桐城市农业热量资源对气候变化的响应分析

孔令帅 江胜国

摘要：根据1961—2017年桐城市气温及初、终霜期等气象资料，采用数理统计方法，分析了桐城市的气温和稳定通过0与10 ℃农业热量资源及初、终霜期的变化特征及其对气候变化的响应规律。结果表明，桐城地区气候总体呈微弱的变暖趋势，且冬、春季气候变暖明顯，夏、秋季节则呈变凉趋势，并存在3个温暖期和2个温凉期。农业热量资源越来越丰富，≥0 ℃初日和≥10 ℃初日均呈微小的提早趋势，但1997年以后存在明显的推迟;≥0 ℃终日和≥10 ℃终日均呈延迟趋势，且1997年以后延迟明显;≥0 ℃和≥10 ℃初日与终日之间的持续日数均呈延长趋势，2011年以后延长显著;活动积温虽然总体是增多的，但20世纪80年代中期以前是呈减少的趋势，以后则呈增多的趋势，尤其是2011年以来活动积温显著增多。无霜期显著增多，2011—2017年无霜期长达264.6 d。

关键词：桐城市;热量资源;气候变化;响应

中图分类号：S162.3         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）10-0068-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.10.015           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： According to the 1961—2017， last frost in the early period and Tongcheng city air temperature and other meteorological data， using mathematical statistics method， the temperature and the stability of the Tongcheng city by 0 and 10 ℃ agricultural resources， and last frost in the early period of the heat change characteristics and regularity of response to climate change were analysised. The results showed that the climate of Tongcheng area generally presented a weak warming trend， and the climate of winter and spring was obviously warming， while the summer and autumn seasons showed a cooling trend， and there were three warm periods and two warm and cool periods. Agricultural heat resource was more and more rich， 0 ℃ or higher in the early days and 10 ℃ or higher average daily showed a trend of small early， but after 1997， there was an obvious delay; 0 and 10 ℃ or more between the initial and ending days of continuous days all showed a trend of extending， prolonging significantly after 2011; Although the cumulative temperature of activity increased in general， it tended to decrease before the mid-1980s and increase after that， especially since 2011. The frost-free period increased significantly， and the frost-free period increased to 264.6 days in 2011—2017.

Key words： Tongcheng city; heat resources; climate change; response

以全球变暖为主要特征的气候变化已经成为当今世界重要的环境问题之一。最近几十年，关于气候变化的问题一直是学术界研究的热点[1]。IPCC第5次评估报告指出，气候变化比原来认知的要更加严重，在过去的130年（1880—2012年）全球平均表面温度上升了0.85 ℃;2003—2012年平均温度比1850—1900年上升了0.78 ℃[2]，而最近50年的升温几乎是过去100年的2倍[3]。Bonsal等[4]针对全球极端气候作了较全面的分析，研究结果表明，在过去的几十年中，随着全球气温的普遍上升，加拿大极端低温发生次数相应减少，霜冻日数也有所缩减。在全球变暖的情景下，近50年来，中国增暖明显，全国年平均表面温度增加了1.1 ℃，明显高于全球或北半球同期的平均增温速率，尤其是20世纪80年代中期以来，升温速率显著加快，北方地区增温趋势显著。近50年中国年降水变化趋势不明显，但年代际波动较大，区域间存在明显差异，极端天气气候事件的频率和强度出现了明显增强，霜冻日、寒潮事件减少，长江中下游地区和东南地区洪涝加重。中国东北和华北、西北东部的干旱日趋严重[5，6]。

农业生产依赖于天气条件，全球气候变暖使得农业生产的不稳定性增加、作物种植结构和品种布局改变、局部地区农业气象灾害事件加剧[2]。气候变化对农作物生长发育、农作物产量、农作物种植制度及品种布局、作物生产潜力和气候资源利用率等存在显著的影响，对区域作物的研究表明，气候变化对粮食产量的不利影响比有利影响更为显著[7-10]。

本研究根据桐城市1961—2017年的逐日气象资料，采用公认的农业气象指标，系统地分析了气候变化背景下桐城地区热量资源的变化趋势及演变特征，探讨农业热量资源对气候变化的响应规律，以期为合理利用农业气候资源、调整农业结构和种植制度、农作物品种布局提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  资料来源

