且末荒漠绿州区热量资源变化特征及潜力分析

2013-11-15杜新蕊

沙漠与绿洲气象 2013年1期

冯浩，霍锦，杜新蕊

（1.且末县气象局，新疆且末841900；2.塔中气象站，新疆库尔勒841000）

在全球气候增暖[1]的大背景下，各地热量资源也不同程度地发生了变化。热量资源是指某一地区在特定的气候条件下所能提供的热量多少，是太阳辐射和地表、大气中各种物理过程综合作用的结果。温度是影响作物生长的主要因素之一，是农业气候上衡量热量资源的一个重要指标。描述热量资源一般采用积温，即在一定温度范围内日平均温度的累积值。农作物的生长发育都是在一定的温度范围内进行的，而且要求热量条件必须积累到一定的程度才能完成从萌芽到成熟。不同的作物生长发育对热量条件的要求不同，同一种作物的不同品种、不同发育期对热量条件的要求也不同。热量条件的好坏，直接决定作物生长期的长短，而作物生长期的长短对农作物的产量和品质影响很大。

近些年有关专家和学者对新疆各地热量资源变化做了诸多研究[2-4]，这些研究对认识新疆气候变化背景下农业热量资源变化情况具有一定的意义。但文献中关于且末热量资源及其利用的研究还很少。新疆地域广阔，气候差别很大，各地的热量资源存在明显的差异。研究分析且末热量资源的变化特征，旨在农业生产中能合理加以利用，避开或减轻不利热量条件的影响，更好地为农业生产服务。

1 研究区域、资料与方法

1.1 研究区域概况

且末县是塔里木盆地东南缘一片孤立的绿洲，隶属巴音郭楞蒙古自治州，东与若羌县交界，西与和田地区的民丰县毗邻，南屏高山，北邻塔克拉玛干大沙漠，中部为平原，地势由西南向东北倾斜。且末荒漠与绿洲属极端干旱大陆性气候，常年多风沙天气，但光热资源充足。全县有1个镇，11个乡，3个国有农牧场，总耕地面积约10 727 hm2，人均耕地0.28 hm2，主要作物有：棉花、小麦、玉米、瓜果等。

1.2 资料与方法

利用新疆且末气象观测站1981—2010年气象整编资料，选取农业上经常使用的年平均气温、∑T≥0℃、∑T≥10℃积温、日平均气温稳定通过0、10、15、20℃初终日及其持续日数、无霜期。用年平均气温代表热量的平均状况；≥0℃初终日大致与土壤解冻、冻结、植物萌动相一致，持续日数为大农业广泛的生长期；≥10℃初终日代表喜温植物生长活跃期，持续日数是喜温作物旺盛生长期[5]；秋季第一次出现霜的日期为初霜日，春季最后一次出现霜的日期为终霜日，终霜日到初霜日这段时间称为无霜期。无霜期也称生长期，无霜期越长，可利用的季节越长。

（1）采用一元线性函数y=ax+b来拟合数据序列T（t），t=1，2，3，…，n，按最小二乘法求出趋势项 a 和常数项b。趋势值a的符号表示气候变量的趋势倾向，a＞0表示y随时间呈上升趋势；反之，a＜0则呈下降趋势。a×10表示气候倾向率，单位为℃/10 a。y是气象要素，x是时间序列。（2）滑动平均为5 a的移动平均值；距平分析是对序列值中的某一个数值与30 a平均值进行比较，若差值≥0，则为正距平；反之为负距平。（3）活动积温的数学表达式为：Aa=∑ti，式中 ti≥B；若 ti

2 结果与分析

2.1 年平均气温变化特征

由图1可见，且末县近30 a年平均气温为10.9℃，2007、2009年最高，均为11.7℃；1984年最低，为9.5℃，相差2.2℃。经线性趋势分析，一元线性方程为 y=0.042 8x+10.216（R2=0.487 3），气候倾向率为0.43℃/10 a，总体呈逐年上升趋势。年平均气温在20世纪80年代、90年代波动较为明显，气温值也偏低，1997年以后基本上以3～4 a的周期上升。从距平分析来看，1997年以前大多为负距平，仅1987、1990、1994年为正距平，但距平值均不超过0.3℃；而1997年以后大多为正距平，仅2008年为负距平，距平值仅为-0.2℃，这说明1997年为且末年平均气温变化的突变点。

