近40年云南水稻熱量資源時空變化特征

徐夢瑩， 朱 勇， 胡雪瓊， 錢兆蘭， 朱 斌

(1.云南省氣候中心，云南昆明 650034 2.云南省賓川縣氣象局，云南賓川 671600)

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近40年云南水稻熱量資源時空變化特征

徐夢瑩1， 朱 勇1， 胡雪瓊1， 錢兆蘭2， 朱 斌1

(1.云南省氣候中心，云南昆明 650034 2.云南省賓川縣氣象局，云南賓川 671600)

摘要[目的]研究近40年云南水稻熱量資源時空變化特征。[方法]利用云南省115個氣象站1971～2010年氣溫資料，分析了云南5個區域水稻主要生長季(4～9月)平均氣溫、全年穩定通過10 ℃、20 ℃的初日、終日、日數和積溫、秧苗期低溫和夏季低溫等的時空變化特征。[結果]近40年云南水稻生長季熱量資源有較明顯的增加趨勢，且具有顯著的區域性差異，其中滇西南增溫趨勢最明顯；云南水稻生長季平均氣溫呈南高北低的分布特征，表現為滇西南>滇東南>滇西北≈滇中>滇東北。各區域穩定通過10 ℃的活動積溫為滇西南>滇東南>滇西北>滇中>滇東北，而穩定通過20 ℃的活動積溫則滇中略小于滇東北，且各區域氣候傾向率空間分布差異較大；云南水稻苗期(4月)低溫主要發生在哀牢山以東和以北地區，全省夏季低溫發生的站次呈減少趨勢，有利于減輕低溫對水稻抽穗揚花的威脅。[結論]該研究為氣候變化背景下云南水稻種植的合理規劃布局提供一定的指導意義。

關鍵詞水稻；熱量資源；界限溫度；積溫；階段性低溫；時空變化

Temporal and Spatial Variations of Rice Heat Resource in Yunnan Province in Recent 40 Years

XU Meng-ying,ZHU Yong,HU Xue-qiong et al

(Yunnan Climate Center,Kunming,Yunnan 650034)

Abstract[Objective] To research the spatial and seasonal variation characteristics of rice heat resources in Yunnan Province in recent 40 years.[Method] Based on the temperature data of 115 weather stations in 1971-2010,we analyzed the temporal and spatial variations of average temperature,the first day,terminal day,number of days stable passed by 10 and 20 ℃,low temperature at seedling period,and low temperature in summer in rice growth period (from April to September) of five regions of Yunnan Province.[Result] Heat resources in rice growth period in Yunnan Province showed relatively significant increasing trend,and obvious regional differences,especially in southwest Yunnan.Average temperature in rice growth season in south was higher than that in north,which were in the order of southwest Yunnan > southeast Yunnan > northwest Yunnan ≈ middle Yunnan > northeast Yunnan.The order of active accumulated temperature passed by 10 ℃ in different regions was southwest Yunnan>southeast Yunnan>northwest Yunnan>middle Yunnan> northeast Yunnan.However,as for the active accumulated temperature passed by 20 ℃,middle Yunnan was smaller than northeast Yunnan.Spatial distribution of the climatic trend rates has relatively great differences in different regions.Low temperature in rice seedling stage mainly occurred in east and north areas.Stations of summer low temperature in Yunnan showed a decreasing tendency,which reduced the threats of low temperature to rice heading and flowering.[Conclusion] This research provides certain guiding significance for the rational planning and distribution of rice planting in Yunnan Province under the background of climate change.

