1961—2018年天门市年代际气候变化特征及其对主要旱作物的影响

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　　摘要    通过对湖北省天门国家基本站58年（1961—2018年）的气温、降水和日照时数资料进行统计分析、回归分析，利用累积距平法初步分析气象要素的变化趋势，并利用天门国家一级农气站的农气观测资料和天门市农技推广中心棉花“三桃”调查资料分析气候变化对农业生产的影响。结果表明，天门市年平均气温呈上升趋势，其中春季增温最显著，而夏季呈弱上升趋势;年降水呈弱增加趋势，特别是20世纪80—90年代为降水峰值区，其中尤以夏季降水增加最显著;年日照时数减少显著，50年以123.8/10 a趋势减少。气候变暖导致冬小麦发育期提前，而夏季降水增加导致棉花减产。
　　关键词    气候变化;旱作物;影响;湖北天门;1961—2018年
　　中图分类号    P467;S162.5        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）06-0182-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　20世纪80年代以来，气象学家就指出，由于大气温室效应引起全球变暖[1-2]，在过去100年内全球平均气温上升了0.3～0.6 ℃[3]。随着全球气温的升高，气候变化越来越受到人类的重视，同时区域性气候已引起人们的普遍关注。
　　天门市地处江汉平原腹地，地跨东经112°35′～113°28′、北纬30°23′～30°54′;北部属丘陵平岗，占版图面积的24%;东南部属平原湖区，占版图面积的21%;中、西部为平原地带，占版图面积的55%。海拔最高点在佛子山顶端，为191.7 m，海拔最低点在多祥镇达洲的陈家洲，为23.2 m。天门市属亚热带季风性气候，雨热同季，其种植业在农业中的地位举足轻重，是江汉平原重要的粮棉油基地。目前，关于天门市气候变化的研究不多。本文对该地区近50年气温、降水和日照时数的变化特征及对主要旱作物的影响作了统计分析，以期为指导天门市经济发展和合理利用气候资源提供理论数据。
　　1    资料与方法
　　选取天门市1961—2018年共58年的气温和降水资料，包括平均气温、气温日较差和降水量。分析的时间尺度包括春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）、年（1—12月）。分析方法主要采用累积距平法、一元线性回归法。
　　利用累积距平法初步分析气象要素的变化趋势，即对某一距平值序列Xi，在样本中某一时刻t（t为年序数，t=1，2，3，…，n）的累积距平值为：
　　It=Xi（1）
　　把It随时间变化绘制成累积距平曲线。累积距平曲线中上升段定为偏暖（多）阶段，下降段定为偏冷（少）阶段，曲线上的微小变化只反映要素的短期波动，而曲线大的变化趋势则可反映要素长期演变趋势[2]。
　　利用一元線性回归法分析气象要素的变化率，即y（t）某气象要素序列与年序数（t）建立一元回归方程：
　　y（t）=a+bt（2）
　　其中b×10为气象要素变化的气候倾向率，b>0表示呈上升趋势，b<0表示呈下降趋势。b值可由最小二乘法得到[3]。计算公式如下：
　　b=                 （3）
　　2    结果与分析
　　2.1    近58年天门市气候变化特征
　　2.1.1    气温特征量分析。统计1961—2018年的气温资料，结果表明，天门市累年平均气温为16.7 ℃，年平均气温最大值为2007年的18.2 ℃，最小值为1984年的15.7 ℃。一年之中7月最热，平均气温为28.5 ℃;1月最冷，平均气温为3.3 ℃。累年平均气温日较差为8.6 ℃，一年之中10月平均气温日较差最大，为8.8 ℃;最小值为7月的7.2 ℃。年平均日较差最大值为1963年的9.2 ℃，最小值为1989年的6.9 ℃。
　　从图1可以看出，年平均气温曲线在1961—1993年呈下降趋势，为偏冷期，1994—2010年曲线趋势上升，为偏暖期。从图2可以看出，1961—2010年，天门市年平均气温整体上呈线性上升趋势，由一次线性拟合的变化倾向率可知，天门市年平均气温变化速率为0.32 ℃/10 a。从表1可以看出，四季平均气温整体上也呈线性上升趋势，但上升幅度不同，春季平均气温上升趋势最明显，变化速率为0.43 ℃/10 a，其次是秋季和冬季，气温变化速率分别为0.37 ℃/10 a和0.39 ℃/10 a，而夏季平均气温变化速率为0.12 ℃/10 a。
　　由于年平均气温呈线性上升，四季长短也发生了变化。冬季明显缩短，冬季时长由1961—1970年的129 d变成2001—2010年的114 d，缩短了15 d;春、秋季时间延长，分别增加了10、3 d。入春、入夏平均提前6、4 d，入秋和入冬分别推迟1、5 d。日平均气温≥3 ℃的天数和活动积温由1961—1970年316.0 d、5 820.8 ℃变成2001—2010年的330.3 d、6 320.8 ℃。 　　2.1.2    降水特征量分析。统计1961—2018年的降水资料，结果表明，天门市累年平均降水量为1 113.1 mm，最大值为1983年的1 751.2 mm，最小值为1984年的737.8 mm。一年之中，平均降水量最大值为7月的170.0 mm，最小值为12月的27.1 mm。
