江西棉花花铃期热害时空分布规律研究

周妍，邵明阳，郭欢，吴昊*，曾小林

（1.九江市气象局，江西 九江 332000；2.彭泽县气象局，江西 彭泽 332700；3.江西省棉花研究所，江西 九江 332105）

在江西省夏季高温热浪出现的频率增高、强度增强的背景下[20-21]，棉花作为江西省重要的经济作物之一可能会受到影响，进而可能使江西省棉花产业受到进一步冲击。在现有研究中，对江西省棉花花铃期高温热害发生规律的详细研究较少。为此，笔者等利用江西省棉花主产区1970—2021 年棉花花铃期的逐日气象资料，并结合江西省棉花花铃期热害温度指标，分析了江西省棉花花铃期高温热害发生次数和持续时间的趋势及周期变化特征，以期为江西省棉花生产合理布局与有效防灾减灾提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源与处理

资料来源于中国气象局全国综合气象信息共享平台（China integrated meteorological information service system,CIMISS）。考虑到气象数据的完整度，选取了位于江西省棉花主产区、记录完整的9个国家级气象观测站吉安县、高安、永修、湖口、都昌、瑞昌、庐山市、德安、鄱阳（均为气象站点名）1970—2021 年7 月1 日至9 月10 日的逐日最高气温数据。其中：为避免误解为名山“庐山”，故将庐山站点写为“庐山市”；吉安站点隶属于吉安市下属行政区，为避免误解为吉安市等，故写为“吉安县”。对于缺测数据采用5 日滑动平均方法进行插补，若缺测时间长于5 d 则剔除。

1.2 方法

1.2.1棉花花铃期高温热害等级指标的划分。参照江西省地方标准《棉花花铃期热害温度指标》[22]，棉花花铃期高温热害等级划分的温度指标见表1。

表1 棉花花铃期高温热害等级划分的温度指标

1.2.2气候统计方法。采用线性回归分析、Mann-Kendall 突变检验分析和Morlet 小波分析等气候统计方法进行资料分析。

把线性回归的斜率称为趋势倾向率，相关系数的显著水平P称为“气候线性变化趋势倾向显著水平”，若P≤0.1 则认为显著[14]。

Mann-Kendall 突变检验（下文称M-K 检验）结果含UF和UB2 条曲线，当UF的值大于0 代表有上升趋势，反之则下降；若UF线超过显著性水平（设显著水平α＝0.001）临界直线，表示上升或下降趋势显著，超过临界曲线的范围确定为出现突变的时间区域。若UF和UB2 条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻为突变开始的时间[23]。

Morlet 小波分析计算得到的小波系数可以展现不同时间尺度下的数据演变特性[23]，据此可以推断出样本序列的周期变化。

2 结果与分析

2.1 1970—2021 年棉花花铃期热害线性回归分析

通过江西省9 个棉花主产区气象站1970—2021 年棉花花铃期高温热害等级的发生频次 （表2）可知，其间棉花花铃期不同等级高温热害发生年数最多的站点分别为高安站（轻度）、瑞昌站（中度）和吉安县站（重度），发生最少的站点分别为庐山市站（轻度、中度、重度）和都昌站（中度）。年均发生次数最多的为高安站（轻度）、吉安县站（中度、重度），最少的为庐山市站（轻度、中度、重度）和都昌站（中度、重度）。高安站轻度热害年均持续时间最长，吉安县站中度和重度热害年均持续时间最长，庐山市站不同程度的热害年均持续时间均为最短。

政策条例为农村土地流转提供了法律层面上的保障，也是农民农村土地流转行为的基本准则和依据。《农村土地承包法》第32条规定，“通过家庭承包取得的土地承包经营权可以依法采取转包、出租、互换、转让或者其他方式流转。”这意味着法律允许土地承包经营权进行流转，但是明确规定了流转的方式，在一定程度上，阻碍了农村土地流转[4-7]。

