邱新法， 王 喆， 曾 燕， 施國萍

(1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇南京 210044；2.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇南京 210044； 3.江蘇省氣候中心，江蘇南京 210009)

1960—2013年中國≥10 ℃積溫時空變化特征及其主導(dǎo)因素分析

邱新法1， 王 喆2， 曾 燕3， 施國萍2

(1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇南京 210044；2.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇南京 210044； 3.江蘇省氣候中心，江蘇南京 210009)

利用中國735個站點1960—2013年的日平均氣溫資料，根據(jù)積溫構(gòu)成，采用按年代分段線性趨勢分析方法，分析≥10 ℃積溫、持續(xù)天數(shù)以及持續(xù)天數(shù)間氣溫的變化趨勢，進而分析了引起我國積溫變化的主導(dǎo)因素。結(jié)果表明：20世紀60、80年代，中國≥10 ℃積溫表現(xiàn)為下降趨勢。20世紀70、90年代和2000—2009年，≥10 ℃積溫表現(xiàn)為上升趨勢，其中，20世紀90年代≥10 ℃積溫上升趨勢站數(shù)占統(tǒng)計站點數(shù)的88.6%，具有絕對優(yōu)勢，因此 ≥10 ℃ 積溫的上升趨勢在20世紀90年代最為突出。積溫持續(xù)天數(shù)下降對20世紀60、80年代≥10 ℃積溫下降起主導(dǎo)作用。積溫持續(xù)天數(shù)上升對20世紀70年代和2000—2009年≥10 ℃積溫上升起主導(dǎo)作用。20世紀90年代積溫上升由積溫持續(xù)天數(shù)上升和持續(xù)天數(shù)間氣溫上升共同作用。中國近50年≥10 ℃積溫總體呈上升趨勢。按照積溫的構(gòu)成，綜合各年代分段趨勢分析的結(jié)果，可以得出結(jié)論，積溫持續(xù)天數(shù)的上升是中國≥10 ℃積溫總體上升的主導(dǎo)因素。

≥10 ℃積溫；持續(xù)天數(shù)；持續(xù)天數(shù)間氣溫；主導(dǎo)因素

近年來，以全球變暖為主要特征的氣候變化已經(jīng)成為不爭的事實。政府間氣候變化委員會(IPCC)第五次綜合評估第一組的報告決策提出，氣候變化比原來認識的要更加嚴重，在過去的30年里，每10年的地表氣溫要高于人類有記錄以來的任何10年，且2000年以來的十幾年氣溫是最高的(IPCC，2013)。氣候變化將改變農(nóng)業(yè)氣候資源，尤其是熱量資源的時空分布，熱量資源的變化，將會對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、種植制度和農(nóng)作物產(chǎn)量都產(chǎn)生廣泛而深刻的影響[1]。積溫是衡量作物生長發(fā)育過程中所需熱量條件的一種指標(biāo)，同時也是表征地區(qū)熱量條件的一種重要指標(biāo)[2-4]，≥10 ℃活動積溫( ℃·d)指某一時期內(nèi)大于等于10 ℃的日平均氣溫的總和[5]，10 ℃ 是大多數(shù)喜溫作物生長的下限溫度，≥10 ℃積溫反映著喜溫作物所需熱量資源的多寡，決定著該地區(qū)適宜種植作物的品種，是進行農(nóng)業(yè)區(qū)劃的重要依據(jù)[6]。

目前，國內(nèi)一些學(xué)者對我國≥10 ℃積溫的變化趨勢進行了相關(guān)研究，研究表明，近年來中國≥10 ℃積溫的總體趨勢呈普遍增加[7-10]。根據(jù)積溫的構(gòu)成，有學(xué)者通過分析≥10 ℃積溫與年平均氣溫間的相關(guān)系數(shù)，得出二者之間存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系[11]，且溫度升高對積溫的影響十分明確[12]；也有學(xué)者通過分析≥10 ℃積溫的初終日與≥10 ℃積溫間的相關(guān)系數(shù)，得出初日或者終日對積溫的變化影響更為顯著[13]。然而，積溫的變化不僅需要一定的持續(xù)天數(shù)，而且還需要期間氣溫的累積，二者缺一不可，那么，是持續(xù)天數(shù)對積溫的變化影響顯著還是期間氣溫的變化對積溫的變化影響顯著，目前，這方面的研究比較欠缺，為此，本研究在分析全國≥10 ℃積溫時空變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，進一步研究引起我國≥10 ℃積溫變化的主導(dǎo)因素。為更加合理地利用熱量資源提供科學(xué)參考和依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源與處理

