海口11～4月農業氣候資源變化特征分析

王剛+陳統強+潘家利+高峰+王淞+姜毅

摘 要 利用海口市瓊山氣象站1962～2011年間每年11月到次年4月（以下簡稱11～4月）的氣象資料，運用統計學方法，分析海口市11～4月農業氣候資源變化趨勢與突變特征，探討海口市農業氣候資源的變化規律。結果表明：（1）海口市11～4月熱量資源變得更加豐富，平均氣溫呈顯著的上升趨勢，趨勢率為0.33℃/10a（P<0.01），1963年發生突變；各月平均氣溫均呈正趨勢變化；（2）11～4月總降水量存在不明顯的下降趨勢，趨勢率為-15.6 mm/10a（P>0.1），沒有明顯的突變點；各月降水量變化趨勢不明顯，但變率大；（3）11～4月總日照時數呈顯著的減少趨勢，趨勢率為-48.7 h/10a（P<0.01），2001年發生突變；各月日照時數呈減少趨勢，容易造成農作物的光合作用不充分，不利于干物質積累，影響農作物產量；（4）溫度上升明顯，干燥度增大，氣候暖干化，加大干旱發生的強度和頻率。氣候的變化導致農業氣候資源的變化，對農作物產生正負效應，了解農業氣候資源的變化特征將對充分利用農業氣候資源，科學、合理應對氣候變化，趨利避害提供幫助。

關鍵詞 農業氣候資源 ；變化趨勢 ；突變 ；變化特征 ；干燥度

分類號 P162.3

Changing Characteristics of Agricultural Climate Resources from

November to April in Haikou City

WANG Gang1，2） CHEN Tongqiang1） PAN jiali1） GAO Feng3） WANG Song1） JIANG Yi4）

（1 Meteorological Bureau of Haikou City， Haikou， Hainan 571100；

2 Key Laboratory of South China Sea Meteorological Disaster Prevention

and Mitigation of Hainan Province， Haikou， Hainan 570203；

3 Meteorological Bureau of Hainan Province， Haikou， Hainan 570203；

4 Rubber Meteorological Station of Hainan Province， Haikou， Hainan 571139）

Abstract In order to probe into the variation rules of agricultural climatic resources， the variation trend and sudden change characteristics of agricultural climate resources in Haikou City from November to April are analyzed in this paper by utilizing the data of Qiongshan Meteorological Station in the same period from the year 1962 to 2011 and combining with statistical principles. It turns out that the average temperature of Haikou City from November to April shows a significant rising trend with a rate of 0.33℃/10 a （P<0.01）， and a sudden change occurred in 1963； The average temperature of each month presents a positive trend， and heat sources are more enriched. The total precipitation from November to April shows an insignificant downtrend with a rate of -15.6 mm/10 a， and no significant sudden change point is found； the precipitation of each month presents an insignificant variation trend with large variability. The total sunshine hours from November to April shows a significant downtrend with a rate of -48.7 h/10 a（P<0.01）， and a sudden change occurred in 2011； The sunshine hours of each month presents a downward trend， which can easily lead to insufficient photosynthesis and the crop yield would be affected due to unfavorable to dry matter accumulation. There is a significant increase in temperature and dryness together with warm and dry climate， thus accelerating the strength and frequency of drought. Climate change affects the change of agricultural climate resources and brings positive or negative effect to crops. Therefore， it is a key issue to tackle climate change in a scientific and reasonable way， take full advantage of agricultural climate resources and be benefit-tending and harm-avoiding in order to guarantee sustainable development of agriculture.endprint

Keywords agricultural climate resources ； variation trend ； mutation ； changing characteristics ； aridity index

