最熱(冷)月時段溫度作為農(nóng)業(yè)種植區(qū)劃指標(biāo)的探討

馬振玉 姜會飛

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193;2.山東省石島氣象臺，山東 威海 264200)

在作物適宜性種植區(qū)劃中，熱量指標(biāo)是決定性因素，適宜的熱量是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要條件[1]。以葡萄為例，熱量條件是影響葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因子。最熱月溫度[2-3]和最冷月溫度[4]是釀酒葡萄種植區(qū)劃的重要指標(biāo)。最熱月溫度反映區(qū)域高溫階段的熱狀況，最冷月溫度反映寒冷程度。優(yōu)質(zhì)佐餐酒和香檳酒的品種栽培區(qū)最熱月溫度不超過24 ℃，耐貯運(yùn)鮮食葡萄栽種區(qū)的最熱月溫度不低于23 ℃，歐洲葡萄冬季不埋土越冬區(qū)北限以年極端最低溫多年平均值不低于-15 ℃為界[5]。干紅酒用葡萄基地要求在漿果品質(zhì)形成關(guān)鍵期7—9月的日平均溫度不超過22 ℃[6]。冬季極端氣溫和低溫持續(xù)時間是決定赤霞珠等歐亞種葡萄能否安全越冬的主要因素[7]，赤霞珠葡萄種植北界以最冷月氣溫不低于-15 ℃為溫度指標(biāo)。

溫度變化是連續(xù)的，對作物影響也是持續(xù)發(fā)生作用的。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中的最熱(冷)月溫度指標(biāo)，理論上是指作物維持正常生長發(fā)育的1 個月時間長度的平均溫度上下限閾值，而在農(nóng)業(yè)氣象研究和實(shí)踐中，常簡單地以7月和1月直接統(tǒng)計最熱月和最冷月溫度[2-3,7-14]。對中國氣象局地面氣象觀測網(wǎng)站歷年逐日氣溫進(jìn)行統(tǒng)計，最熱(冷)月的發(fā)生時間和溫度存在明顯的時空差異，最熱月份一般分布在6、7和8月，最冷月份出現(xiàn)在12、1和2月，最熱月份多為7月，最冷月份多在1月，但不同年份有所不同。比較12個月溫度的多年平均值，則普遍存在著7月和1月對應(yīng)最熱月份和最冷月份的現(xiàn)象。

溫度變化具有明顯的年周期性規(guī)律，平均溫度的年度變化中最高(低)值對應(yīng)的時段是該年度最熱(冷)的1 個月(時間長度)。在溫度年周期變化過程中，這個最熱(冷)的1 個月時段可能跨越月份界線，而這個月的溫度變化過程對作物生長發(fā)育產(chǎn)生的影響卻是持續(xù)的，并不以月份自動分割開。最熱(冷)月的“月”與1—12月中的“月”存在差異。在研究中以年度12 個月中的月平均溫度最高(低)值對應(yīng)的月份當(dāng)作最熱(冷)月，則可能把溫度連續(xù)變化的天氣過程通過“月份”界限人為割裂，導(dǎo)致對持續(xù)1 個月時長的平均溫度最高(低)值統(tǒng)計失真。因此，在作物適宜性種植區(qū)劃中，如果直接以7月和1月統(tǒng)計最熱月和最冷月溫度， 溫度誤差就不可避免。

