1985—2015年沙坡头区24节气气候变化及春小麦物候期的响应

庞婷婷 毛万忠 高杰 李英 黄云 洛松拉姆

摘要 利用沙坡頭区逐日气象观测资料以及春小麦物候资料，运用统计学方法分析24节气气候变化及春小麦物候期的响应。结果表明，沙坡头区24节气的平均气温呈单峰型准正态分布，小暑和大暑是全年最热节气，平均气温均为23.1 ℃，小寒为最冷节气，平均气温为-7.3 ℃；平均气温随时间的变化趋势呈单峰单谷型，升温幅度最大值出现在春分，为0.25 ℃/d，降温最大幅度出现在霜降，为-0.26 ℃/d；相邻节气之间平均气温变量曲线也为单峰单谷型，峰值出现在清明，变量达0.22 ℃，是上升最快的节气，谷值出现在霜降，变量为-5.5 ℃，是气温下降最显著的节气；随着全球气温的变暖，沙坡头区后16年（2000—2015年）各个节气平均气温比前15年（1985—1999年）气温普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃；惊蛰、清明、芒种和小暑4个反映物候现象的节气中，芒种和小暑平均气温随年份呈显著性升高。平均气温对各物候期影响十分显著，气温升高，加速了物候进程，春小麦营养生长期出现延长现象，生殖生长期出现缩短现象，其全生育期呈现缩短趋势。

关键词 24节气；气候变化；春小麦；物候期；响应；沙坡头区

中图分类号 S162 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2017）13-0182-04

Climate Change of 24 Solar Terms and the Response of Spring Wheat Phenology in Shapotou Area from 1985 to 2015

PANG Ting-ting，MAO Wan-zhong，GAO Jie et al

（Zhongwei City Meteorological Bureau，Zhongwei，Ningxia 755000）

Abstract Using the daily meteorological data of Shapotou and the phenological data of spring wheat， the climate change of 24 solar terms and the response of spring wheat were analyzed by statistical methods.The results showed that the average temperature of the 24 solar term in Shapotou area showed a single peak type quasi normal distribution， slight heat and great heat were the most hot solar term， the average temperature was 23.1 ℃， but slight cold was the most cold solar term， the average temperature was -7.3 ℃.The change trend of average temperature with time showed a single peak and single valley type，the maximum temperature rise appeared in spring equinox（0.25 ℃/d）， the maximum cooling rate appeared in first frost（-0.26 ℃/d）.The variables curve of the average temperature between adjacent solar term was single peak and single valley type， the peak appeared in Qingming， variable up to 0.22 ℃， which was the fastest rising solar term；the valley value appeared in first frost， variable was -5.5 ℃， which was the most significant solar term of temperature drop.With the global warming， the average temperature of each solar term after 16 years （from 2000 to 2015）was generally higher than that of the previous 15 years （from 1985 to 1999）， the difference was 02-3.3 ℃.In four solar terms reflecting the phenological phenomenon（Jingzhe，Qingming，Mangzhong，slight heat），the average temperature with the year was significantly increased in Mangzhong and slight heat.The average temperature had a significant effect on the phenological period，the increase of temperature accelerated the phonological process， the vegetative growth period of spring wheat was prolonged， the reproductive growth period was shortened， and the whole growth period was shortened.

Key words 24 solar terms；Climate change；Spring wheat；Phenology；Response； Shapotou area

24节气是华夏祖先历经千百年的实践创造出来的宝贵科学遗产，它包含了自然界中气温变化、作物物候始末、昼夜变化等多种现象，反映了四季交替的气候特征，含有时令顺序、物候变化。24节气将气候条件与农业生产有机的联系起来，包含着朴素的农业气候分析和农业气象预报知识，是我国古代最早的朴素农业气象学。节气和气候总结的农业谚语对农业生产有很好的参考价值[1-2]。

IPCC第4次评估报告认为[3]，近100年（1906—2005年）全球地面平均气温上升了（0.74±0.18） ℃。在全球气候变暖的背景下，我国气候学入春提前，四季平均温度明显提高[4]、作物生长期延长、无霜期变长[5]、动植物生长周期也出现显著变化[6]，气候变化正直接或间接地对自然生态系统及人类活动产生巨大影响[7]。

