石河子地区近50年各界限温度初终日变化特征分析

田 苗，向 导

（1.石河子市气象站，新疆 石河子 832000；2.乌兰乌苏农业气象试验站）

农业界限温度是热量资源的一种表达形式，对农业生产具有指示或临界意义。日平均气温稳定通过 0 ℃、5 ℃、10 ℃、15 ℃和 20 ℃界限温度的初、终日期、持续天数及其积温是常用的具有普遍农业意义的热过指标系统。界限温度的初终日期是用来分析和鉴定一个地区不同类型作物的可能生长期、可供利用的总热量、初秋季升降温的速度等[1－2]，初终日期的确定对当地农业生产具有重要意义。

1 各界限温度的指示意义

0 ℃界限温度：日平均气温大于0 ℃的持续期一般称为农耕期，可代表一个地区广义的可能生长期或生长季。

5 ℃界限温度：日平均气温在5 ℃以上的持续时期，称为植物的生长期。

10 ℃界限温度：日平均气温大于10 ℃的持续期，称为喜温作物的生长期或作物活跃生长期，同时大于10 ℃积温可用来评价热量资源对喜温作物的满足程度。

15 ℃界限温度：日平均气温大于15 ℃的持续时期，称为喜温作物的活跃生长期。

20 ℃界限温度：日平均气温达20 ℃以上，是喜温作物光合作用最适温度的下限。

2 数据来源

本文所采用的数据资料选自石河子地区1961—2015年4 个台站（石河子站、乌兰乌苏站、炮台站、莫索湾站） 经上级部门审核后的资料统计而来。其中，乌兰乌苏站是从1964年开始有观测记录，故1961—1963年的资料用石河子站的资料代替。

3 研究方法

采用气候倾向率方法进行石河子地区近50年各界限温度初终日变化特征分析。

气候倾向率计算：用yi 代表样本量为n 的某一气候变量，用ti 表示y 所对应的时间，建立yi 与ti之间的一元线性回归。根据一元一次线性方程来表示某一气候变量随着时间变化而表现出的趋势，即：

其趋势变化率方程为：

其中方程（1）和（2）中的 b、b1 用最小二乘法求得，y（t）为气象要素，t 为时间（1964—2013年），将 b×10 作为气候变化倾向变化率，单位为℃/10 a（气温变化率）、mm/10 a（降水量变化率）或 h/10 a（日照变化率）。当 b ＞0 时，表示该气候要素序列随时间递增，当b ＜0 时，表示该气候要素序列随时间递减，而且绝对值越大，变化趋势越明显。

4 界限温度初、终日期的变化特征分析

4.1 界限温度初日变化特征分析

根据1961—2015年石河子地区各界限温度的平均初日出现情况（表1），可以分析得出石河子垦区各区域≥0 ℃的平均初日出现日期在每年的3月15 ～16日之间，石河子市出现的平均初日较其他区域要早（3月15日），其中石河子地区≥0 ℃的平均初日出现在3月16日。石河子垦区各区域≥5 ℃平均初日出现日期在每年的3月29 ～31日之间，乌兰乌苏较其他区域要晚（3月31日），就整个地区而言，平均开始的时间是 3月 30日。每年的 4月 12 ～16日是垦区各区域≥10 ℃平均初日出现日期，炮台出现最早（4月 12日），乌兰乌苏出现最晚（4月 16日）。≥15 ℃的平均初日主要开始于每年的5月3 ～5日之间，莫索湾和炮台出现最早（5月3日），乌兰乌苏出现最晚（5月5日）。≥20 ℃的平均初日主要开始于每年的5月28日至6月3日之间，莫索湾和炮台出现最早 （5月28日），乌兰乌苏出现最晚 （6月3日）。总的来说，石河子地区 ≥0 ℃、≥ 5 ℃、≥ 10 ℃、≥15 ℃和≥20 ℃平均初日分别出现在3月中旬、3月底、4月中旬、5月上旬、5月底到 6月初这些时间段内，整体上北部区域的初日较南部区域要早，说明垦区北部气温较南部要回升的快。