Key wordsRice; Heat resource; Limited temperature; Accumulated temperature; Periodical low temperature; Spatial and seasonal variation

云南是我國重要的高原稻作區，由于其地理條件復雜，海拔高差各異，立體式氣候特征明顯。水稻的分布隨海拔高度的變化較隨緯度的變化明顯，根據海拔高度的不同，可將全省稻區分為3個區域，即海拔1 450 m以下為秈稻區，1 450～1 600 m為秈稻、粳稻混作區，海拔1 600 m以上為粳稻區[1]。隨著全球變暖的加劇[2]，不同地區均出現了不同程度的增暖，云南在過去50年也出現了明顯的氣溫變暖過程[3]。氣候的變化可引起氣候帶分布格局發生改變，氣候帶界限也不斷向高緯度和高海拔地區移動。在過去50 年云南省氣候帶分布也發生了巨大變化，總體上呈現熱帶亞熱帶范圍擴大、溫帶范圍減少的變化趨勢[4]。氣候帶的變化必然引起水稻生產的氣候資源也同時發生變化，尤其是對于較高海拔和較高緯度地區，水稻氣候資源的變化也會影響到水稻生產的格局。

熱量資源是劃分自然區域和自然帶的重要依據，進行農業氣候資源分析時，常用穩定通過一定界限日平均氣溫(如0、5和10 ℃)的積溫、初終日期和持續日數以及無霜期等指標衡量熱量資源的多寡和可利用程度。陳宏偉等[5]分析云南熱區≥10 ℃和≥18 ℃年積溫和日數的變化指出，云南熱區不同區域≥10 ℃積溫及其日數、≥18 ℃積溫等熱量指標均有明顯的空間差異。譚學林等[6]考慮云南的氣候特點及光溫敏不育系的光溫反應特性，研究發現在云南進行光溫敏不育系的選育和利用具有十分有利的氣候條件。盡管我國學者對云南水稻熱量資源開展了不少研究[5-8]，但由于云南地理環境復雜，受地理緯度、海拔和地形特征的影響，熱量資源時空間差異甚大。筆者利用1971～2010年云南省115個地面氣象觀測站氣象數據，采用統計分析方法，闡述40年來云南水稻生產的熱量資源時空變化特征，同時分析了階段性低溫的分布和變化規律，旨在為氣候變化背景下云南水稻種植的合理規劃布局提供一定的科學依據。

1資料與方法

1.1研究區概況云南省位于我國西南邊陲(21°08′～ 29°15′N、97°31′～ 106°11′E)，全省總體地勢西北高東南低，地形地貌復雜，東部為地勢波浪起伏的高原，南部為中低山間盆地，西部為橫斷山脈谷區，南部邊境地區地勢逐漸和緩開闊。氣候類型豐富多樣，有北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、南溫帶、中溫帶、北溫帶7個氣候區[9]，兼具低緯、高原、季風氣候特點，立體氣候明顯。

1.2數據來源所用數據來自云南省氣象局提供的1971～2010年124個地面氣象臺站(圖1)的逐日氣象資料，包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫。云南各區域劃分如下：滇東北包括昭通市和曲靖市，滇東南包括文山州和紅河州，滇中包括昆明市、玉溪市和楚雄州，滇西南包括臨滄市、普洱市和西雙版納州，滇西北包括迪慶州、麗江市、怒江州、大理州、保山市和德宏州。根據云南水稻種植制度，一般500 m以下多為雙季稻，2 400 m以上基本不適宜水稻種植，因此，海拔高度低于500 m或高于2 400 m的站點不進行統計。另外，部分站點如元陽、西盟分別于1997和1999年遷站后氣候要素發生顯著變化，資料的連續性被破壞，這些站點不進行統計。而一些站點如云龍在1976年遷站后氣候要素也發生突變，統計時刪除遷站前5年的數據。所以該研究最終選用115個氣象站1971～2010年氣溫資料。

圖1　云南省氣象臺站及其海拔分布Fig.1　Meteorological stations in Yunnan Province and their altitude distribution

1.3研究方法

1.3.1穩定通過界限溫度起止日期的確定。該研究定義穩定通過10 ℃的初日為露天育秧的界限溫度，20 ℃的初日為水稻進入快速生長的臨界溫度，20 ℃的終日為安全抽穗揚花的臨界溫度，10 ℃初日至10 ℃終日積溫為水稻生長界限積溫，10 ℃初日至20 ℃終日為水稻能安全抽穗的生長時間界限，20 ℃初日至20 ℃終日積溫為水稻快速生長的界限積溫。各初日、終日以日序表示。

