菏澤市氣候變化及主要農業(yè)氣象災害發(fā)生規(guī)律的研究

張翠英,樊獻政

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菏澤市氣候變化及主要農業(yè)氣象災害發(fā)生規(guī)律的研究

張翠英1,樊獻政2

1.山東省菏澤市氣象局, 山東 菏澤 274000 2. 山東建筑大學, 山東 濟南 250101

利用菏澤市1964~2014年溫度、降水、光照、相對濕度和當?shù)剞r業(yè)氣象災害指標，統(tǒng)計分析氣候變化及農業(yè)氣象災情出現(xiàn)的概率。結果表明：菏澤市冬季氣溫升高比較明顯，年降水量、秋季降水呈增多趨勢，春、夏初降水呈減少趨勢；相對濕度呈升高趨勢；日照時間呈減少趨勢。氣候變化使近20年主要農業(yè)氣象災害變化總體呈現(xiàn)減少趨勢，但10月份干旱發(fā)生次數(shù)較1990年以前有所增加，70%的年份出現(xiàn)干旱，嚴重影響秋播及冬小麥冬前生長；秋季連陰雨出現(xiàn)機率較1990年以前大，使秋作物貪青晚熟，從而影響冬小麥播種；近20年無霜期延長，終霜日提前及初霜日推遲，對菏澤市農業(yè)生產十分有利；干熱風、大風出現(xiàn)次數(shù)減少，對農業(yè)生產威脅減輕。

菏澤市; 氣候變化; 農業(yè)氣象; 災害

氣候變化會引起氣候資源和農業(yè)氣象災害的變化。有關研究表明，在過去100多年中全球氣溫約上升0.3~0.6 ℃[1]；中國20世紀80年代的平均氣溫比前30年平均高0.21 ℃[2-9]。研究證實近百年來由于自然和人類活動的共同影響造成全球氣候正經歷著一次以變暖為主要特征的顯著變化[10]。在全球氣候變暖的大趨勢下，近二十年來魯西南的氣候變化也是顯著的[11]，從菏澤市近幾年農業(yè)生產中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象也可以看出，氣候變化對本地的農業(yè)影響比較明顯[12-15]。隨著氣候的變化，農業(yè)氣象災害也隨之發(fā)生變化[16-21]，本文從魯西南近50年來的氣象資料分析最新的氣候變化趨勢及主要農業(yè)氣象災害變化的特征，對應當前多變的氣象災害、指導農業(yè)生產、做好防災減災、災害天氣對農業(yè)生產造成損失降到最低及為農業(yè)經濟發(fā)展都具有重要意義。

1 材料與方法

菏澤地處山東省西南部，選擇菏澤市9個縣（區(qū)）氣象站1964~2014年平均氣象資料，根據(jù)菏澤市災害性天氣氣候和農業(yè)氣象災害指標，分析菏澤市氣候變化特征及農業(yè)氣象災情出現(xiàn)的概率。

