1961-2016年新疆轮台县农业气候资源变化特征分析

艾力夏提·阿不力米提 巴哈古力·买买提 张仕明 地力扎提·多力坤

（1.新疆轮台县气象局，新疆轮台 841600；2.新疆巴州气象台，新疆库尔勒 841000；3.新疆库尔勒市气象局，新疆库尔勒 841000）

农业气候资源是指一个地区的气候条件对农业生产发展的潜在能力。农业气候资源在地理分布上具有不平衡性，而对一定地区来说又具有其相对稳定性和有限性，在时间上具有季节性和年际变异性。自然环境的变化，特别是全球气候的变化，日益成为世界各国广泛关注的问题[1]。气候变暖已引起人们的关注，部分地区气候变暖对农业生产的影响是利大于弊[2]。自20世纪50年代以来，我国平均气温已升高0.68 ℃，黄河以北地区平均升高0.80～1.20 ℃，黄河以南地区平均下降0.20～0.80 ℃，南涝北旱现象加剧[3]。施雅风等[4]研究指出我国西北气候从20世纪的暖干型向暖湿型转型。何清等[5]研究指出40 a来新疆气温呈明显上升趋势，降水量增加明显。新疆轮台县位于天山南麓，在沙漠边界，主要以农业为主，其中日照时间、无霜期、气温、降水对农业生产的影响较大。因此，在全球增暖的大背景下，研究轮台县农业气候资源（主要是光照、热量、降水资源）的变化情况，农业气候是否也存在突变现象，对搞好当地农业结构调整，推进农业现代化发展可谓是意义重大。

1 资料与方法

选用1961-2016年轮台县气象站日照时间、无霜期、积温、气温和降水资料，利用数理统计方法，进行轮台县农业气候资源的研究。利用线性气候倾向率、线性趋势和相关系数的显著性检验方法、Mann-Kendall检验方法，参考魏凤英[6]的相关研究，对近56 a轮台县的光照、热量、降水等主要农业气候资源要素变化特征进行分析，阐述气候变暖对轮台县农业气候资源的影响，为合理利用农业气候资源，提高农业产量及作物的品质提供参考依据。

2 结果与分析

2.1 光照资源变化特征

2.1.1 日照时间年月分布及趋势变化 日照时间是衡量一个地区光能资源的主要技术指标，1961-2016年日照时间年平均值为2 692.0 h，最多为3 073.0 h（2009年），最少为2 382.0 h（2000年）。从各月日照时间分布来看（见图1），7月最多（277.0 h），12月最少（162.0 h），5-10月占全年日照时间的58%，是轮台县光照资源最丰富的时段，光能资源方面非常丰富，有利于农作物进行充分的光合作用，促进其生长发育。从趋势变化来看（见图2），年日照时间呈明显减少的线性趋势（信度0.02），平均每10 a减少35.7 h，日照时间的减少与降水和沙尘等天气有密切关系。

图1 轮台县月平均日照时间变化曲线

图2 1961-2016年轮台县日照时间趋势变化曲线

2.2 热量资源的变化特征

2.2.1 无霜期变化特征 霜冻是指农作物生长期间出现最低气温小于或等于0 ℃，包括春季终霜冻和秋季初霜冻，春季终霜冻是农业主要气象灾害之一。无霜期是评价热量资源的重要指标，是一年内终霜冻日至初霜冻日之间的持续日数。无霜期用来表示一个地区喜温作物可以生长的时间，表示该地区热量资源的丰富程度。1961-2016年，轮台县无霜冻期平均为213.0 d，最长无霜期为240.0 d（2013年），最短无霜期为186.0 d（1968年），最长和最短无霜期相差了54.0 d。轮台县无霜期有明显增加的趋势（见图3），每10 a增加5.5 d，通过0.001的信度检验。

图3 1961-2016年轮台县无霜期变化趋势

2.2.2 积温变化特征 农业上把日平均气温5日滑动平均稳定通过0 ℃的时期作为适宜农耕期，该时段的活动积温是农作物可利用的热量资源；日平均气温稳定通过10 ℃的时期是越冬作物生长活跃期和喜温作物播种期与生长活动期，初、终日则决定了喜温作物开始播种的日期，并影响到作物成熟和品质[7]。0、10 ℃活动积温代表当地的热量资源状况，是农业气候热量的分析和区划、农作物种植规划和引进或推广地区温度条件等的常用指标[8]。