1.3.2氣候傾向率。用xi表示樣本量為n的某一氣候變量，用t表示xi所對應的時間，建立xi與t之間的一元線性回歸方程xi=a+bt(i=1，2，…，n)，式中，a為回歸常數，b為回歸系數，a和b可以用最小二乘法進行估計。b×10為氣候要素的氣候傾向率。氣候要素變化趨勢在95%和99%的信度水平用Student的t-test檢驗。

1.3.3水稻階段性低溫發生頻率統計。云南水稻階段性低溫主要有育苗期低溫(4月)和夏季低溫(7、8月)[10]。露地育秧粳稻受害的臨界溫度為10 ℃，秈稻為12 ℃[11]，以海拔高度1 500 m為粳稻和秈稻種植的分界線，當某站點某年4月日平均氣溫出現1 d或1 d以上低于臨界溫度時，確定該站點該年出現水稻育秧期低溫。夏季低溫定義為7月21日～8月31日期間若出現日均溫連續3 d及以上小于等于臨界受害指標溫度Ti[12]。其中，Ti=26.4-0.004 84Hi，式中，Hi為某地海拔高度。若Ti>20.0 ℃或Ti<14.8 ℃則不能作為臨界受害指標溫度。用該指標計算的臨界受害溫度與農業指標非常接近，可以作為評定水稻是否受到夏季低溫影響的指標。

1.4數據處理根據上述方法計算115個氣象臺站各農業氣象要素的統計量后，結果采用ArcGIS 9.3軟件表達。趨勢率顯著性檢驗在SPSS19.0數據處理系統中進行，采用曲線回歸估計模塊里面的線性模型進行趨勢擬合。

2結果與分析

2.1水稻生長季平均氣溫變化特征1971～2010年水稻生長季(4～9月)全省平均氣溫20.4 ℃，呈南高北低的分布特征，表現為滇西南>滇東南>滇西北≈滇中>滇東北。由圖2和表1可見，全省平均氣溫呈極顯著的增溫趨勢，平均增速為0.18 ℃/10a，5個區域中以滇西南增溫趨勢最明顯，達0.23 ℃/10a，其余4個區域為0.16～0.18 ℃/10a；1971～2010年全省各站點水稻生長季平均氣溫氣候傾向率為-0.13～0.46 ℃/10a，僅7個站點氣候傾向率為負值，主要在滇中北部和滇東北北部金沙江河谷流域；增溫明顯的站點(>0.20 ℃/10a)多集中在滇中東部，共15站點，而滇東北地區有5個站點，滇東南有7個站點，滇西南有10個站點，滇西北有6個站點。

圖2　1971～2010年水稻生長季(4～9月)平均氣溫氣候傾向率Fig.2　Trend rates of average climate and temperature of rice growth season (April-September) from 1971 to 2010

2.2主要界限溫度初、終日和持續日數變化特征

2.2.1穩定通過10 ℃初、終日變化特征。1971～2010年全省穩定通過10 ℃初日平均值為第49天，但各區域差別較大，滇西南為第12天，滇東南、滇中和滇西北為第49～55天，而滇東北為第81天(表1)。近40年全省及各區域穩定通過10 ℃初日呈提前趨勢，但變化趨勢不顯著，以滇西北和滇東北的變化趨勢較為明顯；全省各站點穩定通過10 ℃初日的氣候傾向率為-6.2～5.1 d/10a，60.9%的站點有提前趨勢，其中27.8%的站點提前幅度為>2.1 d/10a。具有推后趨勢的站點主要分布在滇中、滇西北、滇東北和滇東南地區，其中，僅13個站點的氣候傾向率>2.1 d/10a(圖3a)。

近40年全省及各區域穩定通過10 ℃終日差別不大，為第321～358天，且均具有推后趨勢，滇西北變化趨勢最小，僅0.9 d/10a，滇東北趨勢率最大，為6.2 d/10a，其余地區趨勢率2.2～2.8 d/10a，僅滇西南推后趨勢顯著(表1)；1971～2010年全省各站點穩定通過10 ℃終日氣候傾向率為-2.1～5.4 d/10a，77.4%的站點有推后趨勢，其中30.4%的站點趨勢率>2.0 d/10a，呈提前趨勢的站點主要分布在滇西北、滇中、滇東南和滇東北地區(圖3b)。

表1　1971～2010年云南省水稻生長季熱量指標變化特征

注：*表示變化趨勢顯著(P<0.05)，**表示變化趨勢極顯著(P<0.01)。

Note: * indicated significant variation tendency (P<0.05); and ** indicated extremely significant variation tendency (P<0.01).

