罗城县作物生长季农业气候要素的变化分析

黄肖寒，黄卓帆，黄冬梅，王秋文

(广西壮族自治区河池市气象局，广西 河池 547000)



罗城县作物生长季农业气候要素的变化分析

黄肖寒，黄卓帆，黄冬梅，王秋文

(广西壮族自治区河池市气象局，广西 河池 547000)

该文利用罗城县1958—2011年日照时数、降水量和气温的观测资料，采用线性趋势分析、累积距平、Manna-Kendall检验等方法，对作物生长季(5—9月)农业光照资源、热量资源、水资源的变化特征、突变情况进行分析讨论。分析表明：近54 a来，罗城县生长季的日照时数有下降趋势，在1991年发生了由多到少的突变；平均气温、活动积温有上升趋势，活动积温在1997年发生了由少到多的突变；年降雨量在增加，但降雨日数在显著减少，大雨日数和暴雨以上日数均不显著增加。

气候要素；线性趋势；累积距平；Manna-Kendall法

1 引言

农业生产既决定于生物本身的特性，也决定于气象、土壤等环境因子，而光、热、水等气象条件是影响农业生产诸多环境因素中最重要、最活跃的因素[1]。农业生产的布局、农产品品质的优劣、农业经济效益的高低以及农业生产的丰、欠年等，都与气象条件的适宜与否有着密切的联系。近年来，丁丽佳、刘东林、王丹、宁金花等[2-6]众多科技工作者对不同区域的气候变化对农业的影响和对策进行了广泛研究与关注，在全球气候变暖的大背景下，罗城的气候条件势必受到一定的影响，但是罗城农业气候要素的变化趋势及对农业的影响还没有开展详细的研究，影响农业工作者对未来气候趋势的把控，不利生产决策。本文对作物生长季(5—9月)农业光照资源、热量资源、水资源的变化特征、突变情况进行分析讨论，以达到为当地农业生产决策者提供了一定的决策依据。

2 资料和方法

罗城县位于广西地区北部、河池市东部，地处低纬，属亚热带季风气候区，以罗城县气象观测资料为基础(罗城观测场没有迁过站，气象要素无变化)，选取1958—2011年日照时数、降水和气温作为研究对象，利用线性趋势分析、累积距平、Manna-Kendall法等方法对该地区的光、热、水进行分析讨论。罗城的大宗农作物的主要生育期为5—9月，主要农事活动集中在5月初—9月末，所以生长季的时间段定义为5—9月。

突变检测方法采用Manna-Kendall非参数统计检验法[7]，即通过绘制UF和UB曲线，找出突变的开始时间，并指出突变区域。UF值等于秩序列和其均值的绝对值与均方差的比值，UB值等于UF的倒数。该方法计算简单，可以明确突变开始的时间和区域，不易受异常值的干扰。

3 结果分析

3.1 作物生长季日照时数变化

图1是罗城生长季日照时数变化及突变检验曲线，由图1a数据分析表明，罗城生长季日照时数有下降趋势，变化倾向率为22.03 h/10 a，相关系数值为0.292 4，通过了0.05水平显著性检验。近54 a来，罗城作物生长季日照时数平均值为740.9 h，生长季日照时数最多为1963年(961.5 h)，最少为1997年(489.1 h)，两者相差472.4 h，占多年平均值的63.76%，足见振幅较大。为了找出生长季日照时数突变的时间点，进行Manna-Kendall分析计算得到突变判别曲线图1b，给定显著性水平α=0.05。由UF曲线可见，1986年以来，生长季日照时数有明显下降的趋势。图中的UF、UB曲线有一个交点，说明年日照时数在1991年发生了由多到少的突变。也就是说，罗城农业生产光照条件由于各种原因在变差。

图1 生长季日照时数变化及m-k突变检验曲线Fig.1 Changes of sunshine duration and Mann-Kendall mutation test curve in growing season

