晉陜豫黃河金三角地區近45 年氣候變化及其對農業生產影響

裴秀苗，李娜，范志宣，周運麗

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

氣候變暖是客觀事實，也是必然趨勢，近期內難以扭轉[1]，21 世紀氣候變化趨勢預測表明，中國氣候將繼續變暖，尤以北方冬半年最為明顯[2-3]。氣候變化和自然災害之間存在著密切的聯系，氣候變化，特別是氣候變暖可直接引起水資源短缺，給農業生產、生態安全帶來威脅[4]。農業作為弱勢產業，是對氣候變化最為敏感的部門之一，氣候變化對中國農業所產生的影響有利有弊，并以負面影響為主[5-8]。在氣候變暖的背景下，干旱、洪澇等極端天氣氣候事件頻發，必然加大農業生產的風險性和糧食安全的不確定性。

中國氣象局《中國氣候變化監測公報（2013）》指出，近百年來，中國的地表平均氣溫升高0.5～0.8 ℃，平均年降水量表現出顯著的年際和年代際變化特征，無明顯線性變化趨勢[9]。

隨著氣候變暖，極端氣候事件增加，無論是傳統農業還是新興農業都受到或利或弊的影響。近年來，氣象學者在氣候變化及其對農業生產的影響方面開展了大量的研究工作[10-34]，取得了卓越的成效。那么，在全球氣候變暖的大背景下，地處中國東、西部地區結合帶的晉陜豫黃河金三角地區氣候是怎樣變化的？對農業生產有著怎樣的影響？目前還沒有關于這方面的報道。本文在大量參考相關專家的研究、綜合評估以及多種處理方法的基礎上，確定利用氣候傾向率的方法，對光溫水氣候資料進行分析，研究其變化規律以及對農業生產的影響，以期能夠為該地區農業持續發展提供指導作用。

1 資料來源與研究方法

1.1 研究區概況

晉陜豫黃河金三角地區位于黃河中游，跨越河南、山西和陜西3 個省4 個市47 個縣（市、區），總面積5.78 萬km2，擁有1 686.84 萬人口，地處東經109°5′—111°19′、北緯34°76′—36°08′，處于東、西部地區結合帶的省際交匯區，屬暖溫帶半干旱季風氣候區，受副熱帶高壓和西風環流交替控制，四季分明，雨量適宜，光照充足，且雨熱同季。該地區年平均氣溫12.4 ℃，年降水量為533.5 mm，年日照時數2 245.8 h。夏季降水最多，占年總降水量的50.3%。7 月最熱且降水最多，1 月最冷且降水最少。

1.2 研究方法

本文以晉陜豫黃河金三角地區4 個市45 個氣象代表站1971—2015 年的年、季、月氣溫，最高（最低）氣溫，降水量，日照時數，積溫等資料為研究對象，采用氣候傾向率的方法對其進行趨勢分析，研究其氣候變化特征。

氣象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12 月至翌年2 月。

2 結果與分析

2.1 熱量條件變化及對農業生產的影響

2.1.1 氣溫變化及對農業生產的影響

近45 年來晉陜豫黃河金三角地區年、季平均氣溫變化曲線如圖1 所示，從中可以看出，年平均氣溫為12.4 ℃，年平均氣溫、年平均最高（低）氣溫均呈增溫趨勢，氣候傾向率分別為0.286 ℃/10 年、0.366 ℃/10 年和0.372 ℃/10 年；各季氣溫也呈增溫趨勢，春季增溫最明顯，氣候傾向率為0.441 ℃/10 年，其次是冬季，氣候傾向率為0.366 ℃/10 年，夏季增溫最小，氣候傾向率為0.109 ℃/10 年，秋季為0.222 ℃/10 年。區別于其他地區的是，春季氣溫的變暖對該地區氣候變暖貢獻最大（多數地區是冬季貢獻最大）。春季氣溫升高，越冬作物返青期、春播作物播種期提前，后期抗寒能力減弱，晚霜凍風險等級提高。年平均最高氣溫和夏季溫度升高，高溫日數和最高氣溫呈增加（升高）趨勢，受其影響，蘋果果面受高溫日灼危害概率增大，2018 年和2019年高溫日灼現象均較嚴重。調查發現，夏季高溫容易影響果芽分化，導致翌年畸形果增加，降低果品品質。冬季氣溫變暖，設施農業保暖成本降低，有利于溫室、大棚、地膜等保護地蔬菜的生產，為種植反季節蔬菜提供了充足的熱量條件；但冬季氣溫變暖也給病菌存活和害蟲卵越冬提供了有利條件，越冬死亡率降低，容易引發來年病蟲害蔓延，增大了病蟲害防治難度，加大了農業投入。