2.2.2穩定通過20 ℃初、終日變化特征。1971～2010年全省及各區域穩定通過20 ℃初日平均值為第126～158天，除滇中和滇西北地區略有推后趨勢外，全省平均及其他各區域均呈提前趨勢，以滇西南和滇東南的趨勢率最大，分別為-2.5和-1.3 d/10a，但各區域變化不顯著(表1)。全省57.4%的站點穩定通過20 ℃初日呈提前趨勢，其中30.4%的站點趨勢率<-2.1 d/10a，主要分布在中部及以南地區；呈推后趨勢的站點主要分布在中部及以北地區，其中18.3%的站點趨勢率>2.0 d/10a(圖4a)。

全省及各區域穩定通過20 ℃終日為第214～268天，呈推后趨勢；滇東北和滇西北的趨勢率最小，分別為1.6和1.8 d/10a，全省和其他區域趨勢率為2.4～3.5 d/10a，以滇西南和滇東南變化最大，分別為3.5和3.1 d/10a，僅滇東南和全省變化顯著(表1)。全省各站點穩定通過20 ℃終日趨勢率為-6.6～15.0 d/10a，呈提前趨勢的站點占27.8%，主要分布在滇西南西部、滇西北、滇中和滇東北地區；23.5%的站點趨勢率>5.0 d/10a，主要分布在滇中東南部及其鄰近地區，以及滇西南和滇西北的局部地區(圖4b)。

2.2.3界限溫度持續日數變化特征。

圖3　1971～2010年云南省穩定通過10 ℃初日(a)和終日(b)氣候傾向率變化(單位：d/10a)Fig.3　Variation of climate trend rate of first day (a) and terminal day (b) passed by 10 ℃ in Yunnan Province from 1971 to 2010

圖4　1971～2010年云南省穩定通過20 ℃初日(a)和終日(b)氣候傾向率變化(單位：d/10a)Fig.4　Variation of climate trend rate of first day (a) and terminal day (b) passed by 20 ℃ in Yunnan Province from 1971 to 2010

2.2.3.1穩定通過10 ℃持續日數。由表1和圖5a可見，1971～2010年全省穩定通過10 ℃持續日數平均為284.5 d，以2.0 d/10a的速率增加。各區域中以滇西南持續日數最長(347.7 d)，而滇東北地區持續日數最短(228.2 d)，其余3個區域為271.6～290.1 d，與全省平均值相差不大。各區域持續日數也呈增加趨勢，滇西南增加趨勢顯著，增幅為4.1 d/10a，其次為滇東南(2.8 d/10a),其他3個區域以滇東北增加趨勢最弱，滇中和滇西北增加趨勢略強。全省77.4%的站點穩定通過10 ℃持續日數呈增加趨勢，其中15.7%的站點趨勢率達5.0 d/10a以上，僅26站點呈減少趨勢，主要分布在滇西北、滇中中北部及滇東北等地區。2.2.3.2穩定通過20 ℃持續日數。全省穩定通過20 ℃持續日數平均為86.6 d，以2.9 d/10a的速率顯著增加。滇西南和滇東南持續日數較其他3個區域長，分別為142.3和99.6 d，滇西北次之，而滇中和滇東北最低，均為58.9 d。滇西南的增速最大，達6.0 d/10a，其次為滇東南和滇中，增速分別為4.8和2.4 d/10a，滇東北和滇西北增速最低，變化不顯著(表1)。全省大部分站點穩定通過20 ℃持續日數呈增加趨勢，滇東北北部、滇中西部、滇西北東北部和南部以及滇西南西部的部分站點略有減少趨勢。26.1%的站點趨勢率達5.0 d/10a以上，主要分布在滇西南、滇東南和滇中東南部等地區(圖5b)。

