張佳意 任景全 李軍偉 吳志彬

（1.吉林省延邊朝鮮族自治州氣象局，吉林延吉 133000；2.吉林省氣象科學(xué)研究所，吉林長春 130062；3.中國人民解放軍93313 部隊(duì)氣象臺(tái)，吉林長春 130111）

1 引言

農(nóng)業(yè)是對氣候變化最為敏感的領(lǐng)域之一。 在氣候變化背景下，農(nóng)業(yè)氣候資源也發(fā)生著變化。氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的影響[1-4]。 何永坤等研究表明，1961—2006 年東北三省積溫表現(xiàn)為一致的增多趨勢，降水量、日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢[5]。賈建英等[6]研究認(rèn)為，與20 世紀(jì)60 年代相比，玉米氣候資源在2001—2006 年增加較顯著。 趙俊芳等[7]研究表明，1960—2010 年，東北地區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源存在年代際變化，且20 世紀(jì)80 年代到90 年代是該地區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源增加最快的時(shí)期。 唐寶琪等[8]研究認(rèn)為，1961—2013 年華東地區(qū)日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃積溫及其持續(xù)日數(shù)呈顯著增加趨勢。 李紅梅等[9]研究表明，陜西≥0℃和≥10℃初日普遍顯著提前，終日變化不顯著。 綜上研究表明，東北地區(qū)及我國其他地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源都發(fā)生了較為明顯的變化。

延邊州作為優(yōu)質(zhì)水稻的生產(chǎn)基地， 是著名的水稻之鄉(xiāng)。整個(gè)地勢西高東低，自西南、西北、東北三面向東南傾斜，以琿春一帶為最低。屬中溫帶濕潤季風(fēng)氣候，雨水充沛，晝夜溫差大。 掌握延邊州農(nóng)業(yè)氣候資源的變化規(guī)律對水稻等農(nóng)作物的種植尤為重要。 鑒于此，本研究利用1961—2019 年延邊州的氣象觀測數(shù)據(jù)， 分析其農(nóng)業(yè)氣候資源的變化規(guī)律，以期為延邊州的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供氣象保障。

2 資料與方法

2.1 資料來源

本研究所需數(shù)據(jù)包括1961—2019 年延邊州8 個(gè)氣象站的逐日氣象觀測資料， 氣象資料來源于吉林省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心。 研究時(shí)段為主要作物生長季（5—9 月）。 農(nóng)業(yè)氣候資源主要包括光資源、熱量資源和水分資源。 本研究選取5—9 月總?cè)照諘r(shí)數(shù)表征光資源，5—9 月平均氣溫和活動(dòng)積溫表征熱量資源，5—9 月降水量和參考作物蒸散量（ET0）表征水分資源。

2.2 研究方法

2.2.1 參考作物蒸散量（ET0）的計(jì)算方法

參考作物蒸散量（ET0）的計(jì)算采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的Penman-Monteith 公式[10]（Allen et al.，1998），其形式如下：

式中，ET0為參考作物蒸散量 （mm·a-1）；Δ 為飽和水汽壓曲線斜率 （kPa·℃-1）；Rn為地表凈輻射（MJ·m-2·d-1）；G為土壤熱通量（MJ·m-2·d-1），計(jì)算中計(jì)為0；γ 為干濕表常數(shù)（kPa·℃-1）；T為平均氣溫（℃），為日最高氣溫和日最低氣溫的平均值；u2為2m 高度處的風(fēng)速 （m·s-1）；es為飽和水汽壓（kPa）；ea為實(shí)際水汽壓（kPa），由露點(diǎn)溫度計(jì)算得出。

2.2.2 氣候傾向率

氣候傾向率采用一元線性方程表示，即

式中，Y為農(nóng)業(yè)氣候資源；b為常數(shù)；a1為線性趨勢項(xiàng)；t為時(shí)間。把a(bǔ)1×10 表示為農(nóng)業(yè)氣候資源每10a的氣候傾向率。