表1 1961—2015年石河子地区各界限温度的平均初日出现情况

表2 1961—2015年石河子地区各界限温度的平均终日出现情况

4.2 界限温度终日变化特征分析

根据1961—2015年石河子地区各界限温度的平均终日出现情况（表2），可以分析得出石河子垦区各区域≥0 ℃的平均终日出现日期在每年的11月7 ～9日之间，石河子市出现的平均终日较其他区域要晚（11月9日），其中石河子地区≥0 ℃的平均终日出现在11月8日。石河子垦区各区域≥5 ℃平均终日出现日期在每年的10月21 ～23日之间，乌兰乌苏和莫索湾出现终日的时间要早 （10月21日），其中石河子地区≥5 ℃的平均终日出现在10月22日。石河子垦区各区域≥10 ℃平均终日出现日期在每年的10月4 ～6日之间，炮台出现最晚（10月 6日），4 个站点平均的终日出现在 10月 5日。石河子垦区各区域≥15 ℃平均终日出现日期在每年的9月15 ～20日之间，乌兰乌苏出现最早（9月 15日），炮台出现最晚（9月 20日），其中石河子地区≥15 ℃的平均终日出现在9月17日。≥20 ℃平均终日出现日期在每年的8月19 ～23日之间，乌兰乌苏出现最早（8月 19日），炮台出现最晚（8月23日），4 个站点平均的终日出现在 8月 24日。综上所述，石河子地区≥ 0 ℃、≥ 5 ℃、≥ 10 ℃、≥ 15 ℃和≥20 ℃的平均终日主要发生在11月上旬末、10月下旬初、10月上旬中期、9月中旬和8月下旬中期，并且从历年各界限温度的平均终日统计情况不难看出，0 ℃和5 ℃界限温度的终日垦区南部较垦区北部出现的要晚，10 ℃、15 ℃和 20 ℃界限温度的终日垦区北部较垦区南部出现的晚。

5 界限温度初、终日之间持续日数的变化特征

根据1961—2015年石河子地区各界限温度初终日之间的持续日数（表3），可以分析得出近55年石河子地区各片区≥0 ℃的持续日数在236 ～240 d 之间，莫索湾的持续日数最少（236 d），石河子市的持续日数最多（240 d），石河子地区的平均持续日数为238 d；石河子地区各片区≥5 ℃的持续日数在205 ～208 d 之间，乌兰乌苏的持续日数最少（205 d），石河子市和炮台的持续日数最多（208 d），石河子地区的平均持续日数为207 d；石河子地区各片区≥10 ℃的持续日数在172 ～177 d 之间，乌兰乌苏的持续日数最少（172 d），炮台的持续日数最多（177 d），石河子地区≥10 ℃的平均持续日数为175 d；石河子地区各片区≥15 ℃的持续日数在134 ～ 141 d 之间，乌兰乌苏的持续日数最少（134 d），炮台的持续日数最多（141 d），石河子地区≥15 ℃的平均持续日数为138 d。4 个站点≥20 ℃的持续日数在 78 ～ 93 d 之间，乌兰乌苏的持续日数最少（78 d），炮台的持续日数最多（93 d），石河子地区≥ 20 ℃的平均持续日数为86 d。综上所述，除≥0 ℃的持续日数外，≥ 5 ℃、≥ 10 ℃、≥ 15 ℃、≥ 20 ℃的持续日数炮台和莫索湾要多于乌兰乌苏和石河子市，也就说明垦区北部各界限温度的持续日数要比垦区南部多。

表3 1961—2015年石河子地区各界限温度初终日之间的持续日数 d

根据1961—2015年石河子地区≥0 ℃初终日之间持续日数的变化趋势（图1）可以分析得出，近55年石河子地区≥0 ℃初终日之间的平均持续日数时间最长的是2008年，共有263 d。最少的是1966年，共有202 d。平均持续日数最多与最少年份相差61 d。与平均值相比较，有29 个年份要低于平均值，其中1966—1974年这段时间的距平值均为负。2000年以后只有 2003年、2010年、2011年和2015年的距平值为负，其他均为正。总体来说，石河子地区≥0 ℃初终日之间的平均持续日数向逐年增多的趋势方向发展，趋势变化率为23.23 d/10 a。