農業氣候資源是指為農業生產提供物質和能量的氣候條件，即光照、溫度、降水等。其數量或強度具有周期的循環性、時空變化的不穩定性等特征，已有學者在這方面開展了大量研究[1-10]。例如，許格希等在研究海南氣候變化特征時指出，近50年海口平均氣溫增幅為0.272℃/10a，發生突變在1987年；降水年際波動劇烈，不存在明顯的突變點[11]。這些研究說明在氣候變暖的環境下，溫度在升高，降水、光照、蒸發等因子因地域不同，變化存在差異。關于氣候條件對農業生產的影響，陳統強等[12]指出，避開低溫影響選定早稻最佳播種期，有利提高早稻產量；結合海口氣候特點，采取合理栽培技術，控荔枝冬梢，促其花芽分化，保荔枝穩產、高產[13]。王維等[14]分析得出，灌漿期土壤水分虧缺引起的灌漿后期籽粒中蔗糖向淀粉合成代謝中一些關鍵酶活性快速下降和籽粒內容物的供應不足是籽粒淀粉積累總量減少、粒重降低的主要生理原因。楊文艷等[15]研究得出，錦地區自然物候與農作物對氣候變暖反應敏感，物候期發生變化，水稻生長期延長，產量呈增長趨勢。黃科朝等[16]分析出，小五臺山青楊雌雄植株樹輪生長特性及其對氣候變化的響應存在差異性。以上研究表明作物對氣候變化具有敏感性，氣候變化決定作物的布局、品種、種植方式[17]和管理模式，從而影響作物生長發育、產量形成和品質[18]。

海口地處低緯度熱帶北緣，屬于熱帶海洋性季風氣候，11～4月常受冷空氣侵襲。為了解氣候變暖背景下，海口11～4月農業氣候資源變化特征，對海口1962～2011年間每年11月至次年4月溫、光、水資源進行分析，以期為合理利用農業氣候資源，指導冬種瓜菜、早稻、荔枝等農業生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究采用的資料為海口市瓊山氣象站1962～2011年間11～4月氣溫、降水量、日照時數、蒸發量等觀測資料。

1.2 方法

1.2.1 氣候傾向率

采用最小二乘法計算變化趨勢。計算樣本與時間的線性回歸系數（b），氣候要素的變化可用一元線性方程表示，即y=a+bt。式中a、bt為回歸系數，可用最小二乘法估計，以b的10倍作為氣候要素傾向率，氣溫、降水、日照時數的氣候傾向率單位分別為℃/10a、mm/10a、h/10a。

1.2.2 變異系數

變異系數用來反映氣候要素的時空變異規律，Cv=■，式中SD=■，X為樣本均值。

1.2.3 Mann-Kendall（M-K）方法檢驗氣候序列突變點[19]

1.2.4 Daniel檢驗法[20]

采用非參數Daniel檢驗法，檢驗氣候序列是否具有潛在趨勢（檢驗觀測值Xi與時間t是否存在著同時增加或減少趨勢。該方法具體步驟：

（1）對（t，xi）計算spearman的秩相關系數p；

（2）采用正態近似確定其顯著水平

H0：時間序列沒有趨勢；

H1：時間序列存在著向上或向下的趨勢。

計算spearman秩相關系數ρ=1-6■■，其中dt=t-xi的秩等于t-R（xi）。統計量Z=■，式中μ■=0，σρ=■，根據統計量Z計算顯著水平P，當P小于0.05時，時間序列具有顯著的上升或下降趨勢。

1.2.5 采用K=■，計算干燥度[21]，式中EP0為蒸發量（mm），R為降水量（mm）。

2 結果與分析

2.1 熱量資源變化特征

熱量是農作物生命活動所不可缺少的因子，作物的生長發育需要在一定的溫度條件下進行，而且只有當熱量累計到一定程度，作物才能完成其全生育過程并獲得產量。熱量條件還在很大程度決定一地的栽培作物的種類、種植制度及農事活動，是農業生產中最重要的環境因子之一。

圖1為海口市11～4月平均氣溫變化曲線。從圖1可以看出，平均氣溫在19.3～22.2℃，平均氣溫最大值出現在2005年，最小值出現在1962年。氣候傾向率為0.33℃/10a，呈極顯著的變化趨勢（P<0.01）。圖2為海口市11～4月平均氣溫Mann-Kendall檢驗圖，UF線均大于0，說明自從1962年來海口市11至4月平均氣溫整體呈上升趨勢。UF與UB線在1963年相交，1969年超過0.05顯著臨界線，說明平均氣溫在1963年發生突變，并在1969年以后上升趨勢顯著。1971～1987年平均氣溫呈下降趨勢變化，1987年后平均氣溫呈升高趨勢。