近年来，对24节气气候变化相关的研究越来越多[8-11]，如李耀宁等[8]和沈姣姣等[9]分别统计了北京市和西安市24节气的气温变化特征；王胜等[10]分析了安徽省24节气气候变化及冬小麦和一季稻物候期的响应。寧夏中卫市沙坡头区位于104°17′～106°10′ E、36°09′～37°43′ N，地处黄河前套之首，靠近黄河流域，盛产麦、稻、瓜、菜等农产品，是宁夏的主要粮食基地之一。在全球气候变化的背景下，沙坡头区平均气温显著升高，降水量下降，总体呈现变暖、变干特征，有向高温干旱化方向的发展趋势[12]。24节气气候特征及节气代表性必然发生改变，许多与节气相关的农谚和经验可能会变得不再适宜。鉴于此，笔者利用沙坡头区逐日气象观测资料及作物物候期资料，从24节气角度分析沙坡头区气候变化特征，研究作物物候期对24节气气候变化的响应，为适应气候变化、适时调整农事活动提供决策依据，对正确应用24节气指导农业生产等具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 研究区概况 沙坡头区深居内陆，远离海洋，靠近沙漠，属半干旱气候，沙坡头区年降水量仅有180.5 mm，年蒸发量1 641.2 mm，为降水量的9.09倍，干旱少雨。在地理位置上，万里黄河自西南向东北经过沙坡头区，农作物主要凭借黄河之利引渠灌溉，常年无旱涝之忧，故降水量虽少，但对农作物生长影响甚微。同时，沙坡头区受极地大陆气团控制时间较长，雨雪稀少，云雾频率较少，加上较为有利的地理位置、多晴朗干燥的天气，沙坡头区全年日照时数2 951 h，日照充足，农作物生长旺盛。

1.2 资料选取

利用沙坡头区1985—2015年逐日气象观测资料，包括平均气温、降水量及日照时数。选取主要作物春小麦物候期资料。

1.3 资料处理

24节气反映了季节及气候现象。由于节气具体日一般出现在固定的3 d或2 d之间，为计算方便，在统计某一节气内气象要素时，节气当日的具体日期为3 d的取中间日期为代表时间，日期为2 d的取最后1 d为代表时间[11]（表1）。如立春在2月3—5日，用2月4日代表立春节气的当日时间；大寒在1月20—21日，即用1月21日代表大寒节气的当日时间。同时，以立春、立夏、立秋、立冬4个节气为临界线把24节气划分为春季型节气、夏季型节气、秋季型节气和冬季型节气[9]。关于节气的气候平均值求法，因节气的具体日子只出现在固定的3 d或2 d之中，因此用这2 d或3 d的日气候平均值再求一次平均，就得到节气的气象要素气候平均值[11]。如立春节气平均气温则为2月3—5日的平均气温，大寒节气平均气温则为1月20—21日的平均气温。

2 24节气气候变化事实

2.1 24节气气温的气候特征

2.1.1 各节气平均气温的年际变化。

经分析，近31年沙坡头区24节气的平均气温呈单峰型准正态分布（图1），这与李耀宁等[8]、冯斌等[11]的研究结果一致。小暑和大暑是全年最热节气，平均气温均为23.1 ℃，最热的年份是2008年，在小暑节气出现，平均气温为27.1 ℃；小寒为最冷节气，平均气温为-7.3 ℃，大寒节气的寒冷程度仅次于小寒，平均气温为-6.7 ℃，最冷的年份是1993年，出现在大寒节气，平均气温为-19.2 ℃。

前15年（1985—1999年）和后16年（2000—2015年）各个节气平均气温相比较（图2），除了惊蛰、白露、冬至和小寒后16年比前15年平均气温偏低，大暑后16年和前15年平均气温相等外，其他19个节气平均气温均为后16年高于前15年。说明随着全球气温的变暖影响，后16年比前15年气温普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃。最热和最冷的节气前15年为大暑和大寒，后16年为小暑和小寒。

2.1.2 各节气中的气温升降幅度和相邻节气的平均气温变量。

分析24节气中气温随时间的平均变化率（即一个节气内平均每天气温的升降幅度）以及相邻节气的气温平均变量（即气温的节气变量）发现，除有升降之别，升降幅度也有所不同（图3）。24节气中平均气温随时间的变化趋势呈单峰单谷型。升温幅度最大值出现在春分，为0.25 ℃/d；降温最大幅度出现在霜降，为-0.26 ℃/d。

相邻节气之间平均气温变量曲线也为单峰单谷型，与各节气中平均气温随时间的变化趋势基本一致，单峰值略有差异。峰值出现在清明，变量达0.22 ℃，是上升最快的节气；谷值出现在霜降，变量为-5.5 ℃，是气温下降最显著的节气。

2.2 关键物候节气气候变化特征

反映物候现象的节气分别为惊蛰、清明、芒种和小暑，其中芒种与小暑反映作物成熟与收成，惊蛰与清明反映自然物候现象。这里将节气平均气温看作是年份的一元线性回归，采用最小二乘法估计线性趋向值，统计量为1985—2015年数据，通过0.01显著性水平检验，相关系数|r|>0.2960时，认为节气平均气温随年份变化趋势是显著的，否则变化趋势不显著。

