海口11～4月農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析

王剛+陳統(tǒng)強(qiáng)+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(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析海口市11～4月農(nóng)業(yè)氣候資源變化趨勢(shì)與突變特征，探討海口市農(nóng)業(yè)氣候資源的變化規(guī)律。結(jié)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(shì)，趨勢(shì)率為0.33℃/10a（P<0.01），1963年發(fā)生突變；各月平均氣溫均呈正趨勢(shì)變化；（2）11～4月總降水量存在不明顯的下降趨勢(shì)，趨勢(shì)率為-15.6 mm/10a（P>0.1），沒有明顯的突變點(diǎn)；各月降水量變化趨勢(shì)不明顯，但變率大；（3）11～4月總?cè)照諘r(shí)數(shù)呈顯著的減少趨勢(shì)，趨勢(shì)率為-48.7 h/10a（P<0.01），2001年發(fā)生突變；各月日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，容易造成農(nóng)作物的光合作用不充分，不利于干物質(zhì)積累，影響農(nóng)作物產(chǎn)量；（4）溫度上升明顯，干燥度增大，氣候暖干化，加大干旱發(fā)生的強(qiáng)度和頻率。氣候的變化導(dǎo)致農(nóng)業(yè)氣候資源的變化，對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生正負(fù)效應(yīng)，了解農(nóng)業(yè)氣候資源的變化特征將對(duì)充分利用農(nóng)業(yè)氣候資源，科學(xué)、合理應(yīng)對(duì)氣候變化，趨利避害提供幫助。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)氣候資源 ；變化趨勢(shì) ；突變 ；變化特征 ；干燥度

分類號(hào) 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(nóng)業(yè)氣候資源是指為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供物質(zhì)和能量的氣候條件，即光照、溫度、降水等。其數(shù)量或強(qiáng)度具有周期的循環(huán)性、時(shí)空變化的不穩(wěn)定性等特征，已有學(xué)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(shí)指出，近50年海口平均氣溫增幅為0.272℃/10a，發(fā)生突變?cè)?987年；降水年際波動(dòng)劇烈，不存在明顯的突變點(diǎn)[11]。這些研究說明在氣候變暖的環(huán)境下，溫度在升高，降水、光照、蒸發(fā)等因子因地域不同，變化存在差異。關(guān)于氣候條件對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，陳統(tǒng)強(qiáng)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(chǎn)量；結(jié)合海口氣候特點(diǎn)，采取合理栽培技術(shù)，控荔枝冬梢，促其花芽分化，保荔枝穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)[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(guān)鍵酶活性快速下降和籽粒內(nèi)容物的供應(yīng)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(qū)自然物候與農(nóng)作物對(duì)氣候變暖反應(yīng)敏感，物候期發(fā)生變化，水稻生長期延長，產(chǎn)量呈增長趨勢(shì)。黃科朝等[16]分析出，小五臺(tái)山青楊雌雄植株樹輪生長特性及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)存在差異性。以上研究表明作物對(duì)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(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)[18]。

海口地處低緯度熱帶北緣，屬于熱帶海洋性季風(fēng)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(nóng)業(yè)氣候資源變化特征，對(duì)海口1962～2011年間每年11月至次年4月溫、光、水資源進(jìn)行分析，以期為合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源，指導(dǎo)冬種瓜菜、早稻、荔枝等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

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(shí)數(shù)、蒸發(fā)量等觀測(cè)資料。

1.2 方法

1.2.1 氣候傾向率

采用最小二乘法計(jì)算變化趨勢(shì)。計(jì)算樣本與時(shí)間的線性回歸系數(shù)（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(shù)，可用最小二乘法估計(jì)，以b的10倍作為氣候要素傾向率，氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)的氣候傾向率單位分別為℃/10a、mm/10a、h/10a。

1.2.2 變異系數(shù)

變異系數(shù)用來反映氣候要素的時(shí)空變異規(guī)律，Cv=■，式中SD=■，X為樣本均值。

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

1.2.4 Daniel檢驗(yàn)法[20]

采用非參數(shù)Daniel檢驗(yàn)法，檢驗(yàn)氣候序列是否具有潛在趨勢(shì)（檢驗(yàn)觀測(cè)值Xi與時(shí)間t是否存在著同時(shí)增加或減少趨勢(shì)。該方法具體步驟：

