1985—2015年沙坡頭區24節氣氣候變化及春小麥物候期的響應

龐婷婷 毛萬忠 高杰 李英 黃云 洛松拉姆

摘要 利用沙坡頭區逐日氣象觀測資料以及春小麥物候資料，運用統計學方法分析24節氣氣候變化及春小麥物候期的響應。結果表明，沙坡頭區24節氣的平均氣溫呈單峰型準正態分布，小暑和大暑是全年最熱節氣，平均氣溫均為23.1 ℃，小寒為最冷節氣，平均氣溫為-7.3 ℃；平均氣溫隨時間的變化趨勢呈單峰單谷型，升溫幅度最大值出現在春分，為0.25 ℃/d，降溫最大幅度出現在霜降，為-0.26 ℃/d；相鄰節氣之間平均氣溫變量曲線也為單峰單谷型，峰值出現在清明，變量達0.22 ℃，是上升最快的節氣，谷值出現在霜降，變量為-5.5 ℃，是氣溫下降最顯著的節氣；隨著全球氣溫的變暖，沙坡頭區后16年（2000—2015年）各個節氣平均氣溫比前15年（1985—1999年）氣溫普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃；驚蟄、清明、芒種和小暑4個反映物候現象的節氣中，芒種和小暑平均氣溫隨年份呈顯著性升高。平均氣溫對各物候期影響十分顯著，氣溫升高，加速了物候進程，春小麥營養生長期出現延長現象，生殖生長期出現縮短現象，其全生育期呈現縮短趨勢。

關鍵詞 24節氣；氣候變化；春小麥；物候期；響應；沙坡頭區

中圖分類號 S162 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2017）13-0182-04

Climate Change of 24 Solar Terms and the Response of Spring Wheat Phenology in Shapotou Area from 1985 to 2015

PANG Ting-ting，MAO Wan-zhong，GAO Jie et al

（Zhongwei City Meteorological Bureau，Zhongwei，Ningxia 755000）

Abstract Using the daily meteorological data of Shapotou and the phenological data of spring wheat， the climate change of 24 solar terms and the response of spring wheat were analyzed by statistical methods.The results showed that the average temperature of the 24 solar term in Shapotou area showed a single peak type quasi normal distribution， slight heat and great heat were the most hot solar term， the average temperature was 23.1 ℃， but slight cold was the most cold solar term， the average temperature was -7.3 ℃.The change trend of average temperature with time showed a single peak and single valley type，the maximum temperature rise appeared in spring equinox（0.25 ℃/d）， the maximum cooling rate appeared in first frost（-0.26 ℃/d）.The variables curve of the average temperature between adjacent solar term was single peak and single valley type， the peak appeared in Qingming， variable up to 0.22 ℃， which was the fastest rising solar term；the valley value appeared in first frost， variable was -5.5 ℃， which was the most significant solar term of temperature drop.With the global warming， the average temperature of each solar term after 16 years （from 2000 to 2015）was generally higher than that of the previous 15 years （from 1985 to 1999）， the difference was 02-3.3 ℃.In four solar terms reflecting the phenological phenomenon（Jingzhe，Qingming，Mangzhong，slight heat），the average temperature with the year was significantly increased in Mangzhong and slight heat.The average temperature had a significant effect on the phenological period，the increase of temperature accelerated the phonological process， the vegetative growth period of spring wheat was prolonged， the reproductive growth period was shortened， and the whole growth period was shortened.

Key words 24 solar terms；Climate change；Spring wheat；Phenology；Response； Shapotou area

24節氣是華夏祖先歷經千百年的實踐創造出來的寶貴科學遺產，它包含了自然界中氣溫變化、作物物候始末、晝夜變化等多種現象，反映了四季交替的氣候特征，含有時令順序、物候變化。24節氣將氣候條件與農業生產有機的聯系起來，包含著樸素的農業氣候分析和農業氣象預報知識，是我國古代最早的樸素農業氣象學。節氣和氣候總結的農業諺語對農業生產有很好的參考價值[1-2]。

IPCC第4次評估報告認為[3]，近100年（1906—2005年）全球地面平均氣溫上升了（0.74±0.18） ℃。在全球氣候變暖的背景下，我國氣候學入春提前，四季平均溫度明顯提高[4]、作物生長期延長、無霜期變長[5]、動植物生長周期也出現顯著變化[6]，氣候變化正直接或間接地對自然生態系統及人類活動產生巨大影響[7]。