3.2 作物生长季温度变化

3.2.1 平均气温 由图2a数据分析表明，罗城生长季平均气温有上升趋势，变化倾向率为0.077 ℃/10 a，相关系数值为0.304，通过0.05水平显著性检验。利用M-K方法检验可知(图2b)，UF曲线波动性较强：1958—1963波动上升，1964—1979波动下降，1980—1992波动上升，1993—1997波动下降，1997年后波动上升。UF和UB曲线有5个交点，分别为1988年、1992年、1996年、1998年和1999年。交点都在临界直线之间，那么突变的时间应该有5次，说明罗城生长季内气温在波动上升的过程中，20世纪90年后期气温年际间出现了异常波动。

图2 平均气温、最高气温、最低气温变化及平均气温的m-k突变检验曲线Fig.2 Changes of average temperature, maximum temperature, minimum temperature and Mann-Kendall mutation test curve of average temperature

从平均最高气温和最低气温的变化趋势来看，最高气温增量对气温上升的贡献要大于最低气温，最高气温平均每10 a增幅达到2.95 ℃，并且通过了0.01水平显著性检验，而最低气温增幅仅为0.33 ℃。平均最高气温的显著上升，将导致罗城高温灾害出现率的增加。3.2.2 ≥10 ℃活动积温变化 由图3a可见，近54 a来，罗城≥10 ℃活动积温平均为3 645.62 ℃·d，最高4 016 ℃·d，最低3 335.32 ℃·d。由图3可见，积温有上升的趋势，平均每10 a增加24.2 ℃·d，相关系数值为0.238，通过0.05水平显著性检验。20世纪90年代以来，除1992、1996、2011年外，其他年份均高于54 a平均值，近20 a活动积温平均值达到了3 713.01 ℃·d，超过1958—1989年均值的105.85 ℃·d。利用M-K方法检验可得到图3b，1971—1996年，UF曲线波动强，1997年发生了突变，其后积温显著上升。

图3 活动积温变化及m-k突变检验曲线Fig.3 Changes of active accumulated temperature and Mann-Kendall mutation test curve

总体而言，近10几年来罗城≥10 ℃活动积温增加显著，预示着农作物的生长和发育可以利用的热量资源增加了，但高温热害发生的可能性也在增大。

3.3 生长季降水变化

3.3.1 降水量 由图4a可见，近54 a来，罗城生长季降水量平均为1 062.48 mm，平均每10 a增加14.53 mm相关系数值为0.09，通过0.05水平显著性检验。生长季降水量最多为1994年(2007.2 h)，最少为1963年(510.9 h)，两者相差1 496.3 h，是多年平均值的1.41倍，足见振幅较大。从之前的分析可知，生长季日照时数最多为1963年，而1963年降水量最少，可见日照时数的增加与降水量的多少有一定的联系。由图4b可知，降水量的突变有1971、1985、1988、1991和2005年。

由图4c、4d可知，生长季大雨以上(≥25 mm)降水总量54 a平均值为287.17 mm，占生长季降水总量的27.03%，暴雨以上(≥50 mm)降水总量54 a平均值为387.97 mm，占生长季降水总量的36.52%。大雨以上和暴雨以上降水总量每10 a增加分别为8.55 mm和15.17 mm。大雨以上降水总量的峰值和谷值相差436.7 mm，是均值的1.52倍，暴雨以上降水总量的峰值和谷值相差1 095.1 mm，是均值的2.92倍。说明暴雨降水总量的变化振幅比较大。

3.3.2 降水日数 由图5a的数据分析表明，罗城生长季降水日数历年平均值有较为显著的下降趋势，变化倾向率为1.94 h/10 a，相关系数值为0.287，通过0.05水平显著性检验。近54 a来，罗城生长季降水日数平均值为79.85 d，变化范围为58～64 d。由图5b可知，降水日数的突变有1966、1991、2000和2002年。

