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气候变暖背景下济南农业气候资源特征

2022-08-12朱汉青

农业灾害研究 2022年5期
关键词:积温日照时数平均气温

朱汉青,王 鹏

1.济南章丘区气象局,山东济南 250200;2.济宁兖州区气象局,山东兖州 272100

国际气候变化专门委员会第三次国家气候变化评估报告指出,近百年来全球地表平均气温增加了0.56℃~0.92℃[1]。与此同时,我国地表气温的升温速率远高于同期其他国家[2]。在全球气候变暖的背景下,气候的变化会改变农业气候资源,进而增强了农业生产的不稳定性,不仅影响农业作物的生产布局及其产量,还会影响作物的能耗,从而导致作物的经济效益存在差异。气候变暖会促进农作物光合作用,延长作物的生长期,会导致一些作物无法适应该变化而减产,对农业的影响总体上弊大于利[3]。

中国地域广阔、纬度跨度大,农业气候资源具有明显的地域分布差异特征,该资源的改变将对我国农业的可持续发展产生重大的影响[4]。气候变暖对我国农业气候资源的影响在各尺度层面引起了广泛关注,包括局地尺度、区域尺度和全国尺度[5-7]。胡琦等[8]研究近50年中国热量资源变化特征指出,全国平均气温每10年上升2.7℃,积温每10年增加趋势约为 70℃·d,增暖趋势显著。

济南位于山东省中部,华北平原东南边缘。地处鲁中南低海拔丘陵与鲁西北冲积平原交界处。地形可分为北部为黄河流域区、中部平原区、南部盆地区。济南属于暖温带大陆性季风气候,四季分明,年平均气温为13.7℃[9]。选取济南7个具有代表性的气象站1967—2017年的常规气象观测资料,研究了济南近50年来农业气候资源变化特征,为充分利用当地热量和光照资源、因地制宜合理规划农业生产提供农业气候方面的依据。

1 热量资源变化

1.1 气温

近50年济南平均气温总体趋势自东向西逐渐下降,西部的济阳、商河、莱芜低于东部的长清、平阴、本站。位于济南中心区域的本站地区气温最高,分析原因为中心城市化发展水平最高,城市热岛效应最严重,导致该区域气温明显高于其他地区。

经分析,1957—2015年济南年平均气温为13.7℃,极端最高气温为42.0℃,出现在2002年;极端最低气温为-26.8℃,出现在1985年。从图1可看出,近50年济南年平均气温呈现上升趋势,平均每10年气温上升0.27℃。50 年气温升高了近1.6℃,气温变幅较大,升温趋势显著,对全球气候变暖有积极的响应。近年来,济南城镇化的加剧和农业结构的调整,使得地面表层发生变化,也是济南气温升高的重要影响因子。

图1 近50年济南年平均气温变化

分析济南近50年各季的气温变化特征,季节按气象学意义上的划分标准进行划分,以3—5月为春季,6—8月为夏季,9—11月为秋季,12月至翌年2月为冬季。从季变化特征来看(图2),济南除夏季平均气温变化呈现出下降趋势,其他季节平均气温变化趋势均呈现上升趋势,其中冬季升温趋势最显著(通过0.01水平的显著检验),其次是春、秋季。

图2 近50年济南各季平均气温变化

1.2 积温

作为农业气候资源的重要指标之一,积温变化特征和空间分布规律对分析地区热量资源变化特征、编制气候区划及预报物候期具有重要的指导意义。春季日平均气温稳定通过10℃以后,大部分作物进入播种与生长期,因此在以往的热量资源鉴定中,将日平均气温≥10℃的日期作为大田作物的播种期。

图3为济南近50年平均≥10℃积温历年变化,可见济南平均≥10℃积温呈显著增加趋势,增幅为27.6℃·d/10年(通过0.05水平的显著检验),该变化特征反映了热量资源的增加,对喜温作物如水稻、玉米、棉花的生长有利。同时,平均≥10℃积温与气温的相关系数为0.84,通过了0.05显著性水平检验,反映出两者具有较好的相关性。

图3 近50年济南平均≥10℃积温变化

2 光照

济南光照资源充足,各地区的日照时数呈现出一定的地域性差异。除商河、长清,其余地区月平均日照时数均偏少。济南月平均日照时数为203.97 h,位于最北端的商河月平均日照时数最多,为219.20 h,位于东部的章丘最少,为197.58 h。

统计分析月平均日照时数的年际变化,由图6可以看出总体呈下降趋势,气候倾向率为9.3 h/10年(通过0.05水平的显著检验),日照时数从1967年的232.37 h降至2017年的198.87 h。分析该变化的原因在于一方面济南近年来工业发展迅速,排放工厂废弃物的增多导致大气中固体颗粒物浓度上升;另一方面济南城市化进程不断加快,地表覆盖类型的改变,导致近地表日照时数在近50年间逐渐减少,该趋势反映了济南光照资源的减少,不利于农作物生长。

近50年来,日照时数最高值为239.28 h,出现在1968年7月,最低日照时数为169.21 h,出现在2003年12月(图4)。

图4 近50年济南月均日照时数变化

从日照时数季变化特征来看,1967—2017年,济南各季的日照时数总体上均呈现减少趋势,其中夏季日照时数减少态势最显著(通过0.01水平的显著检验),其次依次为秋季、冬季、春季(图5)。近50年济南冬季日照时数最少,春季最多。

图5 近50年济南各季平均日照时数变化

3 结论

(1)济南近50年气温总体地域分布上自东向西逐渐下降。近50年气温总体呈波动上升趋势,50年间气温变幅较大,升温趋势显著,对全球气候变暖有积极的响应。从季节变化特征来看,近50年济南有3个季节气温总体上呈现上升的变化趋势,其中冬季气温上升趋势最显著。分析原因为冬季使用燃气取暖,二氧化碳等温室气体排放比其他季节多,由此引起的热岛效应对升温贡献度更高。平均≥10℃积温呈显著增加趋势,增幅为27.6℃·d/10年,该变化特征对喜温作物的播种生长有利,且该积温的变化特征与气温的变化特征具有较好的相关性。

(2)随着济南近年来城市化进程加快、污染物的增加引起大气气溶胶含量增加的影响,近地面接收太阳辐射减弱导致日照时数年均值呈下降趋势。各季日照时数总体上也均呈现下降态势,该趋势反映了济南光照资源的减少,对农作物生长不利。

在全球气候变暖的背景下,近50年济南热量资源的增长趋势有利于农业生产,使作物播种期提前、生长期变长,当地粮食及棉花产量提高。光照资源的减少趋势对作物生长发育不利。在今后农业生产中要趋利避害,加强气象灾害的防御建设,同时,种植高产中晚期农作物,以提高产量。为详细分析农业气候资源的空间差异,有必要对济南进行进一步的区域划分,并结合当地农业主要气候特征进行有针对性的气候变化影响评估。

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