黃河金三角地區近45 a 氣溫變化及其對農業生產的影響

裴秀苗，王志偉，范志宣，周運麗，裴昭萌

（1.山西省運城市氣象局，山西運城044000；2.山西省氣候中心，山西太原030006；3.山西省鹽湖區氣象局，山西運城044000）

隨著大氣中CO2等溫室氣體濃度的不斷增加，全球氣候變暖已成為國際社會關注的重大問題[1-5]。據世界氣象組織宣布，2000—2010 年溫度變化是有氣象記錄以來歷史上最溫暖的10 a，全球變暖已成不爭的事實[6]。氣候變暖不僅直接導致農作物的生長環境發生變化，同時也會間接導致其他類型的氣候變化，從而影響農作物的生長[7-8]。氣候變暖給農業生產帶來的影響是多方位、多尺度、多層次的，氣候系統帶來的負面效應更加受到社會和科學界廣泛的關注[9]，國內外眾多學者就氣候變暖以及由此給農業生產帶來的影響展開了大量研究，并取得了卓越的成績[10-28]。李曉鶴等[29]分析了天水市1964—2013 年熱量資源變化及其對農業生產的影響，指出氣候變暖對農作物生長發育產生了較大影響，喜溫作物和越冬作物種植面積擴大，種植區北界向北擴展；春播作物玉米播種期提前，生殖生長期延長；越冬作物冬小麥推遲播種，春季提前返青，全生育期縮短；馬榮[30]研究了和田市近30 a 來氣溫的變化及其對農業的影響，指出氣候變暖使作物生長期延長，冬季氣候變暖，溫度偏高，有利于作物的越冬，但秋季溫度較低，影響棉花生長。同時由于氣溫升高，降低了病蟲的死亡率,使病蟲數量上升，容易造成病蟲害，增大了病蟲害防治難度；盧冬梅等[31]分析了江西近40 a 溫度變化及其對農業生產的影響，指出夏季降溫減少了高溫對農業生產的影響，而冬季升溫則有利于冬季作物及果樹的生長和安全越冬。但在冬季增溫和夏季變涼的背景下,冬季凍害和夏季高溫仍有發生；劉云鵬[32]對宜昌近40 a 來溫度變化分析指出，積溫減少，夏季低溫冷害日漸突出，對農業生產特別是糧食生產已構成嚴重威脅。目前已有的研究結果表明，氣候變暖對農業生產利弊并存，但負面影響大于正面影響。

黃河金三角地區位于黃河中游，覆蓋晉、陜、豫三地，處于我國中、西部地區結合帶的省際交匯區，通華北、連西北、接中原，承東啟西、貫通南北，通過20 余年來不間斷的經濟合作與社會、資源整合，正在形成一個日臻成熟的經濟社會發展平臺，它所展示的區域互動效應和區域焊接功能為我國現階段“以東帶西、東中西共同發展”的戰略布局提供了極具可操作性的現實價值，那么這個地區的氣溫變化有什么特點呢？氣溫的變化對農業生產的影響又是怎樣的呢？由于受行政邊界分割的影響，關于這個地區氣候方面的研究還未見報道，因此，很有必要對該地區的氣溫變化進行分析。

本研究利用氣候傾向率、距平及累積距平等方法，對黃河金三角地區1971—2015 年氣溫資料進行分析，并用Mann-Kendall 突變檢驗法和累積距平檢驗氣溫突變，研究其變化規律及由此而引起的對農業生產的影響，以期能夠為該地區農業穩步發展起到參考作用。

1 材料和方法

1.1 資料來源

本研究基于黃河金三角地區4 個市45 個代表氣象站點1971—2015 年的日平均氣溫、最高（低）溫度資料，包括山西臨汾17 個站、山西運城13 個站、陜西渭南11 個站、河南三門峽4 個站（三門峽的湖濱區和義馬市沒有氣象站點），資料來源于中國氣象數據網（http：//data.cma.cn）。季節劃分標準為：春季 3—5 月、夏季 6—8 月、秋季 9—11 月、冬季為12 月至第2 年2 月。

