晋陕豫黄河金三角地区近45 年气候变化及其对农业生产影响

裴秀苗，李娜，范志宣，周运丽

（1.山西省运城市气象局，山西运城 044000；2.山西省气象台，山西太原 030006；3.山西省气候中心，山西太原 030006）

气候变暖是客观事实，也是必然趋势，近期内难以扭转[1]，21 世纪气候变化趋势预测表明，中国气候将继续变暖，尤以北方冬半年最为明显[2-3]。气候变化和自然灾害之间存在着密切的联系，气候变化，特别是气候变暖可直接引起水资源短缺，给农业生产、生态安全带来威胁[4]。农业作为弱势产业，是对气候变化最为敏感的部门之一，气候变化对中国农业所产生的影响有利有弊，并以负面影响为主[5-8]。在气候变暖的背景下，干旱、洪涝等极端天气气候事件频发，必然加大农业生产的风险性和粮食安全的不确定性。

中国气象局《中国气候变化监测公报（2013）》指出，近百年来，中国的地表平均气温升高0.5～0.8 ℃，平均年降水量表现出显著的年际和年代际变化特征，无明显线性变化趋势[9]。

随着气候变暖，极端气候事件增加，无论是传统农业还是新兴农业都受到或利或弊的影响。近年来，气象学者在气候变化及其对农业生产的影响方面开展了大量的研究工作[10-34]，取得了卓越的成效。那么，在全球气候变暖的大背景下，地处中国东、西部地区结合带的晋陕豫黄河金三角地区气候是怎样变化的？对农业生产有着怎样的影响？目前还没有关于这方面的报道。本文在大量参考相关专家的研究、综合评估以及多种处理方法的基础上，确定利用气候倾向率的方法，对光温水气候资料进行分析，研究其变化规律以及对农业生产的影响，以期能够为该地区农业持续发展提供指导作用。

1 资料来源与研究方法

1.1 研究区概况

晋陕豫黄河金三角地区位于黄河中游，跨越河南、山西和陕西3 个省4 个市47 个县（市、区），总面积5.78 万km2，拥有1 686.84 万人口，地处东经109°5′—111°19′、北纬34°76′—36°08′，处于东、西部地区结合带的省际交汇区，属暖温带半干旱季风气候区，受副热带高压和西风环流交替控制，四季分明，雨量适宜，光照充足，且雨热同季。该地区年平均气温12.4 ℃，年降水量为533.5 mm，年日照时数2 245.8 h。夏季降水最多，占年总降水量的50.3%。7 月最热且降水最多，1 月最冷且降水最少。

1.2 研究方法

本文以晋陕豫黄河金三角地区4 个市45 个气象代表站1971—2015 年的年、季、月气温，最高（最低）气温，降水量，日照时数，积温等资料为研究对象，采用气候倾向率的方法对其进行趋势分析，研究其气候变化特征。

气象资料来源于中国气象数据网（http://data.cma.cn）。季节划分标准为：春季3—5 月、夏季6—8 月、秋季9—11月、冬季12 月至翌年2 月。

2 结果与分析

2.1 热量条件变化及对农业生产的影响

2.1.1 气温变化及对农业生产的影响

近45 年来晋陕豫黄河金三角地区年、季平均气温变化曲线如图1 所示，从中可以看出，年平均气温为12.4 ℃，年平均气温、年平均最高（低）气温均呈增温趋势，气候倾向率分别为0.286 ℃/10 年、0.366 ℃/10 年和0.372 ℃/10 年；各季气温也呈增温趋势，春季增温最明显，气候倾向率为0.441 ℃/10 年，其次是冬季，气候倾向率为0.366 ℃/10 年，夏季增温最小，气候倾向率为0.109 ℃/10 年，秋季为0.222 ℃/10 年。区别于其他地区的是，春季气温的变暖对该地区气候变暖贡献最大（多数地区是冬季贡献最大）。春季气温升高，越冬作物返青期、春播作物播种期提前，后期抗寒能力减弱，晚霜冻风险等级提高。年平均最高气温和夏季温度升高，高温日数和最高气温呈增加（升高）趋势，受其影响，苹果果面受高温日灼危害概率增大，2018 年和2019年高温日灼现象均较严重。调查发现，夏季高温容易影响果芽分化，导致翌年畸形果增加，降低果品品质。冬季气温变暖，设施农业保暖成本降低，有利于温室、大棚、地膜等保护地蔬菜的生产，为种植反季节蔬菜提供了充足的热量条件；但冬季气温变暖也给病菌存活和害虫卵越冬提供了有利条件，越冬死亡率降低，容易引发来年病虫害蔓延，增大了病虫害防治难度，加大了农业投入。

