近53年湖南高温变化特征及其对农业的影响

2016-11-19罗伯良李易芝

湖北农业科学 2016年4期

罗伯良李易芝

摘要：利用1961 — 2013年湖南74个气象观测站逐日高温观测资料，分析了湖南近53年的高温变化规律及其影响。结果表明，湖南大部分地区高温初日呈提前趋势，每10年提前2 d以上，并且呈现明显的年代际变化特征，21世纪以后高温初日提前明显；高温日数呈增加趋势，每10年增加2 d左右，湘北高温日数增加趋势显著；总体上湘中以南大部高温最长持续日数呈弱的减少趋势，每10年减少0.5 d左右，湘中以北则呈较强的增加趋势，每10年增加1 d左右。20世纪90年代以来，湖南高温天气显著增多、增强的同时，农业干旱灾害损失日趋严重。

关键词：高温；气候变化；农业干旱；湖南省

中图分类号：S162 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）04-0887-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.018

Changing Characteristics of High Temperature in Hunan Province during

the Last 53 Years and Its Influence on Agriculture

LUO Bo-liang，LI Yi-zhi

（Institute of Meteorological Science of Hunan Province/Key Laboratory of Preventing and Reducing Meteorological Disaster，

Changsha 410118， China）

Abstract： Based on the daily maximum air temperature data from 74 stations in Hunan during 1961 — 2013， the change rule of high temperature and its influence in Hunan during last 53 years were analyzed. The results showed that the beginning date of high temperature showed an advanced trend in most parts of Hunan with more than 2 d in advance every 10 years， and presents obvious interdecadal variation. Beginning date of high temperature was earlier obviously after 21st century. High temperature days showed an increasing trend and 2 d in advance every 10 years， which was more obvious in North of Hunan. High temperature maximum duration showed a weak decreasing trend in the south of central Hunan and reduced 0.5 d every 10 years， but which showed a strong increasing trend in the north of central Hunan and 1 d in advance every 10 years. Since the 1990s， high temperature in Hunan increased and enhanced significantly and the loss of agricultural drought disaster was increasingly serious.

Key words： high temperature； climate change； agricultural drought； Hunan province

IPCC（联合国政府间气候变化委员会）第五次评估报告指出[1]，1880 — 2012年，全球海陆表面平均温度呈线性上升趋势，升高了0.85 ℃；2003 — 2012年平均温度比1850 — 1900年上升了0.78 ℃；1983 — 2012年连续3个10年比1850年以来其他的任何10年都要暖，极有可能是近800～1 400年间最热的30年，近130年全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化。在过去的一个世纪之中，中国陆地平均气温的升幅与全球平均水平相比变化不大，中国年平均气温距平在2001 — 2010年相对于1971 — 2000年达到0.83 ℃，是1901年以来最暖的10年[2，3]。1961 — 2006年湖南气温亦表现为增加的趋势，湘北和湘东南增温明显[4]；湖南1960 — 2010年年平均气温上升速率为0.153 ℃/10年[5]。

在全球气候变暖的背景下，高温天气越来越多。由于高温天气的频发性和持续高温天气的严重危害性，其区域特征、发生原因、发展趋势得到了国内外研究学者的一致重视。在针对整个中国区域高温变化趋势的研究中，Zhai等[6]发现1951 — 1999年中国高温日数整体略微减少；高荣等[7]分析了1956 — 2006年中国高温日数的变化特征，发现该阶段中国区域高温日数总体呈现“增加-减少-增加”的趋势；Ding等[8]则进一步指出，除了西北地区外的中国大部分地区20世纪60～70年代高温偏多，80年代偏少，90年代以后又增多，并强调进入90年代以后整个中国地区的高温日数均呈显著的增多趋势。此外还有许多学者对中国不同地区高温的年际、年代际变化进行了研究，得出了许多有意义的结论[9-15]。但是研究对象大多为中国不同地区高温日数的年际、年代际变化，高温初日和持续时间研究较少。