本研究所用資料為中國735個氣象站1960—2013年的逐日平均氣溫數(shù)據(jù)。按照《中國氣象局地面資料整編統(tǒng)計方法》對逐日氣溫數(shù)據(jù)進行相應(yīng)統(tǒng)計處理。日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃界限溫度起、止日用五日滑動平均法統(tǒng)計。即在一年中，任意連續(xù)5 d的日平均氣溫的平均值大于或等于10 ℃的最長一段時期內(nèi)，于第1個5 d(即上限)中挑取最先1個日平均氣溫大于或等于10 ℃的日期為起日；于最后1個5 d(即下限)中挑取最末1個日平均氣溫大于或等于10 ℃的日期為止日。起止日間積溫為起止日間日平均氣溫的累計值。有關(guān)統(tǒng)計規(guī)定如下：

(1)五日滑動平均值的精度與日平均值相同。

(2)起、止日和起止間日數(shù)可跨年(上跨至上一年12月，下跨至下一年2月)挑取和計算，跨年時，起、止日期須注明年份；若起日挑取為12月1日，則起日作為未出現(xiàn)；若止日挑取為2月28日(閏年為29日)，則止日作為未出現(xiàn)。

(3)起日(止日)未出現(xiàn)時，起止間日數(shù)和起止日間積溫按起日1月1日(止日12月31日)統(tǒng)計。

(4)參加統(tǒng)計的第1年(最后1年)起日上跨(止日下跨)，起(止)日作為未出現(xiàn)。

(5)一年中穩(wěn)定通過10 ℃界限溫度的最長日數(shù)有2個或以上時，則取其中日平均氣溫總和最大的一段。

(6)當(dāng)10 ℃界限溫度上年的止日出現(xiàn)在本年起日之后或同一天時，則作計算“指定日”的特殊處理。當(dāng)上年的止日出現(xiàn)在本年起日之后時，則將其止日與起日求平均得A，以距離A最近的日平均氣溫小于10 ℃的日期為“指定日”。如果“指定日”在A前后各有1個，則選擇其中日平均氣溫較低的日期為“指定日”；如果前后“指定日”的日平均氣溫又相等，則比較前后“指定日”中相鄰日期的日平均氣溫，以相鄰日日平均氣溫較低的一個為“指定日”。“指定日”以前的最后一個日平均氣溫大于或等于10 ℃的日期為上年的止日；“指定日”以后的第一個日平均氣溫大于或等于該界限溫度的日期為本年的起日。

1.2 研究方法

按照上述方法，得到≥10 ℃的起始日期和終止日期，累加此時間段內(nèi)的日平均氣溫，得到≥10 ℃積溫；同樣累加起止日期之間的天數(shù)，獲得≥10 ℃的持續(xù)天數(shù)。即：

(1)

式(1)也可以記為

(2)

(3)

2 ≥10 ℃積溫及其相關(guān)要素變化趨勢特征

2.1 1960—2013年中國≥10 ℃積溫的變化趨勢特征

表1為中國≥10 ℃積溫及其相關(guān)要素變化趨勢臺站數(shù)統(tǒng)計，可以看出1960—2013年中國≥10 ℃積溫是普遍增加的，上升趨勢站點總數(shù)達712個，占站點總數(shù)的96.9%?！?0 ℃ 積溫持續(xù)天數(shù)與持續(xù)天數(shù)間氣溫亦是普遍增加的，其中，積溫持續(xù)天數(shù)上升趨勢站點總數(shù)達701個，占站點總數(shù)的95.4%，持續(xù)天數(shù)間氣溫上升趨勢站點總數(shù)達657，占站點總數(shù)的89.4%。

