德地區(qū)以最冷月起止日期的多年平均值作為最冷月溫度統(tǒng)計(jì)時(shí)段，并按作物耐受的最冷月溫度指標(biāo)閾值，在平均時(shí)段溫度基礎(chǔ)上降低1℃作為最冷月的溫度多年平均值。建議不直接以1月統(tǒng)計(jì)最冷月溫度，否則可能由于實(shí)際溫度偏低，而使作物遭遇低溫災(zāi)害。如果溫度誤差在2℃之內(nèi)為可接受的誤差，且相對(duì)準(zhǔn)確率大于80%滿足實(shí)踐需要，則以1月統(tǒng)計(jì)最冷月溫度也是可行的，但須在1月均溫多年平均值基礎(chǔ)上降低1.1℃估算該地區(qū)的最冷月溫度。

表4 最冷月多年平均時(shí)段和最冷月份（12月、1月和2月）與最冷月均溫對(duì)比檢驗(yàn)結(jié)果（1951-2018）Table 4 Comparison of temperature deviation between the average coldest 31days period(AC31days),December,January,February with those of the coldest 31days period(C31days)in 1951-2018

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

溫度對(duì)作物生長發(fā)育影響是一個(gè)持續(xù)的作用過程，作物對(duì)溫度的反應(yīng)也是一個(gè)連續(xù)的生理過程。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中的最熱（冷）月溫度，是在溫度變化年周期中，持續(xù)一個(gè)月的時(shí)段平均溫度所對(duì)應(yīng)的最高（低）溫度值。以年度12 個(gè)月的月平均溫度最高（低）值對(duì)應(yīng)的月份當(dāng)作最熱（冷）月，則把持續(xù)作用于作物的為時(shí)一個(gè)月的高（低）溫天氣過程通過“月份”界限人為割裂，導(dǎo)致最熱（冷）月溫度統(tǒng)計(jì)失真。本研究結(jié)果表明，最熱月溫度都大于等于最熱月份溫度，最冷月溫度則小于等于最冷月份溫度；最熱（冷）月份具有年際變化，最熱月份一般在6、7 和8月之間波動(dòng)，而最冷月份則在12、1 和2月之間變化。雖然大多數(shù)年份的最熱（或冷）月份在7月（1月），但不能直接以7月代替最熱月份和以1月代替最冷月份。直接以7月（1月）統(tǒng)計(jì)最熱（冷）月溫度，必然產(chǎn)生最熱月溫度被低估和最冷月溫度被高估的溫度誤差。本研究以31d 為月時(shí)間尺度，采用滑動(dòng)平均法統(tǒng)計(jì)各年度最熱（冷）月的起止時(shí)間和溫度的方法計(jì)算簡(jiǎn)單方便，結(jié)果準(zhǔn)確、有效，適于推廣應(yīng)用。

從湖南常德1951-2018年的逐日日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得知，年度最熱（冷）月時(shí)段的起止日期并非最熱（冷）月份的起止日期。最熱月起止日期在6月下旬-9月上旬區(qū)間波動(dòng)，年度最熱月起止時(shí)間最早發(fā)生在2006年的6月22日-7月22日，最晚出現(xiàn)在1954年的8月8日-9月7日，早晚相差超過1 個(gè)半月。多年平均的最熱月起止日期為7月中旬-8月中旬。最熱月平均時(shí)段、7月和8月均溫分別為29.2℃、28.8℃和28.0℃，分別比最熱月均溫29.7℃低0.5℃、0.9℃和1.7℃。以誤差1℃和2℃以內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)67a 的基本準(zhǔn)確率，平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)最熱月溫度的基本準(zhǔn)確率和相對(duì)準(zhǔn)確率分別為89.6%和98.5%，比以7月為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確率分別高28.4%和10.4%。表明直接以7月統(tǒng)計(jì)最熱月溫度，在統(tǒng)計(jì)時(shí)間上比多年平均時(shí)段起止時(shí)間早13～14d，溫度統(tǒng)計(jì)誤差更大。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，建議不直接采用7月為最熱月的做法，采用最熱月多年平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)最熱月溫度，并在平均時(shí)段多年平均溫度基礎(chǔ)上增加0.5℃作為估算最熱月溫度的多年平均指標(biāo)。