1.2 研究方法

本研究以日資料為基礎，計算月、四季和年平均氣溫、最高（低）溫度序列，然后進行距平化處理，得到年、季距平和累積距平序列。采用氣候傾向率和距平法分析春季、夏季、秋季、冬季以及年氣溫、最高（低）溫度變化趨勢，用Mann-Kendall 突變檢驗法檢驗各季和年氣溫的突變，判斷可能發生突變的年份，結合累積距平法判斷氣溫突變點。

2 結果與分析

2.1 氣溫變化分析

2.1.1 年、季平均氣溫變化特征 1971—2015 年黃河金三角地區年平均氣溫為12.4 ℃，范圍在11.1～13.7 ℃，從圖1 的線性擬合趨勢可以看出，該地區年平均氣溫呈增溫趨勢，氣候傾向率為0.286 ℃/10 a。1971—1993 年年氣溫距平整體為負，1994 年以后年氣溫距平整體為正，期間僅在2003、2011、2012 年出現負距平。可見，20 世紀80 年代至90 年代前期是該地區偏冷期，之后進入偏暖期。

從表1 可以看出，各季氣溫變化趨勢與年一致，呈增溫趨勢，春季增溫最明顯，氣候傾向率為0.44 ℃/10 a，其次是冬季，氣候傾向率為 0.36 ℃/10 a，夏季增溫最不明顯，氣候傾向率為0.11 ℃/10 a，秋季氣候傾向率為0.22 ℃/10 a。春、夏、秋季在20 世紀80 年代氣溫最低，春、秋季在90 年代之后持續增溫，90 年代增溫明顯；夏季在90 年代之后氣溫在波動中穩定，各年代際平均值穩定在24.7 ℃；而冬季氣溫呈持續增溫趨勢，90 年代增溫最明顯（圖 2）。

表1 黃河金三角近45 a 氣溫年代際變化 ℃

21 世紀以來，年、春、夏、冬季的平均氣溫穩定，秋季繼續增高。總的來說，氣溫呈增溫趨勢，與其他地區不同的是，在氣候變暖中春季氣溫的變暖貢獻最大（多數地區是冬季貢獻最大）。

2.1.2 最冷月（1 月）和最熱月（7 月）平均氣溫變化特征 1971—2015 年黃河金三角地區最冷月平均氣溫呈增溫趨勢，氣候傾向率為0.24 ℃/10 a，年代際間持續增高；最熱月平均氣溫呈波動增溫趨勢，氣候傾向率為0.21 ℃/10 a。最熱月平均氣溫20 世紀90 年代增溫非常明顯，比80 年代升高了1.0 ℃，2010—2011 年略有下降，2011 年以后再次增高（圖 3）。

2.1.3 年平均最高（低）氣溫變化特征 從圖4 和表2、3 可以看出，年平均最高、最低氣溫均呈增溫趨勢，氣候傾向率分別為0.366、0.372 ℃/10 a，增溫幅度均大于年平均氣溫；20 世紀80 年代最高氣溫最低，90 年代增溫明顯，2011 年以后，年最高平均氣溫有所下降；而最低氣溫呈穩步增溫趨勢。

表2 黃河金三角近45 a 平均最高氣溫年代際變化℃

表3 黃河金三角近45 a 最低氣溫年代際變化 ℃

2.2 氣溫突變分析

采用Mann-Kendall 檢驗和累積距平法對黃河金三角地區近45 a 各季和年平均氣溫時間序列進行突變檢驗，分析結果見圖5。由圖5-a 可知，年平均氣溫的UF 曲線在1973—1982 年和1995—2015 年整體上為正，表明氣溫呈增溫趨勢，且在2001—2015 年超過α＝0.05 顯著水平線，表明呈顯著增溫趨勢；1983—1994 年整體為負，表明該階段氣溫呈下降趨勢。在臨界線（給定顯著水平α＝0.05，則U0.05＝±1.96）內 UF 和 UK 在 1996 年相交。由累積距平分析結果（圖5-b）可知，1993 年之前累積距平呈下降趨勢，1996 年之后呈上升趨勢，說明年平均氣溫經歷了從下降到上升的過程，突變發生在1993—1996 年。綜合2 種檢驗方法判斷黃河金三角年平均氣溫在1996 年發生了突變。

