新疆棉花花铃期障碍型低温冷害空间变化特征及危险性评价

李一腾

（新疆维吾尔自治区气象局，新疆乌鲁木齐 830000）

新疆是我国最重要的棉花产区，具有悠久的棉花种植历史，产出的棉花产量高、品质优良，是我国棉花生产中发展潜力比较大的省份。新疆地理位置优越，是世界上纬度最高的棉花种植基地。新疆棉区分布范围为北纬 18°～46°、东经 76°～124°。纬度高，则更容易受到低温灾害。新疆的低温灾害主要集中在棉花的出苗期和结铃期，对棉花的生长及质量是极为不利的。自1949年以来，我国农业气象和农学专家开展了对低温冷害影响农作物的系列研究，主要研究内容是低温冷害的发生规律、气候指标、低温冷害在影响作物生长发育时的机理以及根据相关机理如何进行防御。

相关专家的调查研究表明，新疆棉花生产发生低温冷害的主要原因是新疆地处塔克拉玛干大沙漠边缘，具有典型的内陆气候和沙漠气候。春季的气温回升不稳定，秋季降温又很快，这样不稳定的气候对棉花种植有极大的影响。因此，做好棉花的低温冷害防范工作，可以大大地提高棉花的质量[1-3]。为此，本文对新疆棉花花铃期生长发育期间所遇到的障碍型低温冷害进行分析，并对棉花花铃期障碍型低温冷害的空间分布特征和危险性做出评价。

1 研究资料与方法

1.1 资料来源

气象资料数据主要来自新疆棉花生产地的9个气象监测点1981—2010年30年间的记录数据，包括一天中的最高温度、最低温度和平均温度，以及新疆的边境图和经、纬度等基础地理信息资料。通过对文献和期刊的阅读，并对文献进行总结，确定7—8月是新疆棉花结铃重要时期，若此时发生障碍型低温冷害对棉花产量危害很大[4-6]。

1.2 研究方法

7—8月障碍型冷害天气是指这2个月中连续3 d及以上的日平均气温<20℃的现象。通过统计9个站点发生冷害年数，计算其次数，应用公式p（%）=t/m×100计算其冷害发生频率，其中p为频率，t为低温冷害发生次数，m为总年数，利用MATLAB软件编程对论文数据进行处理和运用。由于棉花低温冷害风险评估涉及研究对象在地理地形、低温特征、土地利用等方面有区域差异，所以本文采用空间属性描述。采用ArcGIS软件空间分析模块中的Idw方法（反距离权重）进行数据分析，为棉花低温冷害风险研究提供空间分析平台。通过气象要素变化趋势对气温变化分析，用一次线性方程表示，其中为气象要素拟合值，气象要素的气候倾向率为a0×10，表示平均每10年的某一气象要素的变化率。

2 结果与分析

2.1 平均气温年际变化特征

对9个气象站1981—2010年年平均气温分析可知，新疆棉区中北疆乌苏棉区、石河子棉区、玛纳斯棉区和哈密棉区的7—8月平均气温主要为22～26℃，最大值出现在1987年（26.2℃），最小值出现在1993年（21.9℃）。南疆棉区库车棉区、库尔勒棉区、阿克苏棉区、喀什棉区、和田棉区的7—8月平均气温为24～27℃，最大值出现在2010年（27.9℃），最小值出现在1993年（24℃）。整体上，南疆主要棉区平均温度高于北疆主要棉区，其中石河子棉区、玛纳斯棉区、乌苏棉区和阿克苏棉区平均气温较低。

新疆的地理位置被描述为三山夹两盆，塔里木盆地是南疆的种植中心，准噶尔盆地是北疆的种植中心。由于北疆的纬度较高，气温普遍较南疆各地低，所以北疆较南疆容易发生低温冷害。北疆主要棉区石河子棉区、乌苏棉区、玛纳斯棉区的平均温度呈现不稳定性，波动很大。通过分析可知，受低海拔、低纬度和沙漠气候的影响，南疆的年平均气温较北疆的年平均气温高，说明进行棉花生产时，南疆受到的低温冷害危险性远低于北疆。

