1958—2017年辽宁省热量资源时空演变特征分析

摘要 选用1958—2017年气候资料，运用气候诊断分析方法，对辽宁地区热量资源时空变化进行分析。结果表明，辽宁省热量资源以南部沿海区最多，西北部丘陵区和东部山区最少，中部平原区居中的分布格局;1981—2017年相比1958—1980年≥0 ℃、≥10 ℃积温等值线向北推进100～160  km。辽宁省≥0 ℃、≥10 ℃积温分别在1993、1996年发生气候突变，南部沿海气候突变较早于内陆，气候突变前后 ≥0 ℃、≥10 ℃积温增加194 ℃·d，其增加的量值西北部丘陵区和东部山区少于中部平原区和南部沿海区。

关键词 热量资源;积温;时空演变;变化特征;辽宁省

中图分类号 P 423  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）21-0231-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.059

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis on the Characteristics of Spatio-temporal Evolution of Heat Resources in Liaoning Province from 1958 to 2017

ZONG Yan-wei

（Lanzhou Vocational and Technical College of Resources and Environment， Lanzhou， Gansu 730000）

Abstract Based on the climatic data from 1958 to 2017， the temporal and spatial variation of heat resources in Liaoning Province was analyzed by using the method of climatic diagnosis and analysis.The results showed that the heat resources in Liaoning Province exhibited the most in the southern coastal area， the least in the northwestern hills and eastern mountainous areas， and the middle in the central plain area. Compared with 1958-1980， the accumulative temperature isoline of ≥0 ℃ and ≥10 ℃ pushed 100-160  km northward from 1981 to 2017. In 1993 and 1996， the accumulated temperature≥ 0 ℃ and ≥ 10 ℃ in Liaoning Province changed abruptly. The climate change in the southern coastal area was earlier than that in the inland area. Before and after the abrupt climate change， the accumulated temperature ≥ 0 ℃ and ≥ 10 ℃ increased by 194 ℃·d， and the incremental value was less in the northwest hilly area and eastern mountain area than in the central plain.

Key words Heat resources;Accumulated temperature;Temporal-spatial variation;Change characteristics;Liaoning Province

作者簡介 宗艳伟（1987—），女，辽宁朝阳人，讲师，从事大气探测技术研究。

收稿日期 2021-03-24

热量资源是重要的气候资源之一，与人类生活息息相关，研究热量资源的变化与空间分布对农业经济、农业种植业布局、农村农林牧渔业协调发展等具有重要意义。20世纪80年代以来气候变暖明显[1-2]，世界气象组织（IPCC）研究指出21世纪末年平均气温将升高1.1～6.4 ℃[3-4]。气温升高、气候变暖、热量资源增加对自然界正负面影响同时存在，张富荣等[5-7]研究认为气候变暖、热量资源增加可延长农作物生长期，存在复种指数的可能性，也给霜期农业、设施农业带来发展空间等。周广胜等[8-9]研究认为气候变暖对人类的负面影响更为明显，如加剧极端性气象灾害、破坏固有的自然生态系统、冰川消融、海平面上升、土地盐碱化以及水分的大量蒸腾使土地沙漠化等。热量资源随着时间和空间的变化而变化，直接影响一个地区的植物分布、农作物熟型和种植结构，是引起农业产品产量变化的重要因素[10-13]。

随着气候逐渐变暖，研究辽宁省热量资源在时空分布上的变化，对气候资源和土地资源利用、农业合理布局、促进农村精准扶贫、农业可持续发展具有重要参考作用。因此，笔者选用1958—2017年≥0 ℃、≥10 ℃积温资料，运用气候诊断分析方法，对辽宁省热量资源时空演变进行分析，以期为热量资源开发利用、农业气候区划以及农业产业结构调整提供决策依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

辽宁省位于东北地区的南部（118°53′～125°46′E、38°43′～43°26′N）。从东至南依次是鸭绿江水域和黄、渤二海，隔渤海海峡与山东半岛遥相呼应;从西南环至东北与河北省、内蒙古自治区、吉林省接壤。全省陆地总面积14.8万 km 占全国陆地总面积的1.5%。辽宁呈马蹄形，东部山地，西部丘陵，中部辽河平原及南部沿海平原。辽宁属温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同季，日照丰富。年日照时数2 000～3 000 h，年平均气温为5.1～12.4 ℃，年降水量东西差异较大，在300～1 000 mm，无霜期平均在150 d左右。

