天山北坡酿酒葡萄成熟期降雨特征及其影响分析

张山清，张 燕，马玉平，普宗朝，李新建，孟凡雪

（1.新疆兴农网信息中心/新疆农业气象台，新疆 乌鲁木齐 830002；2.新疆生产建设兵团农六师气象局，新疆 五家渠 831300；3.伊犁气象局，新疆 伊犁 835000；4.乌鲁木齐市气象局，新疆 乌鲁木齐 830002；5 喀什地区气象局，新疆 喀什 844000）

各种生态条件中气候因素是影响酿酒葡萄品质和产量的主导和关键因素[1]。 新疆天山北坡经济带地处亚欧大陆腹地，位于以乌鲁木齐、昌吉、石河子、克拉玛依、博乐和伊宁市为轴心的准噶尔盆地南缘，是“一带一路”丝绸之路经济带的核心区，地理坐标79°52′51″～91°33′28″E，42°15′30″～46°14′11″N，区域面积28.58 万km2，占新疆总面积的17.2%，是新疆经济最发达，科技水平最高，城镇分布和人口最集中的区域。该区域光照充足，热量丰富，气温日较差大，降水稀少，空气干燥，属典型的大陆性干旱气候区[2]。独特的气候和广袤的土地资源， 使该区域成为我国著名的优质酿酒葡萄生产基地[3-4]，2018 年天山北坡酿酒葡萄种植面积已达到4 866.7 hm2[5]，占全疆酿酒葡萄种植面积的12.2%[6]。

葡萄是喜光耐高温的果树[7]，整个生育期对气候条件的要求较高，其中，生长发育中、前期的萌芽期、开花期、浆果生长期的气候条件对酿酒葡萄产量影响较大， 而后期的浆果成熟期气候条件不仅对酿酒葡萄产量有影响，而且对品质起着决定性作用。就水分条件而言，葡萄萌芽至果粒膨大的生长发育中、前期需水量大，该阶段若水分供应不足，将严重影响葡萄产量[3-4，7]，天山北坡经济带酿酒葡萄生长发育中、前期虽降水较少，但山区降水和高山冰川积雪融水所汇集的河川径流和地下水对绿洲农业的灌溉提供了较稳定的水资源保证，因此，该期间降水对酿酒葡萄生长发育的影响很小。 而酿酒葡萄成熟期需水量相对较少[8]，该期间降水偏少不但对葡萄生长发育基本无影响，并且降水天气少，日照充足，气温日较差大，对提高葡萄品质有利。 相反，若葡萄成熟期降水过多易引起裂果、酸腐病[9]、霜霉病[10]，红蜘蛛[11]等病虫害，造成浆果腐烂，对产量影响较大[12]。另外， 葡萄成熟期降水过多尤其是连阴雨天气的出现，将致使日照时数减少，对果实品质也将造成不利影响[13]。 天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期主要在8—9 月，该期间虽总体降水较少，但区域性差异明显， 尤其对酿酒葡萄成熟期影响较大的连阴雨和大量以上降雨天气各地差别十分明显， 造成的影响不同， 例如，1988 年9 月中旬， 石河子市兵团农八师150 团持续20 d 的阴雨天气，严重影响了葡萄的正常成熟和采摘收获[14]。 加之，近50 a 来，受全球气候变化的影响，新疆降水量呈显著增多趋势[15]，但有关降水量对天山北坡酿酒葡萄成熟期的影响， 目前鲜少报道，因此，研究天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期降雨量、降雨日数、大量以上降雨日数、连阴雨天气次数、连阴雨降水量和降雨日数的变化特征，对科学制定酿酒葡萄种植规划， 采取趋利避害的生产管理技术措施具有实际意义。

1 资料与方法

1.1 研究区域和资料来源

新疆天山北坡经济带地处天山北麓、 准噶尔盆地南缘，包括乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、昌吉回族自治州、博尔塔拉蒙古自治州、伊犁哈萨克自治州州直各县（市）以及塔城地区南部的乌苏市和沙湾县，共27 个县（市），总面积28.58×104km2。 使用该区域内资料序列较长的35 个气象站1961—2016年8—9 月逐日降水资料、各站地理坐标数据以及天山北坡经济带1∶50 000 地理信息数据，分析有关气候要素的时空变化规律。 研究区域和所选气象站点分布见图1。 各站气候数据和区域地理信息数据由新疆气象信息中心提供。