表2 江西省棉花主产区各站1970—2021 年棉花花铃期不同高温热害等级发生情况

从各站不同等级高温热害发生次数的年变化回归分析结果（表3）来看，吉安县站轻度、中度和重度热害发生次数线性变化趋势显著（P≤0.1），次数倾向率分别为－0.19、0.20 和0.19（10 a）－1，即每10 a 轻度、中度和重度高温热害次数分别减少0.19次，增加0.20 和0.19 次。鄱阳湖周边的庐山市站轻度和重度、都昌站中度热害发生次数也呈现显著线性变化趋势，次数倾向率分别为0.11、0.07 和0.13（10 a）－1。除此之外，赣北北部瑞昌站和西部高安站重度热害发生次数线性变化趋势极显著（P≤0.01），每10 a 重度高温分别增加0.21 次和0.24 次。

表3 棉花花铃期高温热害各等级发生次数的年变化回归分析

而各站不同程度高温热害持续时间的年变化回归结果（表4）显示，除吉安县站轻度和重度、瑞昌站重度、庐山市站轻度、都昌站中度热害持续时间线性变化趋势显著（P≤0.1），高安站重度热害线性变化趋势极显著，其余各站热害持续时间线性趋势均不显著。吉安县站轻度和重度热害持续时间倾向率分别为－0.90 d·（10 a）－1和2.30 d·（10 a）－1，瑞昌站和高安站重度热害持续时间倾向率分别为2.00d·（10a）－1和2.76 d·（10 a）－1，庐山市站轻度和都昌站中度热害持续时间倾向率分别为0.47 d·（10 a）－1和0.80 d·（10 a）－1。

表4 棉花花铃期高温热害持续时间年变化回归分析

2.2 花铃期热害突变分析

从各站高温热害次数M-K 检验结果（表5）可知，仅吉安县站和瑞昌站重度热害出现突变点与增多的突变时间区域。2 站重度热害次数M-K 检验结果见图1 和图2。从图1 可知吉安县站重度高温次数在1973 年出现突变点，此时重度热害次数呈下降趋势，1980 年再次出现突变点，随后UF曲线出现明显上升趋势并在21 世纪初超出了99.9%置信水平临界线。而图2 中，瑞昌站重度热害次数UF和UB曲线在1975 年相交后，UF曲线出现明显上升趋势并在20 世纪80 年代中后期超出了99.9%置信水平临界线。

图1 吉安县站重度高温热害次数M-K 检验

图2 瑞昌站重度高温热害次数M-K 检验

表5 棉花花铃期高温热害次数M-K 检验

从热害持续时间M-K 检验结果（表6）可知，轻度热害在吉安县站和鄱阳站出现突变点，但未出现突变时间区域；中度热害仅在高安站出现突变点，也无突变时间区域；重度热害则在吉安县站、瑞昌站和高安站出现突变点，仅吉安县站未出现突变时间区域，其余2 站均出现突变时间区域。

表6 棉花花铃期高温热害持续时间M-K 检验

根据瑞昌站和高安站重度热害持续时间M-K检验结果（图3、图4）可知，瑞昌站重度热害突变发生在1977 年，增多的突变时间区域开始于20 世纪80 年代后期；高安站重度热害持续时间突变发生在1976 年，增多的突变时间区域开始于20 世纪80 年代初期。

图3 瑞昌站重度热害持续时间M-K 检验

图4 高安站重度热害持续时间M-K 检验

由上述分析可知，相较于鄱阳湖周边站点，赣北北部（瑞昌站）和西部（高安站）以及赣中西部（吉安县站）棉花花铃期重度热害出现了突变。其中吉安县站和瑞昌站重度热害发生次数在20 世纪70年代中期至80 年代出现突变，增多的突变时间区域分别开始于21 世纪初和20 世纪80 年代中后期。而瑞昌站和高安站重度热害持续时间在20 世纪70 年代中期出现突变，20 世纪80 年代初期至20 世纪80 年代中后期开始出现增多的突变时间区域。