湖南属典型的亚热带季风气候区，每年夏季（6～8月）受西太平洋副热带高压等天气系统的影响，容易出现持续或间断性异常高温酷热天气。20世纪90年代以后，湖南地区的高温天气频发，造成严重的损失。如1991年湖南省发生严重夏旱和秋旱，农作物受旱面积1.007×106 hm2，成灾面积4.470×105 hm2，因灾减产粮食1.10×109 kg。1992年湖南发生全省性夏秋冬三季连旱，农作物受旱面积1.091×106 hm2，成灾面积5.400×105 hm2，因灾减产粮食8.70×108 kg。1998年夏、秋季湘南发生特大干旱，其他地区中旱，全省农作物受旱面积7.040×105 hm2，成灾面积3.650×105 hm2，全年因灾减粮7.80×108 kg。2013年湖南发生严重高温干旱，农作物受灾面积1.697×106 hm2，其中绝收3.194×105 hm2，直接经济损失1.108×1010 元。可见，在全球气候变暖的背景下，频发的高温干旱事件对湖南国民经济特别是农业生产影响越来越大。因此，本研究利用1961 — 2013年湖南省境内气象站逐日气温观测资料，对近53年湖南的高温变化规律进行具体深入地分析，以期揭示其在气候变化背景下表现出的新特点和新趋势，有助于进一步认识湖南气候变化事实，同时也可为了解湖南极端高温气候事件变化规律、提高极端气候的预测水平及防御高温干旱灾害等提供一定的科学依据。

1 材料与方法

依据资料的连续性及最长时段性等标准，采用湖南省气候中心提供的湖南省1961 — 2013年74个气象观测站逐日日最高气温观测资料，该资料经过了较为严格的质量控制，包括资料自身的控制如基本逻辑检验、空间一致性检验和时间序列订正。农作物受旱资料则取自《湖南农业统计年鉴》。

目前，中央气象台发布高温预警时定义日最高气温≥35 ℃为高温日，本研究沿用这一定义，即一年中日最高气温≥35 ℃的日数为当年的高温日数。某年首次出现高温日的当日定义为该年的高温初日。考虑到持续性高温具有严重的危害性，定义发生高温的站点每年中最长的持续高温日数为该年该站点的高温最长持续日数，其年际变化也可以反映历年高温强度的变化。鉴于湖南4月就有出现日最高气温≥35 ℃的记录，为计算方便，取4月1日为统计起始日期，并用日序表示，即高温初日若发生在4月1日，则高温初日日期用数值1表示，4月2日为2，依此类推，5月1日为31。

2 湖南高温的气候变化特征

湖南高温每年开始发生到结束时间跨度大，一般自5月开始出现（少数年份4月就有出现），但到6月才显著增多，连续5 d以上的高温过程多发生在7～8月，高温天气多在9月底结束，少数年份出现在10月上旬。从多年平均空间分布上来看（图1），湖南的高温日数主要表现为“西少东多”的分布特征。南岭、雪峰山、洞庭湖区是少高温地区，年平均高温日数在20 d以下；湘江中游包括衡阳、长沙、株洲、湘潭地区及郴州地区北部为多高温地区，年平均高温日数超过30 d，其中衡阳大部、株洲中南部最多达40 d左右。此外，张家界、安化、溆浦一带的高温日数也比较多，年平均高温日数超过25 d。上述分布特点同地理地形、下垫面植被、海拔高度等密切相关，也与西太平洋副高常年控制影响湖南气候特点一致[16]，如常年6月以后湘江中游常受副热带高压控制，往往有较长时间的酷热少雨天气出现，高温日数较多，而省内其他地方情况则与此不同，如湘西处于副热带高压带的边缘，湘东、湘南受台风或东风波等天气系统的影响，时有降水发生，致使高温日数相对较少。