表1 1960—2013年中國≥10 ℃積溫及其相關(guān)要素變化趨勢臺站數(shù)統(tǒng)計

由圖1可以看出，1960—2013年中國≥10 ℃積溫呈普遍上升趨勢，顯著上升站點達80.0%。由圖2和圖3可以看出，1960—2013年中國≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)和持續(xù)天數(shù)間氣溫亦呈普遍上升趨勢，其中積溫持續(xù)天數(shù)呈顯著上升的站點主要分布在東北地區(qū)(包括遼寧、吉林、黑龍江)、華北地區(qū)(包括北京、天津、河北、山西)、華東地區(qū)(包括山東、江蘇、安徽、浙江、上海)和華中地區(qū)(包括湖北、河南)；持續(xù)天數(shù)間氣溫顯著上升的站點主要分布在東北地區(qū)(包括遼寧、吉林、黑龍江)、華北地區(qū)北部(包括內(nèi)蒙古、北京、天津、河北)、西北地區(qū)(包括新疆、青海、甘肅、寧夏)和西南地區(qū)(包括西藏、四川、云南)。

2.2 ≥10 ℃積溫及其相關(guān)要素變化趨勢站點統(tǒng)計

表2為735個站點不同年代≥10 ℃積溫的變化趨勢統(tǒng)計結(jié)果。以臺站數(shù)量的對比情況來判斷全國≥10 ℃積溫變化的總體趨勢(以下同)，可以看出，20世紀60、80年代，≥10 ℃ 積溫表現(xiàn)為下降趨勢。20世紀70、90年代和2000—2009，≥10 ℃ 積溫以上升趨勢為主，其中，20世紀90年代≥10 ℃積溫上升趨勢站數(shù)占統(tǒng)計站點數(shù)的88.6%，具有絕對優(yōu)

勢，因此≥10 ℃積溫的上升趨勢在20世紀90年代最為突出。

表2 不同年代≥10 ℃積溫變化趨勢臺站數(shù)統(tǒng)計

表3為735個站點不同年代≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)變化趨勢統(tǒng)計結(jié)果。可以看出，20世紀60、80年代和2000—2009年，≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)主要表現(xiàn)為下降趨勢。20世紀70、90年代，≥10 ℃ 積溫持續(xù)天數(shù)以上升趨勢為主，其中，20世紀90年代 ≥10 ℃ 積溫持續(xù)天數(shù)上升趨勢站數(shù)占統(tǒng)計站點數(shù)的 71.4%，具有絕對優(yōu)勢，因此≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)的上升趨勢在20世紀90年代最為突出。

表3 不同年代≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)變化趨勢臺站數(shù)統(tǒng)計

表4為735個站點不同年代≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫變化趨勢統(tǒng)計結(jié)果?？梢钥闯?，20世紀60年代，≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫主要表現(xiàn)為下降趨勢。20世紀70、80、90

年代和2000—2009年，≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫主要表現(xiàn)為上升趨勢，其中，20世紀90年代≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫上升趨勢站數(shù)占統(tǒng)計站點數(shù)的86.7%，具有絕對優(yōu)勢，因此≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫的上升趨勢在20世紀90年代最為突出。

表4 不同年代≥10 ℃積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫變化變化趨勢臺站數(shù)統(tǒng)計

3 ≥10 ℃積溫變化主導(dǎo)因素分析

由式(3)可知，積溫的變化是持續(xù)天數(shù)和持續(xù)天數(shù)間氣溫共同作用的結(jié)果，二者的作用在不同年代有時是同向的，有時是反向的，為了進一步分析這2個因子哪個主導(dǎo)積溫的變化，設(shè)計表5將臺站積溫變化趨勢分為6類。即：積溫上升、持續(xù)天數(shù)間氣溫上升和持續(xù)天數(shù)上升為Ⅰ類，積溫上升、持續(xù)天數(shù)間氣溫上升和持續(xù)天數(shù)下降為Ⅱ類，……，積溫下降、持續(xù)天數(shù)間氣溫下降和持續(xù)天數(shù)下降為Ⅵ類。

表5 積溫變化趨勢分類

根據(jù)表5的分類，分別統(tǒng)計20世紀60、70、80、90、年代和2000—2009年不同年代臺站變化類別的個數(shù)，得到表6至表10。

表6 1960—1969年積溫變化趨勢臺站數(shù)分類統(tǒng)計

以臺站數(shù)量的對比情況來判斷全國≥10 ℃積溫變化的總體趨勢的主導(dǎo)決定因素(以下同)，從表6可以看出，20世紀60年代，積溫呈下降趨勢站點居多，總數(shù)為496個(即：208+96+192)，其中400個站(即：208+192)其積溫持續(xù)天數(shù)為下降趨勢，占積溫下降站點總數(shù)的80.6%，288個站(即：96+192)其積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈下降趨勢。因此可以得出結(jié)論，20世紀60年代≥10 ℃積溫下降趨勢主要由積溫持續(xù)天數(shù)的下降引起。另外，站點分類以第Ⅳ類(積溫呈下降趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈上升趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)為下降趨勢)臺站最多，為208個，從另一方面也進一步說明了積溫持續(xù)天數(shù)下降對20世紀60積溫下降趨勢起主導(dǎo)作用。

