1981—2018年新疆英吉沙县农业热量资源变化特征分析

2020-03-19买尔艳·麦麦提明

农业灾害研究 2020年1期

买尔艳·麦麦提明

摘要利用1981—2018年英吉沙县国家气象站逐日平均气温资料，依据应用气候学原理，分别对各站≥0、5、10、15、20℃的初、终日期、持续日数及积温进行了统计计算。在此基础上，对各界限温度的分布特征和变化规律进行了详尽的分析。结果表明：英吉沙县≥0、5、10、15、20℃积温增加趋势明显，倾向率分别为144、127、151、208、116℃·d/10年，其中≥15℃的热量资源变幅最大;≥0℃初日平均提前1.5 d/10年，终日平均延后0.3 d/10年，持续天数平均延长4.0 d/10年;≥5℃初日平均提前3.0 d/10年，终日平均延后2.3 d/10年，持续天数平均延长8.8 d/10年;≥10℃初日平均提前3.1 d/10年，终日平均延后2.6 d/10年，持续天数平均延长5.7 d/10年;≥15℃初日平均提前6.8 d/10年，终日平均延后1.9 d/10年，持续天数平均延長5.2 d/10年;≥20℃初日平均提前3.5 d/10年，终日平均延后0.4 d/10年，持续天数平均延长1.8 d/10年;英吉沙县≥0、5、10、15、20℃积温及持续天数普遍增加是受起始日期提前和终止日期廷后共同影响。

关键词界限温度;初终日期;积温;持续天数;变化特征

全球变暖背景下，气候变化已成为了热门话题。气候增暖引起热量资源时空分布的变化[1]，对中国农业产生了很大的影响：一方面改善了农作物生长所需的热量条件，增加了作物复种指数;另一方面，气温升高特别是冬季气温的升高，使越冬害虫的存活率上升，对农业生产带来不利影响[2]。增温使作物生长季内热量增加，生长期延长[3]。以气候变暖为主的变化趋势势必会引发热量资源时空分布改变，进而对农业生产造成强烈影响[4]。因此，研究近几十年来热量资源时空变化特征及对气候变化的响应，具有积极的现实意义。

农业热量资源是农业生产的重要基础资源之一，农业热量资源的各气象要素变化组合形成了不同的热量资源类型，决定了农业生产结构和布局、种植方式、种植制度等，最终影响农业产量的高低和农产品质量的优劣[5]。通常将气温稳定通过0，5和10℃等的初、终日期，持续天数和相应积温作为主要的热量指标[6]。20世纪90年代初，在气候显著增暖背景下，新疆英吉沙县气候明显变暖，积温增加，对农业生产利弊共存。扬长避短、趋利避害是开发利用热量资源的首要准则，该研究结果可为当地农业建设、调整农业结构和品种布局等农业措施提供农业气候资源依据。研究新疆英吉沙县积温的变化规律，以期为当地作物合理利用热资源，挖掘高产潜力，合理布局粮食作物及适应未来气候变化提供理论指导。

1资料与方法

1.1资料来源

采用1981—2018年英吉沙国家气象观测站逐日平均气温资料进行分析。

1.2研究方法

1.2.1确定稳定通过界限温度的方法为了消除日平均气温逐日变化的不稳定波动，显示气温变化的平稳性，一般采用5日滑动平均法[7]来确定某一年份稳定通过某界限温度的起止日期。以生长期为例，生长期起始日期定义为5日滑动平均气温≥0℃的日期，终止日期定义为5日滑动平均气温<0℃的日期。滑动平均具体算法为：一年中，任意连续≥界限温度持续最长的一段时期内，第一个5日的日平均气温中，挑取最先一个日平均气温≥该界限温度出现的日期，即为起始日期;同样可得终止日期[8]。

1.2.2活动积温计算[9-12]活动积温（℃·d）的计算采用5日滑动平均法确定≥0、5、10℃界限温度的起止日期，从而统计得到通过界限温度的活动积温，即指某一时期内≥生物学下限温度的日平均温度的总和，即：i =1 （Ti≥B）式中，Ti为时段中第i天的日平均温度，B为生物学下限温度，N为计算时段的天数。

采用5日平均法确定≥0、5、10、15和20℃界限温度的起止日期，计算稳定通过0、5、10、15、20℃的持续日数和活动积温等热量要素。

1.2.3线性倾向估计用xi表示样本量为n的某一气候变量，用ti表示xi所对应的时间，建立xi与ti之间的一元线性回归方程：xi=a+bti。气温变化速率就是采用最小二乘法估计气温距平序列与自然时间序列的线性回归系数b[13]。

2结果与分析

2.11981—2018年英吉沙县稳定通过0、5、10、15、20℃积温的变化特征

采用线性估计方法计算英吉沙县国家气象站稳定通过0、5、10、15、20℃各热量指标的气候倾向率，同时进行倾向估计t检验。由图1可见，1981—2018年英吉沙县稳定通过0、5、10、15、20℃活动积温呈极显著增加的趋势，稳定通过20℃积温的增加趋势未通过显著性检验，稳定通过0、5、10、15℃积温的增加趋势通过α=0.01水平的显著性检验。稳定通过0、5、10、15、20℃各热量指标的气候倾向率分别为144、127、151、208、116℃·d/10年，其中稳定通过15℃活动积温的增加幅度最大，稳定通过20℃活动积温的增加幅度最小。近38年英吉沙县≥0℃活动积温平均值为4 856.9℃·d，最高值为5 240.7℃·d（2008年），最低值为4 500.4℃·d （1996年），最高值和最低值相差740.3℃·d;≥5℃活动积温历年平均值为4 724.7℃·d，最高值为5 174.4℃·d（2008年），最低值为4 398.1℃·d （1982年），最高值和最低值相差776.3℃·d;≥10℃活动积温历年平均值为4 413.4℃·d，最高值为4 924.9℃·d（2008年），最低值为3 973.3℃·d （1996年），最高值和最低值相差951.6℃·d;≥15℃活动积温历年平均值为3 814.7℃·d，最高值为4 360.0℃·d（2015年），最低值为2 952.3℃·d （1982年），最高值和最低值相差1 407.7℃·d;≥20℃活动积温历年平均值为2 571.8℃·d，最高值为3 707.1℃·d（2007年），最低值为1 458.3℃·d （1996年），最高值和最低值相差2 248.8℃·d。