表1為海口市11～4月平均氣溫氣候統計特征量。從表1可以看出，各月平均氣溫呈正趨勢變化，利用Daniel檢驗法檢驗平均氣溫變化的顯著性，各月平均氣溫存在顯著的上升趨勢。從變異系數看，2月變異系數為11.1%，為最大，其次是1月，說明在2月平均氣溫存在變化波動大的特點，出現低溫的概率大。據統計，1962～2011年1月中旬至2月中旬，海口出現低溫陰雨天氣的概率達85%。如2008年1月24日至2月15日，海口出現持續23 d的低溫陰雨天氣過程，全市農作物受災面積12 004 hm2，成災面積8 679 hm2，絕收面積157 hm2，直接經濟損失約0.6億元。

2.2 水分資源變化特征

在植物細胞中，原生質的含水量一般達70%～90%。植物細胞含水量降低，如種子干燥時，原生質變成凝膠狀態，新陳代謝就會減弱。水分參加各種水解反應和呼吸作用中的多種反應，植物的生長通常靠吸收水使細胞伸長或膨大，只有當作物的水分供應正常，根的吸水量與葉的蒸騰量平衡時，光合作用最大，植物缺水，生命活動受阻，光合作用無法進行。endprint

圖3為近50年海口市11～4月降水量變化曲線。從圖3可以看出海口市11～4月總降水量最大值為775.7 mm，出現在1972年；最小值僅為92.1 mm，出現在1977年。總降水量氣候傾向率為-15.6 mm/10a，減少趨勢不明顯（P>0.1）。圖4為海口市11～4月總降水量Mann-Kendall檢驗圖，UF線大部分小于0，說明降水量整體呈減少趨勢，未發生突變現象。1962～1976年降水量呈減少趨勢，1977～1990年降水量略有增加，1990以后降水量為減少趨勢變化。

表2為海口市11至4月總降水量氣候統計特征量。從表2可以看出，11、12、4月降水量為減少趨勢變化，1、2、3月降水量為增加趨勢變化，利用Daniel檢驗法檢驗降水量變化的顯著性，各月降水量變化均不顯著。從變異系數看，11月變異系數最大，為137.9%，其次是1月，為105.8%。11～2月各月變異系數達90%以上，降水量變率大。若遇少雨，加上氣溫高，易導致干旱的發生。

2.3 光資源變化特征

光是植物生長發育和產量形成的根本條件，對葉綠素起著化學作用，是植物光合作用的能量來源，對植物還起著熱反應，促進植物的蒸騰[22]。

圖5為近50年海口市11～4月總日照時數變化曲線。從圖5可以看出，海口市11～4月總日照時數最大值為1 080.7 h，出現在1963年；最小值僅為455.1 h，出現在2011年。日照時數氣候傾向率為-48.7 h/10a，減少趨勢極明顯（P<0.01）。圖6為海口市11～4月總日照時數Mann-Kendall檢驗圖，UF線大部分小于0，說明日照時數整體呈減少趨勢，UF與UB相交于2001年，說明日照時數在2001年發生突變，2002年超過0.05顯著臨界線，說明日照時數減少顯著。1962～2003年日照時數呈減少趨勢，2003年后年日照時數減少的趨勢有所減緩。

表3為海口市11～4月總日照時數氣候統計特征量。從表3可以看出，各月日照時數為減少趨勢，利用Daniel檢驗法檢驗日照時數變化的顯著性，12、1、3、4月日照時數減少存在顯著性，1月減少最大，為-14.2 h/10a。從變異系數看，1月變異系數最大，為41.2%，其次是2月，為39.9%。說明在1、2月，日照時數存在波動大且不穩定的特點，這可能與1、2月多陰雨天氣有關。

