鄱陽湖植棉區近50多年來伏秋干旱發生特征的診斷與比較分析

楊柳++吳昊

摘要：以鄱陽湖植棉區北部的湖口縣和南部的鄱陽縣兩站點雨季結束日期與伏、秋干旱日數為研究對象，使用回歸分析、小波分析、M-K檢驗等方法，診斷分析鄱陽湖植棉區伏、秋干旱的發生與變化特征，比較干旱在該植棉區南北的分布變化差異。結果表明：①鄱陽湖植棉區雨季結束日期，北部代表站較南部偏遲2d并以2.2d/10a的氣候趨勢率推遲，推遲的突變北部明顯強于南部，兩站均無明顯主振蕩周期；②干旱日數，秋旱日數周期性振蕩為主要特點，其余趨勢特征均不顯著；③北部的湖口站雨季結束日期推遲的變化趨勢，對棉花開花結鈴等生殖生長不利，但有利于確保棉花植株在花鈴期前期搭成豐產架；④北部較南部明顯的伏旱日數不顯著的線性遞減趨勢，對于棉花調整生長發育節律，增強秋桃生長后勁具有積極作用的一面；⑤伏秋干旱日數變化對全球氣候變化的響應未達到突變水平，鄱陽湖植棉區棉花氣候資源的優勢依然明顯。

關鍵詞：鄱陽湖；植棉區；伏秋干旱；發生特征

中圖分類號：S161.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3143（2017）05-0017-07

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2017.05.004

0 引言

我國主要氣象災害中，旱災發生頻率最大，對農業的影響程度最高[1]。長江流域棉區是中國的三大棉區之一[2]，伏秋干旱是長江流域棉區棉花旱災的主要類型[3]。國家優勢產棉集中區—鄱陽湖植棉區，是長江流域棉區的重要組成部分[4-5]。鄱陽湖植棉區是江西省最大的一片重旱區，干旱指數較高[6-8]。有研究表明，“小旱年年有，大旱隔三五”是江西省干旱真實的寫照[8-9]。研究發現，伏秋期持續20天高溫無降水天氣，棉地30 cm以上土層土壤濕度變化率可達50%，5～40 cm土層相對土壤濕度平均在65%以下[10]；而棉花花鈴期田間相對土壤濕度在50%～55%時，單株成鈴數顯著下降，單鈴重略有下降，最終籽棉產量顯著下降[11]。

借鑒前人經驗，以雨季結束日期與伏、秋干旱日數以及棉花產量品質結構因素為研究對象，分析伏、秋干旱時間分布的變化特征，比較分析植棉區南北干旱災害差異，旨在剖析全球氣候變化背景下鄱陽湖植棉區伏秋期的氣候變化特征，更好地指導當地棉花生產趨利避害，促進棉花產業轉型升級與合理布局。

1 材料與方法

1.1 資料來源

本文使用江西省氣象檔案館提供的氣象觀測資料。氣象資料時間序列為1959～2016年，站點為位于鄱陽湖植棉區南部的鄱陽站與北部的湖口站。

雨季結束日期：4～6月份是長江鄱陽湖流域的主汛期，此后隨著副熱帶高壓加強西伸，雨帶北抬，雨季隨之結束，進入高溫少雨期。本研究將汛期最后一次明顯降水過程的結束日期定為雨季結束日期。

采用時間序列分析法，量化分析建立起止日期序列：將1月1日記為每年第一天，賦予數值1，1月2日記為第二天，賦予數值2，依此類推，將每年從1至365或366（閏年）賦值，建立1959～2016年雨季結束日期的時間序列。

伏旱標準：雨季結束至8月10日，日降水量<10.0 mm且過程降水量<20.0 mm的持續天數≥20 d；秋旱標準：8月11日至10月10日，日降水量<10.0 mm且過程降水量<20.0 mm的持續天數≥20 d。持續日數20～29 天為輕旱，30～59 天為中旱，≥60 天為重旱。

1.2 研究方法

以雨季結束日期與伏、秋干旱日數為研究對象，使用回歸分析方法，分析研究對象年變化的線性趨勢特征，相關系數的顯著水平p稱為“氣候線性變化趨勢傾向顯著水平”；把擬合線斜率b稱為“趨勢傾向率”，把b×10表示某氣象要素每10個年的氣候傾向率[9]；使用小波分析（Wave 子波30 個年對稱延伸法）方法，分析研究對象的周期性變化特征，通過各尺度周期的方差貢獻，篩選出主振蕩周期[10-13]；使用M-K檢驗方法，診斷分析研究對象時間序列的突變性表現[14]。

2 結果與分析

2.1 線性變化特征

2.1.1 雨季結束日期時間分布

圖1給出了鄱陽、湖口兩站1959～2016年雨季結束日期的時間序列。分析可知，近58個年鄱陽、湖口兩站雨季結束平均日期分別為7月7日和7月9日，最早分別為6月15日和6月16日，最晚分別為8月1日和8月2日，最晚對應年分別為1961年和1998年。植棉區南部較北部雨季結束日期平均偏早2 d。