图1 年、季平均气温变化曲线

对研究区内4 个市的气温分别进行分析，均呈增温趋势，其中临汾市增温最明显，气候倾向率为0.352 ℃/10 年，其次是渭南，气候倾向率为0.207 ℃/10 年，运城和三门峡接近，气候倾向率分别为0.128 ℃/10 年和0.127 ℃/10 年。各县（市、区）气温变化趋势中（图略），临猗和芮城为负，其余各地均为正，表明1971—2015 年间晋陕豫黄河金三角地区除临猗和芮城气温呈降温趋势外，其余各县（市、区）的气温均呈增温趋势，其中临汾市的尧都区、乡宁和吉县增温最明显，气候倾向率大于0.4 ℃/10 年，临汾市的永和、隰县、汾西、古县、翼城、襄汾、曲沃，运城市的新绛、稷山、万荣、平陆以及渭南南部的渭南气候倾向率在0.3～0.4 ℃/10 年之间，其余各地气候倾向率在0.3 ℃/10 年以下。可见该地区增温趋势由南向北南递增，有利于喜温作物种植北界的北移[34]。

2.1.2 积温变化及对农业生产的影响

0 ℃是一切高等生物生命活动的起始温度[35]，在农业上通常将日平均气温稳定通过0 ℃之间的日期定义为适宜农耕期，≥0 ℃积温是一个地区热量资源的重要指标，而当日平均气温稳定通过5 ℃时，多数树木开始生长。45 年间≥0 ℃积温和≥5 ℃积温如图2 所示，从中可以看出，二者均呈增温趋势，气候倾向率分别为81.281 ℃/年和78.806 ℃/年。积温的增加，表明作物生长期内热量条件增加，生长期延长，喜温作物的适宜种植区扩大，种植北界北移。

图2 ≥0 ℃积温和≥5 ℃积温

2.2 降水量变化及其对农业生产的影响

近45 年来，晋陕豫黄河金三角地区年、季降水量变化曲线如图3 所示，从中可以看出，年平均降水量为533.5 mm，呈波动中缓慢减少趋势，气候倾向率为6.69 mm/10 年；降水量年内分布极为不均，冬季降水量仅占年总量的3.6%，春季占18.8%，秋季占27.3%，主要降水集中在夏季，占年降水总量的50.3%。分析各季降水量变化趋势可以看出，春、秋季降水呈缓慢增加趋势，气候倾向率分别为0.82 mm/10年和2.28 mm/10 年，夏季和冬季降水呈减少趋势，气候倾向率分别为﹣8.96 mm/10 年和﹣0.64 mm/10 年。由此可见，降水量的减少主要是受夏季降水减少引起的，而夏季该地区秋粮经历出苗、拔节，大喇叭口到抽雄开花期，苹果、梨等经济林果处于幼果膨大时期，此时降水减少，伏旱发生的概率增大，对秋粮生长和经济林果果实增大产生重要影响，尤其是7 月下旬至8 月上旬“卡脖旱”发生概率提高，造成玉米等秃顶、籽粒少、空秆多，产量降低，这是在农业生产技术水平日益提高的今日秋粮产量波动起伏的主要原因之一。夏季降水是影响秋粮、果类产量的主要气象因子，夏季降水的减少提高了农业生产的风险概率。

“好雨知时节，当春乃发生”，充分说明了春季降水少而珍贵。春季降水增多降低了春旱发生概率，非常有利于越冬作物的返青生长和春播作物的出苗；秋季是农业物成熟收获时期，秋季连阴雨天气常常造成秋作物贪青晚熟，成熟的秋作物因无法及时收获、晾晒而发生霉变，同时长时间的连阴雨容易引起土壤过湿，秋播期推迟，不利于形成冬前壮苗，并引起苹果和枣的裂果，商品价值降低，经济效益下降，增产不增收甚至减收。据统计，2012 年、2013 年、2018 年和2019 年，晋陕豫黄河金三角地区均发生由于秋季连阴雨而引起果面裂果严重。