根據Mann-Kendall 檢驗和累積距平法，春季氣溫在1996 年發生了突變，夏季氣溫突變點在1993 年，秋季氣溫在1997—1998 年發生了突變，冬季突變點在1986 年前后。

2.3 氣溫地域分布特征

從各地氣溫變化趨勢可以看出，黃河金三角地區內4 個市年平均氣溫都呈增溫趨勢，但增溫趨勢各不相同，由南到北增溫趨勢逐漸增加，其中，臨汾市增溫最明顯，氣候傾向率為0.352 ℃/10 a，其次是渭南，氣候傾向率為0.207 ℃/10 a，運城和三門峽接近，氣候傾向率分別為0.128、0.127 ℃/10 a。

從各縣（市、區）氣候傾向率（圖6）來看，臨猗和芮城為負，其余各地均為正，表明1971—2015 年黃河金三角地區內除臨猗和芮城氣溫呈降溫趨勢外，其余各縣（市、區）的氣溫均呈增溫趨勢。氣候傾向率較大的區域在臨汾市，堯都區、鄉寧和吉縣的氣候傾向率＞0.4 ℃/10 a，分別為 0.452、0.443、0.401 ℃/10 a，臨汾市的永和、隰縣、汾西、古縣、翼城、襄汾、曲沃以及運城市北部的新絳、稷山、萬榮氣候傾向率在0.3～0.4 ℃/10 a。另外，運城南部的平陸和渭南南部的臨潼區氣候傾向率也在0.3～0.4 ℃/10 a，其余各地氣候傾向率在0.3 ℃/10 a以下。

2.4 氣溫變化對農業生產的影響

黃河金三角地區是一個農業大區，主產冬小麥、玉米、大豆、經濟林果、藥材等，農產品豐富，但這里是雨養農業區，農業生產還未擺脫靠天吃飯的命運。隨著氣候變暖，干旱、雨澇等極端氣候事件頻發，農業生產受到很大影響。氣溫增暖，無霜期延長，農作物生育期延長；冬末春初氣溫回升快，農作物生育期提前，增大了后期遭遇晚霜凍的風險；氣候變暖使雜草大量蔓延，并加快了病蟲害生長發育的速度，增加農藥用量，提高農業成本；氣候變暖使得高溫日數增多，增大了蘋果高溫灼傷的風險，降低了果品品質。

2.4.1 冬末早春氣溫回升快 黃河金三角地區4 月份平均氣溫為13.9 ℃，比3 月份的7.0 ℃升高了6.9 ℃，比2 月份的1.3 ℃升高了12.6 ℃。冬末早春氣溫回升快，作物生育期提前，后期抗寒能力減弱，春季晚霜凍風險提高。2007 年3 月下旬，運城市持續回暖，氣溫偏高。然而4 月2、3 日該市氣溫驟降，最大降溫幅度達15 ℃，最低地表溫度降至-6 ℃，出現了罕見的霜凍災害，致使全市13 個縣、市、區農作物不同程度受凍，林果業損失慘重。在受災的農作物中，桃、杏、李、梨等正處于開花授粉期，損失最為嚴重。2018 年3 月份，黃河金三角地區平均氣溫為11.4 ℃，比歷年同期偏高3.7～4.2 ℃，氣溫異常偏高導致作物生育期提前，大部分地區小麥拔節期提前6～8 d，各種果類的花期均較往年提前4～10 d，至4 月上旬，杏、桃、梨已過盛花期，蘋果處于盛花期。4 月7 日，我國北方地區出現大范圍霜凍天氣，黃河金三角地區處于此次霜凍受災區內，已經拔節的冬小麥和各種果類普遍受凍，損失非常嚴重。