2.1 高温初日变化特征

1961年以来，湖南高温初日历年平均空间分布（图2）显示，出现高温日数多的地方，高温初日一般在6月上旬，如衡阳、株洲、长沙东部、郴州北部以及益阳、常德和张家界三市部分地区；南岭、雪峰山、洞庭湖区高温初日一般出现在6月下旬，少数地方出现时间甚至迟至7月初。与图1比较可知，高温日数多少与高温初日早迟有较好的对应关系，即高温日数多的地方高温初日一般较早，高温日数少的地方高温初日较迟。

从年代际变化特征来看，近53年湖南高温初日整体呈弱提前趋势（未通过α=0.05显著性水平检验，图3），每10年提前2.4 d。但呈现明显的年代际变化特征，即20世纪60年代高温初日出现相对较早，多在4月下旬到5月初；20世纪70～80年代，除了少数年份，湖南高温初日相对60年代有所推后，多出现在5月下旬到6月初；90年代湖南高温初日则有早有迟，但总体有提前的趋势。进入21世纪以后，高温初日明显提前，高温初日主要出现在4月底5月初，其中2008年在4月8日就出现了高温天气。近53年中，湖南高温出现最早的年份是1963年（4月4日），比常年（平均为5月11日）提早了37 d。

从变化趋势的空间分布（图4）来看，除湘南的永州和郴州西部外，湖南大部分地区高温初日呈提前趋势，每10年提前日数在2 d以上，湘北北部每10年提前日数超过6 d，其中华容、安乡、南县、张家界等28个站点通过α=0.05的显著性水平检验，但其余站点提前趋势不显著。

2.2 高温日数变化特征

近53年来湖南高温日数总体呈较强的增加趋势（图5），每10年增加0.8 d（未通过α=0.05的显著性水平检验）。20世纪60年代高温日数偏多，70年代到90年代偏少，21世纪初始，特别是2003年以来，湖南高温日数增加明显，高温天气事件频发。如2003年高温日数为37.1 d，2009、2010年分别为40.0、39.7 d，2013年更是达到50.2 d，该数值为近53年湖南站点平均高温日数最大值，约为气候平均值（26 d）的2倍。湖南高温日数上述演变特征与高荣等[7]研究指出的长江中下游近50年高温日数呈现“增加-减少-增加”的趋势基本一致，但在趋势发生变化的时间上有一定差异。

尽管近53年来湖南高温日数是增加的，但是变化趋势的空间分布有着明显的区域差异（图6），除衡阳、郴州、永州部分地区的高温日数呈弱的减少趋势外，湖南大部分地区的高温日数主要呈增加趋势，高温日数每10年增加2 d左右，但只有湘北部分地区通过α=0.05的显著性水平检验，表明这些地区的高温日数增加趋势显著。

2.3 高温最长持续日数变化特征

近53年湖南高温最长持续日数总体呈弱的减少趋势（未通过α=0.05的显著性水平检验，图7），每10年减少0.2 d。从年代际变化来看，20世纪60年代高温最长持续日数主要在常年平均值（18.6 d）以上，20世纪70～80年代除了1971、1979、1981和1983年外，其余年份均小于常年平均值。值得注意的是，20世纪90年代以来高温最长持续平均日数无明显增加，但高温最长持续日数异常偏多的年份却频繁发生，1991、1992年高温最长持续日数达32 d，1998年为33 d，2003年增加到38 d，为平均值的2倍左右（18.6 d），2013年则是近53年高温最长持续日数最大年，高温最长持续日数达48 d。此变化特点与Ding等[8]研究得出的中国地区20世纪90年代以来高温日数均呈显著增多趋势的结论一致。

从空间分布来看，近53年湖南高温最长持续日数总体上湘中以南大部呈弱的减少趋势，高温最长持续日数每10年减少0.5 d左右；湘中以北高温最长持续日数则呈较强的增加趋势，但只有少数站（6站）通过α=0.05的显著性水平检验，高温最长持续日数每10年增加1.0 d左右。