2.2.3 突變分析

利用Mann-Kendall（M-K）和信噪比的方法進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣候資源的突變性檢驗(yàn)[11-14]。信噪比計(jì)算方法為

式中，S/N為信噪比；X1、X2和S1、S2分別為轉(zhuǎn)折年份前后兩階段農(nóng)業(yè)氣候資源的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)S/N＞1.0，定義為突變，最大信噪比的時(shí)間定義為農(nóng)業(yè)氣候資源突變出現(xiàn)的時(shí)間。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)氣候資源的時(shí)間變化

3.1.1 熱量資源的時(shí)間變化

1961—2019 年延邊州熱量資源的時(shí)間變化見圖1。 59 年間延邊州平均氣溫呈顯著上升趨勢變化（P＜0.01），氣候傾向率為0.21℃/10a，其中，1969 年平均氣溫最低，為16.1℃，2010 年最高，為18.8℃（圖1a）。 從1997 年開始，平均氣溫基本在1961—2019 年平均值以上波動(dòng)變化。 從平均氣溫年代際變化看，20 世紀(jì)70 年代開始， 呈逐年代上升趨勢變化，20 世紀(jì)70 年代平均氣溫最低，為16.8℃，21 世 紀(jì)10 年 代 最 高， 為17.8℃。1961—2019 年活動(dòng)積溫呈顯著上升趨勢變化（P＜0.01），氣候傾向率為32.5（℃·d）/10a，其中，1969 年活動(dòng)積溫最低， 為2 456.7℃·d，2010 年最高，為2 870.1℃·d（圖1b）。從年代際變化看，活動(dòng)積溫與平均氣溫變化一致，20 世紀(jì)70 年代最低，21 世紀(jì)10 年代最高。

3.1.2 光資源的時(shí)間變化

1961—2019 年延邊州光資源的時(shí)間變化見圖2。 由圖2 可見，日照時(shí)數(shù)呈逐年下降趨勢，氣候傾向率為-6.7h/10a， 下降趨勢不顯著。 1961—2019 年日照時(shí)數(shù)平均值為992.1h， 其中，1998 年日 照 時(shí) 數(shù) 最 低， 為846.9h，1965 年 最 高，為1150.8h。 從年代際變化看，20 世紀(jì)60 年代最高，為1032.8h，20 世紀(jì)80 年代最低，為961.2h。21 世紀(jì)10 年代的日照時(shí)數(shù)低于多年平均值。

圖1 1961—2019 年延邊州熱量資源的時(shí)間變化（a：平均氣溫；b：活動(dòng)積溫）

圖2 1961—2019 年延邊州光資源的時(shí)間變化

3.1.3 水分資源的時(shí)間變化

1961—2019 年延邊州水分資源的時(shí)間變化見圖3。 由圖可見（圖3a），降水量呈上升趨勢變化，氣候傾向率為0.68mm/10a，上升趨勢不顯著。1961—2019 年降水量平均值為477.5mm，1967 年降水量最低， 為302.6mm，1971 年降水量最高，為694.8mm。 從年代際變化看，20 世紀(jì)70 年代降水量最低， 為440.9mm，20 世紀(jì)90 年代最高，為514.1mm。 從ET0變化看（圖3b），1961—2019 年ET0呈下降趨勢變化，氣候傾向率為-1.51mm/10a，下降趨勢不顯著。 1961—2019 年ET0平均值為554.2mm，1995 年最低，為494.6mm，1978 年最高，為619.4mm。 從年代際變化看，20 世紀(jì)90 年代ET0最低，為535.4mm，20 世紀(jì)60 年代ET0最高，為565.3mm。