图1 天山北坡经济带海拔高度和气象站点分布

1.2 有关指标的确定及其统计方法

1.2.1 酿酒葡萄成熟期的确定

天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期依各地气候和栽培品种有一定差异， 但主要在8 月上旬—9 月下旬，因此，将8—9 月确定为该区域酿酒葡萄成熟期。

1.2.2 酿酒葡萄成熟期降水量及降水日数统计方法

一天内降水量≥0.1 mm 称作一个降水日[16]，8—9 月降水日之和称作酿酒葡萄成熟期降水日数，期间降水量之和称作酿酒葡萄成熟期降水量。

1.2.3 连阴雨标准及其统计方法

连阴雨天气指连续3～5 d 以上的阴雨天气现象（中间有短暂的日照）。 在新疆，规定连续3 d 或3 d以上有降水（日降水量≥0.1 mm）作为一次连阴雨过程[17-18]。

1.2.4 大量以上降雨标准及其统计方法

在新疆， 规定日降水量≥12.1 mm 作为一个大量以上降雨日[19]。

1.3 研究方法

使用线性趋势法分析天山北坡经济带1961—2016 年酿酒葡萄成熟期降水日数、降水量、连阴雨天气过程次数、降雨强度、大量以上降雨日数等气候要素的变化趋势。

采用宏观地理因子的三维二次趋势面模拟与反距离加权残差订正相结合的方法对天山北坡经济带各降水气候要素进行200 m×200 m 栅格的空间插值模拟[20-23]。

2 结果分析

2.1 酿酒葡萄成熟期降雨量和降雨日数时空变化

2.1.1 降雨量变化趋势

由图2 可见，1961—2016 年研究区酿酒葡萄成熟期的8—9 月降雨量总体以1.37 mm/10 a 的倾向率呈略增趋势（P=0.05），56 a 来增多了7.8 mm。

图2 天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）降雨量变化

2.1.2 降雨量空间分布特征

天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）降雨量空间分布总体呈现随海拔高度的升高而增加的特点（图3）。其中，海拔低于500 m 的准噶尔盆地南缘低平原地带以及伊犁河谷海拔低于600 m 的河谷平原8—9 月降雨量一般少于30 mm。 海拔500～1 300 m 的山前倾斜平原降雨量为30～60 mm，1 300～1 750 m 的低山丘陵地带降雨量为60～90 mm，海拔1 750～2 000 m 的中低山带降雨量为90～110 mm，海拔2 000 m 以上的中高山带降雨量为110～130 mm。

图3 天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）降雨量空间分布

2.1.3 降雨日数变化趋势

由图4 可见，1961—2016 年研究区酿酒葡萄成熟期（8—9 月）降雨日数以-1.16 d/10 a 的倾向率呈极显著（P=0.001）的减少趋势，56 a 来减少了6.5 d。

图4 酿酒葡萄成熟期（8—9 月）降雨日数变化

2.1.4 降雨日数空间分布特征

天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）降雨日数空间分布格局与同期降雨量基本相同， 呈现随海拔高度的升高而增加的特点（图5）。其中，海拔低于1 000 m 的山前倾斜平原8—9 月降雨日数一般少于20 d， 海拔1 000～2 100 m 的丘陵及中低山地带降雨日数为20～25 d，海拔2 100 m 以上的中高山带降雨日数为25～35 d。

图5 天山北坡经济带8—9 月降雨日数空间分布

2.2 酿酒葡萄成熟期（8—9 月）大量以上降雨日数时空变化

2.2.1 大量以上降雨日数变化趋势

由图6 可见，1961—2016 年研究区酿酒葡萄成熟期大量以上降雨日数以0.07 d/10 a 的倾向率呈显著（P=0.05）的增多趋势，56 a 增多了0.4 d。