3 高温变化对农业生产的影响

湖南为农业大省，而农作物生长受高温影响最为直接[17]。因此，下面主要讨论高温变化对农业生产的影响。近53年湖南高温日数、高温最长持续日数与农作物受旱面积和成灾面积的相关系数如表1所示，由表1可知，农作物受旱面积和成灾面积与高温日数、高温最长持续日数关系密切，相关系数均通过α=0.01显著性水平检验。同时，近53年湖南除衡阳、郴州、永州部分地区的高温日数呈弱的减少趋势外，大部分地区的高温日数呈增加趋势，且20世纪90年代以来高温最长持续日数异常偏多的年份频繁出现。这样的区域气候变化背景导致高温灾害尤其是危害性高温灾害显著增多，持续时间显著增长，导致区域极端高温干旱灾害事件不断出现，干旱灾害形势日趋严峻。如2003、2007和2013年，湖南出现了持续时间长、强度大、范围广、损失重的特大高温干旱灾害。这三起灾害均由持续少雨的高温天气导致，三起灾害中湖南中南部尤其是衡邵盆地是夏旱和伏旱重灾区。以2013年为例，湖南遭遇范围大、持续时间长的严重高温干旱灾害事件，从6月30日至8月14日湖南出现了全省性大范围、长时间的高温天气过程，先后有94县市出现35 ℃以上的高温天气，84县（市）极端最高气温≥39.0 ℃，57县（市）极端最高气温≥40.0 ℃，全省平均高温日数达35.1 d，有58县（市）高温日数突破了历史同期最高记录。与历史同期比较，有39县（市）高温持续时间破当地历史最高记录，其中衡山、长沙高温持续时间达48 d（图8a）。期间湖南境内降水普遍偏少，全省平均降水量为84.4 mm，较常年偏少64.7%，位居历史同期第1低位（1972年103.9 mm），其中湘北北部和湘东南南部偏少20.0%～60.0%，其他大部分地区偏少70.0%以上，湘中一带偏少超过90%；全省平均无雨日达40.8 d，亦突破历史同期最高记录（2011年的38.5 d）。持续高温少雨导致农田蒸散剧烈，湖库水位锐减，致使干旱迅速发展，湖南大部分地区达到重旱、特旱标准（图8b）。

4 小结

通过分析和讨论湖南近53年来的高温变化及其影响，得出以下主要结论。

湖南高温天气多自5月中旬初开始，9月底结束。空间上呈“西少东多”的分布特征，湘江中游是湖南高温多发地区。

近53年以来湖南大部分地区高温初日呈提前的趋势，每10年提前2 d以上，湘北北部每10年提前日数超过6 d，并且呈现明显的年代际变化特征，20世纪60年代高温初日出现相对较早，20世纪70～80年代有所推后，1990年代总体趋前，进入21世纪以后高温初日提前明显。

近53年湖南大部分地区的高温日数呈增加趋势，高温日数每10年增加2.0 d左右，湘北部分地区高温日数增加趋势显著。

近53年湖南高温最长持续日数总体上湘中以南大部呈弱的减少趋势，每10年减少0.5 d左右；湘中以北高温最长持续日数则呈较强的增加趋势，每10年增加1.0 d左右。

21世纪初始，湖南高温天气显著增多、增强，高温干旱灾害发生频繁，干旱灾害发生形势日趋严峻，农业干旱损失日趋严重。

受全球气候变暖和加速发展的城市化进程引起的更加显著的热岛效应的影响，未来湖南高温干旱灾害可能会更加严重，应该引起重视。

参考文献：

[1] IPCC. Climate Change 2013： The Physical Science Basis[M].Cambridge： Cambridge University Press，2013.

[2] 唐国利，罗勇，黄建斌，等.气候变暖在继续[J].气候变化研究进展，2012，8（4）：235-242.

[3] 赵宗慈，郭彦，黄建斌，等.到2035年中国将继续变暖吗？[J].气候变化研究进展，2013，9（6）：446-448.