湖州市冬季氣候變化特征及對春季物候的影響

陳中赟，李洪權(quán)

(浙江省湖州市氣象局，浙江湖州313000)

自然物候現(xiàn)象的變化是對環(huán)境條件特別是氣候變化最直觀的反映，物候不僅反映了當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝铜h(huán)境狀態(tài)，而且還反映了過去一段時(shí)間內(nèi)氣候條件積累對生物和非生物的綜合影響[1]。物候期的變化不僅可以敏感地指示全球氣候變化，還會對生態(tài)(物種競爭、害蟲與疾病、鳥類遷徙與繁殖等)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(農(nóng)作物的適應(yīng)能力、產(chǎn)量潛力、生長季長度、嚴(yán)寒災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等)、衛(wèi)生(疾病的分布、人口數(shù)量等)等方面產(chǎn)生重要影響[2]。

湖州市(地理坐標(biāo)119°14'－120°29'E，30°22'－31°11'N)地處長江下游太湖流域，位于太湖南岸，地勢由西南向東北傾斜，西部以山地丘陵為主，東部屬杭嘉湖平原水網(wǎng)區(qū)，河網(wǎng)密布。湖州地處中緯度，屬東亞季風(fēng)氣候，處于暖溫帶和北亞熱帶過渡地帶。2010年湖州市冬季平均氣溫較常年偏低，尤其是2011年1月份平均氣溫異常偏低，2011年春季物候期較往年有所推遲。前人已有研究指出，溫度、降水和日照是影響物候的主要?dú)庀笠豙3—8]。為此，作者系統(tǒng)分析了湖州市現(xiàn)有的物候資料(始于2000年)，并進(jìn)一步和常規(guī)氣象數(shù)據(jù)結(jié)合分析了湖州市冬季氣候變化特征，探討冬季平均氣溫、降水和日照等氣象要素的變化及其對春季物候的影響，以便為當(dāng)?shù)卮杭疚锖蝾A(yù)測提供一定參考，為促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、新物種引進(jìn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等重要關(guān)注問題提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

物候資料和氣象資料均來自湖州市氣象局檔案室。物候資料根據(jù)觀測時(shí)長、連續(xù)性好、代表性強(qiáng)的原則，選取湖州市農(nóng)業(yè)氣象觀測站2000－2011年垂楊、玉蘭、銀杏、石榴、車前、蘆葦、家燕、蛙和蚱蟬各個(gè)春季物候期。其中前4種為木本植物，車前和蘆葦為草本植物，家燕、蛙和蚱蟬為動(dòng)物。物候觀測數(shù)據(jù)均采用Julian日換算方法，將逐年物候現(xiàn)象出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)化成距1月1日的實(shí)際天數(shù)，得到各物候期的時(shí)間序列。

氣象資料為湖州市氣象觀測站1969－2010年冬季逐日平均氣溫、降水量和日照資料，經(jīng)處理后得到冬季的氣象要素(即12月至次年2月的平均值)，常年值為1971－2000年30年的氣候平均值。

1.2 分析方法

線性傾向估計(jì)方法。用線性回歸方程Y=bt+a(t=1，2，3，…，n)來擬合某一氣象要素序列，其中a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，b×10為該要素的氣候傾向率?；貧w系數(shù)b可定量反映要素隨年份的線性變化趨勢，其符號表示要素的升降，數(shù)值的大小反映了上升或下降的速率。

Pearson相關(guān)系數(shù)。描述兩個(gè)隨機(jī)變量線性相關(guān)的統(tǒng)計(jì)量，用r來表示，其取值在－1.0～+1.0，當(dāng)|r|＞0時(shí)，表明兩變量呈一定相關(guān)，越接近于1.0，相關(guān)性越顯著，當(dāng)r=0時(shí)，表明兩變量相互獨(dú)立。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬季氣候變化特征

2.1.1 氣溫

1969－2010 年湖州市冬季平均氣溫整體呈上升趨勢(圖1)，氣候傾向率為0.31，其中20世紀(jì)70年代到80年代初為較低水平時(shí)期，平均氣溫略有下降趨勢，從80年代開始明顯上升，之后一直維持在較高水平，這可能與全球變暖的氣候大背景有關(guān)，另外，隨著長三角地區(qū)的工業(yè)發(fā)展，人為溫室氣體排放增加也可能是其中的原因之一。從近10年的氣溫變化來看，平均氣溫呈現(xiàn)出了較弱的下降趨勢，其中2010年冬季的平均氣溫達(dá)到了近10年的最低水平。