（1）對(duì)（t，xi）計(jì)算spearman的秩相關(guān)系數(shù)p；

（2）采用正態(tài)近似確定其顯著水平

H0：時(shí)間序列沒有趨勢(shì)；

H1：時(shí)間序列存在著向上或向下的趨勢(shì)。

計(jì)算spearman秩相關(guān)系數(shù)ρ=1-6■■，其中dt=t-xi的秩等于t-R（xi）。統(tǒng)計(jì)量Z=■，式中μ■=0，σρ=■，根據(jù)統(tǒng)計(jì)量Z計(jì)算顯著水平P，當(dāng)P小于0.05時(shí)，時(shí)間序列具有顯著的上升或下降趨勢(shì)。

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

2 結(jié)果與分析

2.1 熱量資源變化特征

熱量是農(nóng)作物生命活動(dòng)所不可缺少的因子，作物的生長發(fā)育需要在一定的溫度條件下進(jìn)行，而且只有當(dāng)熱量累計(jì)到一定程度，作物才能完成其全生育過程并獲得產(chǎn)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(nóng)事活動(dòng)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的環(huán)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(xiàn)在2005年，最小值出現(xiàn)在1962年。氣候傾向率為0.33℃/10a，呈極顯著的變化趨勢(shì)（P<0.01）。圖2為海口市11～4月平均氣溫Mann-Kendall檢驗(yàn)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(shì)。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(fā)生突變，并在1969年以后上升趨勢(shì)顯著。1971～1987年平均氣溫呈下降趨勢(shì)變化，1987年后平均氣溫呈升高趨勢(shì)。

表1為海口市11～4月平均氣溫氣候統(tǒng)計(jì)特征量。從表1可以看出，各月平均氣溫呈正趨勢(shì)變化，利用Daniel檢驗(yàn)法檢驗(yàn)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(shì)。從變異系數(shù)看，2月變異系數(shù)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(dòng)大的特點(diǎn)，出現(xiàn)低溫的概率大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1962～2011年1月中旬至2月中旬，海口出現(xiàn)低溫陰雨天氣的概率達(dá)85%。如2008年1月24日至2月15日，海口出現(xiàn)持續(xù)23 d的低溫陰雨天氣過程，全市農(nóng)作物受災(zāi)面積12 004 hm2，成災(zāi)面積8 679 hm2，絕收面積157 hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失約0.6億元。

2.2 水分資源變化特征

在植物細(xì)胞中，原生質(zhì)的含水量一般達(dá)70%～90%。植物細(xì)胞含水量降低，如種子干燥時(shí)，原生質(zhì)變成凝膠狀態(tài)，新陳代謝就會(huì)減弱。水分參加各種水解反應(yīng)和呼吸作用中的多種反應(yīng)，植物的生長通常靠吸收水使細(xì)胞伸長或膨大，只有當(dāng)作物的水分供應(yīng)正常，根的吸水量與葉的蒸騰量平衡時(shí)，光合作用最大，植物缺水，生命活動(dòng)受阻，光合作用無法進(jìn)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(xiàn)在1972年；最小值僅為92.1 mm，出現(xiàn)在1977年。總降水量氣候傾向率為-15.6 mm/10a，減少趨勢(shì)不明顯（P>0.1）。圖4為海口市11～4月總降水量Mann-Kendall檢驗(yàn)圖，UF線大部分小于0，說明降水量整體呈減少趨勢(shì)，未發(fā)生突變現(xiàn)象。1962～1976年降水量呈減少趨勢(shì)，1977～1990年降水量略有增加，1990以后降水量為減少趨勢(shì)變化。

表2為海口市11至4月總降水量氣候統(tǒng)計(jì)特征量。從表2可以看出，11、12、4月降水量為減少趨勢(shì)變化，1、2、3月降水量為增加趨勢(shì)變化，利用Daniel檢驗(yàn)法檢驗(yàn)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(shù)看，11月變異系數(shù)最大，為137.9%，其次是1月，為105.8%。11～2月各月變異系數(shù)達(dá)90%以上，降水量變率大。若遇少雨，加上氣溫高，易導(dǎo)致干旱的發(fā)生。

