鄱阳湖植棉区近50多年来伏秋干旱发生特征的诊断与比较分析

2017-11-16杨柳吴昊

棉花科学 2017年5期

杨柳++吴昊

摘要：以鄱阳湖植棉区北部的湖口县和南部的鄱阳县两站点雨季结束日期与伏、秋干旱日数为研究对象，使用回归分析、小波分析、M-K检验等方法，诊断分析鄱阳湖植棉区伏、秋干旱的发生与变化特征，比较干旱在该植棉区南北的分布变化差异。结果表明：①鄱阳湖植棉区雨季结束日期，北部代表站较南部偏迟2d并以2.2d/10a的气候趋势率推迟，推迟的突变北部明显强于南部，两站均无明显主振荡周期；②干旱日数，秋旱日数周期性振荡为主要特点，其余趋势特征均不显著；③北部的湖口站雨季结束日期推迟的变化趋势，对棉花开花结铃等生殖生长不利，但有利于确保棉花植株在花铃期前期搭成丰产架；④北部较南部明显的伏旱日数不显著的线性递减趋势，对于棉花调整生长发育节律，增强秋桃生长后劲具有积极作用的一面；⑤伏秋干旱日数变化对全球气候变化的响应未达到突变水平，鄱阳湖植棉区棉花气候资源的优势依然明显。

关键词：鄱阳湖；植棉区；伏秋干旱；发生特征

中图分类号：S161.3 文献标识码：A 文章编号：2095-3143（2017）05-0017-07

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2017.05.004

0 引言

我国主要气象灾害中，旱灾发生频率最大，对农业的影响程度最高[1]。长江流域棉区是中国的三大棉区之一[2]，伏秋干旱是长江流域棉区棉花旱灾的主要类型[3]。国家优势产棉集中区—鄱阳湖植棉区，是长江流域棉区的重要组成部分[4-5]。鄱阳湖植棉区是江西省最大的一片重旱区，干旱指数较高[6-8]。有研究表明，“小旱年年有，大旱隔三五”是江西省干旱真实的写照[8-9]。研究发现，伏秋期持续20天高温无降水天气，棉地30 cm以上土层土壤湿度变化率可达50%，5～40 cm土层相对土壤湿度平均在65%以下[10]；而棉花花铃期田间相对土壤湿度在50%～55%时，单株成铃数显著下降，单铃重略有下降，最终籽棉产量显著下降[11]。

借鉴前人经验，以雨季结束日期与伏、秋干旱日数以及棉花产量品质结构因素为研究对象，分析伏、秋干旱时间分布的变化特征，比较分析植棉区南北干旱灾害差异，旨在剖析全球气候变化背景下鄱阳湖植棉区伏秋期的气候变化特征，更好地指导当地棉花生产趋利避害，促进棉花产业转型升级与合理布局。

1 材料与方法

1.1 资料来源

本文使用江西省气象档案馆提供的气象观测资料。气象资料时间序列为1959～2016年，站点为位于鄱陽湖植棉区南部的鄱阳站与北部的湖口站。

雨季结束日期：4～6月份是长江鄱阳湖流域的主汛期，此后随着副热带高压加强西伸，雨带北抬，雨季随之结束，进入高温少雨期。本研究将汛期最后一次明显降水过程的结束日期定为雨季结束日期。

采用时间序列分析法，量化分析建立起止日期序列：将1月1日记为每年第一天，赋予数值1，1月2日记为第二天，赋予数值2，依此类推，将每年从1至365或366（闰年）赋值，建立1959～2016年雨季结束日期的时间序列。

伏旱标准：雨季结束至8月10日，日降水量<10.0 mm且过程降水量<20.0 mm的持续天数≥20 d；秋旱标准：8月11日至10月10日，日降水量<10.0 mm且过程降水量<20.0 mm的持续天数≥20 d。持续日数20～29 天为轻旱，30～59 天为中旱，≥60 天为重旱。

1.2 研究方法

以雨季结束日期与伏、秋干旱日数为研究对象，使用回归分析方法，分析研究对象年变化的线性趋势特征，相关系数的显著水平p称为“气候线性变化趋势倾向显著水平”；把拟合线斜率b称为“趋势倾向率”，把b×10表示某气象要素每10个年的气候倾向率[9]；使用小波分析（Wave 子波30 个年对称延伸法）方法，分析研究对象的周期性变化特征，通过各尺度周期的方差贡献，筛选出主振荡周期[10-13]；使用M-K检验方法，诊断分析研究对象时间序列的突变性表现[14]。

2 结果与分析

2.1 线性变化特征

2.1.1 雨季结束日期时间分布

图1给出了鄱阳、湖口两站1959～2016年雨季结束日期的时间序列。分析可知，近58个年鄱阳、湖口两站雨季结束平均日期分别为7月7日和7月9日，最早分别为6月15日和6月16日，最晚分别为8月1日和8月2日，最晚对应年分别为1961年和1998年。植棉区南部较北部雨季结束日期平均偏早2 d。

回归分析结果表明，雨季结束日期时间序列线性变化趋势，鄱阳站不显著推迟，湖口站显著推迟；鄱阳和湖口两点的趋势倾向显著水平分别为0.60与0.03，气候倾向率分别每10个年推迟0.5 天和2.2 天。