2.2 积温变化特征

2.2.1 ≥0℃积温变化特征

由图2可见，且末县近30 a∑T≥0℃积温平均为4 483.3℃，2001年最大，为4 768.1℃；1992年最小，为4 254.2℃，相差513.9℃。经线性趋势分析，一元线性方程为 y=14.52x+4 258.3（R2=0.638 1），气候倾向率为145.2℃/10 a，呈明显增加趋势。从距平分析来看，≥0℃积温在1997年发生转折性变化，1997年以前基本为负距平，仅1990年为正距平；以后（含1997年）均为正距平，增加明显。

2.2.2 ≥10℃积温变化特征

由图3可见，且末近30a∑T≥10℃积温平均为4 014.3℃，1997年最大，为4 291.2℃；1996年最小，为3 738.8℃，1996—1997年增加最多。经线性趋势分析，一元线性方程为y=8.041 1x+3 889.7（R2=0.166 8），气候倾向率为80.4℃/10 a，呈明显增加趋势。1997年以前积温值较小，尤其是1990—1996年最小，均低于平均值，1997—2004年波动较大，但总体呈上升趋势。从距平分析来看，≥10℃积温以1997年为分隔点，1997年以前基本为负距平，仅 1982、1985、1990年为正距平；以后（含 1997年）基本为正距平，仅1999、2003年为负距平。

2.2.3 稳定通过0、10、15、20℃的初终日期及持续日数的变化特征

农业气候上常用的界限温度有0、10、15、20℃等，稳定通过界限温度初、终日期及持续日数对确定该地区的作物布局、耕作制度、品种搭配等都具有十分重要的意义[7]。

2.2.3.1 初日变化特征

由图4可知，日平均气温稳定通过0、15、20℃初日的曲线均呈下降趋势，即通过0、15、20℃初日表现为提前，其中0℃初日线性下降趋势最为明显，依次为20、15℃初日，这说明0℃初日提前最多；而稳定通过10℃初日的曲线呈不明显的上升趋势，即10℃初日表现为推后。

2.2.3.2 终日变化特征

日平均气温稳定通过0、10、15、20℃终日的曲线均呈上升趋势（图5），即通过 0、15、10、20 ℃终日均表现为推后，其中20℃终日线性上升趋势最明显，依次为0、10、15℃，说明20℃终日推后最多。

2.2.3.3 持续日数变化特征

从表1可知，日平均气温稳定通过0、10、15、20℃持续日数的平均值分别为 265、192、156、102 d，通过0、20℃持续日数呈增加趋势，而通过10、15℃持续日数则变化不明显。

表1 各年代界限温度持续日数平均值及距平值

2.3 无霜期变化特征

且末近30 a无霜期平均日数为191 d，最长为251 d（2009年），比平均日数多 60 d；最短为 146 d（1993年），比平均日数少45 d，最长和最短相差105 d。经线性趋势分析，一元线性方程为y=0.648 7x+180.54（R2=0.073 9），气候倾向率为 6.5 d/10 a，无霜期曲线虽年际变化较大，但总体呈上升趋势。从距平分析来看，30 a多以正距平为主。1981—1985年间大多为负距平，此后5 a均为正距平；20世纪90年代波动最为明显，头4 a负距平较多，后几年则正距平较多；2000年之后，基本为正距平，到2010年曲线有所下降，但总趋势还是上升的。这说明且末无霜期逐渐延长，热量资源不断增加。

3 热量资源的合理利用

气温升高，积温增多，热量资源增加，在给农业生产带来机遇的同时，也带来了挑战。从上述分析可以看出，且末热量资源较为充足，∑T≥0℃、∑T≥10℃积温平均值均超过4 000℃，适宜当地农业的发展，但农业生产往往达不到预期的效果。究其原因，且末荒漠绿洲生态环境十分脆弱，易受自然灾害影响，加之水分资源不足及其不合理利用，导致土壤盐渍化等，往往制约着热量资源效益的充分发挥。现就合理利用热量资源，发展优质、高产、高效农业，实现农业生产的可持续发展，提出几点建议：

（1）协调好水土矛盾，选择适应性好、抗灾性强的作物品种，充分发挥热量资源效益，挖掘耕地利用潜力，提高农作物产量。

（2）优化种植结构，大力发展特色林果业如红枣；加快发展设施农业，扩大设施温室的种植规模如蔬菜、葡萄、瓜类；调整粮、经、草的种植比例，努力发展特色作物的种植如高原大蒜、有色辣椒等，使种植业结构进一步优化。

（3）热量资源增加，会使作物生长加快，生长期缩短，可能会减少干物质的积累和籽粒饱满度，降低肥料和水分的有效性，并将增加化肥和灌溉水量。另外，气候变暖有利于病虫害的越冬，加重病虫害的发生，加大农药的使用量，因而提高农业生产成本。所以要树立防灾减灾意识，以实现农业的可持续发展。