2.4 計算干燥度

采用K=■ ，計算11～1月、2～4月干燥度指數（圖7）。從圖7中可以看出，70年代干燥度最大，80年代干燥度最小，干燥度均大于1，說明降水量不能滿足蒸發所需，表現為干旱。80年代后，干燥度K逐漸增大，表明蒸發能力超過降水更多，干旱程度更嚴重，11～1月氣候比2～4月干燥。據統計，1962～2011年海口出現干旱并造成災情的有36次，其中在11～4月出現27次，占75%。可以得出在11～4月，干旱是影響農作物的主要氣象災害之一。

3 結論與討論

海口市11～4月熱量資源將更加豐富，平均氣溫以0.33℃/10a（P<0.01）速度上升，存在明顯突變特征；各月平均氣溫均呈正趨勢變化。

11～4月總降水量出現不顯著的減少變化，沒有發生突變，各月降水量變化均不顯著，11、12、4月降水量為減少趨勢變化，1、2、3月降水量為增加趨勢變化。

11～4月總日照時數呈顯著的減少趨勢，趨勢率為-48.7 h/10a（P<0.01），各月日照時數均呈減少趨勢。

在全球氣候變化背景下，海口市11～4月農業氣候變化特點是氣溫明顯上升，降水量減少，干燥度增大，氣候暖干化，加劇干旱的發生和土壤水分的流失。

通過以上分析可知，近50年來，海口市11～4月溫度顯著升高，熱量資源變得更加豐富，減少了農作物受低溫危害的風險；但氣候變暖，利于病蟲害繁殖，農作物受病蟲危害的程度和機率增大：1月、2月氣溫變異系數大，表現極不穩定，在受冷空氣影響時，極易出現低溫冷害，此時應加強對農作物的抗寒工作；氣候變暖，干燥度增加，蒸發力遠大于降水，易導致干旱發生，造成土壤水分流失，應加強對農作物的保墑工作；日照時數減少，造成農作物的光合作用不充分，不利于干物質積累，影響農作物產量[23]。因此，應根據本地農業氣候特點，通過發展設施園藝技術[24]、推廣良種、良苗、良法，提高資源效率，保護生態環境，實現可持續發展，有效規避、減輕農業氣候風險，實現農業增產、農民增收。

參考文獻

[1] 任國玉，郭 軍，徐銘志，等. 近50年中國地面氣候變化基本特征[J]. 氣象學報，2005 ，63（6）：942-956.

[2] 莊曉翠，張林梅，李海花. 新疆阿勒泰地區20cm蒸發皿蒸發量的變化特征[J]. 中國農業氣象，2010，31（1）：53-58.

[3] 彭云峰，王 瓊. 近50年福建省日照時數的變化特征及其影響因素[J]. 中國農業氣象，2011，32（3）：350-355.

[4] 楊再禹，龍先菊. 黔東南地區近49年的氣候變化特征[J]. 中國農業氣象，2011，32（3）：338-345.

[5] 蔡 霞，吳占華，梁桂花，等. 近53 a山西朔州市農業氣候資源變化特征分析[J]，干旱氣象，2011，29（1）：88-93.

[6] 何永坤，郭建平. 1961～2006年東北地區農業氣候資源變化特征[J]. 自然資源學報， 2011，26（7）：1 199-1 208.

[7] 張煥平，張占峰，汪青春. 近40年青海淺層地溫的變化特征[J]. 中國農業氣象，2013，34（2）：146-152.

[8] 陳 超，龐艷梅，潘學標，等. 未來四川地區農業氣候資源的時空變化特征[J]. 資源科學，2013，35（9）：1 917-1 924.endprint

[9] 李樹軍，袁 靜，王文波，等. 濰坊市農業氣候資源變化特征分析[J]. 中國農學通報，2013，29（20）：157-164.

[10] 朱 敏，袁建輝. 1961--2010年江蘇省農業氣候資源演變特征[J]. 氣象與環境學報，2013，29（3）：69-77.

