1960—2013年中国≥10 ℃积温时空变化特征及其主导因素分析

2017-03-01邱新法施国萍

江苏农业科学 2017年2期

关键词：积温平均气温台站

邱新法，王喆，曾燕，施国萍

(1.南京信息工程大学应用气象学院，江苏南京 210044；2.南京信息工程大学地理与遥感学院，江苏南京 210044； 3.江苏省气候中心，江苏南京 210009)

1960—2013年中国≥10 ℃积温时空变化特征及其主导因素分析

邱新法1，王喆2，曾燕3，施国萍2

(1.南京信息工程大学应用气象学院，江苏南京 210044；2.南京信息工程大学地理与遥感学院，江苏南京 210044； 3.江苏省气候中心，江苏南京 210009)

利用中国735个站点1960—2013年的日平均气温资料，根据积温构成，采用按年代分段线性趋势分析方法，分析≥10 ℃积温、持续天数以及持续天数间气温的变化趋势，进而分析了引起我国积温变化的主导因素。结果表明：20世纪60、80年代，中国≥10 ℃积温表现为下降趋势。20世纪70、90年代和2000—2009年，≥10 ℃积温表现为上升趋势，其中，20世纪90年代≥10 ℃积温上升趋势站数占统计站点数的88.6%，具有绝对优势，因此 ≥10 ℃ 积温的上升趋势在20世纪90年代最为突出。积温持续天数下降对20世纪60、80年代≥10 ℃积温下降起主导作用。积温持续天数上升对20世纪70年代和2000—2009年≥10 ℃积温上升起主导作用。20世纪90年代积温上升由积温持续天数上升和持续天数间气温上升共同作用。中国近50年≥10 ℃积温总体呈上升趋势。按照积温的构成，综合各年代分段趋势分析的结果，可以得出结论，积温持续天数的上升是中国≥10 ℃积温总体上升的主导因素。

≥10 ℃积温；持续天数；持续天数间气温；主导因素

近年来，以全球变暖为主要特征的气候变化已经成为不争的事实。政府间气候变化委员会(IPCC)第五次综合评估第一组的报告决策提出，气候变化比原来认识的要更加严重，在过去的30年里，每10年的地表气温要高于人类有记录以来的任何10年，且2000年以来的十几年气温是最高的(IPCC，2013)。气候变化将改变农业气候资源，尤其是热量资源的时空分布，热量资源的变化，将会对农业结构、种植制度和农作物产量都产生广泛而深刻的影响[1]。积温是衡量作物生长发育过程中所需热量条件的一种指标，同时也是表征地区热量条件的一种重要指标[2-4]，≥10 ℃活动积温( ℃·d)指某一时期内大于等于10 ℃的日平均气温的总和[5]，10 ℃ 是大多数喜温作物生长的下限温度，≥10 ℃积温反映着喜温作物所需热量资源的多寡，决定着该地区适宜种植作物的品种，是进行农业区划的重要依据[6]。

目前，国内一些学者对我国≥10 ℃积温的变化趋势进行了相关研究，研究表明，近年来中国≥10 ℃积温的总体趋势呈普遍增加[7-10]。根据积温的构成，有学者通过分析≥10 ℃积温与年平均气温间的相关系数，得出二者之间存在显著的线性相关关系[11]，且温度升高对积温的影响十分明确[12]；也有学者通过分析≥10 ℃积温的初终日与≥10 ℃积温间的相关系数，得出初日或者终日对积温的变化影响更为显著[13]。然而，积温的变化不仅需要一定的持续天数，而且还需要期间气温的累积，二者缺一不可，那么，是持续天数对积温的变化影响显著还是期间气温的变化对积温的变化影响显著，目前，这方面的研究比较欠缺，为此，本研究在分析全国≥10 ℃积温时空变化规律的基础上，进一步研究引起我国≥10 ℃积温变化的主导因素。为更加合理地利用热量资源提供科学参考和依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源与处理

本研究所用资料为中国735个气象站1960—2013年的逐日平均气温数据。按照《中国气象局地面资料整编统计方法》对逐日气温数据进行相应统计处理。日平均气温稳定通过10 ℃界限温度起、止日用五日滑动平均法统计。即在一年中，任意连续5 d的日平均气温的平均值大于或等于10 ℃的最长一段时期内，于第1个5 d(即上限)中挑取最先1个日平均气温大于或等于10 ℃的日期为起日；于最后1个5 d(即下限)中挑取最末1个日平均气温大于或等于10 ℃的日期为止日。起止日间积温为起止日间日平均气温的累计值。有关统计规定如下：