2.1.2 干旱日数时间序列

图2给出了该植棉区伏秋干旱日数时间序列分布及其线性拟合图。分析可知：1959～2016年伏旱或伏秋连旱，湖口站出现了30年次，鄱阳站出现了34年次，发生概率约为0.5～0.6；6月份开始出现持续干旱天气的年份，湖口站占21%，鄱阳站占16%。近58个年伏旱或伏秋连旱日数年变化，湖口站呈较不显著的递减趋势，鄱阳站呈极不显著的递增趋势。

1959～2016年秋旱年（不含伏秋连旱）的发生概率，湖口站为0.76，鄱阳站为0.78；其中8月份出现秋旱的年份，湖口、鄱阳分别为27个年和28个年，概率均接近0.5。秋旱日数近58个年两站均呈不显著的线性递减趋势。

近58年伏、秋期间的有旱年，湖口站、鄱阳站分别为52个年和51个年，概率均约为0.9，干旱总日数年变化，湖口站呈较显著的递增趋势，每10个年增加3.7天，鄱阳站呈不显著的线性递减趋势，每10个年减少1.4天。

近58个年，湖口、鄱阳两个代表站中等程度以上干旱的发生年份数分别为30年和32年，其中，重旱发生年份湖口、鄱阳分别为3个年份（1964、1966、1978年）和1个年份（2013年），中旱发生年份湖口、鄱阳分别为27个年份和31个年份，概率分别为0.47和0.53。endprint

2.2 周期性变化特征

使用Wave子波30个年对称延伸法，对鄱阳、湖口两站的雨季结束日期时间序列、伏（秋）干旱日数时间序列、干旱总日数时间序列等要素进行小波分析，得到的各尺度周期的小波方差分布，如图3。分析可知，秋旱日数时间变化，湖口站存在显著的14～15个年的主振荡周期，鄱阳站存在尺度为3个年的主周期以及尺度为12个年和14个年的次周期；而雨季结束日期、伏旱日数、干旱总日数时间序列，各代表站周期性变化特征均不显著。

图4给出了湖口站1959～2016年秋旱日数时间序列小波分析图。分析可知，湖口站尺度为15个年的主振荡周期近58年均表现明显，且2010年以来尺度为7个年的振荡周期较为明显；鄱阳站尺度为3个年主周期及12个年和14个年的次周期均表现明显。

2.3 突变性趋势特征

图5给出了1959～2016年湖口、鄱阳2站雨季结束日期与伏旱、秋旱日数及干旱总日数时间序列M-K检验分析图。分析可知：雨季结束日期突变点湖口、鄱阳分别出现在1965年和1962年，湖口站20世纪90年代中期以来一直为持续的推迟突变期，而鄱阳站的推迟突变期只是零星地出现在20世纪60年代末、70年代中期以及90年代末，21世纪以来鄱阳站推迟变化趋势的幅度在减小。

伏旱与伏秋连旱日数、秋旱日数以及干旱总日数时间序列，湖口、鄱阳均没有出现突变现象。

3 讨论

本研究就湖口县农业气象观测点1994～ 2012年棉花产量品质结构要素，与同年雨季结束日期、伏秋干旱日数等样本序列进行了回归分析，试图揭示其相关性。但结果表明，相关性显著水平均较低。这可能与干旱发生时期、持续时间年际变化大，而水分胁迫的程度、持续的时间、植株的生育阶段和在缺水开始时结实器官所达到的发育阶段不同，对最终产量品质的影响程度存在很大差异有关[2，12]，棉花盛花期土壤干旱导致的减产最为严重，盛蕾期和初花期次之，盛铃期至始絮期相对较轻[2]。

4 结论

鄱阳湖植棉区雨季结束日期多年平均为7月上旬后期，北部代表站较南部代表站偏迟2天并呈显著的推迟趋势，每10个年推迟2.2天，但2个代表站均无明显主振荡周期，均有推迟的突变现象，且南部的鄱阳站突变期呈点状，北部的湖口站近20个年为持续突变期。

干旱日数，北部的湖口站主要以总日数显著递减、秋旱日数周期性振荡为主要特点，南部的鄱阳站则以秋旱日数周期性振荡为主要特点。此外，伏旱日数不显著线性递减的趋势湖口站较鄱阳站明显。

鄱阳湖植棉区棉花7月上、中旬进入开花普遍期，雨季结束日期推迟的变化趋势，对棉花开花结铃等生殖生长不利，但有利于补充前期的营养生长不足，确保棉花植株在花铃期前期搭成丰产架；北部较南部明显的伏旱日数不显著的线性递减趋势，对于棉花调整生长发育节律，增强秋桃生长和棉花后劲具有积极的作用。

参考文献

[1]王礼兵. 棉花花铃期高溫干旱的危害及防灾减灾技术[J]. 现代农业科技，2013（21）：58-59.

[2]王友华，周治国. 气候变化对我国棉花生产的影响[J]. 农业环境科学学报，2011，30（9）：1734-1741.

[3]中国农业科学院棉花研究所. 中国棉花栽培学[M]. 上海：上海科学技术出版社，2013.

[4]杨磊，张允昔. 环鄱阳湖棉区植棉常遇的自然灾害及预防技术[J]. 江西棉花，2009，31（6）：8-12.

[5]刘水仙，叶智华，张天玉，等. 重视发展环鄱阳湖生态经济区棉花生产的思考[J]. 江西棉花，2010，32（4）：8-12.

[6]董鸿彪. 江西水旱灾害[M]. 南昌：江西省水利厅出版，1995.

[7]闵骞. 鄱阳湖区干旱的定量判别与变化特征[J]. 水资源研究，2007，28（1）：5-7.