选取桐城市气象站1961—2017年的逐日平均气温，逐日最高温度，逐日最低温度及初、终霜日期，年降水量等，全部资料均来源于桐城市气象局。

1.2  方法

采用数据统计的方法进行分析，简单资料统计及积温计算均由Excel完成，各界限温度初、终日抄自气象资料累年簿，均为手工计算。

1.3  作物生长期的确定

一定界限温度以上的积温及其持续日数是评价某地区农业热量资源的重要指标之一。一般以日均气温≥0 ℃的持续时间与积温来反映某地区农事季节的总长度和农事季节内的热量资源;以日均气温≥10 ℃的持续时间与积温反映喜温作物的生育期和生长期内的热量状况，也是规划种植制度、发展“一优两高”作物的重要依据。

2  结果与分析

2.1  平均气温对气候变化的响应

桐城市1961—2010年平均气温为16.0 ℃，较前30年（1981—2010年）和前40年（1971—2010年）均高0.1.0 ℃，总体上增温趋势不明显;年平均气温倾向率为0.040 ℃/10年，其中1961—2000年基本呈降温趋势，且以1961—1990年降温最为显著。各年代间温度以1981—1990年最低，仅15.7 ℃，此前逐年是降低的，此后各年代是逐渐上升的，至2011—2017年温度达到16.33 ℃，增温率最大的时段是1981—2017年，倾向率为0.256 ℃/10年，通过极显著水平检验。

分析年平均气温累计距平（图1）可以看出，57年来桐城大致可分为3个温暖期和2个温凉期。

1961—1968年是第一个温暖期，持续时间较长，其间两个负距平也很小，平均气温较历年均值高0.21 ℃，其中1961年平均气温达17.00 ℃，是历史最高值;1969—1977年是第一个温凉期，平均气温较历年均值低0.14 ℃，其间有两个微小的正距平;1978—1979年是第二个温暖期，维持时间非常短暂，平均气溫较历年均值高0.70 ℃;1980—1996年为第二个温凉期，是持续时间最长的时期，平均气温较历年均值低0.29 ℃，其中1984年平均气温仅15.20 ℃，为历史最低值，1993年平均气温15.30 ℃则为历史第二低，其间温度仅有两个正距平;1997—2017年又一次出现温暖期，平均气温比历年均值高0.28 ℃，有5年平均气温较历年高0.50 ℃以上，其中2007、2016、2017年平均气温接近历史最高值。本次的温暖期年平均温度倾向率达到0.117 ℃/10年，至今已持续有21年，目前仍没有结束的迹象。

分析四季温度变化特征（表1）可以看出，气候变暖主要发生在冬、春季，这与文献[5]的结论一致。桐城地区四季温度变化倾向率如表1所示，冬、春季倾向率为正值，说明这两个季节的温度呈上升的趋势，且冬季增温的速率大于春季;而夏、秋季倾向率为负值，表明这两个季节的温度呈下降的趋势，且夏季降温的速率远大于秋季，总体上来说，冬、春季增温的速率大于夏、秋季降温的速率。

2.2  农业界限温度出现日期对气候变化的响应

2.2.1  气温稳定通过≥0 ℃初、终日期的变化  桐城市日平均气温稳定通过≥0 ℃初日出现的平均日期是1月24日，有4年出现在上一年的12月，基本与偏冷期对应，最早初日年份是1988年，出现在1987年12月3日;有近1/3的年份初日出现在2月，多数出现在温暖期，最晚的初日是1964年2月27日;总体上，≥0 ℃初日出现日期呈提早的趋势，倾向率为-1.16 d/10年，但自1981年以来出现日期呈延迟趋势，特别是进入本次温暖期（1997—2017年）以来延迟明显（表2）。各年代间则呈波动变化，1971—1980年最迟为1月25日，1981—1990年和2001—2010年最早为1月15日，总体变化幅度不大（表3）。

日平均气温稳定通过≥0 ℃终日出现的平均日期是次年的1月6日，有5年的终日显著偏早，出现在12月20日以前，其中有3年出现在偏冷期，最早的终日出现在1987年11月27日;有9年的终日出现在次年1月21日以后，属显著偏迟，多数出现在偏冷期，其中有3年出现在次年2月，属异常偏迟，最晚的终日是1995年，出现在1996年2月16日。总体上出现日期呈延迟趋势，进入本次温暖期后延迟显著，达到8.84 d/10年，2011年后延长更为显著。仅1981—1990年出现日期偏早，2001—2010年较1961—1970年迟6 d，而2011—2017年则较1961—1970年迟11 d，较1981-1990年要迟17 d。