1.2 资料来源

研究数据来源于辽宁气象信息服务中心，选取46个国家级气象基准站整编气候资料。依据农业气象学原理[14]，统计了1958—2017年气候资源中的热量资源，即农业意义明显的 ≥0 ℃积温和 ≥10 ℃积温。≥0 ℃积温是日平均气温稳定通过0 ℃初、终日之间日平均气温的总和，是农业生产上的耕作期，也是冷凉植物生长的初始与结束的热量指标;≥10 ℃积温是日平均气温稳定通过10 ℃初、终日之间日平均气温的总和，是喜温作物快速生长期开始、结束的热量指标[15-16]。

1.3 分析方法

为了研究辽宁省热量资源的区域分布、年际变化趋势以及突变特征，采用Surfer制图软件[17]绘制辽宁省 ≥0 ℃积温和 ≥10 ℃积温的1958—2017年区域分布和不同时间段区域分布图;采用随时间序列变化一元线性回归气候倾向率[18]和Mann-Kendall气候突变检验[19]等方法分析辽宁省热量资源变化特征。计算分析在Excel程序[20]支持下完成运算。

2 结果与分析

2.1 热量资源空间变化

2.1.1 ≥0 ℃积温空间分布及演变。从辽宁省1958—2017年≥0 ℃积温空间分布（图1）可以看出，≥0 ℃积温的空間变化特征与地形有关，最低值分布在辽西的努鲁尔虎山山脉以北的老哈河流域和辽宁东部山区，最低值为3 028 ℃·d;最高值分布在辽南以及距离海岸线110 km区域，最高值为4 731 ℃·d。

按照阈值200 ℃·d指标区划辽宁省 ≥0 ℃积温分布，将区划出3个不同的区域。第一区 ≥0 ℃积温<3 750 ℃·d，平均为3 514 ℃·d，位于辽西北的老哈河流域，以建平站为代表;辽东山区由北向南延伸的吉林哈达岭、摩离红山及本溪的摩天岭以东，具体包括西丰、清源、抚顺、桓仁、岫岩、宽甸等地。第二区 ≥0 ℃积温在3 750～3 950 ℃·d，平均为3 871 ℃·d，位于辽河平原，界于辽东山区和辽西山地丘陵区之间，具体包括彰武、阜新、康平、铁岭、辽中、义县、黑山、沈阳、辽阳、本溪、丹东以南、庄河等地。第三区 ≥0 ℃积温>3 950 ℃·d，平均为4 111 ℃·d，位于辽西地区南部、黄渤海沿岸及大连地区，具体包括朝阳地区南部、锦州地区南部、盘山、鞍山、葫芦岛、绥中、营口、瓦房店、大连等地。第二区比第一区多357 ℃·d，第三区比第二区多240 ℃·d，第三区比第一区多597 ℃·d。

从1958—1980、1981—2000和2001—2017年3个时间段 ≥0 ℃积温空间分布（表1和图1）可以看出，辽宁省≥0 ℃积温在空间上的演变过程表现出随着年代的变化≥0 ℃积温逐渐增加的同时积温等值线向北扩展的特征。

2001—2017年相对于1981—2000年，第一区、第二区、第三区≥0 ℃积温平均分别增加109、116、112 ℃·d，积温等值线向北推进70～90 km。

1981—2000年相对于1958—1980年，第一区、第二区、第三区 ≥0 ℃积温平均分别增加101、102、103 ℃·d，积温等值线向北推进50～70 km。2001—2017年相对于1958—1980年，第一区、第二区、第三区 ≥0 ℃积温平均分别增加210、218、215 ℃·d，积温等值线向北推进120～160 km。

2.1.2 ≥10 ℃积温空间分布及演变。从1958—2017年不同时间段辽宁省≥10 ℃积温空间分布（图2）可以看出，≥10 ℃积温的空间分布特征与 ≥0 ℃积温空间分布有着一致性，最低值分布在西北部的老哈河流域和辽宁东部山区，最低值为2 400 ℃·d;最高值分布在辽南沿海，最高值为4 236 ℃·d。

按照阈值250 ℃·d指标区划辽宁省≥10 ℃积温空间分布，区划出3个区域并与 ≥0 ℃积温划区一致。第一区 ≥10 ℃积温在<3 300 ℃·d以下，平均为3 076 ℃·d;第二区 ≥10 ℃积温在3 300～3 600 ℃·d，平均为3 431 ℃·d;第三区≥10 ℃积温在>3 600 ℃·d以上，平均为3 676 ℃·d。第二区比第一区多355 ℃·d，第三区比第二区多245 ℃·d，第三区比第一区多600 ℃·d。