2.2 气温倾向率

应用气候倾向率的方法对新疆9个站点7—8月棉花花铃期平均温度变化趋势进行分析。结果表明，在20世纪80年代，石河子、阿克苏、库车、库尔勒和哈密棉区的平均气温倾向率为正值；乌苏、玛纳斯、喀什及和田棉区的平均气温倾向率为负值；90年代，9个站点的平均气温倾向率均为正值；在21世纪00年代，阿克苏、库尔勒、喀什及和田棉区的平均气温倾向率为正值，乌苏、石河子、玛纳斯、库车和哈密棉区的平均气温倾向率为负值。由此可以看出，新疆在20世纪90年代整体增温非常明显，整体的平均气温倾向率都为正值；从21世纪00年代，石河子、玛纳斯、乌苏、库车和哈密棉区平均气温倾向率为负值，因而近几年这五大棉区发生低温冷害的危险性会更高。

分析新疆棉区9个站点20世纪80年代、90年代及21世纪00年代的7—8月平均气温倾向率空间分布可知，在20世纪80年代，新疆中部棉区平均温度呈上升趋势，平均气温倾向率为正值，北疆棉区乌苏和玛纳斯、南疆棉区喀什及和田平均温度呈下降趋势，平均气温倾向率为负值；20世纪90年代，新疆棉区平均温度变化整体呈上升趋势，全疆棉区平均气温倾向率为正值；进入21世纪00年代，北疆棉区增温并不明显，部分棉区出现平均气温倾向率为负值情况；南疆棉区温度变化呈增温趋势，其气温倾向率为正值。从近30年平均温度变化看，因为北疆棉区乌苏、石河子和玛纳斯气温倾向率会出现负值，其平均温度呈下降趋势或增温不明显，所以北疆棉区较南疆棉区更有发生低温冷害的趋势。

2.3 冷害频率

新疆棉花障碍型低温冷害指标为：在7—8月，出现连续3 d的日平均气温<20℃的降温天气。通过对新疆阿克苏、喀什等9个地区的气象观测点30年来7—8月的观测资料分析，筛选出每个站点30年间的冷害年，并统计其发生冷害的频率。

1981—2010年，北疆乌苏、石河子、玛纳斯和哈密棉区共发生冷害的次数20世纪80年代为1次，20世纪90年代为9次，21世纪00年代为7次；南疆库车、库尔勒、喀什、阿克苏及和田棉区总共发生冷害的次数20世纪80年代为3次，20世纪90年代为8次，21世纪00年代为1次。可以看出，在20世纪90年代新疆棉区发生障碍型冷害的次数较多、风险较大，整体呈现由20世纪80年代向90年代发生次数上升的趋势和20世纪90年代向21世纪00年代发生次数下降的趋势。其中，北疆石河子和玛纳斯棉区发生冷害的次数偏高，其未来发生障碍型低温冷害的危险性会更大。

统计新疆棉区9个站点1981—2010年30年中7—8月棉花花铃期发生冷害的年份和年数，利用频率公式计算冷害发生频率，使用处理软件ArcGIS对9个研究基地30年间气温低于20℃的次数进行绘图，结果如图1。可以看出，北疆棉区发生冷害的频率较高，尤其是石河子棉区和玛纳斯棉区冷害发生频率最大；石河子、玛纳斯、乌苏这三大棉区对冷害的预防和治理要比其他棉区更加严峻，所以北疆棉区要更加重视冷害的预防和治理。

3 结论与讨论

本文利用新疆棉区9个站点1981—2010年的气象观测数据，主要采用概率计算和统计方法、空间数据分析方法，对新疆棉区低温冷害空间变化特征进行分析、对冷冻灾害进行风险评估。结果表明，在新疆棉区中，北疆由于地理位置和纬度的原因，较南疆地区种植棉花更容易遭受低温冷冻灾害。新疆棉区7—8月棉花花铃期平均温度南疆较北疆高，南疆、北疆温度差异较大，发生冷害概率的差异也有所不同。