最冷月起止日期在12月上旬-3月中上旬之間波動(dòng)，年度最冷月起止時(shí)間最早發(fā)生在1964年的12月2日-1965年1月1日，最晚出現(xiàn)在1952年的2月12日-3月13日，早晚相差超過2 個(gè)月。多年平均最冷月起止日期為1月上旬-2月上旬。最冷月多年平均時(shí)段均溫4.7℃、1月和2月均溫為4.8℃和6.6℃，分別比最冷月均溫3.7℃高1.0℃、1.1℃和2.9℃。對(duì)湖南常德地區(qū)而言，采用最冷月多年平均時(shí)段或1月計(jì)算最冷月均溫，統(tǒng)計(jì)效果明顯優(yōu)于2月和12月。從多年平均溫度誤差來看，平均時(shí)段與1月接近，而綜合準(zhǔn)確率和溫度誤差變化幅度，以平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)最冷月溫度效果略好于1月。因此，建議改變直接以1月統(tǒng)計(jì)最冷月溫度的方法，采用最冷月多年平均時(shí)段統(tǒng)計(jì)最冷月溫度，并在平均時(shí)段均溫基礎(chǔ)上降低1.0℃測(cè)算最冷月溫度指標(biāo)。

1951-2018年，年度最熱月和最冷月均溫變幅分別為4.8℃和6.8℃，起止時(shí)間早晚相差分別為48d和71d；最冷月溫度的年際變化幅度和時(shí)間跨度比最熱月分別大41.7%和47.9%。以溫度誤差2.0℃以內(nèi)為相對(duì)準(zhǔn)確，計(jì)算熱（冷）均段替代最熱（冷）月的相對(duì)準(zhǔn)確率分別為98.5%和82.1%，這些結(jié)果表明確定相對(duì)準(zhǔn)確有效的最冷月起止時(shí)間和計(jì)算最冷月平均溫度，要比最熱月更為復(fù)雜，至于其差異形成的具體原因還有待結(jié)合大氣運(yùn)動(dòng)和天氣系統(tǒng)深入探究。

3.2 討論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)作物種植適宜性區(qū)劃和高低溫防災(zāi)減災(zāi)管理，所使用的最熱（冷）月溫度指標(biāo)，應(yīng)該是統(tǒng)計(jì)年度為時(shí)一個(gè)月時(shí)長的時(shí)段平均最高（低）溫度，不能簡(jiǎn)單地通過比較全年12 個(gè)月的月均溫，挑選出最熱（冷）月份的溫度來確定。因?yàn)樽顭幔ɡ洌┰聲r(shí)段的起止日期并不一定是最熱（冷）月份所在的時(shí)期。通過對(duì)湖南常德地區(qū)1951-2018年的67a 統(tǒng)計(jì)得知，97%的最熱月時(shí)段起止時(shí)間是跨月份的，其中跨越在6-7月、7-8月和8-9月的分別為8a、55a 和2a，僅1957年和1961年最熱月起止時(shí)間為7月1-31日，與7月時(shí)間重合。受季風(fēng)氣候影響，常德地區(qū)因7月上旬仍處梅雨期尾，以后進(jìn)入伏旱高溫期，最熱月多年平均時(shí)段處于7月中旬-8月中旬，國內(nèi)其他地區(qū)，尤其北方大部地區(qū)的最熱月則有所不同，大多要靠前。最冷月起止時(shí)間跨月份的占總年數(shù)的98.5%，其中跨越在12月-翌年1月、1-2月和2-3月的分別有28a、35a 和3a，僅2011年最冷月起止時(shí)間為1月1-31日，與1月時(shí)間重合。常德地區(qū)最冷月多年平均時(shí)段處于1月上旬-2月上旬，其他地區(qū)最冷月起止時(shí)間或早或晚，應(yīng)根據(jù)各地實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定。

67a 內(nèi)，湖南常德地區(qū)7月和1月與最熱月和最冷月吻合的僅2a 和1a，最熱（冷）月份與最熱（冷）月時(shí)段一致的僅占3%（1.5%）。1951-2018年67a的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，7月和1月與最熱月和最冷月的溫度誤差最大高達(dá)2.7℃和4.2℃。因此，直接以7月和1月統(tǒng)計(jì)最熱月和最冷月溫度，導(dǎo)致實(shí)際最熱（冷）月時(shí)段被人為割裂，而使最熱（冷）月時(shí)段溫度的統(tǒng)計(jì)值比實(shí)際值偏低（高）。

從1-12月的月均溫多年平均統(tǒng)計(jì)看，湖南常德67a 平均的最熱月份和最冷月份分別為7月和1月，但并非歷年的最熱和最冷月份固定在7月和1月。統(tǒng)計(jì)得知，常德地區(qū)67a 的最熱月份77.6%在7月，22.4%在8月，最冷月份在12月、1月和2月的分別占17.9%、67.2%和14.9%。雖然7月（1月）占最熱（冷）月份的60%～70%以上，但仍有20%～30%以上年份的最熱（冷）月份不在7月（1月）的。因此，直接以7月（1月）統(tǒng)計(jì)最熱（冷）月份溫度也不準(zhǔn)確。