从1958—1980、1981—2000和2001—2017年3个时间段 ≥10 ℃积温空间分布（表1和图2）可以看出，辽宁省≥10 ℃积温在空间上的演变过程表现出随着年代的变化≥10 ℃积温逐渐增加的同时积温线向北扩展的特征。2001—2017年相对于1981—2000年，第一区、第二区、第三区 ≥10 ℃积温平均分别增加82、80、74 ℃·d，积温等值线向北推进60～70 km。1981—2000年相对于1958—1980年，第一区、第二区、第三区 ≥10 ℃积温平均分别增加95、97、104 ℃·d，积温等值线向北推进40～50 km。

2001—2017年相对于1958—1980年，第一区、第二区、第三区 ≥10 ℃积温平均分别增加177、177、178 ℃·d，等值线向北推进100～120 km。

2.2 热量资源时间分布及趋势变化

2.2.1 ≥0 ℃积温。

辽宁区域 ≥0 ℃积温1958—2017年平均为3 826 ℃·d，最低值出现在1976年（建平），为3 028 ℃·d，最高值出现在2014年（鞍山），为4 731 ℃·d。辽宁区域1958—2017年 ≥0 ℃积温年际变化趋势（图3a）显示，1958—1993年积温较低且波幅较大，1994年之后积温较高，整个序列呈增加趋势，序列相关系数为0.587 7，达到极显著水平（P<0.01），气候倾向率为49.528（℃·d）/10 a，近60年线性增加297 ℃·d。依据Mann-Kendall突变检验分析，≥0 ℃积温在1993年发生突变，突变之前（1958—1993年）≥0 ℃积温平均为3 749 ℃·d，突变之后（1994—2017年）平均为3 943 ℃·d，同比增加194 ℃·d。

热量资源第一区1958—2017年 ≥0 ℃积温平均为3 509 ℃·d，最低值出现在1976年（建平），为3 028 ℃·d，最高值出现在2014年（岫岩），为4 024 ℃·d。第一区1958—2017年 ≥0 ℃积温年际变化趋势（图3b）显示，1958—1993年積温较低，1994年之后积温较高，整个序列呈逐渐增加趋势，序列相关系数为0.479 8，达到极显著水平（P<0.01），气候倾向率为36.745（℃·d）/10 a，近60年线性增加220 ℃·d。依据Mann-Kendall突变检验分析，≥0 ℃积温在1993年发生突变，突变之前（1958—1993年）≥0 ℃积温平均为3 447 ℃·d，突变之后（1994—2017年）平均为3 603 ℃·d，同比增加156 ℃·d。

热量资源第二区1958—2017年 ≥0 ℃积温平均为3 864 ℃·d，最低值出现在1976年（彰武），为3 366 ℃·d，最高值出现在2004年（铁岭），为4 306 ℃·d。第二区1958—2017年 ≥0 ℃积温年际变化趋势（图3c）显示，1958—1993年积温较低，1994年之后积温较高，整个序列呈逐渐增加趋势，序列相关系数为0.542  达到极显著水平（P<0.01），气候倾向率为45.335（℃·d）/10 a，近60年线性增加272 ℃·d。依据Mann-Kendall突变检验分析，≥0 ℃积温在1993年发生突变，突变之前（1958—1993年）≥0 ℃积温平均为3 791 ℃·d，突变之后（1994—2017年）平均为3 972 ℃·d，同比增加181 ℃·d。

热量资源第三区1958—2017年 ≥0 ℃积温平均为4 106 ℃·d，最低值出现在1976年（朝阳），为3 640 ℃·d，最高值出现在2014年（鞍山），为4 731 ℃·d。第三区1958—2017年≥0 ℃积温年际变化趋势（图3d）显示，1958—1989年低值波动变化，1990年之后在高值波动变化，整个序列呈逐渐增加趋势，序列相关系数为0.676  达到极显著水平（P<0.01），气候倾向率为66.504（℃·d）/10 a，近60年线性增加399 ℃·d。依据Mann-Kendall突变检验分析，≥0 ℃积温在1989年发生突变，突变之前（1958—1989年）≥0 ℃积温平均为3 995 ℃·d，突变之后（1990—2017年）平均为4 232 ℃·d，同比增加237 ℃·d。