[11] 許格希，郭泉水，牛樹奎，等. 近50a來海南島不同氣候區氣候變化特征研究[J]. 自然資源學報， 2013，28（5）：799-810.

[12] 陳統強. 海南雜交早稻減產原因分析及最佳播種期選定[J]. 中國農業氣象，2006，27（2）：147-150.

[13] 陳統強，林 熙，王 剛，等. 海南荔枝控冬梢促花芽分化技術[J]. 中國熱帶農業，2007，4：54-56.

[14] 王 維，蔡一霞，楊建昌，等. 結實期土壤水分虧缺影響水稻籽粒灌漿的生理原因[J]. 植物生態學報，2011，35（2）：195-202.

[15] 楊文艷，王嘉源，袁 潮，等. 氣候變化對盤錦自然物候及農作物的影響分析[J]. 山西農業科學，2013，41（12）：1358-1360.

[16] 黃科朝，胥曉，李霄峰，等. 小五臺山青楊雌雄植株樹輪生長特性及其對氣候變化的響應差異[J]. 植物生態學報，2014，38（3）：270-280.

[17] 解文艷，樊貴盛，周懷平，等. 秸稈還田方式對旱地玉米產量和水分利用效率的影響[J]. 農業機械學報，2011，42（11）：60-67.

[18] 楊青松，李小剛，藺 經，等. 生草對梨園土壤有效養分、水分、溫度及果實品質、產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2007，5： 109-111.

[19] 于延勝，陳興偉. R/ S和Mann- Kendall法綜合分析水文時間序列未來的趨勢特征[J]. 水資源與水工程學報，2008，19（3）：41-44.

[20] 唐廣義，彭明光. DPS數據處理系統[M]. 北京. 科學出版社，2007：961-964.

[21] 孟 猛，倪 健，張治國. 地理生態學的干燥度指數及其應用評述[J]. 植物生態學報，2004，28（6）：853-861.

[22] 唐秀梅，鐘瑞春，揭紅科，等. 間作遮蔭對花生光合作用及葉綠素熒光特性的影響[J]. 西南農業學報，2011，24（5）：1703-1707.

[23] 周紹毅，徐圣璇，黃 飛，等. 廣西農業氣候資源的長期變化特征[J]. 中國農學通報，2011，27（27）：168-173.

[24] 楊敏麗，白人樸，劉 敏，等. 建設現代農業與農業機械化發展研究[J]. 農業機械學報，2005，36（7）：68-72.endprint

[9] 李樹軍，袁 靜，王文波，等. 濰坊市農業氣候資源變化特征分析[J]. 中國農學通報，2013，29（20）：157-164.

[10] 朱 敏，袁建輝. 1961--2010年江蘇省農業氣候資源演變特征[J]. 氣象與環境學報，2013，29（3）：69-77.

[11] 許格希，郭泉水，牛樹奎，等. 近50a來海南島不同氣候區氣候變化特征研究[J]. 自然資源學報， 2013，28（5）：799-810.

[12] 陳統強. 海南雜交早稻減產原因分析及最佳播種期選定[J]. 中國農業氣象，2006，27（2）：147-150.

[13] 陳統強，林 熙，王 剛，等. 海南荔枝控冬梢促花芽分化技術[J]. 中國熱帶農業，2007，4：54-56.

[14] 王 維，蔡一霞，楊建昌，等. 結實期土壤水分虧缺影響水稻籽粒灌漿的生理原因[J]. 植物生態學報，2011，35（2）：195-202.

[15] 楊文艷，王嘉源，袁 潮，等. 氣候變化對盤錦自然物候及農作物的影響分析[J]. 山西農業科學，2013，41（12）：1358-1360.

[16] 黃科朝，胥曉，李霄峰，等. 小五臺山青楊雌雄植株樹輪生長特性及其對氣候變化的響應差異[J]. 植物生態學報，2014，38（3）：270-280.

[17] 解文艷，樊貴盛，周懷平，等. 秸稈還田方式對旱地玉米產量和水分利用效率的影響[J]. 農業機械學報，2011，42（11）：60-67.

