帥文衛(wèi) 宋云 黃忠 劉偉

摘要? ? 通過對湖北省天門國家基本站58年（1961—2018年）的氣溫、降水和日照時(shí)數(shù)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、回歸分析，利用累積距平法初步分析氣象要素的變化趨勢，并利用天門國家一級農(nóng)氣站的農(nóng)氣觀測資料和天門市農(nóng)技推廣中心棉花“三桃”調(diào)查資料分析氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。結(jié)果表明，天門市年平均氣溫呈上升趨勢，其中春季增溫最顯著，而夏季呈弱上升趨勢;年降水呈弱增加趨勢，特別是20世紀(jì)80—90年代為降水峰值區(qū)，其中尤以夏季降水增加最顯著;年日照時(shí)數(shù)減少顯著，50年以123.8/10 a趨勢減少。氣候變暖導(dǎo)致冬小麥發(fā)育期提前，而夏季降水增加導(dǎo)致棉花減產(chǎn)。

關(guān)鍵詞? ? 氣候變化;旱作物;影響;湖北天門;1961—2018年

中圖分類號? ? P467;S162.5? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）06-0182-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

20世紀(jì)80年代以來，氣象學(xué)家就指出，由于大氣溫室效應(yīng)引起全球變暖[1-2]，在過去100年內(nèi)全球平均氣溫上升了0.3～0.6 ℃[3]。隨著全球氣溫的升高，氣候變化越來越受到人類的重視，同時(shí)區(qū)域性氣候已引起人們的普遍關(guān)注。

天門市地處江漢平原腹地，地跨東經(jīng)112°35′～113°28′、北緯30°23′～30°54′;北部屬丘陵平崗，占版圖面積的24%;東南部屬平原湖區(qū)，占版圖面積的21%;中、西部為平原地帶，占版圖面積的55%。海拔最高點(diǎn)在佛子山頂端，為191.7 m，海拔最低點(diǎn)在多祥鎮(zhèn)達(dá)洲的陳家洲，為23.2 m。天門市屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，雨熱同季，其種植業(yè)在農(nóng)業(yè)中的地位舉足輕重，是江漢平原重要的糧棉油基地。目前，關(guān)于天門市氣候變化的研究不多。本文對該地區(qū)近50年氣溫、降水和日照時(shí)數(shù)的變化特征及對主要旱作物的影響作了統(tǒng)計(jì)分析，以期為指導(dǎo)天門市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和合理利用氣候資源提供理論數(shù)據(jù)。

1? ? 資料與方法

選取天門市1961—2018年共58年的氣溫和降水資料，包括平均氣溫、氣溫日較差和降水量。分析的時(shí)間尺度包括春季（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積距平法、一元線性回歸法。

利用累積距平法初步分析氣象要素的變化趨勢，即對某一距平值序列Xi，在樣本中某一時(shí)刻t（t為年序數(shù)，t=1，2，3，…，n）的累積距平值為：

It=Xi（1）

把It隨時(shí)間變化繪制成累積距平曲線。累積距平曲線中上升段定為偏暖（多）階段，下降段定為偏冷（少）階段，曲線上的微小變化只反映要素的短期波動(dòng)，而曲線大的變化趨勢則可反映要素長期演變趨勢[2]。

利用一元線性回歸法分析氣象要素的變化率，即y（t）某氣象要素序列與年序數(shù)（t）建立一元回歸方程：

y（t）=a+bt（2）

其中b×10為氣象要素變化的氣候傾向率，b>0表示呈上升趨勢，b<0表示呈下降趨勢。b值可由最小二乘法得到[3]。計(jì)算公式如下：

b=? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 近58年天門市氣候變化特征

2.1.1? ? 氣溫特征量分析。統(tǒng)計(jì)1961—2018年的氣溫資料，結(jié)果表明，天門市累年平均氣溫為16.7 ℃，年平均氣溫最大值為2007年的18.2 ℃，最小值為1984年的15.7 ℃。一年之中7月最熱，平均氣溫為28.5 ℃;1月最冷，平均氣溫為3.3 ℃。累年平均氣溫日較差為8.6 ℃，一年之中10月平均氣溫日較差最大，為8.8 ℃;最小值為7月的7.2 ℃。年平均日較差最大值為1963年的9.2 ℃，最小值為1989年的6.9 ℃。

從圖1可以看出，年平均氣溫曲線在1961—1993年呈下降趨勢，為偏冷期，1994—2010年曲線趨勢上升，為偏暖期。從圖2可以看出，1961—2010年，天門市年平均氣溫整體上呈線性上升趨勢，由一次線性擬合的變化傾向率可知，天門市年平均氣溫變化速率為0.32 ℃/10 a。從表1可以看出，四季平均氣溫整體上也呈線性上升趨勢，但上升幅度不同，春季平均氣溫上升趨勢最明顯，變化速率為0.43 ℃/10 a，其次是秋季和冬季，氣溫變化速率分別為0.37 ℃/10 a和0.39 ℃/10 a，而夏季平均氣溫變化速率為0.12 ℃/10 a。

