荊門市高溫特征及其對中稻產量的影響

王 培，王選嵩，張新貝

(湖北省荊門市氣象局，湖北 荊門 448000)

《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》提出，與工業革命前相比人類活動已經造成全球溫升1.0℃左右，如果按照目前約0.2℃·10 a-1的溫升趨勢，在2030-2052年間全球溫升幅度可能達到1.5℃。在全球氣候變暖的背景下，中國氣溫也顯著升高，1951-2001年升高1.1℃，增溫速率達0.22℃·10 a-1[1～3]。近50 a來湖北氣候也發生了變化，年平均氣溫和最低氣溫上升明顯，夏季延長，冬季縮短，水稻適宜種植期延長，大部分地區水稻生長季氣溫日較差和水稻灌漿期日較差呈減少趨勢[4]。

荊門市地處亞熱帶，全市農用地面積占全市土地面積的77.9%，耕地面積387 397.94 hm2，以生產水稻(177 640 hm2)、小麥(63 850 hm2)為主，是全國著名的商品糧基地。由于地理位置和夏季副熱帶高壓影響，中稻在生長期遇持續高溫的頻率較大，高溫干旱成為荊門中稻主要氣象災害之一[5]。筆者通過研究荊門市60 a以來的高溫氣候變化特征，為荊門市中稻生產減輕高溫熱害影響提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

鐘祥站自1987年升級為基準站，2013年后變更為基本站，考慮到荊門站點數據的時間序列長度和資料的完整性，選取鐘祥站地面氣象觀測站逐日日最高氣溫和日平均氣溫觀測資料進行統計分析，資料年限為1960-2019年。中稻產量方面資料來源于武漢區域氣候中心，資料年限為1960-2017年；災情資料來源于荊門市民政局。

1.2 高溫標準

國內氣象上把日最高氣溫≥35℃定義為高溫。高溫初日定義為該年首次出現高溫日的當日，高溫終日定義為該年最后一次出現高溫日的當日。日最高氣溫≥35℃且持續3 d以上的高溫天氣過程定義為高溫熱浪[6]。將該年中發生高溫的最長的持續日數定義為該年的高溫最長持續日數[7]。

1.3 分析方法

采用線性傾向估計、回歸分析、氣候傾向率等方法，對荊門市高溫變化特征進行氣候統計分析。

2 高溫氣候變化特征

2.1 高溫初終日變化特征

荊門市高溫主要發生在夏季，大多從6月下旬開始、8月下旬結束(圖1)。60 a來荊門高溫初日整體呈提前趨勢，每10 a提前2.2 d。從年代際變化來看，20世紀60、70年代高溫初日出現相對較晚，多集中在7月；80年代高溫初日明顯提前，主要出現在5月和6月，1988年5月5日就出現了高溫；90年代初日又往后推遲，主要集中在7月；進入21世紀后高溫初日明顯提前了，多集中在6月。

從高溫終日逐年變化能夠看出，高溫終日總體表現為推遲趨勢，每10 a推遲3.2 d。從年代際變化特征看，20世紀60、70年代高溫多結束在8月下旬至9月上旬；80年代有所提前，多結束在7月下旬至8月中旬，1987年高溫在5月24日就結束了，高溫僅出現了一天；90年代以來高溫終日往后推遲較為明顯，高溫多結束在8月下旬至9月中旬，最晚結束的時間為10月3日(2019年)。

2.2 高溫日數變化特征

1960-2019年荊門高溫日數整體呈先減少后增加的趨勢(圖2)，年平均高溫日數為13.8d，年高溫日數最多為47d(2018年)。從年代變化特征看，20世紀60、70年代高溫日數波動幅度較大，高溫日數偏少；80年代高溫日數偏少極為明顯，年平均高溫日數僅為8.9 d；90年代后逐步增加，到2011年之后，荊門高溫事件頻繁發生，2018年突破了歷史極值。

2.3 高溫熱浪變化特征

1960-2019年荊門高溫熱浪頻次變化趨勢(圖3)與高溫日數變化趨勢基本一致，也是呈先減少后增加趨勢，年平均高溫熱浪發生頻次為1.9次，年頻次最多為7次(1961年)。從年代變化特征看，20世紀60年代年頻次與60年平均基本持平；70年代略偏少；80年代熱浪頻次偏少極為明顯，年平均高溫熱浪頻次僅為1.1次；90年代后逐步增加，2010年之后，高溫熱浪頻次增加較為明顯。

陳敏等人依據高溫持續的天數將高溫熱浪分為輕度、中度、重度3個級別，日最高氣溫≥35℃且持續3～4 d為輕度高溫熱浪事件，日最高氣溫≥35℃且持續5～7 d為中度高溫熱浪事件，日最高氣溫≥35℃且持續8 d以上為重度高溫熱浪事件[8-10]。60 a以來荊門輕度高溫熱浪共79次，呈增加趨勢(圖略)；中度高溫熱浪共出現27次，呈明顯減少趨勢；重度高溫熱浪事件共10次，呈明顯增加趨勢，2018、2019年均出現兩次重度高溫熱浪，這在荊門有氣象記錄以來還未出現過。