因此，溫度對作物生長發(fā)育的影響和作物對溫度的反應(yīng)是一個連續(xù)的生理過程，不能按人為設(shè)定的歷法時間進(jìn)行分割。以水稻與溫度關(guān)系為例：江淮流域水稻種植以中稻為主，7月下旬—8月中旬高溫期間,中稻正處于孕穗、抽穗開花期,高溫?zé)岷?yán)重影響水稻生長發(fā)育；2003年7月下旬—8月上旬，江淮流域的持續(xù)高溫,導(dǎo)致中稻空殼率大于20%，秕谷率10%以上。高溫?zé)岷κ强缭?—8月的高溫天氣過程造成[15]，如果把7月和8月分開計算，則7月和8月的高溫日數(shù)都不足以致災(zāi)。據(jù)對江淮流域中稻高溫?zé)岷Φ难芯?，江西省宜春市中稻結(jié)實(shí)率與6—8月期間的日平均氣溫、高溫日數(shù)和連續(xù)最長高溫日數(shù)間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[16]，江西省水稻高溫?zé)岷χ饕杏?月中旬—8月上旬[16-17]。四川南充市水稻抽穗揚(yáng)花期也正處于一年中最熱的7—8月，且該地區(qū)8月氣溫常高于7月[18]。因此，在分析高溫對水稻影響時，按7月或者8月分別計算月平均溫度和高溫天數(shù)，就是人為割裂跨越7—8月的高溫過程，結(jié)果必然導(dǎo)致高溫指標(biāo)和災(zāi)害過程失真，從而使種植區(qū)劃出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致水稻高溫?zé)岷Α?/p>

因此，本研究擬以寧夏銀川地面氣象站1951—2019年逐日氣溫觀測數(shù)據(jù)為研究對象，采用農(nóng)業(yè)氣象統(tǒng)計學(xué)方法，統(tǒng)計溫度變化年周期中的最熱(冷)月起止日期和平均溫度，分析最熱(冷)月的起止日期和月時段平均溫度的變化規(guī)律及其與最熱(冷)月份溫度的關(guān)系，探索相對準(zhǔn)確的最熱(冷)月溫度統(tǒng)計方法，以期為作物種植區(qū)劃提供合理和有效的依據(jù)。

1 資料來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)資料來源

寧夏回族自治區(qū)銀川地面氣象站(臺站號53614，緯度38°29′ N，經(jīng)度106°13′ E，海拔高度1 111.4 m)1951-01-01—2019-03-31的逐日日均氣溫資料，數(shù)據(jù)來源于中國氣象局地面氣象觀測網(wǎng)。

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

1.2.1最熱(冷)月份溫度

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，按春夏秋冬四季以當(dāng)年3月—翌年2月為1 個年度[8]；按年度分別統(tǒng)計12 個月的月平均溫度，分別取月平均溫度最大(小)值所在的月為最熱(冷)月份，并稱相應(yīng)月份對應(yīng)的平均溫度為最熱(冷)月份溫度(Thm,Temperature of the hottest month;Tcm,Temperature of the coldest month)。

1.2.2最熱(冷)月時段起止日期和月時段溫度

鑒于普遍存在直接以7月(1月)為最熱(冷)月統(tǒng)計最熱(冷)溫度的現(xiàn)象，且7月和1月的天數(shù)都是31 d，本研究設(shè)定31 d為1個月的時間長度(簡稱月時長)?？紤]到溫度變化的連續(xù)性，在溫度變化年周期中，為防止天氣過程的割裂和高低溫信息的丟失，分別以最熱月份出現(xiàn)的夏季6—8月和最冷月份發(fā)生的冬季12—2月向兩邊各外延1個月，即以5—9月和11—3月分別為最熱月和最冷月溫度統(tǒng)計時段。統(tǒng)計5—9月持續(xù)31 d的滑動平均溫度，取平均溫度最高值為最熱月時段H31d (The hottest 31-day period)平均溫度TH31d(Temperature of the hottest 31-day period)，與該平均溫度所在31 d對應(yīng)的起止日期為最熱月時段起止日期SED (Start to end dates)；統(tǒng)計11—3月持續(xù)31 d的滑動平均溫度，則平均溫度最小值為最冷月時段C31d (The coldest 31-day period)平均溫度TC31d(Temperature of the coldest 31-day period)，該溫度所在31 d對應(yīng)的起止日期為最冷月時段起止日期SED (Start to end dates)。

