1956—2022年雙峰縣農(nóng)業(yè)氣候資源變化分析

劉俊 李志斌 翟子豪 肖林利 龍博 李鈺嫻 康艷青

摘 要：利用1956—2022年雙峰縣逐日氣溫、降水量、日照時數(shù)等氣象要素資料，采用Pearson顯著性檢驗、皮爾遜Ⅲ型曲線分析等統(tǒng)計方法了該地區(qū)近66年農(nóng)業(yè)氣候資源變化分布規(guī)律。結(jié)果表明：（1）雙峰縣光資源充足，但日照時數(shù)仍呈現(xiàn)一個減少的趨勢，減少速率為48.3 h/10年，一年中日照不足的時段呈增加趨勢。（2）在全球氣候變暖背景下，最高、最低氣溫及深層地溫存在明顯增溫，其中5 cm淺層增溫最為明顯，從2015年開始無霜期出現(xiàn)了顯著的延長；≥0 ℃積溫、≥10 ℃積溫和≥20 ℃

積溫均呈現(xiàn)極顯著增加趨勢。雙峰縣氣候平均值為1 374 mm，年際較差大，多則1 952.6 mm，少則僅947.4 mm；年內(nèi)最大小時雨強的分布與年降水量變化趨勢較為一致，呈現(xiàn)極為顯著的正相關(guān)，年降雨日數(shù)多則196 d，少則121 d，最大年較差達75 d；2017—2022年年降雨日數(shù)也呈現(xiàn)減少的趨勢；從各量級的日數(shù)分布看，逐年小雨日數(shù)變化與年降水量較為接近。根據(jù)皮爾遜Ⅲ型曲線分析降水頻率，豐水年有16年，中等干旱年以上有16年，且自2007年開始至2022年，雙峰縣已出現(xiàn)了5年中旱和1年特旱。

關(guān)鍵詞：雙峰縣；皮爾遜Ⅲ型曲線；農(nóng)業(yè)氣候資源；分布規(guī)律

中圖分類號：S162.3 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）02–00-03

雙峰縣地處湖南中部，東毗衡山、湘潭，南靠衡陽、漣源，北與湘鄉(xiāng)為鄰，四境群山逶迤，中部丘崗山地起伏，整個地形自西南漸向東北傾斜，境內(nèi)最高山峰海拔（818.8 m），最低平川海拔（64 m）。由于地勢基本平緩，光熱資源豐富，適于水稻和綠色植物種植，全國產(chǎn)糧大縣之一，2022年糧食作物播種面積穩(wěn)定在7.8萬hm2以上，糧食總產(chǎn)穩(wěn)定在51.2萬t以上，其中水稻播種面積穩(wěn)定在6.5萬hm2以上，已14次獲評“全國糧食生產(chǎn)先進縣”“湖南省糧食生產(chǎn)標兵縣”。

雙峰縣國家基本氣象站建于1956年，站址位于112°10′E、27°27′N，海拔100 m，同年10月正式開展觀測，并同步實現(xiàn)地面天氣資料和氣候資料全球交換，自建站開始至2022年未進行過臺站搬遷，數(shù)據(jù)資料完整度高、能代表當?shù)剞r(nóng)業(yè)種植區(qū)域氣候特征，掌握雙峰縣農(nóng)業(yè)氣候資源的變化規(guī)律對水稻等農(nóng)作物的種植尤為重要[1-3]。從光能資源、熱量資源、水分資源3個方面，分析了研究區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的空間分布特征及時間變化趨勢、演變規(guī)律，以期為雙峰縣農(nóng)業(yè)種植應(yīng)對氣候變化決策提供科學參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究所需數(shù)據(jù)包括1956—2022年雙峰縣國家氣象站的逐日氣象觀測資料，氣象資料來源于天擎·湖南。農(nóng)業(yè)氣候資源主要包括光資源、熱量資源和水分資源。

1.2 研究方法

皮爾遜Ⅲ型曲線是一條一端有限―端無限的不對稱單峰、正偏曲線，數(shù)學上常稱伽馬分布，按照水稻生長期間降水頻率，擬定頻率小于25%的年份劃定為豐水年，降水頻率在25%～75%之間的劃定為平水年，降水頻率大于75%的年份劃定為中等干旱年，降水頻率大于95%的年份劃定為特旱年4種類型。

2 農(nóng)業(yè)氣候資源的特征分析

2.1 光資源的變化特征

根據(jù)雙峰縣國家基本氣象站1957—2022年的日照觀測數(shù)據(jù)可知（圖1），年日照時數(shù)呈減少趨勢，減少速率為48.3 h/10年，在2011—2020年呈顯著偏少突變。從日照百分率≥60%和≤20%的日數(shù)看，全年日照百分率≥60%平均為107 d，全年日照百分率≤20%平均為185 d；1957—2022年，年日照百分率≥60%呈減少趨勢，減少速率為4.4 d/10年；年日照百分率≤20%呈增加趨勢，增加速率為3.7 d/10年；此外在2012年存在明顯的突變。