由图5c、d可知，罗城生长季大雨日数、暴雨日数均呈不显著的上升趋势，大雨日数变化倾向率为0.217 h/10 a，相关系数值为0.119，通过0.05水平显著性检验。暴雨日数变化倾向率为0.067 h/10 a，相关系数值为0.046，通过0.05水平显著性检验。生长季降水量增加时、大雨和暴雨以上降水量呈不显著的增加，而在降雨日数显著减少的同时、大雨日和暴雨均呈不显著的增加，这预示着旱、涝出现的几率在增大，严重影响了生长季农作物的生长发育。

图4 总降水量、大雨、暴雨总雨量变化及年总降水量的m-k突变检验曲线Fig.4 Changes of total precipitation, heavy rain, rainstorm and Mann-Kendall mutation test curve of annual total precipitation

图5 总降水日数、大雨日数、暴雨以上日数变化及年总降水日数的m-k突变检验曲线Fig.5 Changes of rain days, heavy rain days, rainstorm days and Mann-Kendall mutation test curve of annual rain days

4 结论

本文拟利用线性趋势分析、Manna-Kendall非参数统计检验法等方法对作物生长季(5—9月)农业光照资源、热量资源、水资源的变化特征、突变情况进行分析讨论，得出以下结论:

①罗城生长季日照时数有较为显著下降趋势，特别是1991年以后作物生长季的光照条件转差的现象更为明显，应防范寡照带来的阶段性阴害。

②代表着热量条件的平均气温和活动积温均呈上升趋势，特别是平均最高气温，也就是说罗城生长季热量越来越充足，但是高温热害出现的风险在增大，需防高温危害。

③生长季降水总量在增加，但降雨日数在显著减少，并且大雨日数、降水总量和暴雨以上日数和降水总量均不显著增加，这预示差旱、涝风险在增加，需加强防汛抗旱措施。

[1] 甄文超,王秀英.气象学与农业气象学基础[M].北京:气象出版社,2008:2-3.

[2] 丁丽佳, 郑有飞，王春林,等. 粤东地区近52年日照时数的气候变化特征分析[J].中国农学通报,2011(27):175-181.

[3] 刘东林,田新富,蒋雨.气候变化对同江市农业生产的影响[J]. 安徽农业科学,2009, 37(12):5 539-5 545．

[4] 王丹,王开磊. 气候变化对我国农业生产的影响及对策研究[J]. 中州学刊,2009(3):69-71.

[5] 宁金花,申双和.气候变化对中国农业的影响[J].现代农业科技,2009(12):251-256.

[6] 林振山,邓自旺.子波气候诊断技术的研究[M].北京:气象出版社,1999:49-50.

[7] 勒利梅.近50年上海地区日照时数的变化特征及影响因素[J].气象科技，2012,40(2)：294-297.

Analysis of agroclimatic elements changes in growing season

HUANG Xiaohan,HUANG Zhuofan,HUANG Dongmei,WANG Qiuwen

(Hechi Meteorological Service, Hechi 547000，China)

In order to understand the characteristics and trends of climate resource changes in Luocheng, and provide the decision-making basis for government to adjust agricultural and rural economic structure and guide agricultural production, the observation data of sunshine duration, precipitation and air temperature in 1958—2011 were utilized to analyze the changes of agricultural light resources, thermal resources and water resources during the growing season (from May to September), by the methods of linear trend analysis, cumulative anomaly, Mann-Kendall test, and so on. The results show that the sunshine duration in the growing season of Luocheng County had a decreasing tendency in the past 54 years, and there were more to fewer abrupt changes in 1991. The average temperature and active accumulated temperature had an increasing trend, and in 1997, an abrupt change from less to more occurred in view of active accumulated temperature. The annual precipitation was increasing, but the number of rain days decreased significantly, and the number of heavy rain days and rainstorm days were not significant increased.

climatic elements; linear trend; accumulative anomaly; Mann-Kendall method

1003-6598(2016)05-0078-05

2016-09-07

黄肖寒(1987—)，女，硕士，工程师，主要从事业务管理及气候变化研究工作，E-mail:530165343@qq.com。

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