2.2.3.310 ℃初日～20 ℃終日持續日數。10 ℃初日～20 ℃終日持續日數與穩定通過10 ℃持續日數在各區域之間的差異相似，較10 ℃持續日數少92.0～106.9 d。全省平均及各區域持續日數呈增加趨勢，增速為2.1～5.4 d/10a，變化不顯著(表1)。各站點10 ℃初日～20 ℃終日持續日數趨勢率為-9.1～17.3 d/10a，呈減少趨勢的站點有29個，主要分布在滇東北北部、滇中、滇西北和滇西南西部，其余多數站點呈較弱的增加趨勢，趨勢率為0.1～5.0 d/10a(圖5c)。

2.3主要界限溫度積溫變化特征從表1可看出，全省穩定通過10和20 ℃活動積溫平均值分別為5 293.1和1 931.4 ℃·d，分別以55.36和69.79 (℃·d)/10a的速率顯著增加。各區域穩定通過10 ℃活動積溫高低依次為滇西南>滇東南>滇西北>滇中>滇東北，而穩定通過20 ℃活動積溫則滇中略小于滇東北。滇西南和滇東南穩定通過10 ℃活動積溫分別以124.84和71.75 (℃·d)/10a的速率顯著增加，其他3個區域的增加速率較低，為34.07～45.18(℃·d)/10a。滇西南和滇東南穩定通過20 ℃活動積溫增速更大，分別為154.83和115.94 (℃·d)/10a，變化極顯著，滇中地區增加趨勢也顯著，增速較穩定通過10 ℃活動積溫大，滇東北和滇西北變化趨勢較穩定通過10 ℃活動積溫小，變化不顯著。

圖5　1971～2010年云南省≥10 ℃(a)、≥20 ℃(b)和10 ℃初日～20 ℃終日(c)持續日數氣候傾向率變化(單位：d/10a)Fig.5　Variation of climate trend rate of the number of days passed by≥10 ℃ (a),≥20 ℃ (b) and from 10 ℃ first day to 20 ℃ terminal day (c) in Yunnan Province from 1971 to 2010

圖6　1971～2010年云南省穩定通過10 ℃(a)和20 ℃(b)活動積溫的氣候傾向率變化[單位：(℃·d)/10a]Fig.6　Variation and distribution of 10 ℃ (a) and 20 ℃ (b) active accumulated temperature in Yunnan Province from 1971 to 2010

由圖6可見，全省各站點穩定通過10 ℃活動積溫氣候傾向率為-118.1～279.1(℃·d)/10a，活動積溫呈減少趨勢的站點主要分布在滇西北、滇中北部和滇東北地區；滇中北部的金沙江河谷區是積溫減少的中心區域，其中華坪、永仁、元謀和巧家4個站點氣候傾向率<-50.0(℃·d)/10a；滇西南是積溫增加的主要區域，僅1個站點趨勢率低于50.0 (℃·d)/10a，滇東南和滇中南部多數站點趨勢率也在50.0 (℃·d)/10a以上。全省各站點穩定通過20 ℃活動積溫氣候傾向率為-107.3～463.3(℃·d)/10a，活動積溫呈減少趨勢的站點主要分布在滇西北、滇中西部、滇西南和滇東北地區；滇西北北部—滇中北部—滇東北北部一線是積溫減少趨勢最明顯的區域，9個站點的趨勢率<-50.0 (℃·d)/10a；滇中南部和東部以及滇東南地區大部分站點趨勢率在50.0 (℃·d)/10a以上，滇西南也有半數站點趨勢率在200.0 (℃·d)/10a以上。2.4水稻生長季階段性低溫發生特征