1.2.3標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值及其統(tǒng)計時期

氣候平均值(Climate normal)不僅作為標(biāo)準(zhǔn)與最近或目前的觀測資料進(jìn)行比較提供依據(jù)，在實(shí)踐指導(dǎo)中作為某地最可能出現(xiàn)的預(yù)測狀況被廣泛應(yīng)用[19]。世界氣象組織WMO (World meteorology organization)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值統(tǒng)計時期為30 年，本研究使用數(shù)據(jù)資料最晚年份是2010年，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值標(biāo)準(zhǔn)時期(Standard normal period)1981—2010年。參照WMO對氣候平均值的統(tǒng)計方法，從1951年起，以30 年為標(biāo)準(zhǔn)，每隔10 年統(tǒng)計一次最熱(冷)月份和最熱(冷)月時段的平均溫度，得到最熱(冷)月時段起止日期、平均溫度和最熱(冷)月份溫度值4組(1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年)。以30 年標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值預(yù)估其后第1—10 年氣候值，即1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2020年的最熱(冷)月時段平均溫度和最熱(冷)月份溫度，分別以1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值為預(yù)估值。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

根據(jù)1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年共4組各30年的歷年最熱(冷)月時段起止日期和最熱(冷)月時段平均溫度，按保證率80%和50%分別測算各時期的最熱(冷)月時段起止日期和平均溫度。

以1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的最熱(冷)月時段溫度、7月(1月)的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值SCN (Standard climate normal)，作為1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2020年的最熱(冷)月時段平均溫度預(yù)估值PT (Prediction temperature)，對比分析實(shí)際值A(chǔ)T (Actual temperature)與預(yù)估值的溫度偏差TD (Temperature deviation)。氣象部門業(yè)務(wù)應(yīng)用中以溫度誤差在2 ℃以內(nèi)為準(zhǔn)確[20-21]，本研究以 2.0 ℃ 為允許的最大溫度誤差指標(biāo)TEI (Temperature error index),采用溫度偏差平均MTD (Mean temperature deviation)、溫度誤差平均MTE (Mean temperature error)、均方根誤差RMSE (Root-mean-square error)和溫度誤差指標(biāo)測算準(zhǔn)確率AR (Accuracy rate) 檢驗最熱(冷)月溫度的預(yù)估效果，計算式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：ATi和PTi分別表示第i個預(yù)估年最熱(冷)月的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值實(shí)際溫度與預(yù)估溫度；n是統(tǒng)計年度數(shù)；m為溫度誤差≤指標(biāo)TEI的年數(shù)；ni為第i個預(yù)估年度最熱(冷)月實(shí)際溫度與預(yù)估溫度誤差，≤指標(biāo)TEI時計數(shù)為1，否則為0。

2 結(jié)果與分析

2.1 最熱(冷)月份與最熱(冷)月時段溫度

根據(jù)1951—2018年的年度最熱月份和最冷月份統(tǒng)計結(jié)果，最熱月份發(fā)生在7月的有65 年(占95.6%)，6月和8月分別為1979年和1951年及1975年，僅占總年數(shù)的1.5%和2.9%；1979年6月平均溫度21.6 ℃比7月21.5 ℃高0.1 ℃；1951年和1975年8月都是23.3 ℃，比7月分別高0.7和0.4 ℃；6、7和8月的多年平均溫度分別為21.8、23.8和21.9 ℃。比較多年平均值，7月平均溫度比6月和8月高近1.9～2.0 ℃，而6月與8月平均溫度僅相差0.1 ℃，最熱月時段平均23.77 ℃，7月平均23.75 ℃，7月僅比最熱月時段低0.02 ℃。因此，從多年平均情況來看，以7月替代最熱月份具有統(tǒng)計意義。

最熱月時段平均溫度(TH31d,Temperature of the hottest 31-day period)、最熱月份平均溫度(Thm,Temperature of the hottest month)和7月平均溫度(TJul)的年際變化見圖1。

圖1 最熱月時段平均溫度、最熱月份平均溫度和7月平均溫度的年際變化(1951—2018)Fig.1 Variation of temperature of the hottest 31-day period, the hottest month and July from 1951 to 2018