圖3 1961—2019 年延邊州水分資源的時(shí)間變化（a：降水量；b：ET0）

3.2 農(nóng)業(yè)氣候資源的突變分析

3.2.1 熱量資源的突變分析

1961—2019 年延邊州熱量資源的突變分析見圖4。 由圖可見（圖4a），平均氣溫UF 和UB 曲線在臨界線之間只有一個(gè)交點(diǎn)， 出現(xiàn)在1997 年，說明在1997 年發(fā)生了突變，突變后平均氣溫較突變前上升了0.8℃；UF 曲線與臨界線相交于1999年，說明從1999 年開始，平均氣溫上升趨勢顯著。從圖可知（圖4b），活動(dòng)積溫UF 和UB 曲線在臨界線之間有3 個(gè)交點(diǎn)， 進(jìn)一步計(jì)算其信噪比值，3個(gè)交點(diǎn)年份信噪比值均小于1.0，說明沒有發(fā)生突變， 但活動(dòng)積溫UF 曲線在2003 年超過了臨界線，說明其上升趨勢顯著。

圖4 1961—2019 年延邊州熱量資源的突變特征（a：平均氣溫；b：活動(dòng)積溫）

3.2.2 光資源的突變分析

1961—2019 年延邊州日照時(shí)數(shù)UF 和UB 兩條曲線在臨界線之間有一個(gè)交點(diǎn)， 出現(xiàn)在1973年，之后日照時(shí)數(shù)呈上升趨勢，但沒達(dá)到0.05 顯著性水平。進(jìn)一步計(jì)算其信噪比，信噪比小于1.0，說明其沒有發(fā)生突變。

3.2.3 水分資源的突變分析

1961—2019 年延邊州水分資源的突變分析見圖5。 由圖可見（圖5a），降水量UF 和UB 兩條曲線在臨界線之間有多個(gè)交點(diǎn)，UF 曲線波動(dòng)變化，沒有超過臨界線，說明其變化不顯著。 進(jìn)一步計(jì)算交點(diǎn)年份的信噪比值， 信噪比均小于1.0，說明其未發(fā)生突變。 同理，ET0也未發(fā)生突變（圖5b）。

圖5 1961—2019 年延邊州水分資源的突變特征（a：降水量；b：ET0）

4 結(jié)語

（1）1961—2019 年延邊州作物生長季（5—9月）平均氣溫呈顯著上升趨勢變化（P＜0.01），氣候傾向率為0.21℃/10a。 20 世紀(jì)70 年代平均氣溫最低，21 世紀(jì)10 年代最高。 在1997 年發(fā)生了突變，突變后平均氣溫較突變前上升了0.8℃。 活動(dòng)積溫呈顯著上升趨勢變化 （P＜0.01）， 氣候傾向率為32.5（℃·d）/10a，但未發(fā)生突變。

（2）1961—2019 年延邊州作物生長季（5—9月）日照時(shí)數(shù)平均值為992.1h，呈逐年下降趨勢，氣候傾向率為-6.7h/10a， 下降趨勢不顯著，20 世紀(jì)60 年代最高，80 年代最低。 日照時(shí)數(shù)未發(fā)生突變。

（3）1961—2019 年延邊州作物生長季（5—9月）降水量平均值為477.5mm，呈上升趨勢變化，氣候傾向率為0.68mm/10a， 上升趨勢不顯著，在20 世紀(jì)70 年代最低，90 年代最高。 1961—2019年ET0的平均值為554.2mm，呈下降趨勢變化，氣候傾向率為-1.51mm/10a，下降趨勢不顯著，ET0在20 世紀(jì)90 年代最低，60 年代最高。 降水量和ET0均未發(fā)生突變。

（4）與東北地區(qū)相比，延邊州平均氣溫、活動(dòng)積溫變化趨勢與東北地區(qū)一致， 日照時(shí)數(shù)變化趨勢與東北大部地區(qū)一致。 延邊州作物生長季降水量與東北大部地區(qū)降水量變化趨勢相反， 這與局地環(huán)境不同以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)段不同有關(guān)。