厄尔尼诺事件对冀中地区气候及农业生产的影响——以河北省保定市为例

魏丽欣，王蓉蓉，张良玉*，王欢，王志超，安海涛

（1.保定市气象局，河北 保定 071000；2.保定市徐水区气象局，河北 徐水 072550）

厄尔尼诺是指赤道中、东太平洋海面温度大范围持续偏暖的现象，也是气候系统年际气候变化中的最强信号[1]。农业生产在大自然环境中进行，是受自然灾害影响最大的产业，而农业自然灾害造成的经济损失中有80%以上是农业气象灾害造成的[2]。农业收成的丰歉在很大程度上取决于当年农业气象灾害的严重程度[3]。厄尔尼诺是通过影响全球的大气环流，引起大范围的气候异常，导致农业气象灾害，影响农作物生长发育和产量的形成[4]。许多学者对厄尔尼诺现象给农业生产带来的影响进行了研究，高苹等[5]研究了1997～1998年厄尔尼诺对江苏农业气象灾害的影响；周楠等[6]对超强厄尔尼诺与宁夏气候的关联性进行了分析；马清霞等[7]研究了超强厄尔尼诺事件对内蒙古气候及农业生产的影响；陈朝基[8]研究了甘肃农作物受旱面积与厄尔尼诺的关系；景毅刚[9]研究了ENSO现象与陕西省夏粮丰歉年景的关系；刘明竑等[10]研究了超强厄尔尼诺事件对中国东部春夏季极端降水频率的影响；张鹏飞等[11]研究了厄尔尼诺事件对山西省降水的影响；徐静等[12]分析了青海省气候变化与厄尔尼诺的关系。

保定市位于中纬度地区，属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，降水集中，雨热同季，适宜多种农作物生长，是河北省重要的粮食生产基地。由于该地区地形复杂，存在生态脆弱区，气象灾害（干旱、洪涝灾害、低温冻害等）频繁，因此，迫切需要明确保定市气候异常与厄尔尼诺现象的关系，旨为防御气象灾害，保障粮食安全提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源

农业数据主要来源于《保定经济统计年鉴》，获取的指标包括粮食产量（小麦和玉米）、农业气象灾害数据；气象资料来源于保定市各县（市）地面气象观测站，指标包括研究区域年均气温、年均降水量。

1.2 方法

厄尔尼诺事件等级划分参照GB/T 33666—2017[13]。

采用线性趋势和Mann-Kendall（M-K）检验方法，分析1988～2018年保定地区气温和降水的变化趋势以及突变情况；利用不同季节的气温、降水距平，分析厄尔尼诺年对保定地区农业生产的影响。采用GIS反距离权重法差值，分析1988～2018年保定地区各县（市）气温和降水变化幅度的空间分布特征。

2 结果与分析

2.1 保定地区厄尔尼诺事件分析

根据 GB/T 33666—2017[13]，1988～2018 年保定地区厄尔尼诺事件共发生8次（表1），其中，中级强度4次，弱、超强级强度均为2次。2014～2016年的厄尔尼诺事件具有持续时间长、各指标值均为统计年份最高值的特点；厄尔尼诺事件发生时期的峰值多出现在冬季。

2.2 保定地区气候变化特征

2.2.1 气温变化特征 1988～2018年保定地区年均气温呈上升趋势（图1），平均增幅为0.25℃/10 a，较全国平均增长水平 （0.22 ℃/10 a） 偏高[14～16]。1988～1996年气温偏低并出现波动，1997年至今气温明显上升，其中2010～2013年出现波动。2次超强厄尔尼诺事件的终止年（1998年、2016年）气温均明显上升。弱、中级东部型厄尔尼诺事件的气温呈上升趋势，中部型呈下降趋势，其中2009～2010年气温下降显著。M-K检验结果显示，2次超强厄尔尼诺事件UF（K）与UB（K）相交，且交点在临界线之间，随后气温明显上升，并在0.01水平上达到显著。数据显示，1997年和2014年为气温突变的开始时间，气温的突变年与厄尔尼诺年耦合。

表1 1988耀2018年保定地区厄尔尼诺事件的发生情况Table 1 The occurrence of El Nino Event in Baoding from 1988 to 2018

图1 1988耀2018年保定地区年均气温的线性回归方程 (a)与M-K检验 (b)Fig.1 Linear regression equation(a)and M-K test(b)of annual mean temperature in Baoding from 1988 to 2018

2.2.2 降水变化特征 1988～2018年保定地区年降水量呈下降趋势（图2），平均降幅约为2.8 mm/a，较全国平均水平 （0.149～0.116 mm/10 a） 偏大[17]。1997 年之后降水量明显下降。2次超强厄尔尼诺事件起始年降水量显著下降，翌年降水有所增加。弱、中级中部型厄尔尼诺发生年降水增长趋势明显。M-K检验结果显示，降水量变化分为波动变化（1988～1997年）和下降趋势（1998～2018年）2个阶段。2次超强厄尔尼诺事件的UF（K）与UB（K）相交，降水量明显下降，且在0.05水平上达到显著。数据显示，1997年降水突变年与厄尔尼诺年耦合。