圖1 湖州市逐年冬季氣溫的時(shí)間序列

2.1.2 降水量

1969－2010 年湖州市冬季降水量整體呈明顯階段性振蕩上升趨勢(圖2)，1997達(dá)到最高點(diǎn)390.5 mm;進(jìn)入21世紀(jì)后呈下降趨勢，2010年達(dá)到近10年最低點(diǎn)129.4 mm。

圖2 湖州市逐年冬季降水量和日照的時(shí)間序列

2.1.3 日照時(shí)數(shù)

1969－2010 年湖州市冬季日照時(shí)數(shù)整體呈下降趨勢(圖2)，其氣候傾向率為－6.7，其中20世紀(jì)80年代中期前處于較高水平，平均日照時(shí)數(shù)超過400 h;80年代后期開始下降趨勢明顯，尤其是90年代末期到21世紀(jì)初，日照時(shí)數(shù)明顯偏少，平均日照時(shí)數(shù)不到320 h;近10年來有所增加。對比發(fā)現(xiàn)日照時(shí)數(shù)和降水量存在較明顯的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.3，達(dá)到了顯著水平。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，近42年來冬季平均氣溫和降水都呈增加趨勢，日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢;而近10年來與整體趨勢相反，平均氣溫和降水呈減少趨勢，日照時(shí)數(shù)有所增加。

2.2 春季物候期變化特征

2.2.1 植物

春季植物有諸多物候期，但芽膨大期、芽開放期等一些物候期特點(diǎn)表現(xiàn)不顯著，人為主觀性較大，而展葉始期和開花始期是春季植物物候的典型代表且特征顯著，在一定程度上排除了人為因素的干擾，且資料完整度較好，因此，選用展葉始期和開花始期作為春季物候的代表進(jìn)行分析。

展葉始期。圖3－4是湖州站2000－2011年植物展葉始期和開花始期時(shí)間序列。

圖3 湖州市植物展葉始期的時(shí)間序列

圖4 湖州市植物開花始期的時(shí)間序列

圖3－4可以看出，木本植物中玉蘭、銀杏和石榴的展葉始期都有不同程度的推遲;垂楊展葉始期近12年來存在微弱的提前趨勢，而從近年來的變化來看，則存在推遲趨勢。這可能與近10年來冬季平均氣溫的下降有一定的關(guān)系。草本植物與木本植物相反，近12年來展葉始期都有提前趨勢，這可能與其他氣象因子的影響有關(guān)。

開花始期。由于蘆葦?shù)拈_花始期在8－9月份，冬季氣候變化是否能影響6個(gè)月以上還不清楚，銀杏開花期的資料到2005年以后終止，因此在這里暫不分析。木本植物中玉蘭和石榴開花始期存在推遲趨勢;垂楊的開花始期與展葉始期相近，整體上略有提前趨勢，而近年來則有推遲趨勢。因此，木本植物的開花始期近12年來整體上表現(xiàn)為推遲趨勢。草本植物中以車前為代表，也存在明顯的推遲趨勢?？梢钥闯?，春季植物的開花始期都存在推遲現(xiàn)象。

2.2.2 動(dòng)物

與春季植物的物候期類似，家燕的始見和蛙的始鳴也呈現(xiàn)推遲趨勢。2002年以前始見(鳴)期呈提前趨勢，2003年以后推遲趨勢明顯(圖5)。

圖5 湖州市動(dòng)物始見(鳴)的時(shí)間序列

2.3 冬季氣候變化對植物物候的影響

2.3.1 平均氣溫

表1給出了2000－2011年湖州站冬季氣象要素與春季植物物候期的相關(guān)系數(shù)。

表1 2000－2011年湖州站冬季氣象要素與植物春季物候期的相關(guān)系數(shù)

表1可以看出，冬季平均氣溫與木本植物的葉芽膨大期、草本植物的萌芽期均為負(fù)相關(guān)，但只有石榴可以通過95%的信度檢驗(yàn)。雖然負(fù)相關(guān)程度不典型，但也能一定程度地反映冬季平均氣溫與木本植物葉芽膨大期、草本植物萌芽期的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明冬季的平均氣溫越高(低)，則木本植物的葉芽膨大期或草本植物的萌芽期越早(晚)。