近年來，對24節氣氣候變化相關的研究越來越多[8-11]，如李耀寧等[8]和沈姣姣等[9]分別統計了北京市和西安市24節氣的氣溫變化特征；王勝等[10]分析了安徽省24節氣氣候變化及冬小麥和一季稻物候期的響應。寧夏中衛市沙坡頭區位于104°17′～106°10′ E、36°09′～37°43′ N，地處黃河前套之首，靠近黃河流域，盛產麥、稻、瓜、菜等農產品，是寧夏的主要糧食基地之一。在全球氣候變化的背景下，沙坡頭區平均氣溫顯著升高，降水量下降，總體呈現變暖、變干特征，有向高溫干旱化方向的發展趨勢[12]。24節氣氣候特征及節氣代表性必然發生改變，許多與節氣相關的農諺和經驗可能會變得不再適宜。鑒于此，筆者利用沙坡頭區逐日氣象觀測資料及作物物候期資料，從24節氣角度分析沙坡頭區氣候變化特征，研究作物物候期對24節氣氣候變化的響應，為適應氣候變化、適時調整農事活動提供決策依據，對正確應用24節氣指導農業生產等具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 研究區概況 沙坡頭區深居內陸，遠離海洋，靠近沙漠，屬半干旱氣候，沙坡頭區年降水量僅有180.5 mm，年蒸發量1 641.2 mm，為降水量的9.09倍，干旱少雨。在地理位置上，萬里黃河自西南向東北經過沙坡頭區，農作物主要憑借黃河之利引渠灌溉，常年無旱澇之憂，故降水量雖少，但對農作物生長影響甚微。同時，沙坡頭區受極地大陸氣團控制時間較長，雨雪稀少，云霧頻率較少，加上較為有利的地理位置、多晴朗干燥的天氣，沙坡頭區全年日照時數2 951 h，日照充足，農作物生長旺盛。

1.2 資料選取

利用沙坡頭區1985—2015年逐日氣象觀測資料，包括平均氣溫、降水量及日照時數。選取主要作物春小麥物候期資料。

1.3 資料處理

24節氣反映了季節及氣候現象。由于節氣具體日一般出現在固定的3 d或2 d之間，為計算方便，在統計某一節氣內氣象要素時，節氣當日的具體日期為3 d的取中間日期為代表時間，日期為2 d的取最后1 d為代表時間[11]（表1）。如立春在2月3—5日，用2月4日代表立春節氣的當日時間；大寒在1月20—21日，即用1月21日代表大寒節氣的當日時間。同時，以立春、立夏、立秋、立冬4個節氣為臨界線把24節氣劃分為春季型節氣、夏季型節氣、秋季型節氣和冬季型節氣[9]。關于節氣的氣候平均值求法，因節氣的具體日子只出現在固定的3 d或2 d之中，因此用這2 d或3 d的日氣候平均值再求一次平均，就得到節氣的氣象要素氣候平均值[11]。如立春節氣平均氣溫則為2月3—5日的平均氣溫，大寒節氣平均氣溫則為1月20—21日的平均氣溫。

2 24節氣氣候變化事實

2.1 24節氣氣溫的氣候特征

2.1.1 各節氣平均氣溫的年際變化。

經分析，近31年沙坡頭區24節氣的平均氣溫呈單峰型準正態分布（圖1），這與李耀寧等[8]、馮斌等[11]的研究結果一致。小暑和大暑是全年最熱節氣，平均氣溫均為23.1 ℃，最熱的年份是2008年，在小暑節氣出現，平均氣溫為27.1 ℃；小寒為最冷節氣，平均氣溫為-7.3 ℃，大寒節氣的寒冷程度僅次于小寒，平均氣溫為-6.7 ℃，最冷的年份是1993年，出現在大寒節氣，平均氣溫為-19.2 ℃。

前15年（1985—1999年）和后16年（2000—2015年）各個節氣平均氣溫相比較（圖2），除了驚蟄、白露、冬至和小寒后16年比前15年平均氣溫偏低，大暑后16年和前15年平均氣溫相等外，其他19個節氣平均氣溫均為后16年高于前15年。說明隨著全球氣溫的變暖影響，后16年比前15年氣溫普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃。最熱和最冷的節氣前15年為大暑和大寒，后16年為小暑和小寒。

2.1.2 各節氣中的氣溫升降幅度和相鄰節氣的平均氣溫變量。

分析24節氣中氣溫隨時間的平均變化率（即一個節氣內平均每天氣溫的升降幅度）以及相鄰節氣的氣溫平均變量（即氣溫的節氣變量）發現，除有升降之別，升降幅度也有所不同（圖3）。24節氣中平均氣溫隨時間的變化趨勢呈單峰單谷型。升溫幅度最大值出現在春分，為0.25 ℃/d；降溫最大幅度出現在霜降，為-0.26 ℃/d。