2 主要農業(yè)氣象災害及其標準

根據(jù)“菏澤市災害性天氣氣候”確定計算旱澇指標的近似值公式[22]。

式中O為旬旱澇指標近似值，為常年旬平均降水量，為常年旬平均蒸發(fā)量。

為防止各旬之間出現(xiàn)突然偏多或偏少的現(xiàn)象，將本旬與前后旬的標準近似值相加求平均為該旬的標準值1。

式中為旬降水量，1為旬的標準值。

根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，＜100%為旱，＞250%為澇，其余正常。

低溫連陰雨：春、秋季連續(xù)陰雨≥5 d，總雨量≥20 mm稱為春、秋季連陰雨型；日平均氣溫連續(xù)2 d＜10 ℃稱為春季低溫型。

干熱風：按中華人民共和國氣象行業(yè)干熱風標準[23]確定出現(xiàn)在5月中旬到6月上旬輕、重干熱風等級。

大風；全年瞬時風速大于等于17.0 m/s次數(shù)。

冰雹：4~9月菏澤市冰雹發(fā)生的次數(shù)。

霜凍：在植株生長季節(jié)里，夜間土壤和植株表面的溫度下降到0 ℃以下使植株體內水分形成冰晶，造成作物受害的短時間低溫凍害[24]。

3 結果與分析

3.1 氣候變化特征

對菏澤市氣溫、降水量、相對濕度及日照時數(shù)等進行分析，分時段統(tǒng)計1964~2014年氣候要素（表1）。

表 1 菏澤市1964~2014年氣候要素變化

由表1可見，年極端最低氣溫六十年代為零下13.0 ℃，近年已上升到零下10.2 ℃，年日較差由六十年代的10.9 ℃逐漸減少到近年的9.5 ℃，降水量、雨日及相對濕度均呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，但日照時數(shù)相對有所減少。

3.1.1 氣溫資料統(tǒng)計分析，菏澤市1964~1990年平均氣溫為13.7 ℃，而近年來的平均氣溫為14.4 ℃，平均氣溫比1990年以前升高了0.7 ℃，各月平均氣溫均比1964~1990年有不同程度的升高，其中冬季增溫較多，升溫最明顯的時段是2、3月份，月平均氣溫分別比1990年以前升高2.4 ℃和1.5 ℃。1964~1990年間菏澤市極端最低氣溫零下16.5 ℃、極端最高氣溫42.0 ℃，而近年來極端最低氣溫為零下１4.9 ℃，極端最高氣溫為41.1 ℃（表2）。

表 2 菏澤市1964~1990年和1991~2014年月平均氣溫（℃）

圖 1 菏澤市1964~2014年平均氣溫變化趨勢

圖1可見，菏澤市近50年來的平均氣溫呈不斷上升趨勢，平均每10年約增0.2 ℃。將1964~2014年平均氣溫與年份進行模擬，多項式回歸模擬效果最好，回歸方程為：=0.00072－2.8453+2813.1，氣溫與年份間的相關系數(shù)為0.5066***，達極顯著性檢驗。

3.1.2 降水菏澤市1964~1990年平均年降水量為617.5 mm，而1991~2014年平均年降水量為641.5 mm，呈明顯的增加趨勢。特別是2003年、2004年、2005年累計降水量達1004.9 mm、841.2 mm、834.6 mm，降水量的增多，年雨日天數(shù)也相對增加。

圖 2 菏澤市1964~2014年年降水量變化趨勢

由圖2可見，菏澤市近50年的年降水量呈明顯增加趨勢，其中年增率為1.73，平均每10年約增17.3 mm。1964~2014年年降水量與年份間的多項式回歸方程為：=0.25572－12.255+733.61。降水仍然是主要集中在夏季，但集中程度已不如1990年以前。

3.1.3 日照時數(shù)菏澤市1964~1990年平均日照時數(shù)為2465.7 h，1991~2014年平均日照時數(shù)為2253.9 h，減少211.8 h。月累計日照時數(shù)除4月份增加4.4 h以外，其余月均比1990年以前有不同程度減少，減少的幅度1~2月、10月及春季較小，12月、夏季和秋季（10月除外）較大，均在10%以上。

圖 3 菏澤市1964~2014年年日照時數(shù)變化趨勢

由圖3可見，菏澤市近50年的年日照時數(shù)與時間序列呈明顯的負相關，其相關系數(shù)為-0.6135，達到了極顯著檢驗，說明隨著時間推移，年累積日照時數(shù)逐漸減少。

3.1.4 相對濕度統(tǒng)計顯示，菏澤市1964~1990年平均年相對濕度為69%，1991~2014年的年平均相對濕度為70%，增加了1%。分析兩時段月增濕除1~3月相對濕度減少1~2%，其余各月均不同程度增加，其中5、6月增濕達4%。

圖 4 菏澤市1964~2014年年相對濕度變化趨勢

由圖4可見，1964~2014年平均相對濕度與年的多項式回歸方程為：=-0.00542+0.3104+66.436，平均每年相對濕度增加了0.5%。

3.2 主要氣象災害分析

氣候變化對農業(yè)生產的影響主要反映在農業(yè)氣象災害方面。根據(jù)“菏澤市災害性天氣氣候”分析1964~2014年菏澤市旱澇、低溫連陰雨、干熱風、大風、冰雹及霜凍等主要農業(yè)氣象災害發(fā)生機率及危害。