展葉始期與冬季平均氣溫也均為負(fù)相關(guān)，木本植物中銀杏未能通過信度檢驗(yàn)，其他均達(dá)到了95%的信度標(biāo)準(zhǔn)。雖然銀杏展葉始期與冬季平均氣溫未能通過檢驗(yàn)，但也十分接近90%的信度水平。草本植物與冬季的平均氣溫也都為負(fù)相關(guān)，但均未能通過信度檢驗(yàn)。因此，冬季平均氣溫與木本植物的展葉始期具有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與草本植物的展葉始期負(fù)相關(guān)不明顯。

從開花始期與冬季平均氣溫的相關(guān)系數(shù)可以看出，木本植物中垂楊和玉蘭為負(fù)相關(guān)且通過95%以上的信度檢驗(yàn)，銀杏和石榴為正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較小;草本植物中車前為負(fù)相關(guān)且通過90%的信度檢驗(yàn)，蘆葦為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)較小。由此說明植物的開花始期與冬季平均氣溫大體上也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

從以上分析可以看出，冬季平均氣溫與植物春季物候期整體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，是植物春季物候期的敏感因子，平均氣溫越高則植物春季物候期越早，平均氣溫的高低對植物春季物候期的早晚具有一定的指示意義。

2.3.2 降水

冬季降水量與植物春季物候期的相關(guān)系數(shù)大體正負(fù)均等。與木本植物多為負(fù)相關(guān)關(guān)系且基本都通不過信度檢驗(yàn)，僅銀杏的開花始期可以通過99%的信度檢驗(yàn);與草本植物的萌芽期和展葉始期正相關(guān)顯著，且多數(shù)可通過95%的信度檢驗(yàn)。說明冬季降水量對木本植物春季物候期影響不明顯，而與草本植物的萌芽期和展葉始期有較好的正相關(guān)關(guān)系。

2.3.3 日照

冬季日照時(shí)數(shù)與植物春季物候期的相關(guān)關(guān)系以負(fù)相關(guān)性為主，與木本植物相關(guān)性正負(fù)均等且都通不過信度檢驗(yàn)，與草本植物的萌芽期和展葉始期負(fù)相關(guān)顯著，且多數(shù)可以通過99%的信度檢驗(yàn)。說明木本植物對冬季日照的敏感性不強(qiáng)，而草本植物萌芽期和展葉始期對冬季日照較敏感。

2.4 氣候變化對動(dòng)物物候的影響

2000－2011 年湖州市冬季氣象要素與春季動(dòng)物始見(鳴)期的相關(guān)系數(shù)(表2)可看出，冬季平均氣溫與動(dòng)物始見期為負(fù)相關(guān)且相關(guān)系數(shù)較高;降水量和日照與動(dòng)物始見期的相關(guān)性不明顯。說明平均氣溫是影響春季動(dòng)物物候期的敏感因子。

表2 2000－2011年湖州站冬季氣象要素與動(dòng)物始見期的相關(guān)系數(shù)

3 小結(jié)

近42年來冬季的平均氣溫和降水都呈增加趨勢，日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢;而近10年則與整體趨勢相反，平均氣溫和降水呈減少趨勢，日照時(shí)數(shù)有所增加。日照時(shí)數(shù)和降水量存在較明顯的負(fù)相關(guān)。近12年來木本植物的展葉始期和開花始期整體上呈現(xiàn)推遲趨勢;草本植物的展葉始期有所提前而開花始期有所推遲。

冬季平均氣溫與春季植物物候期呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，平均氣溫越高(低)則春季物候期提前(推遲)，平均氣溫是春季植物物候期的敏感因子，尤其對木本植物的展葉始期具有較好的指示意義。冬季降水量對春季木本植物影響不明顯，與草本植物的萌芽期和展葉始期有較好的正相關(guān)關(guān)系。冬季日照時(shí)數(shù)與春季植物的物候期基本為負(fù)相關(guān)，對春季木本植物影響不明顯，與草本植物的萌芽期和展葉始期有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系。冬季平均氣溫與春季動(dòng)物物候期有較好的負(fù)相關(guān)性，而降水和日照對春季動(dòng)物物候期影響不明顯。

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