從圖1可知，最熱月時段、最熱月份和7月溫度都具有明顯的年際變化，且最熱月時段溫度都大于等于最熱月份(或7月)溫度。68 年中，最熱月時段平均溫度大于最熱月份平均溫度的有63 年，占92.6%，溫度偏差最大為1.4 ℃(1999年)；最熱月時段平均溫度與最熱月份平均溫度相等的僅有5 年，只占7.4%。最熱月時段與最熱月份和7月溫度的最大偏差、平均偏差分別為1.4和2.0 ℃(1951年)、0.50和0.52 ℃。種植區(qū)劃中以最熱月份(或7月)溫度替代最熱月溫度安排作物栽種，則可能因為實(shí)際最熱月時段溫度過高而遭受高溫?zé)岷ΑＲ虼?，從統(tǒng)計學(xué)意義和作物生長發(fā)育對溫度需求講，不宜以最熱月份(或7月)替代最熱月時段。

最冷月份發(fā)生在12月和1月分別為11和57年，占總年數(shù)16.2%和83.8%；12月和1月的多年平均溫度分別為-5.8和-7.9 ℃。比較多年平均值，1月平均溫度比12月低近2.1 ℃，且年度最冷月份發(fā)生在1月的年數(shù)是12月的5倍多。68 年中，最冷月份的多年平均值-8.19 ℃，1月平均溫度-7.92 ℃，1月僅比最冷月份高0.27 ℃，從統(tǒng)計學(xué)角度，以1月為最冷月份是可行的。

1951—2018年最冷月時段平均溫度(TC31d,Temperature of the coldest 31-day period)、最冷月份平均溫度(Tcm,Temperature of the coldest month)和1月平均溫度(TJan,Temperature of January)的年際變化曲線于圖2。

從圖2可知，最冷月時段、最冷月份和1月溫度都具有明顯的年際變化，且最冷月時段溫度都小于等于最冷月份(1月)溫度，最冷月時段與最冷月份(1月)的溫度偏差存在明顯的年際差異。68 年中，最冷月時段平均溫度大于最冷月份溫度的有61 年，占89.7%，溫度偏差最大為3.3 ℃(2007年)；最冷月時段平均溫度與最冷月份溫度相等的僅有7 年，只占10.3%。最冷月時段比最冷月份和1月溫度最多要低3.3和4.6 ℃(1984年)，平均低0.8和1.1 ℃。種植區(qū)劃中以1月或最冷月份溫度替代最冷月溫度栽種作物，則可能因為實(shí)際最冷月時段溫度過低而遭受低溫災(zāi)害。因此，從統(tǒng)計學(xué)意義和作物生長發(fā)育對溫度需求講，簡單地以1月或最冷月份替代最冷月時段也是不科學(xué)的。

圖2 最冷月時段平均溫度、最冷月份平均溫度和1月平均溫度的年際變化(1951—2018)Fig.2 Variation of temperature of the coldest 31-day period, the coldest month and January from 1951 to 2018

1951—2018年最熱月時段與最冷月時段的起止日期SED、溫度變化范圍(RAT,Range of average temperature)和平均溫度(AT,Average temperature)，與最熱月份(以7月代替)和最冷月份(以1月替代)溫度及其保證率50%和80%的測算結(jié)果見表1。

表1 寧夏銀川最熱(冷)月時段與最熱(冷)月份平均溫度及起止日期對照(1951—2018)Table 1 Comparison of AT,RAT and SED of July,January with those of H31 d,C31 d in Yinchuan, Ningxia

綜合表1和圖1可知，寧夏銀川最熱月時段最早出現(xiàn)在6月17日—7月17日(2005年，26.0 ℃)，最晚出現(xiàn)在7月26日—8月25日(2007年，23.9 ℃)，最早與最晚日期相差39 d，超過1 個月。最熱月時段平均起止日期為7月7日—8月6日，保證率80%的起止日期始于6月30日以后、終于8月14日之前。