3个热量资源气候区，以第三区 ≥0 ℃积温增幅最大且气候突变最早，第一区、第二区气候突变时间相对较晚，积温增加的量值也较少。

2.2.2 ≥10 ℃积温。辽宁区域 ≥10 ℃积温1958—2017年平均为3 393 ℃·d，最低值出现在1969年（清源），为2 400 ℃·d，最高值出现在1998年（鞍山），为4 236 ℃·d。辽宁区域1958—2017年 ≥10 ℃积温年际变化趋势（图4a）显示，整个序列呈波动逐渐上升趋势，序列相关系数为0.482 0，达到极显著水平（P<0.01），气候倾向率为45.169（℃·d）/10 a，近60年线性增加271 ℃·d。依据Mann-Kendall突变检验分析，≥10 ℃积温在1996年发生突变，突变之前（1958—1996年）≥10 ℃积温平均为3 325 ℃·d，突变之后（1997—2017年）平均为3 519 ℃·d，同比增加194 ℃·d。

热量资源第一区1958—2017年 ≥10 ℃积温平均为3 051 ℃·d，最低值出现在1976年（清源），为2 400 ℃·d，最高值出现在1998年（抚顺），为3 737 ℃·d。第一区域1958—2017年 ≥10 ℃积温年际变化趋势（图4b）显示，1958—1996年变化趋势平稳，1997—2017年变化呈波动下降趋势，而整个序列呈增加趋势，序列相关系数为0.348  达到显著水平（P<0.01），气候倾向率为33.445（℃·d）/10 a，近60年线性增加201 ℃·d。依据Mann-Kendall突变检验分析，≥10 ℃积温在1996年发生突变，突变之前（1958—1996年）≥10 ℃积温平均为2 994 ℃·d，突变之后（1997—2017年）平均为3 156 ℃·d，同比增加162 ℃·d。

热量资源第二区1958—2017年 ≥10 ℃积温平均为3 446 ℃·d，最低值出现在1972年（铁岭），为2 873 ℃·d，最高值出现在1998年（沈阳），为4 011 ℃·d。第二区域1958—2017年 ≥10 ℃积温年际变化趋势（图4c）显示，1958—1996年变化呈下降趋势，1997—2017年变化也呈下降趋势，而整个序列呈增加趋势，序列相关系数为0.371 5，达极显著水平（P<0.01），气候倾向率为36.341（℃·d）/10 a，线性增加218 ℃·d。依据Mann-Kendall突变检验分析，≥10 ℃积温在1996年发生突变，突变之前（1958—1996年） ≥10 ℃积温平均为3 385 ℃·d，突变之后（1997—2017年）平均为3 559 ℃·d，同比增加174 ℃·d。

热量资源第三区1958—2017年 ≥10 ℃积温平均为3 682 ℃·d，最低值出现在1976年（朝阳），为3 640 ℃·d，最高值出现在2014年（鞍山），为4 731 ℃·d。第三区域1958—2017年 ≥10 ℃积温年际变化趋势（图4d）显示，整个序列呈逐渐增加趋势，序列相关系数为0.620 8，达到极显著水平（P<0.01），气候倾向率为65.722（℃·d）/10 a，近60年线性增加394 ℃·d。依据Mann-Kendall突变检验分析，≥10 ℃积温在1988年发生突变，突变之前（1958—1988年）≥10 ℃积温平均为3 562 ℃·d，突变之后（1989—2017年）平均为3 803 ℃·d，同比增加241 ℃·d。

3个热量资源气候区，以第三区 ≥10 ℃积温增幅最大且气候突变最早，第一区、第二区气候突变时间较晚且积温增加的量值相对较少。

3 讨论

综上研究，辽宁省热量资源近24年（1994—2017年）增加明显，南部沿海高于西北部丘陵和东部山区。代表农业界限温度的≥0 ℃、≥10 ℃积温等值线向北推进100～160 km，积温平均增加194 ℃·d。从积温年际变化看，是波动升高的趋势，而非稳定增加过程，如2010年属低温年，积温在近60年（1958—2017年）中排在倒数第7位，可见气候变暖存在不稳定性。