2.3 光資源變化特征

光是植物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的根本條件，對(duì)葉綠素起著化學(xué)作用，是植物光合作用的能量來源，對(duì)植物還起著熱反應(yīng)，促進(jìn)植物的蒸騰[22]。

圖5為近50年海口市11～4月總?cè)照諘r(shí)數(shù)變化曲線。從圖5可以看出，海口市11～4月總?cè)照諘r(shí)數(shù)最大值為1 080.7 h，出現(xiàn)在1963年；最小值僅為455.1 h，出現(xiàn)在2011年。日照時(shí)數(shù)氣候傾向率為-48.7 h/10a，減少趨勢(shì)極明顯（P<0.01）。圖6為海口市11～4月總?cè)照諘r(shí)數(shù)Mann-Kendall檢驗(yàn)圖，UF線大部分小于0，說明日照時(shí)數(shù)整體呈減少趨勢(shì)，UF與UB相交于2001年，說明日照時(shí)數(shù)在2001年發(fā)生突變，2002年超過0.05顯著臨界線，說明日照時(shí)數(shù)減少顯著。1962～2003年日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，2003年后年日照時(shí)數(shù)減少的趨勢(shì)有所減緩。

表3為海口市11～4月總?cè)照諘r(shí)數(shù)氣候統(tǒng)計(jì)特征量。從表3可以看出，各月日照時(shí)數(shù)為減少趨勢(shì)，利用Daniel檢驗(yàn)法檢驗(yàn)日照時(shí)數(shù)變化的顯著性，12、1、3、4月日照時(shí)數(shù)減少存在顯著性，1月減少最大，為-14.2 h/10a。從變異系數(shù)看，1月變異系數(shù)最大，為41.2%，其次是2月，為39.9%。說明在1、2月，日照時(shí)數(shù)存在波動(dòng)大且不穩(wěn)定的特點(diǎn)，這可能與1、2月多陰雨天氣有關(guān)。

2.4 計(jì)算干燥度

采用K=■ ，計(jì)算11～1月、2～4月干燥度指數(shù)（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(fā)所需，表現(xiàn)為干旱。80年代后，干燥度K逐漸增大，表明蒸發(fā)能力超過降水更多，干旱程度更嚴(yán)重，11～1月氣候比2～4月干燥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1962～2011年海口出現(xiàn)干旱并造成災(zāi)情的有36次，其中在11～4月出現(xiàn)27次，占75%。可以得出在11～4月，干旱是影響農(nóng)作物的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。

3 結(jié)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(shì)變化。

11～4月總降水量出現(xiàn)不顯著的減少變化，沒有發(fā)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(shì)變化，1、2、3月降水量為增加趨勢(shì)變化。

11～4月總?cè)照諘r(shí)數(shù)呈顯著的減少趨勢(shì)，趨勢(shì)率為-48.7 h/10a（P<0.01），各月日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢(shì)。

在全球氣候變化背景下，海口市11～4月農(nóng)業(yè)氣候變化特點(diǎn)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(fā)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(nóng)作物受低溫危害的風(fēng)險(xiǎn)；但氣候變暖，利于病蟲害繁殖，農(nóng)作物受病蟲危害的程度和機(jī)率增大：1月、2月氣溫變異系數(shù)大，表現(xiàn)極不穩(wěn)定，在受冷空氣影響時(shí)，極易出現(xiàn)低溫冷害，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)作物的抗寒工作；氣候變暖，干燥度增加，蒸發(fā)力遠(yuǎn)大于降水，易導(dǎo)致干旱發(fā)生，造成土壤水分流失，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)作物的保墑工作；日照時(shí)數(shù)減少，造成農(nóng)作物的光合作用不充分，不利于干物質(zhì)積累，影響農(nóng)作物產(chǎn)量[23]。因此，應(yīng)根據(jù)本地農(nóng)業(yè)氣候特點(diǎn)，通過發(fā)展設(shè)施園藝技術(shù)[24]、推廣良種、良苗、良法，提高資源效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，有效規(guī)避、減輕農(nóng)業(yè)氣候風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收。

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