從上述分析可知，雙峰縣的日照時數(shù)呈現(xiàn)一個減

少的趨勢，其中，日照百分率≤20%呈顯著增加趨勢，

即一年中日照不足的時段呈增加趨勢；其中在2011年開始出現(xiàn)明顯突變。如果從單一年份看，陰雨天、雨雪天多，日照時間往往會減少。而從長期來看，天空中云量增加、大氣污染、霧霾天氣較多，也是造成日照時間減少的原因。多數(shù)研究表明大氣污染是造成年際日照時數(shù)減少的直接原因。

從雙峰地區(qū)日照時數(shù)逐月分布圖上看（圖略），日照時數(shù)年變化呈單峰型分布，從1月至4月的日照時數(shù)不斷增加，至7月份達到峰值，隨后日照時數(shù)逐月下降。日照時數(shù)具有明顯季節(jié)特征，夏季最多，春季和秋季次之，冬季最少。

2.2 熱資源的變化特征

2.2.1 氣溫變化

從平均氣溫看（圖略），雙峰大部分地區(qū)有冬冷、夏熱、春溫多變、秋溫下降迅速的特點。除海拔較高的山區(qū)外，年平均氣溫一般在17.2 ℃之間。從氣溫的年變化四季長度看，雙峰縣地處中緯度，溫度有明顯的年變化，1月是全年最冷的月份，氣溫在5.2 ℃；一般7月是最熱的月份。除高海拔地區(qū)外，氣溫在29 ℃，極端最高氣溫大部分地區(qū)在39～41 ℃以上，大多出現(xiàn)在7月或8月。

雙峰縣四季分明，冬夏長而春秋短。按候平均氣溫T＞22 ℃為夏季，T＜10 ℃為冬季，10≤T＜22 ℃為春秋季劃分指標，雙峰一般3月下旬中進入春季，5月下旬末進入夏季，9月中旬末進入秋季，11月下旬中進入冬季，一般春季約66 d，夏季約113 d，秋季約66 d，冬季約120 d。

從平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、5 cm淺層地溫的逐年變化可知（圖2），最高氣溫、最低氣溫及深層地溫存在明顯增溫，其中5 cm淺層增溫最為明顯，其次是平均最高氣溫；其地溫變化速率為0.45 ℃/10年，即1980年以來5 cm淺層地溫平均溫度上升2.5 ℃，

明顯高于全球地表平均溫度增幅（1 ℃左右）。

2.2.2 無霜期

無霜期是指一年中終霜后至初霜前的一整段時間，在這一期間內(nèi)，沒有霜的出現(xiàn)；農(nóng)作物的生長期與無霜期有密切關(guān)系，無霜期愈長，生長期也愈長。1957

—2022年平均無霜期為272 d，最多無霜期長為346 d

（2021年），最短無霜期為225 d（1986年）；從2015年開始無霜期出現(xiàn)了顯著的延長。初霜平均日期為11月25日，終霜平均日期為2月27日；終霜日期自2010年之后開始明顯提前，初霜的日期也略有推遲（圖3）。

2.2.3 積溫

由圖4可知，近66年雙峰縣≥0 ℃、≥10 ℃、≥20 ℃

的年積溫均呈現(xiàn)極顯著增加趨勢，其中≥20 ℃年積溫均值為3 841.7 ℃·d，最大值為4908.6 ℃·d（2022年），最小值為3 011.4 ℃·d（2002年），近66年雙峰縣≥20 ℃的年積溫增幅為96.2 ℃·d/10年；≥10 ℃積溫均值為

5 619 ℃·d，適宜雙季稻種植（4 500～7 000 ℃·d的地方適于種兩季稻），最大值為6 420.6 ℃·d（2022年），最小值為4 834.6 ℃·d（1987年），近66年雙峰縣≥10 ℃·d的積溫呈極顯著增加趨勢，增幅為103.7 ℃·d /10年；≥0 ℃積溫均值為6 415.1 ℃·d，最大值為6 903.5 ℃·d（2022年），最小值為5 853.1 ℃·d（1996年），增幅為79.6 ℃·d /10年。

2.3 水資源的變化特征

2.3.1 全年降水量的分布特征

1966—2022雙峰縣年降水量最多為1952.6 mm（1970

年），年降水量最少947.4 mm（2011年），年較差最多達到

1 005.2 mm；近30年氣候平均值為1 374 mm，年降水量比較適宜水稻生長。但從年變化可以看出，2017年開始至2022年，已出現(xiàn)連續(xù)多年的年降水量較常年偏少。此外，年內(nèi)最大小時雨強的分布與年降水量變化趨勢較為一致，呈現(xiàn)極為顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.439，且通過0.01級別的顯著性檢驗（圖5）。

2.3.2 各量級降水日數(shù)的逐年變化

近66年雙峰縣年降雨日數(shù)最多為196 d（1970年），

年降雨日數(shù)最少為121 d（1963年），最大年較差為75 d；

近30年氣候平均值為155 d，與年降水量變化較為一致，從2017年開始至2022年年降雨日數(shù)也呈現(xiàn)減少的趨勢；從各量級的日數(shù)分布看，逐年小雨日數(shù)變化與年降水量較為接近，年小雨日最多為142 d（1970