2.3 气温和降水变化趋势的空间分布情况

保定市年平均气温变化的空间分布较为明显，增长趋势总体由东向西逐渐增强，其中唐县和安国增温幅度较大。保定市（清苑观测站）与区域整体不同步，由于迁站原因，气温出现了降温趋势。整体而言，西部增温幅度大，东部增温幅度较小，其中雄安新区和涿州增幅很小。降水量变化空间分布呈由北向南逐渐减弱的态势。满城、徐水、易县降水减少幅度较大，达 50～60 mm/10 a（图3）。数据显示，保定西部暖干趋势最为显著，东部偏干但升温不明显。

图2 1988耀2018年保定地区年降水量的线性回归方程（a）与M-K检验（b）Fig.2 Linear regression equation （a） and M-K test（b） of annual precipitation in Baoding from 1988 to 2018

图3 1988耀2018年保定市各县（市）每10 a的年均气温变化幅度（a）和降水变化幅度（b）Fig.3 The change range of annual average temperature per decade（a） and precipitation （b） in each county of Baoding from 1988 to 2018

2.4 厄尔尼诺事件对保定地区农业生产的影响

2.4.1 厄尔尼诺事件对积温的影响分析 4～9月的≥10℃活动积温是影响农作物生长的主要因素之一[18]。2次超强级厄尔尼诺事件热量条件充足，有利于作物生长。其中，1997～1998年活动积温较常年偏高40～88℃，2014～2016年较常年偏高34～127℃。弱、中级厄尔尼诺事件活动积温较常年偏低。

图4 1988耀2018年保定地区不同季节的气温距平Fig.4 Temperature anomaly in different seasons in Baoding from 1988 to 2018

2.4.2 厄尔尼诺事件年的冬、春季气候变化分析 2次超强级厄尔尼诺事件年冬季气温偏高0.2～1.4℃，降水偏少；春季气温偏高0.3～2.2℃，翌年春季降水较常年多10.8～17.9 mm（图4和5），其中1998年的病虫害灾情发生率是1997年的1.9倍（表2）。弱、中级厄尔尼诺事件年冬季气温偏低，降水偏少；2009～2010年冬季出现了大范围降雪，深度达到7～13 cm，设施农业损失严重。综上所述，厄尔尼诺事件对保定地区的农业生产具有严重影响。

图5 1988耀2018年保定地区不同季节的降水距平Fig.5 Precipitation anomaly in different seasons in Baoding from 1988 to 2018

表2 典型厄尔尼诺年的粮食作物产量变化及灾情Table 2 Changes of grain crops yield and disasters in typical El Nino years

2.4.3 厄尔尼诺事件年的夏、秋季气候变化分析 不同等级厄尔尼诺事件年的夏、秋季气候变化差异较大。2次超强级厄尔尼诺事件夏季气温偏高0.2～1.4℃，降水偏少22.8～45.8 mm，其中，1997年高温程度和持续天数均为统计年份同期极值；秋季降水偏多，气温偏高。弱、中级厄尔尼诺事件年气温波动变化，其中2015年11月气温较常年低0.8℃，降水天数9～16 d，与历史同期相比，月降水量偏多2.9倍，阴湿天气较长。罕见低温寡照天气严重影响了设施蔬菜的品质和产量[19～22]，不利于设施作物的生长。

2.4.4 农业灾害与粮食产量分析 2次超强级厄尔尼诺事件造成研究区域的旱灾面积比例分别达到72%和96%，较前一年受灾面积比例分别增长了30和42倍。其中，1998年发生风雹灾相对较多，小麦、玉米减产明显；2015年旱情发生严重，秋粮减产明显；2016年洪涝灾害较前一年增长了24倍。弱、中级厄尔尼诺事件年，旱灾、风雹灾害发生较多。2002年夏季气温较低，风雹灾害导致夏秋粮不同程度的减产。

3 结论与讨论

对保定地区1988～2018年年均气温和降水进行汇总与分析，得到以下结论：（1）该地区出现厄尔尼诺事件共计8次，其中，超强级2次，中级4次，弱级2次。（2）保定地区气温呈上升趋势，降水量呈下降趋势，且通过M-K检验。气温、降水突变年与厄尔尼诺年耦合。（3）保定市年平均气温空间分布由东向西逐渐增强，降水量变化空间分布由北向南逐渐减弱。保定西部暖干趋势最为显著；东部偏干，但升温不明显。（4）不同等级的厄尔尼诺事件年，4个季节的气候变化差异较大。且厄尔尼诺事件发生年农业灾害发生比例增加，造成当年夏秋粮减产。

气温和降水是农作物生长的重要因素，直接影响农作物的生长态势和最终产量[23～28]。厄尔尼诺对全球许多地区的气温、降水有显著影响，应高度重视厄尔尼诺事件发生对农业突发灾害的影响，提高应对与控制能力。保定市作为农业大市，存在防灾减灾能力薄弱的特点[29]，各部门应按照“预防为主，防抗救相结合”的方针，根据气象部门短期气候预测及中短期天气预报来指导生产与工作，以达到趋利避害的目的。同时加强科普宣传，强化公众认知厄尔尼诺现象导致灾害的重要性，增强防灾减灾意识，争取农业优质、丰产。