綜合表1和圖2得知，最冷月時段最早出現(xiàn)在12月1日—12月31日(1952年，-10.1 ℃；1967年，-14.6 ℃；2014年，-5.6 ℃)，最晚出現(xiàn)在1月21日—2月20日(1978年，-8.5 ℃)，最早與最晚日期相差51 d，超過1個半月。最冷月時段最早日期比最冷的1月早31 d，整整提前1 個月，最晚日期則晚20 d，說明最冷月時段起止時間的年際變化差異很大。平均起止日期為12月28日—1月27日，保證率80%的起止日期終于2月6日之前、始于12月18日以后。

1951—2018年的最熱月時段平均溫度多年平均為24.3 ℃，比7月平均溫度多年平均值高0.5 ℃；最熱月時段平均溫度80%保證率對應(yīng)的上下限也相應(yīng)比7月高0.5～0.7 ℃。最冷月平均溫度多年平均為-9.0 ℃，比1月平均溫度低1.1 ℃，最冷月時段平均溫度80%保證率對應(yīng)的上下限相應(yīng)比1月要低0.9～1.0 ℃。因此，當(dāng)采用7月或1月溫度多年平均作為最熱月或最冷月溫度指標(biāo)時，應(yīng)把7月溫度往上調(diào)高0.5～0.7 ℃，把1月溫度往下調(diào)低0.9～1.1 ℃。

2.2 不同時段標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值及其應(yīng)用效果檢驗

以滑動平均法統(tǒng)計1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年等4個30 年氣候標(biāo)準(zhǔn)時段CSNP (Climatological standard normal period)中，各年度持續(xù)31 d的最熱(冷)月時段的起止日期，并把各標(biāo)準(zhǔn)時段中最早、最晚和平均起止日期以及80%保證率GR80對應(yīng)的最早和最晚起止日期列于表2。

表2 不同氣候標(biāo)準(zhǔn)時段最熱(冷)月時段的起止日期對照表Table 2 Start and end dates of the hottest/coldest 31-day period among 4 climatological standard normal periods

從表2可知，4個氣候標(biāo)準(zhǔn)時段的最熱月時段起止日期基本接近，平均為7月8日—8月7日，1981—2010年時段早2 d、1951—1980年時段則早1 d，1961—1990和1971—2000年與平均值相同，早晚只相差3 d；30 年標(biāo)準(zhǔn)時段中，最熱月時段起止日期最早和最晚出現(xiàn)的時段都在1981—2010年。4個30 年標(biāo)準(zhǔn)時段間，最冷月時段平均和最晚起止日期完全相同，平均在12月28日—1月27日，最晚1月21日—2月20日，最早起止日期僅相差1 d。對應(yīng)平均、最早與最晚3個階段的起止日期，在4個標(biāo)準(zhǔn)時段間變化很小，具有相對穩(wěn)定性。但最熱(冷)月時段起止日期的年際變化卻較大：最熱月時段平均起止期比最早起止期晚多半個月，比最晚則早超過半個月，早晚相差一個多月；最冷月時段平均起止期比最早起止期晚近1 個月，比最晚則早19～20 d，早晚相差近50 d。按保證率80%測算，最熱月時段最早起止日期與7月基本一致，但最晚則比7月要晚約半個月；即最熱月時段起始日期80%早于7月15日、晚于7月1日。最冷月時段最早起止日期為12月17—18日，最晚為1月8—9日，即最冷月時段起始日期80%早于1月8—9日、晚于12月17—18日。

分別統(tǒng)計1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的最熱月時段溫度和7月溫度在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計時段30 年中的最大值(Max,Maximum)、最小值(Min,Minimum)和標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值(SCN,Standard climate normal)，并按80%保證率統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)30 年時段的溫度上限(TUp,Upper threshold temperature)和下限閾值(TLo,Lower threshold temperature)，結(jié)果列于表3。