2.4.2 夏季氣溫升高，伏旱頻繁發生 夏季氣溫呈增溫趨勢，氣候傾向率為0.11 ℃/10 a，降水則呈減少趨勢，有利于夏糧的收獲、晾曬，但也使得伏旱發生頻率提高，嚴重影響秋糧生長發育。近年來，由于惠農政策的落實和農業技術措施的不斷提高，使得農業生產的總體水平也在不斷提高，但糧食和經濟林果的產量常常出現明顯的波動，這與氣候因子的變化密切相關。夏季高溫不利于經濟林果的生長發育和幼果膨大，對蘋果著色也有一定的負面影響。7 月份氣溫呈現增暖趨勢，高溫日數增多，受其影響蘋果果面灼傷概率增大,影響果品品質。1997 年6—7 月，華北地區出現了新中國成立以來罕見的特大干旱酷熱天氣，黃河金三角地區6 月平均氣溫25.1 ℃，比歷年同期（24.0 ℃）偏高 1.1 ℃；7 月平均氣溫 27.2 ℃，比歷年同期（25.5 ℃）偏高 1.7 ℃，是1971—2015 年最高值，對農林業造成嚴重的損失。2018 年7 月16 日至8 月20 日，該地區持續無有效降水，伏旱嚴重，≥35 ℃高溫日數（一天中有一縣達35 ℃則記為一個高溫日）達30～50 d，其中，運城市多達50 d，從秋季田間調查情況來看，該地區各地蘋果都有灼傷現象，以運城市果面灼傷最為嚴重。

2.4.3 冬季氣溫升高，蟲卵安全越冬 黃河金三角地區冬季氣溫變暖，為冬季種植反季節蔬菜提供了充足的熱量條件，但也給病菌存活和害蟲越冬提供了有利條件，大量蟲卵蛹、病菌越冬死亡率降低，病蟲數量增加，容易引發來年病蟲害蔓延，增大了病蟲害防治難度，增加了農業投入。據調查，冬季偏暖的年份，來年春季遇雨，病蟲害往往高發。

3 結論與討論

黃河金三角地區年平均氣溫呈顯著增溫趨勢，氣候傾向率為0.286 ℃/10 a，各季平均氣溫也呈增溫趨勢，春季增溫最明顯，其次是冬季，夏季增溫最少。最冷月（1 月）的月平均氣溫持續增高，最熱月（7 月）平均氣溫20 世紀80 年代較低，90 年代比80 年代增高了 1.0 ℃，2010—2011 年略有下降，2011 年以后再次增高。

與全球的氣溫變化趨勢不同的是，20 世紀80 年代是全球性氣候變暖最顯著的10 a，而該地區則是相對較冷的時期，年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫都處于低值區，90 年代增溫明顯，2011 年以后氣溫相對穩定在較高水平。

1971—2015 年黃河金三角地區各季和年平均氣溫均發生了增溫突變，年和春季氣溫的突變點出現在1996 年，夏季出現在1993 年，秋季在1997—1998 年，冬季在 1986 年。

黃河金三角地區內4 個市年平均氣溫都呈增溫趨勢，但增溫幅度各不相同，其中，臨汾市增溫最明顯，其次是渭南，運城和三門峽接近。研究區內臨猗和芮城縣氣溫呈下降趨勢，其余各縣（市、區）均呈增溫趨勢，但增溫程度不同，增溫幅度較大的縣（市、區）集中在臨汾和運城市北部。

由于全球氣候變暖，未來氣候對農業生產的影響利弊并存。冬季增溫，有利于反季節蔬菜的種植，但也給病蟲卵蛹的越冬提供了有利條件；夏季增溫雖然有利于夏糧的收獲和晾曬，但使得夏旱發生概率增大，同時也給秋糧和經濟林果的生長帶來不利；冬末初春氣溫回升快，導致農作物生育期提前，抵御晚霜凍的能力減弱。