由于年平均氣溫呈線性上升，四季長短也發(fā)生了變化。冬季明顯縮短，冬季時(shí)長由1961—1970年的129 d變成2001—2010年的114 d，縮短了15 d;春、秋季時(shí)間延長，分別增加了10、3 d。入春、入夏平均提前6、4 d，入秋和入冬分別推遲1、5 d。日平均氣溫≥3 ℃的天數(shù)和活動(dòng)積溫由1961—1970年316.0 d、5 820.8 ℃變成2001—2010年的330.3 d、6 320.8 ℃。

2.1.2? ? 降水特征量分析。統(tǒng)計(jì)1961—2018年的降水資料，結(jié)果表明，天門市累年平均降水量為1 113.1 mm，最大值為1983年的1 751.2 mm，最小值為1984年的737.8 mm。一年之中，平均降水量最大值為7月的170.0 mm，最小值為12月的27.1 mm。

從圖3可以看出，天門市在1961—2010年降水有2個(gè)時(shí)間段變化較為明顯：1970—1979年累積距平曲線趨勢下降，降水偏少;1980—2004年累積距平曲線趨勢上升，降水偏多，其余時(shí)間段降水變化不明顯。

天門市的年降水量自1961年以來以8.7 mm/10 a的趨勢偏多。其中，春季以2.3 mm/10 a的趨勢偏少，夏季以17.0 mm/10 a的趨勢偏多，秋季以13.5 mm/10 a的趨勢偏少，冬季以8.5 mm/10 a的趨勢偏多;夏季降水偏多幅度最大，秋季降水偏少幅度最大。

2.1.3? ? 日照時(shí)數(shù)特征量分析。從圖4可以看出，天門市5個(gè)年代際日照時(shí)數(shù)呈明顯的減少趨勢，特別是近10年減少迅速。從表2可以看出，2001—2010年平均日照時(shí)數(shù)只有1 503.0 h，而1961—1970年日照時(shí)數(shù)有1 972.2 h，相差469.2 h，以夏季日照時(shí)數(shù)的減少最為明顯。

2.2? ? 天門市氣候變化對主要旱作物的影響

天門是農(nóng)業(yè)大市，位于氣候變化的敏感和脆弱地帶，氣候變化造成的氣溫、降水量等氣象要素的變化以及各種自然災(zāi)害的增加，已經(jīng)對農(nóng)業(yè)、水資源和生態(tài)環(huán)境造成了一定的影響。氣候變化帶來的影響是多方面的。首先，對天門農(nóng)業(yè)來講，溫度和降水是決定種植何種作物的主要因素，溫度和降水的變化將影響到糧食作物的產(chǎn)量和作物新品種的引進(jìn)和培育;氣侯變暖會(huì)使干旱加劇，氣溫升高將推遲冬小麥越冬期，并提早返青、抽穗和成熟。由表3可以看出，2001—2010年天門市冬小麥分蘗期、抽穗期、成熟期較1961—2010年均提前了5 d，拔節(jié)期推遲6 d。冬小麥發(fā)育期變化產(chǎn)生的影響有利有弊，春季平均氣溫上升可降低小麥、大棚蔬菜等越冬作物的受凍幾率，也易造成越冬作物如小麥、油菜的瘋長以及病蟲害的流行。

對于經(jīng)濟(jì)作物棉花來說，由于氣溫、地溫的不斷提高，棉花的適宜播種期提前，棉花具有無限生長的習(xí)性，因而溫度的升高可以延長生長期。氣候變化導(dǎo)致終霜期提早、初霜期推遲，無霜期增加對提高棉花產(chǎn)量有利，但夏季由于降水增加，日照時(shí)數(shù)呈顯著減少，對于喜光棉花的品質(zhì)和產(chǎn)量有一定的影響（表4）。2003—2010年，棉花氣象產(chǎn)量為負(fù)值就達(dá)5年。同時(shí)由于冬季氣溫高，一些病蟲害的越冬基數(shù)增加，而且氣候變暖導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的微生物分解加快，造成地力下降，化肥、農(nóng)藥施用量增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提高、土壤條件惡化、環(huán)境污染等問題比較突出。

3? ? 結(jié)論與討論

天門市氣候變化主要表現(xiàn)在3個(gè)方面，即平均氣溫上升（氣候變暖）、降水不均衡和極端天氣氣候事件，其中降水不均衡和極端天氣氣候事件的主要表現(xiàn)就是干旱[9]。如2003年7月23日至8月9日，江漢平原的天門市出現(xiàn)了連續(xù)18 d日最高氣溫>32 ℃、連續(xù)7 d日最高氣溫>35 ℃且極端最高氣溫達(dá)到39.7 ℃的連續(xù)超歷史的高溫天氣，全市棉花因高溫?zé)岷ψ衙逌p產(chǎn)12.2%[10]。為了預(yù)防伏旱高溫對旱作物的影響，可以在棉花田塊中使用秸稈覆蓋的棉田生態(tài)防旱技術(shù)，秸稈覆蓋可以有效地抑制土壤蒸發(fā)，提高土壤蓄水保墑能力和土壤肥力，取材方便，價(jià)格低廉，易于操作，已成為旱地農(nóng)業(yè)主要的水分調(diào)控技術(shù)之一[11]。