圖1 年、季平均氣溫變化曲線

對研究區內4 個市的氣溫分別進行分析，均呈增溫趨勢，其中臨汾市增溫最明顯，氣候傾向率為0.352 ℃/10 年，其次是渭南，氣候傾向率為0.207 ℃/10 年，運城和三門峽接近，氣候傾向率分別為0.128 ℃/10 年和0.127 ℃/10 年。各縣（市、區）氣溫變化趨勢中（圖略），臨猗和芮城為負，其余各地均為正，表明1971—2015 年間晉陜豫黃河金三角地區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，其中臨汾市的堯都區、鄉寧和吉縣增溫最明顯，氣候傾向率大于0.4 ℃/10 年，臨汾市的永和、隰縣、汾西、古縣、翼城、襄汾、曲沃，運城市的新絳、稷山、萬榮、平陸以及渭南南部的渭南氣候傾向率在0.3～0.4 ℃/10 年之間，其余各地氣候傾向率在0.3 ℃/10 年以下。可見該地區增溫趨勢由南向北南遞增，有利于喜溫作物種植北界的北移[34]。

2.1.2 積溫變化及對農業生產的影響

0 ℃是一切高等生物生命活動的起始溫度[35]，在農業上通常將日平均氣溫穩定通過0 ℃之間的日期定義為適宜農耕期，≥0 ℃積溫是一個地區熱量資源的重要指標，而當日平均氣溫穩定通過5 ℃時，多數樹木開始生長。45 年間≥0 ℃積溫和≥5 ℃積溫如圖2 所示，從中可以看出，二者均呈增溫趨勢，氣候傾向率分別為81.281 ℃/年和78.806 ℃/年。積溫的增加，表明作物生長期內熱量條件增加，生長期延長，喜溫作物的適宜種植區擴大，種植北界北移。

圖2 ≥0 ℃積溫和≥5 ℃積溫

2.2 降水量變化及其對農業生產的影響

近45 年來，晉陜豫黃河金三角地區年、季降水量變化曲線如圖3 所示，從中可以看出，年平均降水量為533.5 mm，呈波動中緩慢減少趨勢，氣候傾向率為6.69 mm/10 年；降水量年內分布極為不均，冬季降水量僅占年總量的3.6%，春季占18.8%，秋季占27.3%，主要降水集中在夏季，占年降水總量的50.3%。分析各季降水量變化趨勢可以看出，春、秋季降水呈緩慢增加趨勢，氣候傾向率分別為0.82 mm/10年和2.28 mm/10 年，夏季和冬季降水呈減少趨勢，氣候傾向率分別為﹣8.96 mm/10 年和﹣0.64 mm/10 年。由此可見，降水量的減少主要是受夏季降水減少引起的，而夏季該地區秋糧經歷出苗、拔節，大喇叭口到抽雄開花期，蘋果、梨等經濟林果處于幼果膨大時期，此時降水減少，伏旱發生的概率增大，對秋糧生長和經濟林果果實增大產生重要影響，尤其是7 月下旬至8 月上旬“卡脖旱”發生概率提高，造成玉米等禿頂、籽粒少、空稈多，產量降低，這是在農業生產技術水平日益提高的今日秋糧產量波動起伏的主要原因之一。夏季降水是影響秋糧、果類產量的主要氣象因子，夏季降水的減少提高了農業生產的風險概率。

“好雨知時節，當春乃發生”，充分說明了春季降水少而珍貴。春季降水增多降低了春旱發生概率，非常有利于越冬作物的返青生長和春播作物的出苗；秋季是農業物成熟收獲時期，秋季連陰雨天氣常常造成秋作物貪青晚熟，成熟的秋作物因無法及時收獲、晾曬而發生霉變，同時長時間的連陰雨容易引起土壤過濕，秋播期推遲，不利于形成冬前壯苗，并引起蘋果和棗的裂果，商品價值降低，經濟效益下降，增產不增收甚至減收。據統計，2012 年、2013 年、2018 年和2019 年，晉陜豫黃河金三角地區均發生由于秋季連陰雨而引起果面裂果嚴重。

研究區內4 個市年降水量都呈減少趨勢（圖略），減少的速度各不相同，其中渭南市減少速度最快，氣候傾向率為﹣12.503 mm/10 年，其次是運城，氣候傾向率為﹣8.218 mm/10年，臨汾和三門峽分別為﹣5.777 mm/10 年和﹣3.111 mm/10年。從各縣（市區）降水量變化趨勢來看（圖略），臨汾市的永和、霍州、隰縣、古縣、浮山、曲沃和運城市的新絳、垣曲以及三門峽的盧氏等縣市氣候傾向率為正，降水量呈增加趨勢，其余大多數縣（市區）降水量呈減少趨勢。