2.4 高溫最長持續日數變化特征

60 a來荊門高溫最長持續日數變化趨勢(圖4)與高溫日數變化和高溫熱浪頻次變化趨勢基本一致，也是呈先減少后增加趨勢，年平均高溫最長持續日數為4.7d，最長持續日數為19d(2019年)。從年代際變化來看，20世紀60-70年代高溫最長持續日數基本與年平均值持平；80年代年平均高溫最長持續日數降至3.5d；90年代至21世紀10年代前期緩慢上升，但仍在年平均值以下；到2013年之后，高溫最長持續日數增加顯著，不斷的刷新歷史記錄。

結合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5可以分析出，在年代際時間尺度上，荊門年平均氣溫、高溫終日、高溫日數、高溫熱浪頻次、高溫最長持續日數存在著顯著正相關。20世紀60-70年代年平均氣溫整體偏低，對應階段高溫結束較早、高溫日數偏少、高溫熱浪頻次少、最長持續日數基本持平；20世紀80年代年平均氣溫降至最低，對應的高溫結束最早、高溫日數最少、高溫熱浪頻次最少、最長持續日數最短；90年代之后，荊門年平均氣溫開始逐漸升高，2010-2018年平均氣溫達到最大值，對應階段高溫結束最晚、高溫日數最多、高溫熱浪頻次最多、最長持續日數最長[7]。近60 a來荊門年平均氣溫上升明顯(圖5)，以0.26℃·10a-1的速率增長，這說明在氣候持續變暖的背景下，高溫的頻率和強度可能會增加。

3 高溫對中稻產量的影響

圖6為荊門、鐘祥、京山氣象局觀測記錄的中稻的地段1 m2產量，從圖中可以看出中稻產量整體呈增加趨勢，從年代變化看，20世紀60年代至90年代產量呈增加趨勢，21世紀后呈減小趨勢；1972年、1980年、1991年、2003年三站均減產較為明顯。1972年荊門自6月11日就出現高溫天氣，高溫最長持續日9天(8月8-16日)，整個夏季6-8月多晴熱高溫少雨天氣，6月下旬至8月中旬為中稻返青、分蘗、拔節、孕穗、抽穗生長關鍵期，持續的高溫干旱造成了中稻嚴重減產。1980年5-8月荊門出現多次暴雨洪澇，總降雨量1 126.4 mm，與歷年同期相比偏多1倍，日最大降水量166.1 mm，出現在5月24日，多次暴雨過程造成全市大災，5-8月為中稻播種生長期受到極大影響。1991年6中旬至7上旬荊門共出現兩次次暴雨過程，日最大降水量118.7 mm，下旬24-28日中稻孕穗后期又出現持續高溫天氣，造成中稻減產。2003年7月22日出梅至8月中旬，荊門一直持續晴熱高溫，7月27至8月3日持續8天最高氣溫超過35℃，8月5-8日持續4 d超過35℃，日蒸發量超過10 mm，對處于抽穗揚花期的中稻極為不利；全市發生嚴重干旱災害，農作物受旱面積69 866.7 hm2，成災面積47 000 hm2，3 286.7 hm2農作物干枯絕收，全市因災直接經濟損失2 194萬元，其中農業損失1 887萬元。

分析1972年、1980年、1991年、2003年這四年減產的原因可以看出，持續的高溫干旱會造成荊門中稻急劇減產，損失嚴重。持續的高溫會使土壤溫度升高，造成中稻蒸騰耗水量和稻田蒸散量的增加，從而導致干旱缺水，高溫干旱復合脅迫降低了中稻的產量。此外，暴雨洪澇災害也是中稻減產的一大因素。

4 結論

(1)荊門市高溫主要發生在夏季，大多從6月下旬開始、8月下旬結束，60 a來高溫初日整體呈提前趨勢，每10 a提前2.2 d，高溫終日總體表現為推遲趨勢，每10 a推遲3.2 d。

(2)荊門年平均氣溫、高溫日數、高溫熱浪頻次、高溫最長持續日數均呈先減少后增加趨勢，從年代變化特征看，20世紀80年代，年平均氣溫、高溫日數、高溫熱浪頻次、高溫最長持續日數均達到最低值，2010-2019年間均達到最大值。荊門年平均氣溫、高溫終日、高溫日數、高溫熱浪頻次、高溫最長持續日數存在著顯著正相關。

(3)荊門市以輕度高溫熱浪為主，輕度高溫熱浪占總熱浪頻次的68.1%，呈增加趨勢；中度高溫熱浪占23.3%，呈明顯減少趨勢；重度高溫熱浪占8.6%，呈明顯增加趨勢，2018、2019年均出現兩次重度高溫熱浪。

(4)中稻生長期遭遇持續的高溫，會造成高溫干旱復合脅迫降低中稻產量，高溫持續時間越長對中稻危害越大；從研究荊門中稻減產原因發現，高溫不是影響產量的唯一因素，除了高溫，還受暴雨洪澇、連陰雨、病蟲害、栽培管理等因素影響[11]。