關(guān)于農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中溫度指標(biāo)，以7月和1月統(tǒng)計(jì)最熱月和最冷月溫度的問題，要從農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃史談起。最早提出農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的是20世紀(jì)30年代的前蘇聯(lián)學(xué)者謝良尼諾夫，日本學(xué)者于40年代開展了農(nóng)業(yè)氣候的單項(xiàng)和綜合區(qū)劃，中國參照學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)的區(qū)劃方法于50年代末開始第一次農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃。當(dāng)時(shí)受氣象數(shù)據(jù)相對(duì)短缺所限，粗略地從12個(gè)月的多年平均溫度中，選取最熱（冷）月份溫度為區(qū)劃指標(biāo)，在50-60年代是可行且有效的，也產(chǎn)生了積極影響。隨著觀測(cè)手段的不斷提高和觀測(cè)數(shù)據(jù)的不斷積累，先后于80年代后期和90年代末開始了第二次、三次農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，隨著“3S”技術(shù)和氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)格化發(fā)展，區(qū)劃指標(biāo)在時(shí)空尺度上更加精細(xì)和精準(zhǔn)[13-14]。至今，中國已經(jīng)具有寵大的地面氣象觀測(cè)站網(wǎng)和超過70a 大量的逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)積累，顯然在21世紀(jì)的中國仍然使用12 個(gè)月的多年平均溫度為區(qū)劃指標(biāo)在時(shí)間尺度上不能滿足業(yè)務(wù)精細(xì)化需要；同時(shí)以月份劃分時(shí)段也導(dǎo)致了高溫和低溫時(shí)段的人為割裂，不能滿足業(yè)務(wù)精準(zhǔn)化需求。因此，提出以31d 為月時(shí)長滑動(dòng)平均統(tǒng)計(jì)最熱月和最冷月起止日期的方法。以31d 為月時(shí)長基于以下兩點(diǎn)：一是一年365～366d 平均到12 個(gè)月的月時(shí)長在30～31d；二是多年平均最熱（冷）月份在7月（1月），為比較最熱（冷）月份與最熱（冷）月的平均溫度，便以7月（1月）天數(shù)31d 為月時(shí)間長度。事實(shí)上，不同作物與品種及其在不同的生長發(fā)育階段對(duì)溫度要求不同，不同研究對(duì)象的溫度指標(biāo)及其影響時(shí)長也不同。例如湖南雙季早稻春季低溫災(zāi)害輕度、中度和重度等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)著日均溫＜12℃持續(xù)3～5d、6～9d 和10d 以上的指標(biāo)[15]。廣東晚稻寒露風(fēng)輕、中、重災(zāi)害等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)日平均氣溫≤23℃且持續(xù)3～5d、6～9d 和10d 以上的溫度和天數(shù)指標(biāo)［16］。作物生長發(fā)育對(duì)溫度要求及溫度對(duì)農(nóng)業(yè)影響的時(shí)間尺度指標(biāo)隨作物、品種和生長發(fā)育階段等變化。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，以月時(shí)間尺度的區(qū)劃指標(biāo)已經(jīng)不能滿足指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的需求。因此，建議在實(shí)際生產(chǎn)管理中，根據(jù)作物生長發(fā)育對(duì)溫度的需要，靈活采用相應(yīng)的時(shí)段長度，使用最熱（冷）時(shí)段溫度指標(biāo)，這個(gè)時(shí)段的時(shí)間長度可以是3～5d、5～8d、10d、15d 或31d 等。

隨著科技進(jìn)步，氣象服務(wù)農(nóng)業(yè)的業(yè)務(wù)要求趨向精準(zhǔn)化，農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃指標(biāo)中的最熱（冷）月指標(biāo)要相應(yīng)調(diào)整為最熱（冷）段。隨作物、品種及不同階段不同服務(wù)目標(biāo)而相應(yīng)調(diào)整時(shí)段長度。因此，提出最熱（冷）段溫度的概念和統(tǒng)計(jì)方法，同時(shí)研發(fā)并獲得國家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)的軟件——《極端溫度時(shí)空變化特征統(tǒng)計(jì)分析軟件》。該軟件不僅能同時(shí)快速統(tǒng)計(jì)分析提取多站歷年極端日溫及其出現(xiàn)日期，還能準(zhǔn)確測(cè)算人工輸入設(shè)置不同長度的最熱（冷）段起止日期及其均溫，對(duì)比分析熱（冷）均段與最熱（冷）段溫度偏差及準(zhǔn)確率，為氣象服務(wù)農(nóng)業(yè)和防災(zāi)減災(zāi)提供有效的科技依據(jù)。