從表7可以看出，20世紀70年代，積溫呈上升趨勢站點居多，總數(shù)為433個(即：145+95+193)，其中338個站(即：145+193)其積溫持續(xù)天數(shù)為上升趨勢，占積溫上升站點總數(shù)的78.1%，240個站(即：145+95)其積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈上升趨勢。因此可以得出結(jié)論，20世紀70年代≥10 ℃積溫上升趨勢主要由積溫持續(xù)天數(shù)的上升引起。另外，站點分類以第Ⅲ類(積溫呈上升趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈下降趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)為上升趨勢)臺站最多，為193個，從另一方面也進一步說明了積溫持續(xù)天數(shù)上升對20世紀70年代積溫上升趨勢起主導(dǎo)作用。

表7 1970—1979年積溫變化趨勢臺站數(shù)分類統(tǒng)計

從表8可以看出，20世紀80年代，積溫呈下降趨勢站點居多，總數(shù)為402個(即：291+45+66)，其中357個站(即：291+66)其積溫持續(xù)天數(shù)為下降趨勢，占積溫下降站點總數(shù)的88.8%，111個站(即：45+66)其積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈下降趨勢。因此可以得出結(jié)論，20世紀80年代≥10 ℃積溫下降趨勢主要由積溫持續(xù)天數(shù)的下降引起。另外，站點分類以第Ⅳ類(積溫呈下降趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈上升趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)為下降趨勢)臺站最多，為291個，從另一方面也進一步說明了積溫持續(xù)天數(shù)下降對20世紀80年代積溫下降趨勢起主導(dǎo)作用。

表8 1980—1989年積溫變化趨勢臺站數(shù)分類統(tǒng)計

從表9可以看出，20世紀90年代，積溫呈上升趨勢站點居多，總數(shù)為651個(即：432+129+90)，其中522個站(即：432+90)其積溫持續(xù)天數(shù)為上升趨勢，占積溫上升站點總數(shù)的80.2%，561個站(即：432+129)其積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈上升趨勢，占積溫上升站點總數(shù)的86.2%。因此可以得出結(jié)論，20世紀90年代≥10 ℃積溫上升趨勢主要由積溫持續(xù)天數(shù)的上升和持續(xù)天數(shù)間氣溫上升共同引起。另外，站點分類以第Ⅰ類(積溫呈上升趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈上升趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)為上升趨勢)臺站最多，為432個，從另一方面也進一步說明了積溫持續(xù)天數(shù)上升和持續(xù)天數(shù)間氣溫上升對20世紀90年代積溫上升趨勢的共同作用。

表9 1990—1999年積溫變化趨勢臺站數(shù)分類統(tǒng)計

從表10可以看出，2000—2009年，積溫呈上升趨勢站點居多，總數(shù)為432個(即：150+129+153)，其中303個站(即：150+153)其積溫持續(xù)天數(shù)為上升趨勢，占積溫上升站點總數(shù)的70.1%，279個站(即：150+129)其積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈上升趨勢。因此可以得出結(jié)論，2000—2009年≥10 ℃ 積溫上升趨勢主要由積溫持續(xù)天數(shù)的上升引起。另外，站點分類以第Ⅲ類(積溫呈上升趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈下降趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)為上升趨勢)臺站最多，為153個，從另一方面也進一步說明了積溫持續(xù)天數(shù)上升對2000—2009年積溫上升趨勢的主導(dǎo)作用。

表10 2000—2009年積溫變化趨勢臺站數(shù)分類統(tǒng)計

中國近50年≥10 ℃積溫總體呈上升趨勢。按照積溫的構(gòu)成，綜合各年代分段趨勢分析的結(jié)果，可以得出結(jié)論，積溫持續(xù)天數(shù)的上升是≥10 ℃積溫總體上升的主導(dǎo)因素。