年），最少為90 d（1986年），近30年氣候平均值為112 d；

此外年小雨日占全年降雨日數(shù)的72.4%，占比最多為83.2%；2011年114 d；占比最少為65.4%為2010年104 d，

近10年小雨日數(shù)占比呈現(xiàn)減少趨勢；年大雨及以上日數(shù)近氣候平均值為14.6 d，最多年份為2002年25 d，

最少年份在1978年7 d；年暴雨以上日數(shù)近氣候平均值為3.4 d，最多年份為1990年8 d，最少年份在2018年無暴雨出現(xiàn)（圖6）。

5—6月降水最多，1和12月降水最少，最大月和最小月相差較大，約150 mm。從2000年開始之間，1—4月及8—10月份降水較歷年呈現(xiàn)減少的趨勢，5—7月降水較歷年呈現(xiàn)增多的趨勢，11—12月呈現(xiàn)略增多的趨勢；從氣候事件來看，即相對少雨期的降水變得更為干旱，汛期5—7月時段降水集中呈現(xiàn)偏多趨勢洪澇更易發(fā)生，8月開始迅速轉(zhuǎn)為少雨期趨于干旱為主；總的來看，自2000年開始至2022年，旱澇分界線更為清晰，5—7月以澇為主，其余時段以旱為主。

分析雙峰縣1957—2022年近66年的水稻生長期間的降水資料（圖7），降水頻率為95%時降水量為630 mm，降水頻率為75%時降水量為793 mm，降水頻率為50%時降水量為885 mm，降水頻率為25%時降水量為1 084 mm。66年的年豐水年份有16年，分別是1961—1962、1970、1975、1977、1981—1982、1987、1990、1994、1997、1999、2002、2010、2014和2016年，中等干

旱年以上的年份有16年，分別是1960、1963—1964、1974、1976、1983、1985、1991—1992、1998、2007—2008、2011、2013、2018和2022年，其中1960、1985和2008年為特旱年。自2007年開始至2022年，雙峰縣已出現(xiàn)了5年中旱和1年特旱。

3 結(jié)論

（1）光資源變化特征：雙峰縣的日照時數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢，減少速率為48.3 h/10年，其中日照百分率≤20%呈顯著增加趨勢，全年日照百分率≥60%平均為107 d，

全年日照百分率≤20%平均為185 d，即一年中日照不足的時段呈增加趨勢；其中在2011年開始出現(xiàn)明顯突變。如果從單一年份看，陰雨天、雨雪天多，日照時間往往會減少。而從長期來看，天空中云量增加、大氣污染、霧霾天氣較多，也是造成日照時間減少的原因[5-6]。

（2）熱資源變化特征：氣溫的年變化為單峰型，從1月開始升溫，至7月和8月達到峰值，爾后開始降溫，到1月又回到最低值。一般3月下旬中進入春季，5月下旬末進入夏季，9月中旬末進入秋季，11月下旬中進入冬季，一般春季約66 d，夏季約113 d，秋季約66 d，冬季約120 d。最高氣溫、最低氣溫及深層地溫存在明顯增溫，其中5 cm淺層增溫最為明顯，其次是平均最高氣溫；其地溫變化速率為0.45 ℃/10年，即1980年以來5 cm淺層地溫平均溫度上升2.5 ℃，明顯高于全球地表平均溫度增幅。平均無霜期為272 d，最多無霜期長為346 d，最短無霜期為225 d；從2015年開始無霜期出現(xiàn)了顯著的延長。初霜平均日期為11月25日，終霜平均日期為2月27日；終霜日期自2010年之后開始明顯提前，初霜的日期也略有推遲。年≥0 ℃積溫、≥10 ℃積溫和≥20 ℃積溫均呈現(xiàn)極顯著增加趨勢。

（3）水資源變化特征：雙峰縣氣候平均值為1 374 mm，年降水量最多為1 952.6 mm，年降水量最少947.4 mm，年較差最多達到1 005.2 mm。年內(nèi)最大小時雨強的分布與年降水量變化趨勢較為一致。近66年雙峰縣年降雨日數(shù)最多為196 d，年降雨日數(shù)最少為121 d，最大年較差為75 d；2017年開始至2022年年降雨日數(shù)也呈現(xiàn)減少的趨勢；從各量級的日數(shù)分布看，逐年小雨日數(shù)變化與年降水量較為接近，年小雨日最多為142 d，最少為90 d；此外年小雨日占全年降雨日數(shù)的72.4%。降水頻率為95%時降水量為630 mm，降水頻率為75%時降水量為793 mm，降水頻率為50%時降水量為885 mm，降水頻率為25%時降水量為1 084 mm。

66年中豐水年份有16年，中等干旱年以上有16年其中1960、1985和2008年為特旱年。自2007年開始至2022年，雙峰縣已出現(xiàn)了5年中旱和1年特旱。

參考文獻

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