3.2.1 旱澇干旱是菏澤市發(fā)生頻繁、范圍廣、持續(xù)時間長的農業(yè)危害最重的氣象災害之一，平均每年受災面積占總耕地面積的28%，澇災的發(fā)生也給農業(yè)生產帶來很大的威脅。由“主要農業(yè)氣象災害及其標準”確定菏澤市1964~2014年各季旱澇災害出現(xiàn)次數(shù)(見表3)。

表 3 菏澤市1964~1990、1991~2014年各季旱澇出現(xiàn)次數(shù)(單位：次)

3.2.2 干旱由于入冬后，越冬作物土壤凍結，停止生長，干旱對農業(yè)生產基本無害，本文只討論菏澤市的春、夏、秋季，春播（4月）、秋播期（10月）旱情。

由表3可見，由于菏澤市近20年降水量呈明顯增加趨勢，旱災發(fā)生的機率明顯減小。但由于降水全年分布不均，4月份、春、夏季干旱發(fā)生次數(shù)較1990年以前偏少，秋季持平，但10月份干旱發(fā)生次數(shù)較1990年以前有所增加，秋播期間70%的年份出現(xiàn)干旱，嚴重影響秋播及冬小麥冬前生長。

干旱的頻繁發(fā)生嚴重影響了菏澤市的農業(yè)生產，使灌溉量和灌溉次數(shù)增加，從而增加農業(yè)生產的成本投入，同時也造成水源短缺。

3.2.3 澇災菏澤市澇災主要發(fā)生在夏、秋季，資料顯示1990年以前較為頻繁(見表3)，較重的澇災平均2年一遇，近年來范圍較大的澇災僅有2003年、2004年，平均10年一遇。由于近年降水量的增加，春、夏季發(fā)生澇災的機率增多，嚴重影響菏澤市的農業(yè)生產。如2003年夏季降水較常年偏多，秋季降水量多達296.1 mm，出現(xiàn)較重的秋澇災害，不僅使夏播作物成熟期推遲，還影響作物產量、秋收和秋播進度，菏澤市2003年晚茬麥較多，有的地塊秋季甚至無法播種，直接影響到冬小麥產量。

3.2.4 干熱風干熱風是冬小麥生育后期的一種高溫、低濕的農業(yè)氣象災害。菏澤市干熱風主要出現(xiàn)在5月中旬到6月上旬，危害冬小麥灌漿成熟，小麥受干熱風影響一般年份減產5~10%，嚴重年份減產20%以上[25]。根據(jù)氣象行業(yè)干熱風標準[23]確定輕、重干熱風等級。

表 4 干熱風等級標準及在菏澤市出現(xiàn)的天數(shù)

表4可見，1990年以前平均出現(xiàn)干熱風4.37 d/a，近20年來由于5月降水量較以前有所增加、風速的減小、高溫日數(shù)減少，出現(xiàn)干熱風的幾率明顯減輕，平均干熱風日數(shù)減少到出現(xiàn)1.24 d/a，重干熱風發(fā)生較少，干熱風危害程度較輕。干熱風出現(xiàn)天數(shù)逐年減少，有利于冬小麥增產。

3.2.5 大風大風是菏澤市災害性天氣之一，使植株倒伏折斷，土壤風蝕，墑情銳減，籽粒脫落，農作物嚴重減產，農業(yè)生產設備受損。菏澤市1990年以前大風（≥17.0 m·s-1）出現(xiàn)日數(shù)較多,平均每年出現(xiàn)16.1 d，最多年份達48 d(1969年)，其中春季出現(xiàn)大風的次數(shù)最多，占全年的45%，嚴重危害冬小麥及春播幼苗生長。統(tǒng)計分析近20年來，大風出現(xiàn)次數(shù)較以前明顯下降，但大風出現(xiàn)仍對農業(yè)生產產生威脅。