图1 1961—2015年石河子地区≥0 ℃初终日之间持续日数的变化趋势

根据1961—2015年石河子地区≥5 ℃初终日之间持续日数的变化趋势（图2）可以分析得出，近55年石河子地区≥5 ℃初终日之间的平均持续日数最多为237 d，出现在2013年。持续日数最少的是1979年，仅有 183 d。与平均值相比较，有 28 个年份的距平值为负，1961—1968年和 2000—2005年的距平值均为负，有27 个年份的距平值为正，2005年以后只有2010年和2015年的距平值为负，其他均为正。总体来说，石河子地区≥5 ℃初终日之间的平均持续日数呈逐年增多的趋势，趋势变化率为21.88 d/10 a。

图2 1961—2015年石河子地区≥5 ℃初终日之间持续日数的变化趋势

图3 1961—2015年石河子地区≥10 ℃初终日之间持续日数的变化趋势

根据1961—2015年石河子地区 ≥10 ℃初终日之间持续日数的变化趋势（图3）可以分析得出，近55年石河子地区≥10 ℃初终日之间的平均持续日数最多，为211 d，出现在1997年。最少的年份是1968年，仅有142 d，最长持续日数与最少持续日数相差69 d。与平均值比较，有26 个年份要偏低，在20 世纪60年代这十年间有7 个年份的距平值为负。2000年以后只有 2003年、2010年、2014年和 2015年的距平值为负，其他均为正。但从总体趋势来说，石河子地区≥10 ℃初终日之间的平均持续日数呈逐年增多的趋势，趋势变化率为34.75 d/10 a，上升趋势仅比≥20 ℃初终日之间的平均持续日数小。

根据1961—2015年石河子地区≥15 ℃初终日之间持续日数的变化趋势（图4）可以分析得出，近55年石河子地区≥15 ℃初终日之间的平均持续日数最多，为166 d，分别出现在2005年和2009年，较多年平均偏高28 d，≥15 ℃持续日数最少，为112 d，出现在1985年，较多年平均偏少26 d，平均持续日数最多与最少年份相差54 d，其中有28 个年份的距平值为负，1980年以前有14 个年份的距平值为负，有27个年份的距平值为正，2000年以后只有2001年、2002年、2006年和 2007年的距平值为负，其他均为正。但从总体趋势来说，石河子地区≥15 ℃初终日之间的平均持续日数呈逐年增多的趋势，趋势变化率为23.59 d/10 a，上升趋势比≥0 ℃和≥5 ℃初终日之间的平均持续日数大。

图4 1961—2015年石河子地区≥15 ℃初终日之间持续日数的变化趋势

图5 1961—2015年石河子地区≥20 ℃初终日之间持续日数的变化趋势

根据1961—2015年石河子地区 ≥20 ℃初终日之间持续日数的变化趋势（图5）可以分析得出，近55年石河子地区≥20 ℃初终日之间的平均持续日数最多，为112 d，出现在2008年，较多年平均偏高 26 d，≥ 20 ℃持续日数最少，为 56 d，出现在1963年，较多年平均偏少30 d，平均持续日数最多与最少年份相差56 d，其中有23 个年份的距平值为负，1980年以前有11 个年份的距平值为负，有32个年份的距平值为正，2000年以后只有2001年、2003年、2009年和 2010年的距平值为负，其他均为正。但从总体变化特征来说，与其它持续日数相比，变化率达到了40.83 d/10 a，表现为显著。

6 小结

从历年各界限温度的平均初日来看，各界限温度的初日出现日期越来越早，垦区北部的初日要明显早于垦区南部，从历年各界限温度的平均终日统计情况不难看出，0 ℃和5 ℃界限温度的终日垦区南部较垦区北部出现的要晚，10 ℃、15 ℃和20 ℃界限温度的终日垦区北部较垦区南部出现的晚。从各界限温度初终日之间的持续日数来看，持续的天数随着时间的不断推移越来越长，尤其是20 ℃。偏北区域与偏南区域持续日数的差距也随着界限温度值的加大而拉大。综上所述，在全球气候变暖的前提下，石河子地区的气候也呈变暖的趋势。各界限温度的积温逐年增多，初终日之间的持续时间也越来越长，各界限温度的初日向着越来越早的趋势发展，终日朝着越来越晚的趋势发展，这对石河子垦区以棉花为主的农业生产来说，在选择棉花品种的时候，可以根据不同品种棉花生长期的长短，在品种选取搭配、采取合理种植制度等方面提供气候决策依据。