從表3可知，隨著標(biāo)準(zhǔn)時段時間的推移，最熱月溫度和7月溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候值，包括最大值、最小值、平均值和保證率80%對應(yīng)的上下限閾值都呈現(xiàn)出增加趨勢，說明夏季氣溫正在逐漸升高。4個標(biāo)準(zhǔn)時段中，最熱月時段溫度最大值平均25.9 ℃(25.6～26.0 ℃)、平均值平均24.1 ℃(23.8～24.3 ℃)和最小值平均22.5 ℃(22.3～22.7 ℃)分別比7月最大值平均25.3 ℃(24.9～25.7 ℃)、平均值平均23.5 ℃(23.3～23.9 ℃)和最小值平均21.8 ℃(21.5～22.6 ℃)高0.6、0.6和0.7 ℃；80%最熱月時段溫度≥23.2 ℃、≤24.6 ℃，80%7月溫度≥22.8 ℃、≤24.1 ℃，最熱月時段溫度80%保證率上下限閾值比7月相應(yīng)都要高0.4～0.5 ℃。但30 年標(biāo)準(zhǔn)時段的溫度最大變幅7月4.2 ℃(1971—2000年)比最熱月時段3.6 ℃(1961—1990年)高0.6 ℃，4個標(biāo)準(zhǔn)時段的溫度平均變幅也是7月更大一些，說明最熱月時段溫度比7月的氣候穩(wěn)定性更大。

表3 不同氣候標(biāo)準(zhǔn)時段最熱月溫度和7月溫度的氣候值對照表Table 3 Temperatures of the hottest 31-day period and July among 4 climatological standard normal periods

分別統(tǒng)計1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的最冷月時段溫度和1月溫度的在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計時段30 年中的最大值、最小值和標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值SCN (Standard climate normal)，并按80%保證率統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)30 年時段的溫度上下限閾值，結(jié)果列于表4。

從表4可知，隨著標(biāo)準(zhǔn)時段時間的推移，最冷月時段溫度和1月溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值呈現(xiàn)升高趨勢，說明冬季氣候在逐漸變暖。最冷月時段溫度平均值比1月低0.9～1.1 ℃，最冷月溫度年際最大變幅11.4 ℃(1951—1980年)比1月的9.1 ℃(1951—1980年)大2.3 ℃，比較4個標(biāo)準(zhǔn)時段的溫度變幅，最冷月時段溫度的平均變幅9.1 ℃比1月大1.4 ℃，說明最冷月時段溫度比1月更不穩(wěn)定、波動更大。80%最冷月時段溫度≥-11.2 ℃、≤-7.4 ℃，80%1月溫度≥-9.7 ℃、≤-6.8 ℃，最冷月時段溫度80%保證率上下限閾值比1月相應(yīng)高0.6～1.4 ℃。

綜合表3和表4得知，隨著氣候值統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)時段的推移，最熱(冷)月時段和最熱(冷)月份溫度都出現(xiàn)增加趨勢，1981—2010年最熱月時段和最熱月份溫度比1951—1980年增加0.5～0.6 ℃,最冷月時段和最冷月份溫度則增加1.6 ℃，低溫時段的增幅是高溫增幅的近3倍。

表4 不同氣候標(biāo)準(zhǔn)時段最冷月溫度和1月溫度的氣候值對照表Table 4 Temperatures of the coldest 31-day period and January among 4 climatological standard normal periods

在作物種植區(qū)劃、結(jié)構(gòu)調(diào)整和新品種適栽論證的實(shí)踐中，需要利用對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析結(jié)果預(yù)估未來和指導(dǎo)應(yīng)用。分別以1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的最熱(冷)月時段溫度、最熱(冷)月份的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值(SCN,Standard climate normal)作為1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2020年的最熱(冷)月時段平均溫度預(yù)估指標(biāo)值(PT,Prediction temperature)，統(tǒng)計分析實(shí)際溫度(AT,Actual temperature)與預(yù)估溫度差異，把4個氣候標(biāo)準(zhǔn)時段預(yù)估的38年檢驗結(jié)果列于表5。