2.3 花铃期热害周期分析

对各站不同等级热害次数和持续时间的周期性进行分析，结果见表7 和表8。

表7 棉花花铃期高温热害发生次数的变化周期

表8 棉花花铃期高温热害持续时间的变化周期

由表7 可知，约4 成站点轻度热害次数未出现明显的主振荡周期，与鄱阳湖最接近的庐山市站、都昌站和鄱阳站轻度热害次数主振荡周期基本一致，为4～8 a 的高频变化周期（高频变化周期判定标准：＜10 a）；与鄱阳湖较远的德安站和吉安县站主振荡周期一致，为19～25 a 的低频变化周期（低频变化周期判定标准：＞15 a）。而轻度热害次数次振荡周期结果显示，吉安县、德安、永修、都昌、鄱阳、高安6 个站点为4～13 a 的中高频变化周期（中频变化周期判定标准：10～15 a），湖口站、瑞昌站和庐山市站为19～25 a 的低频变化周期。周期结果表明吉安县、庐山市、都昌、鄱阳和高安5 个站点轻度热害次数在未来5 a 为增加趋势，瑞昌、德安、永修和湖口4 个站点则为减少趋势。

中度热害次数结果中，瑞昌站和鄱阳站未出现明显的主振荡周期，德安站、永修站和高安站主振荡周期为19～26 a 的低频变化周期，吉安县、湖口、庐山市和都昌4 个站点为6～15 a 的中高频变化周期。次振荡周期结果显示，吉安县、德安、永修、湖口、都昌、鄱阳、高安7 个站点为中高频变化周期，瑞昌站和庐山市站则为低频变化周期。周期结果表明，吉安县、庐山市、都昌和鄱阳4 个站点中度热害次数在未来5 a 为增加趋势，其余则为减少趋势。

重度热害次数结果中，德安站、都昌站和高安站未出现明显的主振荡周期，吉安县站和鄱阳站主振荡周期为19～21 a 的低频变化周期，瑞昌、永修、湖口和庐山市4 个站点为10～13 a 的中频变化周期。次振荡周期结果显示，湖口站和庐山市站为低频变化周期，其余站点均为中高频变化周期。周期结果还表明，大部分站点重度热害次数呈减少趋势。

由热害持续时间周期结果（表8）可知，庐山市站轻度热害为低频变化周期，吉安县站重度热害周期为中高频变化周期，鄱阳站重度热害为中频变化周期，其余站点热害持续时间主振荡周期变化与次数变化结果相同。持续时间周期变化趋势上大部分站点与次数的相同，但吉安县站重度和庐山市站轻度热害次数与持续时间周期变化趋势相反，说明未来5 a 吉安县站重度热害发生次数呈现减少趋势，但每一次热害持续时间呈现增加趋势，同理庐山市站轻度热害则呈现发生次数增多，但每次热害维持时间缩短的趋势。

由上述周期结果可知，大部分站点花铃期热害周期性显著，甚至有多周期变化。周期结果表明，未来5 a 内赣中西部吉安县站轻度、中度高温热害均呈增加趋势，赣北西部高安站轻度和重度高温热害呈增加趋势，鄱阳湖周边都昌、鄱阳和庐山市3 个站点轻度、中度热害呈增加趋势。

3 讨论与结论

本研究利用江西省棉花主产区内9 个国家级气象观测站1970—2021 年的数据，对棉花花铃期热害情况进行分析，结果表明：（1）江西植棉区大部分站点高温热害发生次数和持续时间线性变化呈极不显著的增多趋势。（2）赣北北部瑞昌站和西部高安站以及赣中西部吉安县站重度热害在20 世纪70 年代中期前后出现突变点，并在20 世纪80 年代至21 世纪初出现上升的突变区。（3）各站高温热害均呈现明显的、多尺度的振荡周期，未来5 a 赣北及赣中西部吉安县站轻度、中度高温热害均呈增加趋势，赣北西部高安站轻度和重度高温热害均呈增加趋势，鄱阳湖周边的都昌、鄱阳和庐山市3 个站点轻度、中度热害呈增加趋势。

可见，江西棉花产区花铃期高温热害的发生呈周期性变化，同时也存在阶段性突变上升的趋势，高温热害风险总体偏高。因此，一方面，要加强棉田水利建设，提升“以水调温”的防灾减灾能力；另一方面，要注意引进耐热、耐旱棉花品种，提升植株自身的抗灾能力，从而稳定棉花生产，提高棉花生产效益[24-27]。

本研究仅对单点的高温热害发生情况进行了分析，未对各产区进行区域性分析，下一步将对各产区进行区域划分，整合风险区划指数对不同区域棉花花铃期热害进行区划研究。