回歸分析結果表明，雨季結束日期時間序列線性變化趨勢，鄱陽站不顯著推遲，湖口站顯著推遲；鄱陽和湖口兩點的趨勢傾向顯著水平分別為0.60與0.03，氣候傾向率分別每10個年推遲0.5 天和2.2 天。

2.1.2 干旱日數時間序列

圖2給出了該植棉區伏秋干旱日數時間序列分布及其線性擬合圖。分析可知：1959～2016年伏旱或伏秋連旱，湖口站出現了30年次，鄱陽站出現了34年次，發生概率約為0.5～0.6；6月份開始出現持續干旱天氣的年份，湖口站占21%，鄱陽站占16%。近58個年伏旱或伏秋連旱日數年變化，湖口站呈較不顯著的遞減趨勢，鄱陽站呈極不顯著的遞增趨勢。

1959～2016年秋旱年（不含伏秋連旱）的發生概率，湖口站為0.76，鄱陽站為0.78；其中8月份出現秋旱的年份，湖口、鄱陽分別為27個年和28個年，概率均接近0.5。秋旱日數近58個年兩站均呈不顯著的線性遞減趨勢。

近58年伏、秋期間的有旱年，湖口站、鄱陽站分別為52個年和51個年，概率均約為0.9，干旱總日數年變化，湖口站呈較顯著的遞增趨勢，每10個年增加3.7天，鄱陽站呈不顯著的線性遞減趨勢，每10個年減少1.4天。

近58個年，湖口、鄱陽兩個代表站中等程度以上干旱的發生年份數分別為30年和32年，其中，重旱發生年份湖口、鄱陽分別為3個年份（1964、1966、1978年）和1個年份（2013年），中旱發生年份湖口、鄱陽分別為27個年份和31個年份，概率分別為0.47和0.53。endprint

2.2 周期性變化特征

使用Wave子波30個年對稱延伸法，對鄱陽、湖口兩站的雨季結束日期時間序列、伏（秋）干旱日數時間序列、干旱總日數時間序列等要素進行小波分析，得到的各尺度周期的小波方差分布，如圖3。分析可知，秋旱日數時間變化，湖口站存在顯著的14～15個年的主振蕩周期，鄱陽站存在尺度為3個年的主周期以及尺度為12個年和14個年的次周期；而雨季結束日期、伏旱日數、干旱總日數時間序列，各代表站周期性變化特征均不顯著。

圖4給出了湖口站1959～2016年秋旱日數時間序列小波分析圖。分析可知，湖口站尺度為15個年的主振蕩周期近58年均表現明顯，且2010年以來尺度為7個年的振蕩周期較為明顯；鄱陽站尺度為3個年主周期及12個年和14個年的次周期均表現明顯。

2.3 突變性趨勢特征

圖5給出了1959～2016年湖口、鄱陽2站雨季結束日期與伏旱、秋旱日數及干旱總日數時間序列M-K檢驗分析圖。分析可知：雨季結束日期突變點湖口、鄱陽分別出現在1965年和1962年，湖口站20世紀90年代中期以來一直為持續的推遲突變期，而鄱陽站的推遲突變期只是零星地出現在20世紀60年代末、70年代中期以及90年代末，21世紀以來鄱陽站推遲變化趨勢的幅度在減小。

伏旱與伏秋連旱日數、秋旱日數以及干旱總日數時間序列，湖口、鄱陽均沒有出現突變現象。

3 討論

本研究就湖口縣農業氣象觀測點1994～ 2012年棉花產量品質結構要素，與同年雨季結束日期、伏秋干旱日數等樣本序列進行了回歸分析，試圖揭示其相關性。但結果表明，相關性顯著水平均較低。這可能與干旱發生時期、持續時間年際變化大，而水分脅迫的程度、持續的時間、植株的生育階段和在缺水開始時結實器官所達到的發育階段不同，對最終產量品質的影響程度存在很大差異有關[2，12]，棉花盛花期土壤干旱導致的減產最為嚴重，盛蕾期和初花期次之，盛鈴期至始絮期相對較輕[2]。

4 結論

鄱陽湖植棉區雨季結束日期多年平均為7月上旬后期，北部代表站較南部代表站偏遲2天并呈顯著的推遲趨勢，每10個年推遲2.2天，但2個代表站均無明顯主振蕩周期，均有推遲的突變現象，且南部的鄱陽站突變期呈點狀，北部的湖口站近20個年為持續突變期。

干旱日數，北部的湖口站主要以總日數顯著遞減、秋旱日數周期性振蕩為主要特點，南部的鄱陽站則以秋旱日數周期性振蕩為主要特點。此外，伏旱日數不顯著線性遞減的趨勢湖口站較鄱陽站明顯。

鄱陽湖植棉區棉花7月上、中旬進入開花普遍期，雨季結束日期推遲的變化趨勢，對棉花開花結鈴等生殖生長不利，但有利于補充前期的營養生長不足，確保棉花植株在花鈴期前期搭成豐產架；北部較南部明顯的伏旱日數不顯著的線性遞減趨勢，對于棉花調整生長發育節律，增強秋桃生長和棉花后勁具有積極的作用。

參考文獻

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