1961—2010年日平均气温稳定通过≥0 ℃的初日与终日之间的持续日数平均为353.3 d，最长是1988年，达405 d，最短为1985年，仅290 d，总体倾向率为2.89 d/10年，呈增多趋势，特别是进入本次温暖期（1997—2017年）后增多更为显著，倾向率达6.49 d/10年。年代间之前变化不大，除1981—1990年减少外，此后呈增多趋势，1981—2017年的倾向率为4.01 d/10年，2011—2017年较1981—1990年多12.6 d。

需要指出的是，按农业界限温度统计方法，在1961—2010年的50年中有11年没有出现≥0 ℃终日，下一年度的初日也不存在，这种现象在1990—2001年明显多于其他年代，时间最长的是2000年2月3日出现了平均气温稳定通过≥0 ℃初日后直至2002年12月24日才出现终日，持续时间长达1 056 d，但2008年以后至今暂未出现这种现象。

2.2.2  气温稳定通过≥10 ℃初、终日期的变化  桐城日平均气温稳定通过≥10 ℃初日出现的平均日期是3月26日，有4年出现在上一年的3月10日及其之前，最早初日是3月7日（1990和2002年）;有5年初日出现在4月10日及其之后，最晚的初日是4月17日（2010年）。总体上，≥10 ℃初日出现日期呈提早的趋势，倾向率为-0.97 d/10年，但进入本次温暖期（1997—2017年）以来却呈显著延迟趋势，倾向率为3.95 d/10年（表4）。各年代间≥10 ℃初日呈波动变化，1961—1970年最迟，为3月31日，2001—2010年最早，为3月22日，总体变化幅度不大（表5）。

日平均气温≥10 ℃终日出现的平均日期是11月15日，有2年的终日显著偏早，出现在10月，最早的终日是10月26日（1978年）;亦有2年的终日出现在12月，最晚的终日是12月1日（1980和1998年）。总体上≥10 ℃终日出现日期呈延迟趋势，倾向率为0.31 d/10年，延迟不太明显。各年代间终日出现的平均日期变化也不大，相差仅1～2 d，只有2011—2017年平均终日比最早的1981—1990年偏迟7 d。

1961—2010年日平均气温≥10 ℃的初日与终日间的持续日数平均为235.0 d，最长为1990年，达262 d，最短为1987年，仅201 d，年际间总体倾向率为1.28 d/10年，呈增多趋势，但进入本次温暖期（1997—2017年）后持续日数有所减少，倾向率为-2.35 d/10年。年代间的初、终日间日数以1961—1970年最少，为230.6 d，2001—2010年最多，为238.6 d，而2011—2017年的7年平均初、终日间日数达到240.9 d，但其趋势仍然是缩短的，倾向率为 -17.86 d/10年。

2.3  活动积温对气候变化的响应

2.3.1  ≥0 ℃初、终日间活动积温的变化  1961—2010年≥0 ℃初、终日间的活动积温平均值为5 843.2 ℃，最多是1961年，达6 200.0 ℃，最少是1985年，仅5 439.0 ℃，最多与最少相差761.0 ℃。年际间总体上呈增多趋势，倾向率为29.40 ℃/10年，1981—2017年倾向率达到106.02 ℃/10年，1997—2017年的傾向率为58.46 ℃/10年，积温增多的趋势有所减缓（表6）。各年代间≥0 ℃积温以1981—1990年最少，为5 720.3 ℃，其中1980—1987年连续8年低于均值;2001—2010年热量资源最为丰富，平均积温达5 965.4 ℃，2000—2009年连续10年高于均值;而2011—2017年7年平均积温高达5 990.0 ℃，最近3年均超过了6 000 ℃，2017年更是创历史新高，达到6 288.9 ℃（表7）。