2.4.1苗期低溫。由圖7a可見，水稻秧苗期(4月)低溫發生頻率大致以哀牢山為界，哀牢山以西的德宏、保山、臨滄、普洱和西雙版納大部分站點沒有低溫發生，僅保山、普洱和西雙版納的部分站點出現10年1遇至50年1遇的低溫；哀牢山以東和以北地區低溫發生頻率的分布以中部較低，西部和東部較高；滇中西部和南部、滇東南以及滇西北的大理大部分站點低溫發生頻率均在30%以下，而滇西北大理北部以北以及滇東北、滇中昆明東部低溫發生頻率在32.5%以上，高海拔地區甚至在90%以上。從全省發生的站次年際變化(圖8a)來看，低溫發生站次變化不明顯，發生范圍最廣的為1991年，1972、1974、1982、1996、1997、2004、2007年也是發生范圍較廣的年份。

圖7　1971～2010年云南省各站點4月低溫(a)和夏季低溫(b)發生頻率分布(單位：%)Fig.7　Distribution of occurrence frequency of low temperature in April (a) and summer(b) in Yunnan Province from 1971 to 2010

圖8　1971～2010年云南省4月低溫(a)和夏季低溫(b)發生站次變化Fig.8　Variation of station number of low temperature in April (a) and summer(b) in Yunnan Province from 1971 to 2010

2.4.2夏季低溫。由圖7b可見，滇西南地區僅4個站點出現2.5%～20.0%概率的夏季低溫，其余站點沒有夏季低溫發生；滇中地區夏季低溫發生頻率多在12.5%～20.0%，滇西北地區除德宏、怒江和麗江的低海拔站點沒有夏季低溫出現外，其余站點均有不同頻率的夏季低溫出現；滇東南地區有一半的站點夏季低溫的發生頻率為12.5%～40.0%，僅有9個站點沒有夏季低溫出現；滇東北地區除北部5個低海拔的站點沒有夏季低溫出現外，8個站點的發生頻率為42.5%～75.0%，另3個站點也為22.5%～40.0%。全省夏季低溫發生的站次呈減少趨勢，尤其是進入20世紀90年代以來，僅2002年發生站點較高，達53站次，其余年份在30站次以下；1971、1972、1974、1983和1989年發生站次均較高，為48～71站次(圖8b)。3結論與討論

(1)在全球變暖背景下，近40年云南水稻生長季熱量資源有較明顯的增加趨勢，具體表現為水稻生長季平均氣溫、全省穩定通過10和20 ℃的日數和活動積溫均有不同程度的升高或增多，其中滇西南增溫趨勢最明顯。

(2)云南省水稻熱量資源具有顯著的區域性差異，水稻生長季(4～9月)全省平均氣溫20.4 ℃，呈南高北低的分布特征，表現為滇西南>滇東南>滇西北≈滇中>滇東北。全省穩定通過10和20 ℃活動積溫平均值分別為5 293.1和1 931.4 ℃·d，分別以55.36和69.79 (℃·d)/10a的速率顯著增加。各區域穩定通過10 ℃活動積溫高低依次為滇西南>滇東南>滇西北>滇中>滇東北，而穩定通過20 ℃活動積溫則滇中略小于滇東北，且各區域氣候傾向率空間分布差異較大。

(3)云南水稻生長季苗期(4月)低溫主要發生在哀牢山以東和以北地區，其分布以中部較低，西部和東部較高，高海波地區發生概率在90%以上。全省夏季低溫發生的站次呈減少趨勢，有利于減輕水稻抽穗揚花期受冷害的影響。

(4)加強水稻耐熱育種研究，將耐熱性與高產、優質、抗病蟲害等水稻育種目標并重，選育出一批適應氣候變化的水

稻新品種，增強農業適應氣候變化的能力，促進農業可持續發展。

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中圖分類號S 162.3;S 162.5+3

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-228-06

收稿日期2016-01-29

作者簡介徐夢瑩(1989- )，女，云南賓川人，助理工程師，從事農業氣象與氣候變化研究。

基金項目中國氣象局西南區域氣象中心重大科研業務項目(西南區域2013-2)；云南省氣象局預報員技術開發專項項目(YB201205)。