2.21981—2018年英吉沙县稳定通过0、5、10、15、20℃初日的变化特征

由图2可见，1981—2018年英吉沙县稳定通过0、5、10、15、20℃活动积温的初日呈显著的提前趋势。稳定通过0、5、10、15、20℃初日气候倾向率分别为1.5、3.0、3.1、6.8、3.5 d/10年，其中稳定通过15℃初日的提前幅度最大，稳定通过0℃初日的提前幅度最小。近38年英吉沙县≥0℃活动积温初日的平均日期为2月18日，初日最早出现的日期为1月30日（2007年），初日最晚出现的日期为3月9日（1989年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为38 d;≥5℃活动积温初日的平均日期为3月7日，初日最早出现的日期为2月21日（2015年），初日最晚出现的日期为3月24日（1998年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为31d;≥10℃活動积温初日的平均日期为3月27日，初日最早出现的日期为3月6日（2013年），初日最晚出现的日期为4月15日（2006年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为40 d;≥15℃活动积温初日的平均日期为4月21日，初日最早出现的日期为3月23日（2018年），初日最晚出现的日期为5月23日（2005年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为61 d;≥20℃活动积温初日的平均日期为5月27日，初日最早出现的日期为4月26日（2007年），初日最晚出现的日期为6月27日（2015年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为62 d。

2.31981—2018年英吉沙县稳定通过0、5、10、15、20℃终日的变化特征

由图3可见，1981—2018年英吉沙县稳定通过0、5、10、15、20℃活动积温的终日呈显著的推迟趋势。稳定通过0、5、10、15、20℃终日气候倾向率分别为0.3、2.3、2.6、1.9、0.4 d/10年，其中稳定通过10℃终日推迟幅度最大，稳定通过0℃终日的推迟幅度最小。近38年英吉沙县≥0℃活动积温终日的平均日期为11月28日，终日最早出现的日期为11月15日（2009年），终日最晚出现的日期为12月11日（2015年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为26 d;≥5℃活动积温终日的平均日期为11月10日，终日最早出现的日期为10月27日（2009年），终日最晚出现的日期为11月23日（1998年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为27 d;≥10℃活动积温终日的平均日期为10月22日，终日最早出现的日期为10月11日（1987年），终日最晚出现的日期为11月11日（2006年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为31 d;≥15℃活动积温终日的平均日期为10月5日，终日最早出现的日期为9月17日（2002年），终日最晚出现的日期为10月19日（2006年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为32 d;≥20℃活动积温终日的平均日期为9月6日，终日最早出现的日期为8月9日（1993年），终日最晚出现的日期为9月26日（2005年），最早出现的日期和最晚出现的日期相差为48 d。

2.41981—2018年英吉沙县≥0、5、10、15、20℃持续天数的变化特征

由图4可见，1981—2018年英吉沙县≥0、5、10、15、20℃持续天数呈显著的增加趋势。持续天数气候倾向率分别为4.0、8.8、5.7、5.2、1.8 d/10年，其中≥5℃持续天数增加幅度最大，≥20℃持续天数增加幅度最小。近38年英吉沙县≥0℃持续日数平均值为282.8 d，最高值为305 d（2007年），最低值为265 d（1986年），两者相差为40 d;≥5℃持续日数平均值为247.4 d，最高值为267 d（2001年），最低值为231 d（1982年），两者相差为36 d;≥10℃持续日数平均值为209.1 d，最高值为238 d（2008年），最低值为182 d（2001年），两者相差为56 d;≥15℃持续日数平均值为166.5 d，最高值为200 d（2018年），最低值为129 d（1982年），两者相差为71 d;≥20℃持续日数平均值为102.5 d，最高值为150 d（2007年），最低值为57 d（1996年），两者相差为93 d。

3结论与讨论

（1）1981—2018年英吉沙县稳定通过0、5、10、15、20℃活动积温呈极显著增加的趋势，≥0、5、10、15℃积温的增加趋势通过α=0.01水平的显著性检验。稳定通过0、5、10、15、20℃各热量指标的气候倾向率分别为144、127、151、208、116℃·d/10年，该研究结论与胡琦、宁晓菊等学者研究的结论一致[12-14]，但气候倾向率有所差异。

（2）英吉沙县≥0、5、10、15、20℃起始日期普遍提前，终止日期以延后为主，≥0、5、10、15、20℃起始日期的提前幅度比终止日期的延后幅度大，说明≥0、5、10、15、20℃积温及持续天数普遍增加是受起始日期提前和终止日期延后影响，而起始日期提前比终止日期延后的影响更明显，该研究结论与刘实等学者研究的结论一致[15]。

（3）近38年英吉沙县≥0、5、10、15、20℃持续天数呈显著的增加趋势。持续天数气候倾向率分别为4.0、8.8、5.7、5.2、1.8，其中≥5℃持续天数增加幅度最大，≥20℃持续天数增加幅度最小，与缪启龙“从20世纪80年代开始伴随着全球变暖加剧，中国积温和持续天数增加比较明显”[16]的研究结论一致。

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