表 5 菏澤市1964~1990年和1991~2014年各月大風次數(shù)

3.2.6 低溫連陰雨低溫連陰雨是菏澤市溫暖季節(jié)出現(xiàn)的主要災害性天氣之一，它常導致棉花爛種，落蕾爛桃，影響玉米灌漿和大豆鼓粒，促使某些病繁殖蔓延。低溫連陰雨對農業(yè)生產的影響與它發(fā)生的季節(jié)、持續(xù)時間長短、強度等有密切關系，菏澤市常見的主要類型低溫連陰雨有春播期低溫連陰雨、秋季連陰雨。

表 6 菏澤市1964~1990年、1991~2014年低溫連陰雨及冰雹出現(xiàn)次數(shù)

（1）春播期低溫連陰雨菏澤市春播期一般在4月，如4月遇低溫連陰雨會影響春播作物的正常發(fā)芽和出苗，尤其棉花易造成爛種。春播期低溫連陰雨又分為連陰雨型和低溫型兩種類型，其指標見上述主要農業(yè)氣象災害及其標準。

根據(jù)氣象資料統(tǒng)計，1964~1990年春季菏澤市連陰雨型和低溫型分別出現(xiàn)5次、26次，而近二十年只出現(xiàn)2次、16次。雖然春播期低溫連陰雨逐漸減少，但由于它主要影響春播，對農業(yè)生產仍造成一定的影響。

（2）秋季連陰雨如果秋作物的灌漿成熟期和棉花吐絮期遇連陰雨天氣，會造成灌漿不足，貪青晚熟，甚至籽粒空癟，從而降低棉花品級，嚴重影響秋作物的產量。9~10月是菏澤市秋作物灌漿成熟期，此期遇連陰雨對產量影響較大。統(tǒng)計表明，1964~1990年出現(xiàn)18次，而近二十年出現(xiàn)17次，連陰雨出現(xiàn)機率較1990年以前大。玉米從開花到成熟時間越長，這個時期的積溫值越高，其產量就越高[26]。但如果長時間出現(xiàn)陰雨天氣，會導致玉米、棉花等秋作物貪青晚熟而使作物減產。如2003年、2011年，秋季連陰雨使玉米等作物貪青晚熟，產量降低，冬小麥播種延遲了半個月。

3.2.7 霜凍霜凍是指在一年溫暖時期里，土壤表面和植物表面的溫度下降到足以引起植物遭受傷害或者死亡的短時間低溫凍害[27]。由于大部分農作物在地面溫度降到0 ℃以下時會遭到不同程度的危害，通常以地面最低溫度降到0 ℃做為霜凍指標。春季最后一次晚霜出現(xiàn)的日期為終霜，秋末初冬第一次霜出現(xiàn)的日期為初霜[24]。統(tǒng)計分析，1964~1990年初霜期最早出現(xiàn)在10月8日，最晚出現(xiàn)在11月9日，平均初霜期為10月25日，而1990~2014年初霜期最早出現(xiàn)在10月19日，最晚出現(xiàn)在11月14日，平均初霜期為11月1日，比1990年以前出現(xiàn)晚7 d。1964~1990年終霜期最早出現(xiàn)在2月19日，最晚出現(xiàn)在5月4日，平均終霜期為3月30日，而1990~2014年終霜期最早出現(xiàn)在2月4日，最晚出現(xiàn)在4月26日，平均終霜期為3月23日，比1990年以前出現(xiàn)早7 d。菏澤市4月正值冬小麥拔節(jié)、孕穗期及早播春作物幼苗期，此時出現(xiàn)霜凍作物易受凍害，嚴重影響了作物產量。如2001年3月29日菏澤市出現(xiàn)霜凍，此時冬小麥正處于拔節(jié)期，62%的小麥受到霜凍的危害，出現(xiàn)莖桿軟化、呈水浸狀，另外部分果樹、蔬菜也受到不同程度的危害。菏澤市全年平均無霜期1990~2014年比1990年以前多6.5 d。由于菏澤市近20多年無霜期的延長，終霜日的提前和初霜日的推遲，對農業(yè)生產十分有利。