(1)五日滑动平均值的精度与日平均值相同。

(2)起、止日和起止间日数可跨年(上跨至上一年12月，下跨至下一年2月)挑取和计算，跨年时，起、止日期须注明年份；若起日挑取为12月1日，则起日作为未出现；若止日挑取为2月28日(闰年为29日)，则止日作为未出现。

(3)起日(止日)未出现时，起止间日数和起止日间积温按起日1月1日(止日12月31日)统计。

(4)参加统计的第1年(最后1年)起日上跨(止日下跨)，起(止)日作为未出现。

(5)一年中稳定通过10 ℃界限温度的最长日数有2个或以上时，则取其中日平均气温总和最大的一段。

(6)当10 ℃界限温度上年的止日出现在本年起日之后或同一天时，则作计算“指定日”的特殊处理。当上年的止日出现在本年起日之后时，则将其止日与起日求平均得A，以距离A最近的日平均气温小于10 ℃的日期为“指定日”。如果“指定日”在A前后各有1个，则选择其中日平均气温较低的日期为“指定日”；如果前后“指定日”的日平均气温又相等，则比较前后“指定日”中相邻日期的日平均气温，以相邻日日平均气温较低的一个为“指定日”。“指定日”以前的最后一个日平均气温大于或等于10 ℃的日期为上年的止日；“指定日”以后的第一个日平均气温大于或等于该界限温度的日期为本年的起日。

1.2 研究方法

按照上述方法，得到≥10 ℃的起始日期和终止日期，累加此时间段内的日平均气温，得到≥10 ℃积温；同样累加起止日期之间的天数，获得≥10 ℃的持续天数。即：

(1)

式(1)也可以记为

(2)

(3)

2 ≥10 ℃积温及其相关要素变化趋势特征

2.1 1960—2013年中国≥10 ℃积温的变化趋势特征

表1为中国≥10 ℃积温及其相关要素变化趋势台站数统计，可以看出1960—2013年中国≥10 ℃积温是普遍增加的，上升趋势站点总数达712个，占站点总数的96.9%。≥10 ℃ 积温持续天数与持续天数间气温亦是普遍增加的，其中，积温持续天数上升趋势站点总数达701个，占站点总数的95.4%，持续天数间气温上升趋势站点总数达657，占站点总数的89.4%。

表1 1960—2013年中国≥10 ℃积温及其相关要素变化趋势台站数统计

由图1可以看出，1960—2013年中国≥10 ℃积温呈普遍上升趋势，显著上升站点达80.0%。由图2和图3可以看出，1960—2013年中国≥10 ℃积温持续天数和持续天数间气温亦呈普遍上升趋势，其中积温持续天数呈显著上升的站点主要分布在东北地区(包括辽宁、吉林、黑龙江)、华北地区(包括北京、天津、河北、山西)、华东地区(包括山东、江苏、安徽、浙江、上海)和华中地区(包括湖北、河南)；持续天数间气温显著上升的站点主要分布在东北地区(包括辽宁、吉林、黑龙江)、华北地区北部(包括内蒙古、北京、天津、河北)、西北地区(包括新疆、青海、甘肃、宁夏)和西南地区(包括西藏、四川、云南)。

2.2 ≥10 ℃积温及其相关要素变化趋势站点统计

表2为735个站点不同年代≥10 ℃积温的变化趋势统计结果。以台站数量的对比情况来判断全国≥10 ℃积温变化的总体趋势(以下同)，可以看出，20世纪60、80年代，≥10 ℃ 积温表现为下降趋势。20世纪70、90年代和2000—2009，≥10 ℃ 积温以上升趋势为主，其中，20世纪90年代≥10 ℃积温上升趋势站数占统计站点数的88.6%，具有绝对优

势，因此≥10 ℃积温的上升趋势在20世纪90年代最为突出。

表2 不同年代≥10 ℃积温变化趋势台站数统计

表3为735个站点不同年代≥10 ℃积温持续天数变化趋势统计结果。可以看出，20世纪60、80年代和2000—2009年，≥10 ℃积温持续天数主要表现为下降趋势。20世纪70、90年代，≥10 ℃ 积温持续天数以上升趋势为主，其中，20世纪90年代 ≥10 ℃ 积温持续天数上升趋势站数占统计站点数的 71.4%，具有绝对优势，因此≥10 ℃积温持续天数的上升趋势在20世纪90年代最为突出。