图6 酿酒葡萄成熟期（8—9 月）大量以上降雨日数变化

2.2.2 酿酒葡萄成熟期大雨日数空间分布特征

天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）大量以上降雨日数空间分布格局与同期降水量基本相同，也呈现随海拔高度的升高而增加的特点（图7），其中，海拔低于550 m 的准噶尔盆地南缘低平原地带以及伊犁河谷海拔低于650 m 的河谷平原8—9月大量以上降雨日数一般少于0.5 d，海拔550～1 100 m的山前倾斜平原大雨日数为0.5～1.0 d，海拔1 100～1 300 m 的丘陵地带大雨日数为1.0～2.0 d，1 300 m以上的山区8—9 月大雨日数一般在2.0～4.0 d。

图7 天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）大量以上降雨日数空间分布

2.3 酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气时空变化

2.3.1 连阴雨天气次数变化趋势

研究区酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气过程次数较少，1961—2016 年平均为0.46 d，56 a来变化趋势不显著，年际间波动较大（图8）。

图8 酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气次数变化

2.3.2 酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气次数空间分布

天山北坡经济带每年酿酒葡萄成熟期（8—9月） 连阴雨天气次数总体呈现随海拔高度的升高而增加的空间分布特点（图9）。 其中，海拔低于900 m的平原地带平均每年8—9 月连阴雨天气次数少于0.3 次，900～1 300 m 的山前倾斜平原为0.3～1.0 次，海拔1 300 m 以上的山区一般为1.0～2.5 次。

图9 天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气次数空间分布

2.3.3 酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气降雨量变化趋势

研究区酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气降水量平均为23.8 mm，1961—2016 年总体以0.57 mm/10 a 的倾向率呈略增趋势（P=0.05），56 a增多了3.1 mm（图10）。

图10 1961—2016 年天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气降水量变化

2.3.4 酿酒葡萄成熟期连阴雨天气降雨量空间分布

天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气降雨量空间分布总体呈现随海拔高度的升高而增加的特点（图11）。 其中，海拔低于650 m 的准噶尔盆地南缘低平原地带8—9 月连阴雨天气降水量一般少于20 mm， 海拔650～1 100 m 的山前倾斜平原为20～30 mm，海拔1 100～1 700 m 的低山丘陵地带为30～40 mm，海拔1 700 m 以上的中高山带一般为40～55 mm。

图11 天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气降雨量空间分布

2.3.5 酿酒葡萄成熟期连阴雨天气日数变化趋势

1961—2016 年研究区酿酒葡萄成熟期连阴雨天气过程的日数平均为5.2 d，56 a 来基本无变化趋势（图12），但年际间波动较大，1981 年最多，研究区平均为9.0 d，1996 年最少，只有2.3 d。

图12 1961—2016 年天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气日数变化

2.3.6 酿酒葡萄成熟期连阴雨天气日数空间分布

天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气日数空间分布总体呈现随海拔高度的升高而增多的特点（图13）。 其中，海拔低于500 m 的准噶尔盆地南缘低平原地带8—9 月连阴雨天气日数一般少于4 d，500～1 200 m 的山前倾斜平原为4～6 d，1 200～1 700 m 的低山丘陵地带为6～8 d，海拔1 700 m以上的中高山带一般为8～12 d。