3.2.8 冰雹菏澤市平均每年因冰雹（包括同時出現(xiàn)的暴雨、大風等）受災面積42476 hm2,直接經濟損失達1.5×108元[28]。冰雹的產生是由于積雨云發(fā)展比較強烈，范圍多數(shù)不到20 km，但是移動速度可達50 km/h[29]，冰雹易受地形的影響。氣象記錄發(fā)現(xiàn)即使在平原地區(qū)較小的縣級范圍內，冰雹的分布也不一定均勻。4~9月是菏澤市冰雹易發(fā)生的時段，6~7月出現(xiàn)較多，危害嚴重，冰雹主要危害農作物和林木，嚴重時危害人和畜。菏澤市1964~1990年共發(fā)生冰雹37次(見表6)，平均每年發(fā)生1.37次，而1990~2014年出現(xiàn)15次，平均每年發(fā)生0.71次，近年來冰雹災害有減少趨勢，這對農業(yè)生產十分有利。

4 結論

菏澤市氣候變化有其自身的規(guī)律，近50年年平均氣溫呈升高趨勢并且氣溫升高主要在冬季[30]。年降水量呈增多趨勢，秋季降水呈增多趨勢，春、夏初降水呈減少趨勢。相對濕度呈增加趨勢，日照時間呈減少趨勢。

菏澤市氣候變化使近20年主要農業(yè)氣象災害變化總體呈現(xiàn)減少趨勢，干旱、洪澇、冰雹、大風、霜凍等災害的出現(xiàn)仍對菏澤市農業(yè)生產造成威脅。夏季澇災減輕有利于秋糧穩(wěn)產。但10月干旱發(fā)生次數(shù)較1990年以前有所增加，70%的年份出現(xiàn)了干旱，嚴重影響秋播及冬小麥冬前生長。秋季連陰雨出現(xiàn)機率較1990年以前大，使秋作物貪青晚熟，從而影響冬小麥播種。由于近20年無霜期的延長，終霜日的提前及初霜日的推遲，對菏澤市農業(yè)生產十分有利。干熱風、大風出現(xiàn)次數(shù)減少，對農業(yè)生產威脅減輕。

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Study on Occurrence Laws of Climate Changes and Main Agricultural Meteorological Disasters in Heze City

ZHANG Cui-ying1, FAN Xian-zheng2

1.274000,2.250101,

Using the statistics of temperature,precipitation, light, relative humidity and the agro-meteorological disaster indexes from 1964 to 2014 in Heze Shandong province, this paper statistically analyzes the probability of the appearance of climate changes and agro-meteorological disasters. We conclude the following results. The winter temperature increases more obviously. Annual precipitation and autumn precipitation tend to increases. The precipitation in the beginning of spring and summber tends to decrease. The relative humidity tends to rise. The sunshine duration tends to decreases. The climate changes causes the decrease of the major agro-meteorological disasters during the last 20 years .the number of the drought in October is more that that before 1990, and drought happens in 70% of the years. The drought heavily affects autumn sowing and the growth of the winter wheat before winter. The probability of autumn continuous rain is higher that that before 1990, which leads to later maturation of autumn crops and affects the sowing of winter wheat. During the last 20 years, the frost-free period is extended, the latest frost is advanced, and the first frost is delayed. All of them is helpful to the crops production. Due to the decrease of the dry-hot wind and high wind, the threat to the crops production is diminished.

Heze City; climate chagnes; agro-meteorology; disaster

S164

A

1000-2324(2019)01-0078-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.017

2017-07-12

2017-10-06

山東省氣象局預報員專項項目:菏澤市霜凍氣象災害風險區(qū)劃及預報技術研究(SDYBY2016-16)

張翠英(1972-),女,學士,高級工程師,主要從事農業(yè)氣象科技服務. E-mail:hezezcy@126.com