[18] 楊青松，李小剛，藺 經，等. 生草對梨園土壤有效養分、水分、溫度及果實品質、產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2007，5： 109-111.

[19] 于延勝，陳興偉. R/ S和Mann- Kendall法綜合分析水文時間序列未來的趨勢特征[J]. 水資源與水工程學報，2008，19（3）：41-44.

[20] 唐廣義，彭明光. DPS數據處理系統[M]. 北京. 科學出版社，2007：961-964.

[21] 孟 猛，倪 健，張治國. 地理生態學的干燥度指數及其應用評述[J]. 植物生態學報，2004，28（6）：853-861.

[22] 唐秀梅，鐘瑞春，揭紅科，等. 間作遮蔭對花生光合作用及葉綠素熒光特性的影響[J]. 西南農業學報，2011，24（5）：1703-1707.

[23] 周紹毅，徐圣璇，黃 飛，等. 廣西農業氣候資源的長期變化特征[J]. 中國農學通報，2011，27（27）：168-173.

[24] 楊敏麗，白人樸，劉 敏，等. 建設現代農業與農業機械化發展研究[J]. 農業機械學報，2005，36（7）：68-72.endprint

[9] 李樹軍，袁 靜，王文波，等. 濰坊市農業氣候資源變化特征分析[J]. 中國農學通報，2013，29（20）：157-164.

[10] 朱 敏，袁建輝. 1961--2010年江蘇省農業氣候資源演變特征[J]. 氣象與環境學報，2013，29（3）：69-77.

[11] 許格希，郭泉水，牛樹奎，等. 近50a來海南島不同氣候區氣候變化特征研究[J]. 自然資源學報， 2013，28（5）：799-810.

[12] 陳統強. 海南雜交早稻減產原因分析及最佳播種期選定[J]. 中國農業氣象，2006，27（2）：147-150.

[13] 陳統強，林 熙，王 剛，等. 海南荔枝控冬梢促花芽分化技術[J]. 中國熱帶農業，2007，4：54-56.

[14] 王 維，蔡一霞，楊建昌，等. 結實期土壤水分虧缺影響水稻籽粒灌漿的生理原因[J]. 植物生態學報，2011，35（2）：195-202.

[15] 楊文艷，王嘉源，袁 潮，等. 氣候變化對盤錦自然物候及農作物的影響分析[J]. 山西農業科學，2013，41（12）：1358-1360.

[16] 黃科朝，胥曉，李霄峰，等. 小五臺山青楊雌雄植株樹輪生長特性及其對氣候變化的響應差異[J]. 植物生態學報，2014，38（3）：270-280.

[17] 解文艷，樊貴盛，周懷平，等. 秸稈還田方式對旱地玉米產量和水分利用效率的影響[J]. 農業機械學報，2011，42（11）：60-67.

[18] 楊青松，李小剛，藺 經，等. 生草對梨園土壤有效養分、水分、溫度及果實品質、產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2007，5： 109-111.

[19] 于延勝，陳興偉. R/ S和Mann- Kendall法綜合分析水文時間序列未來的趨勢特征[J]. 水資源與水工程學報，2008，19（3）：41-44.

[20] 唐廣義，彭明光. DPS數據處理系統[M]. 北京. 科學出版社，2007：961-964.

[21] 孟 猛，倪 健，張治國. 地理生態學的干燥度指數及其應用評述[J]. 植物生態學報，2004，28（6）：853-861.

[22] 唐秀梅，鐘瑞春，揭紅科，等. 間作遮蔭對花生光合作用及葉綠素熒光特性的影響[J]. 西南農業學報，2011，24（5）：1703-1707.

[23] 周紹毅，徐圣璇，黃 飛，等. 廣西農業氣候資源的長期變化特征[J]. 中國農學通報，2011，27（27）：168-173.

[24] 楊敏麗，白人樸，劉 敏，等. 建設現代農業與農業機械化發展研究[J]. 農業機械學報，2005，36（7）：68-72.endprint