表3 不同年代≥10 ℃积温持续天数变化趋势台站数统计

表4为735个站点不同年代≥10 ℃积温持续天数间气温变化趋势统计结果。可以看出，20世纪60年代，≥10 ℃积温持续天数间气温主要表现为下降趋势。20世纪70、80、90

年代和2000—2009年，≥10 ℃积温持续天数间气温主要表现为上升趋势，其中，20世纪90年代≥10 ℃积温持续天数间气温上升趋势站数占统计站点数的86.7%，具有绝对优势，因此≥10 ℃积温持续天数间气温的上升趋势在20世纪90年代最为突出。

表4 不同年代≥10 ℃积温持续天数间气温变化变化趋势台站数统计

3 ≥10 ℃积温变化主导因素分析

由式(3)可知，积温的变化是持续天数和持续天数间气温共同作用的结果，二者的作用在不同年代有时是同向的，有时是反向的，为了进一步分析这2个因子哪个主导积温的变化，设计表5将台站积温变化趋势分为6类。即：积温上升、持续天数间气温上升和持续天数上升为Ⅰ类，积温上升、持续天数间气温上升和持续天数下降为Ⅱ类，……，积温下降、持续天数间气温下降和持续天数下降为Ⅵ类。

表5 积温变化趋势分类

根据表5的分类，分别统计20世纪60、70、80、90、年代和2000—2009年不同年代台站变化类别的个数，得到表6至表10。

表6 1960—1969年积温变化趋势台站数分类统计

以台站数量的对比情况来判断全国≥10 ℃积温变化的总体趋势的主导决定因素(以下同)，从表6可以看出，20世纪60年代，积温呈下降趋势站点居多，总数为496个(即：208+96+192)，其中400个站(即：208+192)其积温持续天数为下降趋势，占积温下降站点总数的80.6%，288个站(即：96+192)其积温持续天数间气温呈下降趋势。因此可以得出结论，20世纪60年代≥10 ℃积温下降趋势主要由积温持续天数的下降引起。另外，站点分类以第Ⅳ类(积温呈下降趋势，积温持续天数间气温呈上升趋势，积温持续天数为下降趋势)台站最多，为208个，从另一方面也进一步说明了积温持续天数下降对20世纪60积温下降趋势起主导作用。

从表7可以看出，20世纪70年代，积温呈上升趋势站点居多，总数为433个(即：145+95+193)，其中338个站(即：145+193)其积温持续天数为上升趋势，占积温上升站点总数的78.1%，240个站(即：145+95)其积温持续天数间气温呈上升趋势。因此可以得出结论，20世纪70年代≥10 ℃积温上升趋势主要由积温持续天数的上升引起。另外，站点分类以第Ⅲ类(积温呈上升趋势，积温持续天数间气温呈下降趋势，积温持续天数为上升趋势)台站最多，为193个，从另一方面也进一步说明了积温持续天数上升对20世纪70年代积温上升趋势起主导作用。

表7 1970—1979年积温变化趋势台站数分类统计

从表8可以看出，20世纪80年代，积温呈下降趋势站点居多，总数为402个(即：291+45+66)，其中357个站(即：291+66)其积温持续天数为下降趋势，占积温下降站点总数的88.8%，111个站(即：45+66)其积温持续天数间气温呈下降趋势。因此可以得出结论，20世纪80年代≥10 ℃积温下降趋势主要由积温持续天数的下降引起。另外，站点分类以第Ⅳ类(积温呈下降趋势，积温持续天数间气温呈上升趋势，积温持续天数为下降趋势)台站最多，为291个，从另一方面也进一步说明了积温持续天数下降对20世纪80年代积温下降趋势起主导作用。