從表5可知，溫度偏差、溫度誤差、均方根誤差和準(zhǔn)確率等檢驗指標(biāo)都表明，利用最熱月時段溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值，預(yù)估最熱月時段溫度的整體效果都比利用最熱月份溫度氣候平均值要好。利用最熱月時段溫度標(biāo)準(zhǔn)30 年的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值，預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)段后第1—10 年最熱月時段溫度與實(shí)際溫度偏差38 年的平均為0.6 ℃，而以7月溫度氣候值預(yù)估的平均偏差為1.2 ℃，比最熱月時段預(yù)估偏差高1倍。以溫度誤差小于等于2 ℃為指標(biāo)測算的準(zhǔn)確率高達(dá)92.1%，比利用7月平均溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率76.3%要高15.8%。結(jié)果表明，使用最熱月時段溫度氣候值，比采用7月代替最熱月的方法，明顯提高了氣候值指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用的有效性，降低了溫度誤差。因此，建議今后在農(nóng)業(yè)氣象應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際氣溫觀測數(shù)據(jù)計算最熱月時段溫度，并利用最熱月時段溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值來指導(dǎo)實(shí)踐。

利用最冷月時段和1月溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值，對相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)段后1—10 年的最冷月時段溫度的預(yù)估效果，從表5對比可知，雖然1月的溫度誤差和均方根誤差比最冷月時段相對較小，準(zhǔn)確率卻相對更高，但兩者之間的差異并不明顯。比較兩者38年的年平均溫度誤差僅相差0.3 ℃，均方根誤差只有0.1 ℃，基本在實(shí)踐應(yīng)用的可接受誤差范圍內(nèi)。以溫度誤差小于等于2 ℃為準(zhǔn)確，得到1月溫度氣候值預(yù)估準(zhǔn)確率為68.4%，比最冷月時段預(yù)估準(zhǔn)確率高13.1%。結(jié)果表明，按目前的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值預(yù)估法，寧夏銀川地區(qū)以1月統(tǒng)計最冷月溫度相對準(zhǔn)確，但準(zhǔn)確率不高，還需要進(jìn)一步探索更為準(zhǔn)確有效的方法。

表5 寧夏銀川地區(qū)最熱(冷)月時段預(yù)估效果檢驗結(jié)果Table 5 Statistical results comparison of temperatures of the hottest/coldest 31-day periods predictedby standard climate normal of TH31d/TC31d and Thm/Tcm in Yinchuan, Ningxia

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，對作物種植適宜性區(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)計年度為時1 個月時長的時段平均最高(低)溫度，不能簡單地通過比較全年12個月的月平均溫度，挑選出最熱(冷)月份的溫度來確定。因為最熱(冷)月時段的起止日期并不一定是最熱(冷)月份所在的時期。

作物生長發(fā)育對溫度要求及溫度對農(nóng)業(yè)影響的時間尺度指標(biāo)隨作物、品種和生長發(fā)育階段等變化。例如湖南雙季早稻春季低溫災(zāi)害輕度、中度和重度等級，分別對應(yīng)著日平均溫度<12 ℃持續(xù)3～5、6～9 和10 d以上的指標(biāo)[22]。廣東晚稻寒露風(fēng)輕、中、重災(zāi)害等級，分別對應(yīng)日平均氣溫≤23 ℃且持續(xù)3～5、6～9和10 d以上的溫度和天數(shù)指標(biāo)[23]。不同作物與品種及其在不同的生長發(fā)育階段對溫度要求不同，不同研究對象的溫度指標(biāo)及其影響時長也不同。因此，最熱(冷)月指標(biāo)應(yīng)調(diào)整為最熱(冷)月時段，時段長度也要隨作物、品種及不同發(fā)育階段和不同服務(wù)目標(biāo)調(diào)整。在農(nóng)業(yè)氣候分析和適宜性區(qū)劃時，建議綜合作物生長發(fā)育過程對高低溫度指標(biāo)的保證率要求，分析≤和≥溫度指標(biāo)的保證率、發(fā)生高溫?zé)岷偷蜏貫?zāi)害的風(fēng)險概率，加強(qiáng)氣象服務(wù)農(nóng)業(yè)的防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險管理。