研究区内4 个市年降水量都呈减少趋势（图略），减少的速度各不相同，其中渭南市减少速度最快，气候倾向率为﹣12.503 mm/10 年，其次是运城，气候倾向率为﹣8.218 mm/10年，临汾和三门峡分别为﹣5.777 mm/10 年和﹣3.111 mm/10年。从各县（市区）降水量变化趋势来看（图略），临汾市的永和、霍州、隰县、古县、浮山、曲沃和运城市的新绛、垣曲以及三门峡的卢氏等县市气候倾向率为正，降水量呈增加趋势，其余大多数县（市区）降水量呈减少趋势。

2.3 日照时数变化特征及对农业生产的影响

45 年来年、季日照时数变化曲线如图4 所示，从中可以看出，年平均日照时数为2 253.5 h，气候倾向率为﹣63.97 h/10年，呈减少趋势，其中春季日照时数呈增加趋势，气候倾向率为17.06 h/年，夏、秋和冬季呈减少趋势，气候倾向率分别为﹣28.012 h/10 年、﹣24.501 h/10 年和﹣12.327 h/10 年，以夏秋季减少趋势最为明显。由此可见，晋陕豫黄河金三角地区日照时数的减少主要是由夏、秋季日照时数的减少引起的。春夏季日照时数的增加和减少不足以影响到农业生产；秋季是苹果着色的关键时期，需要充足的日照，秋季日照时数减少，影响苹果着色，导致苹果品质下降。

图4 年、季日照时数变化曲线

近年来，随着农业结构调整，设施农业发展迅速，冬季日照时数的减少，易使设施内因日照不足而发生病害，日照严重不足时会导致作物长势弱、生长缓慢，甚至减产。

从研究区内4 个市日照时数变化趋势来看（图略），临汾和三门峡减少最快，气候倾向率分别为﹣79.5 h/10 年和﹣76.54 h/年，其次是运城，气候倾向率为﹣60.46 h/10 年，渭南减少最慢，气候倾向率为﹣29.7 h/10 年；分析各个县（市区）日照时数线性趋势（图略），仅渭南的白水和潼关气候倾向率为正，日照时数呈增加趋势，其余各地均呈减少趋势，其中运城市的河津和临汾市的古县日照时数以158.65 h/10年和151.94 h/10 年的速度在减少，三门峡的灵宝、临汾市的侯马、曲沃、洪洞以及安泽以100～149 h/10 年的速度在减少。

2.4 光温水匹配变化特点

本地区降水主要集中在农作物主要生长季节（4—10月），具有雨热同季的特点。45 年来4—10 月份平均气温呈增温趋势，气候倾向率为1.465 ℃/10 年，而降水量和日照时数呈减少趋势，气候倾向率分别为﹣2.709 mm/10 年和﹣4.367 h/10 年，雨热同季的优势趋于恶化，给农业生产带来一定的负面影响。

从各月具体变化情况来看，5 月和9 月气温上升、降水增多，雨热匹配优势更好；4、6、7、10 月则是气温上升、降水减少，雨热匹配条件恶化，其中4月份气温以0.404 ℃/10年的倾向率在上升，而降水以﹣1.703 mm/10 年的倾向率在下降；10 月份升温倾向率为0.238 ℃/10 年，降水减少倾向率为﹣2.981 mm/10 年，可见雨热匹配以4 月和10 月恶化最为明显。光温水气候倾向率如表1 所示。

表1 光温水气候倾向率

3 结论

在全球气候变暖的大背景下，晋陕豫黄河金三角地区气候也发生了明显的变化，变化趋势与全球一致，气温升高、降水量和日照时数减少，雨热同季的优势有恶化的趋势。冬季气温变暖，有利于设施农业的生产，但也给病菌存活和害虫卵越冬提供了有利条件，导致病虫害高发，防治病虫害的投入增加；而冬季日照的减少，容易引起设施大棚内光照时间不足，导致作物光合作用不足，长势缓慢，甚至出现弱苗、病苗，影响上市时间，并造成减产减收。

冬末春初气温回升快，降水量呈增加趋势，农作物生育期提前，后期抗寒能力减弱，春季晚霜冻风险提高。

夏季气温增高、降水量减少，有利于夏粮的收获、晾晒，但也使得伏旱发生频率提高，严重影响秋粮生长和经济林果的果实膨大，提高了后期裂果的潜在风险，并给苹果着色带来一定的负面影响。夏季高温容易影响果芽分化，造成翌年畸形果增加，降低果品品质。

秋季连阴雨天气容易造成秋作物贪青晚熟、秋播期推迟，并引起苹果和枣裂果率提高，商品价值降低，经济效益下降，增产不增收。