表8 1980—1989年积温变化趋势台站数分类统计

从表9可以看出，20世纪90年代，积温呈上升趋势站点居多，总数为651个(即：432+129+90)，其中522个站(即：432+90)其积温持续天数为上升趋势，占积温上升站点总数的80.2%，561个站(即：432+129)其积温持续天数间气温呈上升趋势，占积温上升站点总数的86.2%。因此可以得出结论，20世纪90年代≥10 ℃积温上升趋势主要由积温持续天数的上升和持续天数间气温上升共同引起。另外，站点分类以第Ⅰ类(积温呈上升趋势，积温持续天数间气温呈上升趋势，积温持续天数为上升趋势)台站最多，为432个，从另一方面也进一步说明了积温持续天数上升和持续天数间气温上升对20世纪90年代积温上升趋势的共同作用。

表9 1990—1999年积温变化趋势台站数分类统计

从表10可以看出，2000—2009年，积温呈上升趋势站点居多，总数为432个(即：150+129+153)，其中303个站(即：150+153)其积温持续天数为上升趋势，占积温上升站点总数的70.1%，279个站(即：150+129)其积温持续天数间气温呈上升趋势。因此可以得出结论，2000—2009年≥10 ℃ 积温上升趋势主要由积温持续天数的上升引起。另外，站点分类以第Ⅲ类(积温呈上升趋势，积温持续天数间气温呈下降趋势，积温持续天数为上升趋势)台站最多，为153个，从另一方面也进一步说明了积温持续天数上升对2000—2009年积温上升趋势的主导作用。

表10 2000—2009年积温变化趋势台站数分类统计

中国近50年≥10 ℃积温总体呈上升趋势。按照积温的构成，综合各年代分段趋势分析的结果，可以得出结论，积温持续天数的上升是≥10 ℃积温总体上升的主导因素。

以6种符号分别代表不同趋势的站点类型(图4)，给出了各年代≥10 ℃积温变化趋势空间分布图。从图4也可以看出，就空间分布而言，20世纪60年代全国大部≥10 ℃积温表现为下降趋势，仅陕西、山西、山东和内蒙古中部等少部分区域积温为上升趋势。20世纪70年代，青海、西藏、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、河北、辽宁、陕西北部、山西北部、浙江、福建以及广东≥10 ℃积温为下降趋势，其他地区为积温上升趋势；20世纪80年代，全国≥10 ℃积温变化趋势的空间格局也比较明显，新疆中部与西部、吉林、辽宁和长江流域覆盖的大部省份(含四川、重庆、湖北、湖南、安徽、江西、河南、贵州、福建与浙江)呈积温下降趋势，尤其长江流域覆盖的大部省份，其积温下降趋势属于第Ⅳ类(即：积温呈下降趋势，积温持续天数间气温呈上升趋势，积温持续天数为下降趋势)，其他地区为积温上升趋势；20世纪90年代，全国主体≥10 ℃积温上升趋势异常醒目，较其他年代比较尤为突出，仅四川东部、贵州东北部以及江西呈积温下降趋势；2000—2009年，除东北三省、内蒙古东北部、青海东部、湖北中部、贵州西南部、广东和福建积温为下降趋势外，全国大部≥10 ℃积温为上升趋势。

4 结论

利用中国735个站点1960—2013年的日平均气温资料，按照《中国气象局地面资料整编统计方法》对各站逐日气温数据进行相应统计处理；采用五日滑动平均法获得日平均气温稳定通过10 ℃界限温度起、止日，进而获得各站逐年 ≥10 ℃ 积温；根据积温构成，采用按年代分段线性趋势分析方法，分析了≥10 ℃积温、持续天数以及持续天数间气温的变化趋势，进而分析了引起我国积温变化的主导因素。结果表明：1960—2013年总体趋势而言，中国≥10 ℃积温及其持续日数和持续日数间气温呈普遍上升趋势。20世纪60年代和80年代，中国≥10 ℃积温表现为下降趋势。20世纪70、90年代和2000—2009年，≥10 ℃积温表现为上升趋势，其中，20世纪90年代≥10 ℃积温上升趋势站数占统计站点数的88.6%，具有绝对优势。积温持续天数下降对20世纪60、

80年代≥10 ℃积温下降趋势起主导作用。积温持续天数上升对20世纪70年代和2000—2009年≥10 ℃积温上升起主导作用。20世纪90年代积温上升由积温持续天数上升和持续天数间气温上升共同作用，因此≥10 ℃积温的上升趋势在20世纪90年代最为突出。按照积温的构成，综合各站点各年代分段趋势分析的分类统计结果，可以得出结论，积温持续天数的上升是中国≥10 ℃积温总体上升的主导因素。

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