由图2可以看出，≥0 ℃活动积温大致以1985年为分界点，此前呈明显减少趋势，进一步分析可得其倾向率达-114.06 ℃/10年，通过显著性水平检验;而1985—2017年呈显著增多趋势，倾向率为110.84 ℃/10年，通过极显著性水平检验。

2.3.2  ≥10 ℃初、终日间活动积温的变化  1961—2010年≥10 ℃初、终日间的活动积温平均值为5 083.6 ℃，最多是1990年，达5 481.0 ℃，最少是1987年，仅4 535.1 ℃，最多与最少相差945.9 ℃。年际间总体上呈增多趋势，倾向率为20.06 ℃/10年，小于≥0 ℃活动积温的增多幅度，其中1981—2017年倾向率达到77.22 ℃/10年，而1997—2017年呈微弱的减少趋势，其倾向率为-8.68 ℃/10年（表6）。各年代间积温以1991—2000年最少，为5 004.1 ℃;2001—2010年最多，为5 186.7 ℃，2000—2008年连续9年高于均值;而2011—2017年7年平均积温达到5 212.0 ℃，除2015年热量资源较少外，其余年份≥10 ℃活动积温均多于5 200 ℃。

由图2还可以看出，≥10 ℃的活动积温大致以1987年为分界点，此前呈减少趋势，进一步分析可得其倾向率为-72.64 ℃/10年，通过显著性水平检验;而1987—2017年呈增多趋势，倾向率为96.80 ℃/10年，通过显著性水平检验。

2.4  霜期对气候变化的响应

2.4.1  初霜期变化  初霜期是指秋冬季第一次出现霜现象的日期。1961—2010年桐城市初霜出现的平均日期是11月14日，有5年显著偏早，出现在10月，而且都是在1993年以前的年份中出现的，最早的初霜日期是10月26日（1981年）;有4年初霜日出现在12月，属于显著偏迟，基本出现在1994年及其以后的年份，最晚的初霜日是12月7日（1998年）。总体上来说，1961—2017年初霜出现日期呈延迟的趋势，其倾向率为2.71 d/10年，达到极显著检验水平。各年代初霜期的变化情况如图3所示，可以看出桐城市初霜期呈现显著的延迟规律，特别是2010年以来，平均初霜期为11月29日，比历年平均推迟15 d，期间有3年初霜日出现在12月。初霜日的推迟对保障中晚熟农作物成熟十分有利。

桐城市初霜日的历史变化曲线见图4。由图4可以看出，1961年以来，初霜日存在明显的连续4年以上的3个偏早期，分别是1966—1969年，其平均日期为11月3日，比常年平均日期早14 d;1978—1982年，其平均日期是10月31日，比历年平均日期早17 d，历史上最早的初霜日期（10月24日）就是出现在这段时期的1981年;1990—1993年，其平均日期为11月7日，比常年平均日期早10 d。

2.4.2  终霜期变化  终霜期是指春季最后一次出现霜现象的日期。1961—2010年桐城市终霜出现的平均日期是3月17日，有5年显著偏早，出现在2月，且以1990年以后出现居多，最早终霜日期是2月6日（1990年）;有7年终霜日期显著偏迟，出现在4月，而且均在1978年及其以前的年份中出现，最晚的终霜日期是4月9日（1963年和1972年两次）;总体而言，1961年以来终霜出现日期呈提前的趋势，其倾向率为-2.90 d/10年，达到显著性检验水平。各年代初霜期的变化情况如图5所示，可以看出桐城市终霜期总体上呈提前的变化趋势，以20世纪80年代为分界点，之前终霜日期有推迟的现象，之后则显著提前，特别是2010年以来，平均终霜日期为3月7日，比历年平均提前10 d。终霜日期的提前对适时春播和午季作物苗期免受冻害有利。

2.4.3  无霜期变化  无霜期是指春季最后一次出现霜现象与秋冬季第一次出现霜现象日期之间的持续天数。1961—2010年平均无霜期为241.2 d，最长的达278 d，出现在1961年;最短的为208 d，出现在1978年，最长与最短之间相差70 d。总体来说无霜期呈逐年增长的趋势，倾向率为5.60 d/10年，通过极显著性水平检验;1978年后倾向率更是达到8.34 d/10年，显著性水平更高。50年间有3年无霜期极短，不足220 d，且都出现在1979年以前;有6年无霜期显著偏长，达260 d以上，多出现在1989年以后。1971—1980年无霜期最短，仅有228.7 d，1961—1970年稍长，为235.2 d，1981年后均在245 d以上，2011—2017年则长达264.6 d。1981年以前的无霜期明显短于其后（图6）。