轮台县日平均气温稳定通过0 ℃的平均初日为2月20日，平均终日11月20日；10 ℃的初日平均为3月24日，终日平均为10月17日。0、10 ℃的活动积温平均分别为4 638、4 203 ℃·d，两者线性增加趋势明显（见图4），平均每10 a分别增加114、110 ℃·d，线性趋势均通过0.001的显著性水平。2006-20160年，0、10 ℃的平均活动积温分别为4 919、4 529 ℃·d，比1961-2016年偏高281、325 ℃·d。

图4 1961-2016年轮台县积温变化趋势

2.2.3 年平均气温变化特征 1961-2016年，轮台县平均气温为11.20 ℃，最高值为13.80 ℃（2007和2009年），最低值为9.70 ℃（1975年）。近56 a来，年平均气温呈上升趋势，平均每10 a增加0.37 ℃（见图5），线性增温趋势达到了0.001的信度水平。

2.2.4 最热月气温变化特征 轮台县7月为最热月，近56 a最热月平均气温为25.60 ℃，最高为28.80 ℃（2015年），最低为22.70 ℃（1972年）。近56 a来，7月平均气温呈上升趋势（见图6），平均每10 a增加0.50 ℃，线性增温趋势达到了0.001的信度水平。

图5 1961-2016年轮台县年平均气温变化趋势

图6 1961-2016年轮台县最热月平均变化趋势

2.2.5 年最高气温变化特征 近56 a，轮台县最高气温年平均值为38.60 ℃，最高值为41.40 ℃（2000年），最低值为36.80 ℃（1985年）。近56 a来，最高气温达40.00 ℃以上的年份有9年，其中2000年以后出现5次，说明年最高气温有上升趋势（见图7），平均每10 a增加0.20 ℃，线性增温趋势达到了0.05的信度水平。

图7 1961-2016年轮台县最高气温变化趋势

2.2.6 年最低气温变化特征 近45 a，轮台县最低气温年平均值为-18.60 ℃，最底值为-25.60 ℃（2012年），最高值为-13.20 ℃（2009年）。近45 a来，最低气温-20.00 ℃以下的年份有11年，其中2005年以后出现5次，20世纪80年代后期到90年代后期最低气温在平均值以上，其他年代偏低幅度较明显，虽然线性回归趋势变化率平均每10 a增加0.50 ℃，线性增温趋势没通过0.1的信度水平，说明年最低气温变化趋势不稳定（见图8）。

图8 1961-2016年轮台县最低气温变化趋势

2.3 降水资源的变化 轮台县属中温带干旱区，土地含盐碱度较高，自然降水稀少，区域农业属于灌溉农业。降水不仅影响热量条件，尤其是春季作物播种、出苗期的降水容易引起作物碱害，对农业生产造成不利影响。1961-2016年，轮台县年平均降水量只有64.7 mm，年最大降水量为126.2 mm（1981年），年最小降水量为16.7 mm（1967年）。对1961-2016年的降水资料进行统计分析，年降水量有明显的上升趋势，通过了0.02的信度检验，降水量每10 a增加5.9 mm。

从季节变化来看，春季平均降水量为13.5 mm，占全年降水的21%，最小的年份为0.1 mm（1968年），最多的年份达到44.9 mm（2005年），50%以上的年份春季降水量在10.0 mm以上，对作物苗期生长较为有利；夏季平均降水量为36.1 mm，占全年降水的56%，最少的年份只有3.4 mm（2010年），最多的年份达到93.8 mm（1987年）；秋季降水量相比春季较少，秋季平均降水量为10.9 mm，占全年降水的16%，最多的年份达到42.5 mm（1981年），最少年份无降水，降水天气较少有利于作物成熟收获；冬季平均降水量为5.4 mm，占全年降水的8%，最多的年份达到20.1 mm（1977年）由于冬季降雪较少，积雪不稳定，对种植冬小麦越冬不利，因此轮台县主要种植春小麦。

2.4 突变检验 利用M-K突变检验法对1961-2016年轮台县日照时间、无霜期、积温、年平均气温、最热月平均气温、最高气温、最低气温和年降水量进行突变检测。结果显示，日照时间突变较明显的年份为1992年（信度0.05），1994-2007年超过了0.001的信度检验（ua=2.56，uf＞3，uf＞ua）（见图9）。

图9 1961-2016年轮台县日照时间突变分析曲线

无霜期突变开始的时间为20世纪90年代中后期，突变点为2000年（信度0.05），2003年以后无霜期明显增加，增加趋势超过了0.001信度的显著性水平（ua=2.56，uf＞3，uf＞ua）（见图10）。