相鄰節氣之間平均氣溫變量曲線也為單峰單谷型，與各節氣中平均氣溫隨時間的變化趨勢基本一致，單峰值略有差異。峰值出現在清明，變量達0.22 ℃，是上升最快的節氣；谷值出現在霜降，變量為-5.5 ℃，是氣溫下降最顯著的節氣。

2.2 關鍵物候節氣氣候變化特征

反映物候現象的節氣分別為驚蟄、清明、芒種和小暑，其中芒種與小暑反映作物成熟與收成，驚蟄與清明反映自然物候現象。這里將節氣平均氣溫看作是年份的一元線性回歸，采用最小二乘法估計線性趨向值，統計量為1985—2015年數據，通過0.01顯著性水平檢驗，相關系數|r|>0.2960時，認為節氣平均氣溫隨年份變化趨勢是顯著的，否則變化趨勢不顯著。

由圖4可見，芒種和小暑節氣平均氣溫隨年份呈顯著性升高（|r|遠遠大于相關系數0.296 0），而其他2個節氣變暖趨勢不明顯，趨于平緩。

3 春小麥物候期對24節氣氣候變化的響應

在全球變暖背景下，作物生育期氣候條件勢必也變化。春小麥物候階段主要分為播種、出苗、三葉、分蘗、拔節期、孕穗期、抽穗期、開花期、乳熟期、成熟期，全生育期主要經歷驚蟄～小暑9個節氣。

由表2可見，近31年沙坡頭區春小麥物候期均呈不同程度的提前趨勢，其中分蘗期前11年提前了6 d，后20年提前了4 d。這一事實與相關文獻研究一致[13]，即植物對變暖的響應表現為春季物候期提前。

營養生長期（播種—分蘗期）是作物生物量積累的階段；生殖生長期（拔節—成熟期）是抽穗、開花及結實并奪取高產的重要階段，生殖生長期延長，對后期灌漿、結實有利，能促進產量提高。從表2可見，春小麥營養生長期和生殖生長期均有不同程度的縮短趨勢，即營養生長期從62 d延長至64 d，生殖生長期從68 d縮短至64 d；且春小麥全生育期也呈現縮短趨勢。

總體來看，平均氣溫的變化對各物候期影響十分顯著，氣溫升高，加速了物候進程，縮短了全生育期。

4 小結與討論

（1）近31年來沙坡頭區24節氣的平均氣溫呈單峰型準正態分布，小暑和大暑是全年最熱節氣，平均氣溫均為23.1 ℃，小寒為最冷節氣，平均氣溫為-7.3 ℃。平均氣溫隨時間的變化趨勢呈單峰單谷型，升溫幅度最大值出現在春分，為0.25 ℃/d，降溫最大幅度出現在霜降，為-0.26 ℃/d。相鄰節氣之間平均氣溫變量曲線也為單峰單谷型，峰值出現在清明，變量達0.22 ℃，是上升最快的節氣，谷值出現在霜降，變量為-5.5 ℃，是氣溫下降最顯著的節氣。

（2）隨著全球氣溫的變暖，沙坡頭區后16年（2000—2015年）各個節氣平均氣溫比前15年（1985—1999年）氣溫普遍偏高，差值在0.2～3.3 ℃。

（3）驚蟄、清明、芒種和小暑4個反映物候現象的節氣中，芒種和小暑平均氣溫隨年份呈顯著性升高。

（4）總體來看，平均氣溫的變化對各物候期影響十分顯著，氣溫升高，加速了物候進程，春小麥營養生長期出現延長現象，生殖生長期出現縮短現象，其全生育期呈現縮短趨勢?；诖耍瑸檫m應24節氣氣候的變化，沙坡頭區在春小麥播期等農事制度上可以進行適時調整。

（5）沙坡頭區“24節氣”氣象要素的氣候變化特征將會在以后的氣象服務中發揮出科學的社會經濟效益，該研究對物候性節氣氣溫的分析結論只能為農業生產決策提供參考，農業生產和農事活動的調整還應考慮降水、日照、積溫、先進技術等綜合因素。隨著年代推移，需要不斷分析24節氣的氣候變化規律，不斷提高公共氣象服務的質量和水平，把我國傳統24節氣中氣象要素的氣候變化規律更好地運用到城區發展和建設中來。

參考文獻

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