由图4可见，芒种和小暑节气平均气温随年份呈显著性升高（|r|远远大于相关系数0.296 0），而其他2个节气变暖趋势不明显，趋于平缓。

3 春小麦物候期对24节气气候变化的响应

在全球变暖背景下，作物生育期气候条件势必也变化。春小麦物候阶段主要分为播种、出苗、三叶、分蘖、拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期、乳熟期、成熟期，全生育期主要经历惊蛰～小暑9个节气。

由表2可见，近31年沙坡头区春小麦物候期均呈不同程度的提前趋势，其中分蘖期前11年提前了6 d，后20年提前了4 d。这一事实与相关文献研究一致[13]，即植物对变暖的响应表现为春季物候期提前。

营养生长期（播种—分蘖期）是作物生物量积累的阶段；生殖生长期（拔节—成熟期）是抽穗、开花及结实并夺取高产的重要阶段，生殖生长期延长，对后期灌浆、结实有利，能促进产量提高。从表2可见，春小麦营养生长期和生殖生长期均有不同程度的缩短趋势，即营养生长期从62 d延长至64 d，生殖生长期从68 d缩短至64 d；且春小麦全生育期也呈现缩短趋势。

总体来看，平均气温的变化对各物候期影响十分显著，气温升高，加速了物候进程，缩短了全生育期。

4 小结与讨论

（1）近31年来沙坡头区24节气的平均气温呈单峰型准正态分布，小暑和大暑是全年最热节气，平均气温均为23.1 ℃，小寒为最冷节气，平均气温为-7.3 ℃。平均气温随时间的变化趋势呈单峰单谷型，升温幅度最大值出现在春分，为0.25 ℃/d，降温最大幅度出现在霜降，为-0.26 ℃/d。相邻节气之间平均气温变量曲线也为单峰单谷型，峰值出现在清明，变量达0.22 ℃，是上升最快的节气，谷值出现在霜降，变量为-5.5 ℃，是气温下降最显著的节气。

（2）随着全球气温的变暖，沙坡头区后16年（2000—2015年）各个节气平均气温比前15年（1985—1999年）气温普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃。

（3）惊蛰、清明、芒种和小暑4个反映物候现象的节气中，芒种和小暑平均气温随年份呈显著性升高。

（4）总体来看，平均气温的变化对各物候期影响十分显著，气温升高，加速了物候进程，春小麦营养生长期出现延长现象，生殖生长期出现缩短现象，其全生育期呈现缩短趋势。基于此，为适应24节气气候的变化，沙坡头区在春小麦播期等农事制度上可以进行适时调整。

（5）沙坡头区“24节气”气象要素的气候变化特征将会在以后的气象服务中发挥出科学的社会经济效益，该研究对物候性节气气温的分析结论只能为农业生产决策提供参考，农业生产和农事活动的调整还应考虑降水、日照、积温、先进技术等综合因素。随着年代推移，需要不断分析24节气的气候变化规律，不断提高公共气象服务的质量和水平，把我国传统24节气中气象要素的气候变化规律更好地运用到城区发展和建设中来。

参考文献

[1] 钱诚，严中伟，符淙斌.1960-2008年中国二十四节气气候变化[J].科学通报，2011，56（35）：3011-3020.

[2] 储晓春.简谈二十四节气[J].贵州气象，2012，36（2）：63-64.

[3] SOLOMON S.Climate Change 2007：The Physical Science Basis——Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M].New York：Cambridge University Press，2007.

[4]QIAN C，FU C B，WU Z H，et al.The role of changes in the annual cycle in earlier onset of climatic spring in northern China[J].Advances in atmospheric sciences，2011，28（2）：284-296.

[5]SONG Y L，LINDERHOLM H W，CHEN D L，et al.Trends of the thermal growing season in China，1951-2007[J].International journal of climatology，2010，30：33-43.

[6] 郑景云，葛全胜，郝志新.气候增暖对我国近40年植物物候变化的影响[J].科学通报，2002，47（20）：1582-1587.

[7]丁一汇.人类活动与全球气候变化及其对水资源的影响[J].中国水利，2008（2）：20-27.

[8]李耀宁，陶立新，张德山.北京市朝阳区“24节气”气温的气候特征分析[J].科技创新导报，2009（20）：98-100.

[9]沈姣姣，徐虹，李建科，等.近60年西安市24節气气温变化特征及突变分析[J].资源科学，2013，35（3）：646-654.

[10]王胜，徐敏，宋阿伟，等.1961-2012年安徽省24节气气候变化及冬小麦和一季稻物候期的响应[J].生态学杂志，2013，32（9）：2390-2397.

[11]冯斌，张亚军，陆萍.宁夏固原市24节气的气象要素统计特征[J].甘肃农业，2010（5）：17-19.

[12]王勇，王丽婧，刘智贤.中卫市主要气候要素变化特征分析[J].青海气象，2014（154）：29-32.

[13]纪瑞鹏，陈鹏狮，冯锐，等.辽宁省农作物及自然物候对气候变暖的响应[J].安徽农业科学，2009，37（30）：14764-14766.