氣候變暖使得有效積溫增加，小麥作物年前生長季延長，導(dǎo)致小麥抽穗期提前。首先，過早拔節(jié);其次，小麥對低溫凍害的抗御能力明顯減弱，尤其是若過早孕穗遇低溫天氣有可能導(dǎo)致結(jié)實(shí)率明顯降低。近年來，隨著品種改良，江漢平原地區(qū)主要由半冬性品種居多轉(zhuǎn)化為偏春性、春性，其播種期應(yīng)比半冬性品種適當(dāng)推遲，因而偏春性品種冬小麥的適播期以11月8日前后為宜，適期播種配以適宜的種植密度是發(fā)揮偏春性冬小麥高產(chǎn)潛力的基本條件[12]。

針對氣候變暖但年日照時(shí)數(shù)呈顯著減少趨勢，推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)。天門市屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，雨熱同期，非常適宜茶葉的生長，在20世紀(jì)70年代末80年代初期，天門市皂市鎮(zhèn)魯興村有過種茶的歷史，生產(chǎn)出來的“陸羽清茶”供不應(yīng)求，在皂市、李場鎮(zhèn)、漁薪鎮(zhèn)青山等地都有過種茶的歷史。但當(dāng)時(shí)受到多種原因的影響，天門產(chǎn)茶的歷史僅曇花一現(xiàn)。于是，天門不產(chǎn)茶似乎成為定論。從人文環(huán)境來看，天門是舉世聞名的茶圣故里，茶文化資源豐富，發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚;從政策因素來看，天門市委、市政府始終把弘揚(yáng)陸羽茶文化、大力發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)作為天門經(jīng)濟(jì)的切入點(diǎn)，這也是發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)的的大好契機(jī)[13]。

對天門市主要旱作物的影響而言，上述氣候變化有利有弊。如春季氣溫上升既可減少小麥、大棚蔬菜等越冬作物的受凍幾率，也易造成越冬作物如油菜的瘋長、病蟲害的流行。社會(huì)在發(fā)展，氣候也在變遷，需要研究局地氣候和小范圍氣象災(zāi)害;研究各種農(nóng)作物的生育期、越冬特性、揚(yáng)花、掛果期的自然要求，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)和主要農(nóng)作物的生理特性制定有針對性的服務(wù)方案，直接面對農(nóng)村面對農(nóng)民服務(wù)，只有這樣，才能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保駕護(hù)航。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 丁一匯.IPCC第二次氣候變化科學(xué)評估報(bào)告的主要科學(xué)成果和問題[J].地球科學(xué)進(jìn)展，1997（2）：158-163.

[2] 石廣玉.全球氣候變化研究中的幾個(gè)問題[C]//丁一匯.中國氣候變化與氣候影響研究.北京.氣象出版社，1996：21-34.

[3] 翟盤茂，任福民.中國近四十年最高最低溫度變化[J].氣象學(xué)報(bào)，1997，55（4）：418-428.

[4] 馬曉燕.外部強(qiáng)迫因子對氣候變化影響的數(shù)值試驗(yàn)研究[D].北京：中國科學(xué)院大氣物理研究所，2002.

[5] 高學(xué)杰，趙宗慈，丁一匯，等.溫室效應(yīng)引起的中國區(qū)域氣候變化的數(shù)值模擬Ⅱ：中國區(qū)域氣候的可能變化[J].氣象學(xué)報(bào)，2003，61（1）：29-38.

[6] 林學(xué)椿，于淑秋.北京地區(qū)氣溫的年代際變化和熱島效應(yīng)[J].地球物理學(xué)報(bào)，2003，48（1）：39-45

[7] 初子瑩，任國玉.北京地區(qū)城市熱島強(qiáng)度變化對區(qū)域溫度序列的影響[J].氣象學(xué)報(bào)，2005，63（4）：534-540.

[8] 陳正洪，王海軍，薛鈴，等.湖北省城市熱島強(qiáng)度變化對區(qū)域氣溫序列的影響[J].氣候與環(huán)境研究，2005，10（4）：771-779.

[9] 王方.科學(xué)告訴你，氣候變化關(guān)乎收成[J].黨政干部參考，2018（3）：47-48.

[10] 史少甫.農(nóng)業(yè)災(zāi)害實(shí)例剖析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2016.

[11] 帥文衛(wèi)，成道，劉偉，等.秸稈覆蓋下旱作物防旱及生態(tài)小氣候效應(yīng)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（13）：3118-3122.

[12] 帥文衛(wèi)，祝學(xué)軍，成道，等.氣候變化對江漢平原冬小麥播種期的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（9）：1611-1613.

[13] 帥文衛(wèi)，何菊，黃忠.天門市茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的氣候適宜性分析和對策[J].氣象科技進(jìn)展，2018，8（5）：115-117.