2.3 日照時數變化特征及對農業生產的影響

45 年來年、季日照時數變化曲線如圖4 所示，從中可以看出，年平均日照時數為2 253.5 h，氣候傾向率為﹣63.97 h/10年，呈減少趨勢，其中春季日照時數呈增加趨勢，氣候傾向率為17.06 h/年，夏、秋和冬季呈減少趨勢，氣候傾向率分別為﹣28.012 h/10 年、﹣24.501 h/10 年和﹣12.327 h/10 年，以夏秋季減少趨勢最為明顯。由此可見，晉陜豫黃河金三角地區日照時數的減少主要是由夏、秋季日照時數的減少引起的。春夏季日照時數的增加和減少不足以影響到農業生產；秋季是蘋果著色的關鍵時期，需要充足的日照，秋季日照時數減少，影響蘋果著色，導致蘋果品質下降。

圖4 年、季日照時數變化曲線

近年來，隨著農業結構調整，設施農業發展迅速，冬季日照時數的減少，易使設施內因日照不足而發生病害，日照嚴重不足時會導致作物長勢弱、生長緩慢，甚至減產。

從研究區內4 個市日照時數變化趨勢來看（圖略），臨汾和三門峽減少最快，氣候傾向率分別為﹣79.5 h/10 年和﹣76.54 h/年，其次是運城，氣候傾向率為﹣60.46 h/10 年，渭南減少最慢，氣候傾向率為﹣29.7 h/10 年；分析各個縣（市區）日照時數線性趨勢（圖略），僅渭南的白水和潼關氣候傾向率為正，日照時數呈增加趨勢，其余各地均呈減少趨勢，其中運城市的河津和臨汾市的古縣日照時數以158.65 h/10年和151.94 h/10 年的速度在減少，三門峽的靈寶、臨汾市的侯馬、曲沃、洪洞以及安澤以100～149 h/10 年的速度在減少。

2.4 光溫水匹配變化特點

本地區降水主要集中在農作物主要生長季節（4—10月），具有雨熱同季的特點。45 年來4—10 月份平均氣溫呈增溫趨勢，氣候傾向率為1.465 ℃/10 年，而降水量和日照時數呈減少趨勢，氣候傾向率分別為﹣2.709 mm/10 年和﹣4.367 h/10 年，雨熱同季的優勢趨于惡化，給農業生產帶來一定的負面影響。

從各月具體變化情況來看，5 月和9 月氣溫上升、降水增多，雨熱匹配優勢更好；4、6、7、10 月則是氣溫上升、降水減少，雨熱匹配條件惡化，其中4月份氣溫以0.404 ℃/10年的傾向率在上升，而降水以﹣1.703 mm/10 年的傾向率在下降；10 月份升溫傾向率為0.238 ℃/10 年，降水減少傾向率為﹣2.981 mm/10 年，可見雨熱匹配以4 月和10 月惡化最為明顯。光溫水氣候傾向率如表1 所示。

表1 光溫水氣候傾向率

3 結論

在全球氣候變暖的大背景下，晉陜豫黃河金三角地區氣候也發生了明顯的變化，變化趨勢與全球一致，氣溫升高、降水量和日照時數減少，雨熱同季的優勢有惡化的趨勢。冬季氣溫變暖，有利于設施農業的生產，但也給病菌存活和害蟲卵越冬提供了有利條件，導致病蟲害高發，防治病蟲害的投入增加；而冬季日照的減少，容易引起設施大棚內光照時間不足，導致作物光合作用不足，長勢緩慢，甚至出現弱苗、病苗，影響上市時間，并造成減產減收。

冬末春初氣溫回升快，降水量呈增加趨勢，農作物生育期提前，后期抗寒能力減弱，春季晚霜凍風險提高。

夏季氣溫增高、降水量減少，有利于夏糧的收獲、晾曬，但也使得伏旱發生頻率提高，嚴重影響秋糧生長和經濟林果的果實膨大，提高了后期裂果的潛在風險，并給蘋果著色帶來一定的負面影響。夏季高溫容易影響果芽分化，造成翌年畸形果增加，降低果品品質。

秋季連陰雨天氣容易造成秋作物貪青晚熟、秋播期推遲，并引起蘋果和棗裂果率提高，商品價值降低，經濟效益下降，增產不增收。