　　从图3可以看出，天门市在1961—2010年降水有2个时间段变化较为明显：1970—1979年累积距平曲线趋势下降，降水偏少;1980—2004年累积距平曲线趋势上升，降水偏多，其余时间段降水变化不明显。
　　天门市的年降水量自1961年以来以8.7 mm/10 a的趋势偏多。其中，春季以2.3 mm/10 a的趋势偏少，夏季以17.0 mm/10 a的趋势偏多，秋季以13.5 mm/10 a的趋势偏少，冬季以8.5 mm/10 a的趋势偏多;夏季降水偏多幅度最大，秋季降水偏少幅度最大。
　　2.1.3    日照时数特征量分析。从图4可以看出，天门市5个年代际日照时数呈明显的减少趋势，特别是近10年减少迅速。从表2可以看出，2001—2010年平均日照时数只有1 503.0 h，而1961—1970年日照时数有1 972.2 h，相差469.2 h，以夏季日照时数的减少最为明显。
　　2.2    天门市气候变化对主要旱作物的影响
　　天门是农业大市，位于气候变化的敏感和脆弱地带，气候变化造成的气温、降水量等气象要素的变化以及各种自然灾害的增加，已经对农业、水资源和生态环境造成了一定的影响。气候变化带来的影响是多方面的。首先，对天门农业来讲，温度和降水是决定种植何种作物的主要因素，温度和降水的变化将影响到粮食作物的产量和作物新品种的引进和培育;气侯变暖会使干旱加剧，气温升高将推迟冬小麦越冬期，并提早返青、抽穗和成熟。由表3可以看出，2001—2010年天门市冬小麦分蘖期、抽穗期、成熟期较1961—2010年均提前了5 d，拔节期推迟6 d。冬小麦发育期变化产生的影响有利有弊，春季平均气温上升可降低小麦、大棚蔬菜等越冬作物的受冻几率，也易造成越冬作物如小麦、油菜的疯长以及病虫害的流行。
　　对于经济作物棉花来说，由于气温、地温的不断提高，棉花的适宜播种期提前，棉花具有无限生长的习性，因而温度的升高可以延长生长期。气候变化导致终霜期提早、初霜期推迟，无霜期增加对提高棉花产量有利，但夏季由于降水增加，日照时数呈显著减少，对于喜光棉花的品质和产量有一定的影响（表4）。2003—2010年，棉花气象产量为负值就达5年。同时由于冬季气温高，一些病虫害的越冬基数增加，而且气候变暖导致土壤有机质的微生物分解加快，造成地力下降，化肥、农药施用量增加，农业生产成本提高、土壤条件恶化、环境污染等问题比较突出。
　　3    结论与讨论
　　天门市气候变化主要表现在3个方面，即平均气温上升（气候变暖）、降水不均衡和极端天气气候事件，其中降水不均衡和極端天气气候事件的主要表现就是干旱[9]。如2003年7月23日至8月9日，江汉平原的天门市出现了连续18 d日最高气温>32 ℃、连续7 d日最高气温>35 ℃且极端最高气温达到39.7 ℃的连续超历史的高温天气，全市棉花因高温热害籽棉减产12.2%[10]。为了预防伏旱高温对旱作物的影响，可以在棉花田块中使用秸秆覆盖的棉田生态防旱技术，秸秆覆盖可以有效地抑制土壤蒸发，提高土壤蓄水保墒能力和土壤肥力，取材方便，价格低廉，易于操作，已成为旱地农业主要的水分调控技术之一[11]。
　　气候变暖使得有效积温增加，小麦作物年前生长季延长，导致小麦抽穗期提前。首先，过早拔节;其次，小麦对低温冻害的抗御能力明显减弱，尤其是若过早孕穗遇低温天气有可能导致结实率明显降低。近年来，随着品种改良，江汉平原地区主要由半冬性品种居多转化为偏春性、春性，其播种期应比半冬性品种适当推迟，因而偏春性品种冬小麦的适播期以11月8日前后为宜，适期播种配以适宜的种植密度是发挥偏春性冬小麦高产潜力的基本条件[12]。
　　针对气候变暖但年日照时数呈显著减少趋势，推广生态农业。天门市属亚热带大陆性季风气候，气候温和，雨量充沛，雨热同期，非常适宜茶叶的生长，在20世纪70年代末80年代初期，天门市皂市镇鲁兴村有过种茶的历史，生产出来的“陆羽清茶”供不应求，在皂市、李场镇、渔薪镇青山等地都有过种茶的历史。但当时受到多种原因的影响，天门产茶的历史仅昙花一现。于是，天门不产茶似乎成为定论。从人文环境来看，天门是举世闻名的茶圣故里，茶文化资源丰富，发展茶产业基础雄厚;从政策因素来看，天门市委、市政府始终把弘扬陆羽茶文化、大力发展茶产业作为天门经济的切入点，这也是发展茶产业的的大好契机[13]。
　　对天门市主要旱作物的影响而言，上述气候变化有利有弊。如春季气温上升既可减少小麦、大棚蔬菜等越冬作物的受冻几率，也易造成越冬作物如油菜的疯长、病虫害的流行。社会在发展，气候也在变迁，需要研究局地气候和小范围气象灾害;研究各种农作物的生育期、越冬特性、扬花、挂果期的自然要求，根据当地气候特点和主要农作物的生理特性制定有针对性的服务方案，直接面对农村面对农民服务，只有这样，才能为农业生产保驾护航。
　　4    参考文献
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