热量资源增加对农业来讲，可使作物生长季延长，作物生长速度加快，相对减少霜冻的危害，可引进生育期较长农作物提高生物产量，对调整耕作制度农作物品种结构、间套复种、设施农业向北扩展、提高土地综合利用率、提高单位面积产量都十分有利。但是，热量资源增加的同时所带来的负面影响也不容忽视，例如，随着热量资源增加和积温等值线向北扩展，病虫的越冬、繁殖增加，危害的面积扩大等，加重了对农业的危害，气温升高蒸发力增强，暖干旱化日趋严重，给农业产生增加了较大的经济负担。

4 结论

（1）辽宁省热量资源随着地形、地势、地理分布特点出现2个低值中心，努鲁尔虎山山脉以北地区和辽宁东部山区，高值区出现在南部沿海。依据 ≥0 ℃积温200 ℃·d和 ≥10 ℃积温250 ℃·d的分区指标，辽宁省可分为3个差异明显的热量资源气候区域。

（2）辽宁省热量资源从1958年波动变化至2017年，≥0 ℃积温等值线向北推进120～160 km，≥10 ℃积温等值线向北推进100～120 km。

（3）辽宁全省平均 ≥0 ℃、≥10 ℃积温年际变化气候倾向率分别为49.528、45.169（℃·d）/10 a，近60年线性增加297、271 ℃·d。各个气候区气候倾向率各不同，线性增加的积温也存在差异，积温从北至南呈逐渐增加，南部积温高的区域热量资源增加更明显，以第三区最多，第二区次之，第一区热量资源增加的量则最少。

（4）辽宁全省 ≥0 ℃积温在1993年发生气候突变，突变之后增加积温194 ℃·d。≥10 ℃积温在1996年发生突变，突变后积温增加194 ℃·d。第三区热量资源气候突变的时间早于第二区和第一区。

参考文献

[1]

左洪超，吕世华，胡隐樵.中国近50年气温及降水量的变化趋势分析[J].高原气象，2004，23（2）：238-244.

[2] 任国玉，郭军，徐铭志，等.近50年中国地面气候变化基本特征[J].气象学报，2005，63（6）：942-956.

[3] 叶海英.哥本哈根世界气候大会（COP15）背景[EB/OL].（2009-12-26）[2020-11-05].http：//discover.news.163.com/09/1026/16/5MIK8-G4K000125LI.html.

[4] 秦大河，罗勇，陈振林，等.气候变化科学的最新进展：IPCC第四次评估综合报告解析[J].气候变化研究进展，2007，3（6）：311-314.

[5] 张富荣，尹洪涛，张国林，等.辽宁西部热量资源及霜期变化特征[J].中国农学通报，2015，31（14）：183-187.

[6] 屈振江.陕西农作物生育期热量资源对气候变化的响应研究[J].干旱区资源与环境，2010，24（1）：75-79.

[7] 刘德祥，董安祥，邓振镛.中国西北地区气候变暖对农业的影响[J].自然资源学报，2005，20（1）：119-125.

[8] 周广胜，张新时，高素华，等.中国植被对全球变化反应的研究[J].Acta botanica sinica，1997，39（9）：879-888.

[9] 江学顶，刘育，夏北成.全球气候变化及其对生态系统的影响[J].中山大学学报论丛，2003，23（5）：258-260.

[10] 张玉书，班显秀，纪瑞鹏，等.辽宁省气候资源分析[J].气象科技，2004，32（1）：39-43.

[11] 石剑，杜春英，王育光，等.黑龙江省热量资源及其分布[J].黑龙江气象，2005（4）：29-32.

[12] 蔡福，张玉书，陈鹏狮，等.近50年辽宁热量资源时空演变特征分析[J].自然资源学报，2009，24（9）：1635-1646.

[13] 李宏伟，李秀华，王林海，等.包头地区近46年农业热量资源的时空变化特征[J].安徽农业科学，2018，46（35）：149-154.

[14] 冯秀藻，陶炳炎.农业气象学原理[M].北京：气象出版社，1991：72-127.

[15] 高绍凤，陈万隆，朱超群，等.应用气候学[M].北京：气象出版社，2004：40-46.

[16] 云南大学生物系.植物生态学[M].北京：人民教育出版社，1980.

[17] 陆志波，陆雍森.Surfer8.0在环境评价和规划中的应用[J].同济大学学报（自然科学版），2005，33（2）：191-195.

[18] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].2版.北京：气象出版社，2007：13-204.

[19] 段若溪，姜会飞.農业气象学[M].北京：气象出版社，2006：5-35.

[20] 安维默.用Excel管理和分析数据[M].北京：人民邮电出版社，2003：208-263.