图13 天山北坡经济带酿酒葡萄成熟期（8—9 月）连阴雨天气日数空间分布

2.4 8—9 月降雨天气对酿酒葡萄的可能影响

对照前人综合考虑影响新疆酿酒葡萄种植的主要气候因素（无霜冻期，葡萄生长季降雨量、干燥度指数以及大风日数）的时空变化规律，并结合酿酒葡萄的实际分布区域[19，26]，天山北坡酿酒葡萄最适宜、适宜种植区8—9 月降雨量、降雨日数、连阴雨天气次数以及降雨强度都较少，降雨量大多不足40 mm、降雨日数少于20 d、大量以上降雨日数不足1 d、连阴雨天气次数少于0.3 次、连阴雨天气日数少于5 d、连阴雨天气降雨量不足25 mm，该区域降雨少，尤其是连阴雨和大量以上降雨天气少对提高葡萄产量和品质、减少各种病虫害的发生都十分有利。 酿酒葡萄次适宜种植区降雨天气稍多， 降雨量一般在40～90 mm、 降雨日数20～25 d、 大量以上降雨日数1～2 d、连阴雨天气次数0.3～1.0 次、连阴雨天气日数5～8 d、连阴雨天气降雨量25～40 mm，对酿酒葡萄成熟、 果实品质的提高以及病虫害的防治稍有不利影响。而8—9 月降雨量达90 mm 以上、降雨日数30 d以上、大量以上降雨日数2 d 以上、连阴雨天气次数多于1.0 次、连阴雨天气日数8 d 以上、连阴雨天气降雨量40 mm 以上的区域是酿酒葡萄的不适宜种植区。 因此，应充分利用酿酒葡萄适宜种植区（局部为最适宜种植区）热量充足、气候干燥、降水稀少、连阴雨天气极少的有利气候条件， 适度扩大该区域酿酒葡萄的种植规模， 发挥其气候资源优势和酿酒葡萄种植规模效能，提高其经济、社会效益；与此同时，限制次适宜种植区酿酒葡萄的种植规模， 杜绝在不适宜种植区种植酿酒葡萄， 减少低温多雨等各类气象灾害对酿酒葡萄生产的影响。

3 结论

利用天山北坡35 个气象站1961—2016 年8—9 月逐日降雨资料，采用线性趋势法和ArcGIS 空间插值技术，对过去56 a 该区域酿酒葡萄成熟期（8—9 月）降雨日数、降雨量、连阴雨天气次数、连阴雨天气降雨强度等要素的时空变化进行研究， 并对照前人有关酿酒葡萄种植气候适宜性区划成果， 对该区域不同适宜种植区酿酒葡萄成熟期降雨特征及其影响进行分析。 结果表明：（1）天山北坡酿酒葡萄成熟期（8—9 月）降水日数、降水量、连阴雨天气次数、降雨强度、大量以上降雨日数的空间分布均呈现随海拔高度升高而增加的特点。（2）1961—2016 年，研究区酿酒葡萄成熟期除降雨日数总体以-1.16 d/10 a 的倾向率显著（P=0.001）减少，大量以上降雨日数以0.07 d/10 a 的倾向率显著（P=0.05）增多外，降雨量、连阴雨天气次数、连阴雨天气日数及其降雨量变化趋势均不显著。（3）天山北坡酿酒葡萄种植气候最适宜和适宜区葡萄成熟期的降雨量、降雨日数、连阴雨天气次数、连阴雨天气日数及其降雨量都很小，期间总降雨量大多不足40 mm、降雨日数少于20 d、大量以上降雨日数不足1 d、 连阴雨天气次数少于0.3 次、连阴雨天气日数少于5 d、连阴雨天气降雨量不足25 mm，该分区降雨量以及连阴雨天气少，对提高酿酒葡萄产量和品质十分有利。 酿酒葡萄次适宜种植区葡萄成熟期降雨天气稍多， 降雨量40～90 mm、降雨日数20～25 d、大量以上降雨日数1～2 d、连阴雨天气次数0.3～1.0 次、连阴雨天气日数5～8 d、连阴雨天气降雨量25～40 mm， 对酿酒葡萄产量和品质有一定不利影响。 天山北坡8—9 月降雨量达90 mm 以上、降雨日数30 d 以上、大量以上降雨日数2 d 以上、连阴雨天气次数多于1.0 次、连阴雨天气日数8 d 以上、连阴雨天气降雨量40 mm 以上的区域均在海拔1 500 m 以上的山区， 该区域恰恰也是酿酒葡萄不适宜种植区，因此对酿酒葡萄无影响。综上所述， 新疆天山北坡酿酒葡萄种植区尤其是适宜及最适宜种植区葡萄成熟期的降雨量、降雨日数、连阴雨天气次数和日数都较小， 且近56 a 稳定少变，因此对该区域酿酒葡萄生产的影响较小[20-26]。 值得说明的是，天山北坡酿酒葡萄种植品种多样，不同品种酿酒葡萄的适宜种植区以及成熟期有一定差别[16，19]，因此，有关该区域不同品种酿酒葡萄成熟期降雨特征及其时空变化的研究有待进一步深入。