图10 1961-2016年轮台县无霜期突变分析曲线

0 ℃活动积温在1994年开始发生增多突变（见图11a），突变较明显的日期为1998年；10 ℃活动积温在1999年开始发生增多突变，突变较明显的日期2000年（见图11b）。0、10 ℃活动积温增多的趋势超过了0.001信度的显著性水平（u0.001=2.56，uf＞3，uf＞ua）。进入21世纪以来，0、10 ℃活动积温的增加有利于农作物的生长，为干物质积累、产量形成提供了丰富的热量资源。

图11 1961-2016年轮台县0、10 ℃积温突变分析曲线

年平均气温在20世纪90年代初期有一次增温突变过程（见图12），突变点为1991年（信度0.05），20世纪90年代中期到2016增暖趋势大大超过了信度0.05临界线（ua=1.96，uf＞ua），甚至信度0.001（ua=2.56，uf＞ua）。这表明轮台县年平均气温升温趋势比较明显。

图12 1961-2016年轮台县年平均气温突变分析曲线

7月平均气温在20世纪90年代后期有一次增温突变过程（见图13），突变点为1997年（信度0.05），20世纪90年代后期到2016增暖趋势大大超过了信度0.05临界线（ua=1.96，uf＞ua），甚至信度0.001（ua=2.56，uf＞ua），表明轮台7月年平均气温升温趋势比较明显。

图13 1961-2016年轮台县最热月平均气温突变分析曲线

最高气温有多次突变过程（见图14），突变点为1973年（信度0.05）和1994年（信度0.05），20世纪90年代中后期到2016增暖趋势接近信度0.05临界线（ua=1.96，uf略大于ua），表明轮台最高气温有升温趋势。

最低气温在20世纪80年代初期有一次最低气温突变过程（见图15），突变点为1987年（信度0.05），1999-2011年最低气温偏高趋势超过了信度0.05临界线（ua=1.96，uf＞ ua），甚至信度 0.001（ua=2.56，uf＞ ua），表明这些年轮台县最低气温偏高趋势比较明显。2012-2016年，最低气温偏高趋势没有超过信度0.05临界线（ua=1.96，ua＞uf），说明这些年最低气温呈偏低趋势。

图14 1961-2016年轮台县最高气温突变分析曲线

图15 1961-2016年轮台县最低气温突变分析曲线

历年降水量在20世纪70年代中期有一个突变开始年（见图16），突变点为1994年，20世纪80年代开始突变最明显，有增多趋势。

图16 1961-2016年轮台县年降水量突变分析曲线

3 结论

（1）年平均日照时间呈明显减少的线性趋势，平均每10 a减少35.7 h，日照时间的减少与降水和沙尘等天气有密切关系，还需进一步研究。

（2）轮台县无霜期有明显增加的趋势，每10 a增加5.5 d，无霜期突变开始的时间为20世纪90年代中后期，突变点为2000年，2003年以后无霜期明显增加，使农作物生长季延长，对提高作物产量和作物种植结构调整提供了有利的气候条件。

（3）0、10 ℃的活动积温线性增加趋势明显，平均每10 a分别增加114、110 ℃·d，2006-2016年比1961-2016年偏高281、325 ℃·d。利用M-K突变检验，0 ℃活动积温在1994年开始发生了增多突变，突变较明显的日期1998年；10 ℃活动积温在1999年开始发生了增多突变，突变较明显的日期2000年。活动积温的增加，有利于喜温作物生长。

（4）年平均气温呈上升趋势，平均每10 a增加0.37 ℃，检测结果显示，轮台县年平均气温在20世纪90年代初期有一次增温突变过程，突变点为1991年。20世纪90年代中期到2016增暖趋势比较明显。最热月平均气温呈上升趋势，平均每10 a增加0.50 ℃，90年代后期到2016增温趋势比较明显。年最高气温有上升趋势，平均每10 a增加0.20 ℃，90年代中后期到2016增暖趋势，但增温幅度不大。最低气温20世纪80年代后期到90年代后期在平均值以上，其他年代偏低幅度较明显，虽然线性回归趋势变化率平均每10 a增加0.50 ℃，线性增温趋势没有通过0.1的信度水平，说明年最低气温变化趋势不稳定。

（5）轮台县自然降水稀少，年平均降水量只有64.7 mm，年最大降水量为126.2 mm（1981年），年最小降水量为16.7 mm（1967年）。对1961-2016年的降水资料进行统计分析发现，年降水量有明显的上升趋势，降水量每10 a增加5.9 mm。从季节变化来看，春季平均降水量占全年降水量的21%，对作物苗期生长较为有利；夏季平均降水量占全年降水量的56%，减少棉花等农作物病虫害发生的同时对农作物补充水分；秋季降水量相比春季较少，有利于作物成熟收获；冬季降雪较少，积雪不稳定，对种植冬小麦越冬不利，因此轮台县主要种植春小麦和棉花。

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