以6種符號分別代表不同趨勢的站點類型(圖4)，給出了各年代≥10 ℃積溫變化趨勢空間分布圖。從圖4也可以看出，就空間分布而言，20世紀60年代全國大部≥10 ℃積溫表現(xiàn)為下降趨勢，僅陜西、山西、山東和內(nèi)蒙古中部等少部分區(qū)域積溫為上升趨勢。20世紀70年代，青海、西藏、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、河北、遼寧、陜西北部、山西北部、浙江、福建以及廣東≥10 ℃積溫為下降趨勢，其他地區(qū)為積溫上升趨勢；20世紀80年代，全國≥10 ℃積溫變化趨勢的空間格局也比較明顯，新疆中部與西部、吉林、遼寧和長江流域覆蓋的大部省份(含四川、重慶、湖北、湖南、安徽、江西、河南、貴州、福建與浙江)呈積溫下降趨勢，尤其長江流域覆蓋的大部省份，其積溫下降趨勢屬于第Ⅳ類(即：積溫呈下降趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)間氣溫呈上升趨勢，積溫持續(xù)天數(shù)為下降趨勢)，其他地區(qū)為積溫上升趨勢；20世紀90年代，全國主體≥10 ℃積溫上升趨勢異常醒目，較其他年代比較尤為突出，僅四川東部、貴州東北部以及江西呈積溫下降趨勢；2000—2009年，除東北三省、內(nèi)蒙古東北部、青海東部、湖北中部、貴州西南部、廣東和福建積溫為下降趨勢外，全國大部≥10 ℃積溫為上升趨勢。

4 結(jié)論

利用中國735個站點1960—2013年的日平均氣溫資料，按照《中國氣象局地面資料整編統(tǒng)計方法》對各站逐日氣溫數(shù)據(jù)進行相應(yīng)統(tǒng)計處理；采用五日滑動平均法獲得日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃界限溫度起、止日，進而獲得各站逐年 ≥10 ℃ 積溫；根據(jù)積溫構(gòu)成，采用按年代分段線性趨勢分析方法，分析了≥10 ℃積溫、持續(xù)天數(shù)以及持續(xù)天數(shù)間氣溫的變化趨勢，進而分析了引起我國積溫變化的主導(dǎo)因素。結(jié)果表明：1960—2013年總體趨勢而言，中國≥10 ℃積溫及其持續(xù)日數(shù)和持續(xù)日數(shù)間氣溫呈普遍上升趨勢。20世紀60年代和80年代，中國≥10 ℃積溫表現(xiàn)為下降趨勢。20世紀70、90年代和2000—2009年，≥10 ℃積溫表現(xiàn)為上升趨勢，其中，20世紀90年代≥10 ℃積溫上升趨勢站數(shù)占統(tǒng)計站點數(shù)的88.6%，具有絕對優(yōu)勢。 積溫持續(xù)天數(shù)下降對20世紀60、

80年代≥10 ℃積溫下降趨勢起主導(dǎo)作用。積溫持續(xù)天數(shù)上升對20世紀70年代和2000—2009年≥10 ℃積溫上升起主導(dǎo)作用。20世紀90年代積溫上升由積溫持續(xù)天數(shù)上升和持續(xù)天數(shù)間氣溫上升共同作用，因此≥10 ℃積溫的上升趨勢在20世紀90年代最為突出。按照積溫的構(gòu)成，綜合各站點各年代分段趨勢分析的分類統(tǒng)計結(jié)果，可以得出結(jié)論，積溫持續(xù)天數(shù)的上升是中國≥10 ℃積溫總體上升的主導(dǎo)因素。

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10.15889/j.issn.1002-1302.2017.02.064

2015-12-08

國家自然科學(xué)基金(編號：41330529、41175077)；貴州省重大科技專項(編號：黔科合重大專項[2011]6003號)

邱新法(1966—)，男，浙江德清人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事氣候資源與GIS應(yīng)用研究。E-mail：xfqiu135@nuist.edu.cn。

曾 燕，研究員。E-mail：jlzengyan@sina.com。

S161.2

A

1002-1302(2017)02-0220-05

邱新法，王 喆，曾 燕，等. 1960—2013年中國≥10 ℃積溫時空變化特征及其主導(dǎo)因素分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45(2)：220-225.