3.2 結(jié)論

1)寧夏銀川1951—2018年，最熱月時段起止日期在6月中旬—8月下旬，年度最熱月時段起止時間最早發(fā)生在2005-06-17—2005-07-17，最晚出現(xiàn)在2007年的7月26日—8月25日，早晚起止時間相差39 d，超過1 個月。多年平均的最熱月時段起止日期為7月上旬—8月上旬，比多年平均最熱月份所在的7月晚1個多星期，保證率80%的起止日期始于6月30日以后、終于8月14日之前。多年平均最熱月時段溫度比7月平均溫度高0.5 ℃，保證率80%對應(yīng)的上下限也相應(yīng)比7月高0.5～0.7 ℃。

2)寧夏銀川1951—2018年，最冷月時段起止日期在12月上旬—2月中旬波動，年度最冷月時段起止時間最早發(fā)生在1967年的12月1日—12月31日，最晚出現(xiàn)在1978年的1月21日—2月20日，早晚相差51 d，超過一個半月。多年平均的最冷月時段起止日期為12月下旬—1月下旬，保證率80%的起止日期始于12月18日以后、終于2月6日之前。多年平均最冷時段平均溫度比1月低1.1 ℃，保證率80%對應(yīng)的上下限相應(yīng)比1月要低0.9～1.0 ℃。

3)比較1951—1980、1961—1990、1971—2000和1981—2010年4個氣候標(biāo)準(zhǔn)時段，最熱月時段起止日期基本接近，平均為7月8日—8月7日，早晚只相差3 d；最冷月時段平均都在12月28日—1月27日，標(biāo)準(zhǔn)時段間沒有差異。但標(biāo)準(zhǔn)時段內(nèi)的30 年間，最熱(冷)月時段起止日期的年際變化較大：最熱月時段平均起止期比最早起止期晚半個多月，比最晚則早半個多月，早晚相差超過1 個月；最冷月時段平均起止期比最早起止期晚近1 個月，比最晚則早19～20 d，早晚相差近50 d。最熱月時段起始日期80%早于7月15日、晚于7月1日，最冷月時段起始日期80%早于1月8—9日、晚于12月17—18日。隨著標(biāo)準(zhǔn)時段時間推移，最熱月時段溫度、7月溫度、最冷月時段溫度和1月溫度都呈現(xiàn)升高趨勢，1981—2010年的最熱月時段和最熱月份溫度比1951—1980年增加了0.5～0.6 ℃,最冷月時段和最冷月份溫度則增加了1.6 ℃，最冷月時段和1月溫度的增幅是最熱月和7月的近3倍。表明最熱月時段和最冷月時段都在變暖，且最冷月時段增溫更多。

4)利用30 年標(biāo)準(zhǔn)的最熱月時段氣候平均值預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)段后第1—10 年最熱月時段溫度準(zhǔn)確率92.1%，比7月平均溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率高15.8%。而利用1月溫度氣候值預(yù)估準(zhǔn)確率68.4%，比最冷月時段的預(yù)估準(zhǔn)確率高13.1%，但比最熱月準(zhǔn)確率低23.7%。結(jié)果表明，按目前的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值預(yù)估法，最熱月時段溫度氣候值比7月明顯提高了氣候值指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用的有效性，降低了溫度誤差，但最冷月溫度卻低于1月溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率，因此對于最冷月的統(tǒng)計還需要進(jìn)一步探索更為準(zhǔn)確有效的方法。

最熱(冷)月時段溫度統(tǒng)計方法準(zhǔn)確統(tǒng)計了最熱(冷)月起止日期和溫度的年際變化，測算了最熱(冷)月時段與最熱(冷)月份和7月(1月)的溫度誤差，明顯提高了利用世界氣象組織WMO的氣候值標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計方法對最熱月溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率，但最冷月溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率仍較低，還有待進(jìn)一步探究。