3  小结与讨论

本研究系统分析了1961年以来桐城地区的热量资源状况，定量评价了不同年代≥0 ℃与≥10 ℃的初、终日期，持续天数及其积温的演变特征及其对气候变化的响应规律，以期为气候变暖背景下合理调整桐城地区农作物品种结构布局、种植制度提供科学依据。主要结论如下。

1）年平均气温16.0 ℃，总体上呈微弱的增温趋势，其倾向率为0.040 ℃/10年，1981—2017年增温最为明显，倾向率达到0.256 ℃/10年。气候变暖主要发生在冬、春季，而夏、秋季节的温度呈下降的趋势，且冬、春季增温的速率大于夏、秋季降温的速率。1961年以来存在2个温暖期和3个温凉期，温暖期与温凉期交替出现，且持续时间不等，最近一次的温暖期已持续了21年仍没有结束的迹象。

2）气温稳定通过≥0 ℃初日的平均日期为1月24日，总体上呈微小的提早趋势，年倾向率为-1.16 d/10年，进入1997年本次温暖期以来则转为延迟趋势，各年代间则是呈小幅的波动变化。

稳定通过≥10 ℃初日的平均日期是3月26日，总体上呈提早的趋势，10年倾向率为-0.97 d/10年，1997年进入本次温暖期后却呈显著延迟趋势，倾向率为3.95 d/10年，各年代间也是呈小幅的波动变化。

3）气温稳定通过≥0 ℃终日的平均日期为次年1月6日，总体是呈延迟趋势，1997年后延迟更为显著，1981—1990年终日出现日期最早，2011—2017年最迟。

稳定通过≥10 ℃终日的平均日期为11月15日，总体上呈延迟趋势，但延迟幅度不太明显，各年代间的平均日期在1～2 d波动，2011—2017年平均终日显著偏迟。

4）气温稳定通过≥0 ℃初日与终日之间的持续日数平均为353.4 d，总体呈延长趋势，倾向率为2.89 d/10年，且以2011年后最为显著，以1981—1990年最少，2011—2017年最多。

稳定通过≥10 ℃初日与终日之间的持续日数平均为235.0 d，总体也是呈延长趋势，倾向率为1.28 d/10年，但1997年后持续日数转为缩短趋势，以1961—1970年持续日数最少，2011—2017年最多。

5）气温稳定通过≥0 ℃和10 ℃初终日之间的活动积温分别为5 843.2、5 083.6 ℃，总体上都是呈增多趋势，≥0 ℃的积温以1985年为分界点，≥10 ℃的积温以1987年为分界点，之前呈减少趋势，之后呈显著增多趋势。各年代间≥0 ℃的积温以1981—1990年最少，≥10 ℃的积温以1991—2000年最少，均以2011—2017年最多。

6）桐城地区50年平均初霜日期为11月14日，总体呈延迟趋势，其倾向率为2.71 d/10年，2010年以来平均初霜日期比历年平均日期推迟了15 d。初霜日期存在3个偏早期，即1966—1969、1978—1982、1990—1993年。平均终霜日期为3月17日，总体呈提早趋势，其倾向率为-2.90 d/10年，20世纪80年代之后则显著提早。

平均无霜期为241.2 d，最长与最短年的无霜期相差70 d，总体来说呈逐年增多的趋势，倾向率为5.60 d/10年，以1971—1980年无霜期最短，1981年后各年代均在245 d以上，2011—2017年則长达264.6 d。

本研究仅分析了过去一段时期热量资源的演变规律，对于热量资源的变化对农业生产的影响没有展开分析、评估，对未来气候变化也没有进行系统的分析预测，有待今后进一步研究。气候变化造成农业气候热量资源变化，使农业生产的不稳定性增加、产量波动加大，因此在加强全球、全国性气候变化影响评估和预测研究的同时，也应该重视区域性农业气候变化影响评估与预测方面的研究，以提高地区性农业对气候变化的适应能力，趋利避害合理利用气候资源。同时需要进一步建立健全农业保险机制，化解风险。

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