新疆棉花花鈴期障礙型低溫冷害空間變化特征及危險性評價

李一騰

（新疆維吾爾自治區氣象局，新疆烏魯木齊 830000）

新疆是我國最重要的棉花產區，具有悠久的棉花種植歷史，產出的棉花產量高、品質優良，是我國棉花生產中發展潛力比較大的省份。新疆地理位置優越，是世界上緯度最高的棉花種植基地。新疆棉區分布范圍為北緯 18°～46°、東經 76°～124°。緯度高，則更容易受到低溫災害。新疆的低溫災害主要集中在棉花的出苗期和結鈴期，對棉花的生長及質量是極為不利的。自1949年以來，我國農業氣象和農學專家開展了對低溫冷害影響農作物的系列研究，主要研究內容是低溫冷害的發生規律、氣候指標、低溫冷害在影響作物生長發育時的機理以及根據相關機理如何進行防御。

相關專家的調查研究表明，新疆棉花生產發生低溫冷害的主要原因是新疆地處塔克拉瑪干大沙漠邊緣，具有典型的內陸氣候和沙漠氣候。春季的氣溫回升不穩定，秋季降溫又很快，這樣不穩定的氣候對棉花種植有極大的影響。因此，做好棉花的低溫冷害防范工作，可以大大地提高棉花的質量[1-3]。為此，本文對新疆棉花花鈴期生長發育期間所遇到的障礙型低溫冷害進行分析，并對棉花花鈴期障礙型低溫冷害的空間分布特征和危險性做出評價。

1 研究資料與方法

1.1 資料來源

氣象資料數據主要來自新疆棉花生產地的9個氣象監測點1981—2010年30年間的記錄數據，包括一天中的最高溫度、最低溫度和平均溫度，以及新疆的邊境圖和經、緯度等基礎地理信息資料。通過對文獻和期刊的閱讀，并對文獻進行總結，確定7—8月是新疆棉花結鈴重要時期，若此時發生障礙型低溫冷害對棉花產量危害很大[4-6]。

1.2 研究方法

7—8月障礙型冷害天氣是指這2個月中連續3 d及以上的日平均氣溫<20℃的現象。通過統計9個站點發生冷害年數，計算其次數，應用公式p（%）=t/m×100計算其冷害發生頻率，其中p為頻率，t為低溫冷害發生次數，m為總年數，利用MATLAB軟件編程對論文數據進行處理和運用。由于棉花低溫冷害風險評估涉及研究對象在地理地形、低溫特征、土地利用等方面有區域差異，所以本文采用空間屬性描述。采用ArcGIS軟件空間分析模塊中的Idw方法（反距離權重）進行數據分析，為棉花低溫冷害風險研究提供空間分析平臺。通過氣象要素變化趨勢對氣溫變化分析，用一次線性方程表示，其中為氣象要素擬合值，氣象要素的氣候傾向率為a0×10，表示平均每10年的某一氣象要素的變化率。

2 結果與分析

2.1 平均氣溫年際變化特征

對9個氣象站1981—2010年年平均氣溫分析可知，新疆棉區中北疆烏蘇棉區、石河子棉區、瑪納斯棉區和哈密棉區的7—8月平均氣溫主要為22～26℃，最大值出現在1987年（26.2℃），最小值出現在1993年（21.9℃）。南疆棉區庫車棉區、庫爾勒棉區、阿克蘇棉區、喀什棉區、和田棉區的7—8月平均氣溫為24～27℃，最大值出現在2010年（27.9℃），最小值出現在1993年（24℃）。整體上，南疆主要棉區平均溫度高于北疆主要棉區，其中石河子棉區、瑪納斯棉區、烏蘇棉區和阿克蘇棉區平均氣溫較低。

新疆的地理位置被描述為三山夾兩盆，塔里木盆地是南疆的種植中心，準噶爾盆地是北疆的種植中心。由于北疆的緯度較高，氣溫普遍較南疆各地低，所以北疆較南疆容易發生低溫冷害。北疆主要棉區石河子棉區、烏蘇棉區、瑪納斯棉區的平均溫度呈現不穩定性，波動很大。通過分析可知，受低海拔、低緯度和沙漠氣候的影響，南疆的年平均氣溫較北疆的年平均氣溫高，說明進行棉花生產時，南疆受到的低溫冷害危險性遠低于北疆。

2.2 氣溫傾向率

應用氣候傾向率的方法對新疆9個站點7—8月棉花花鈴期平均溫度變化趨勢進行分析。結果表明，在20世紀80年代，石河子、阿克蘇、庫車、庫爾勒和哈密棉區的平均氣溫傾向率為正值；烏蘇、瑪納斯、喀什及和田棉區的平均氣溫傾向率為負值；90年代，9個站點的平均氣溫傾向率均為正值；在21世紀00年代，阿克蘇、庫爾勒、喀什及和田棉區的平均氣溫傾向率為正值，烏蘇、石河子、瑪納斯、庫車和哈密棉區的平均氣溫傾向率為負值。由此可以看出，新疆在20世紀90年代整體增溫非常明顯，整體的平均氣溫傾向率都為正值；從21世紀00年代，石河子、瑪納斯、烏蘇、庫車和哈密棉區平均氣溫傾向率為負值，因而近幾年這五大棉區發生低溫冷害的危險性會更高。

分析新疆棉區9個站點20世紀80年代、90年代及21世紀00年代的7—8月平均氣溫傾向率空間分布可知，在20世紀80年代，新疆中部棉區平均溫度呈上升趨勢，平均氣溫傾向率為正值，北疆棉區烏蘇和瑪納斯、南疆棉區喀什及和田平均溫度呈下降趨勢，平均氣溫傾向率為負值；20世紀90年代，新疆棉區平均溫度變化整體呈上升趨勢，全疆棉區平均氣溫傾向率為正值；進入21世紀00年代，北疆棉區增溫并不明顯，部分棉區出現平均氣溫傾向率為負值情況；南疆棉區溫度變化呈增溫趨勢，其氣溫傾向率為正值。從近30年平均溫度變化看，因為北疆棉區烏蘇、石河子和瑪納斯氣溫傾向率會出現負值，其平均溫度呈下降趨勢或增溫不明顯，所以北疆棉區較南疆棉區更有發生低溫冷害的趨勢。

2.3 冷害頻率

新疆棉花障礙型低溫冷害指標為：在7—8月，出現連續3 d的日平均氣溫<20℃的降溫天氣。通過對新疆阿克蘇、喀什等9個地區的氣象觀測點30年來7—8月的觀測資料分析，篩選出每個站點30年間的冷害年，并統計其發生冷害的頻率。

1981—2010年，北疆烏蘇、石河子、瑪納斯和哈密棉區共發生冷害的次數20世紀80年代為1次，20世紀90年代為9次，21世紀00年代為7次；南疆庫車、庫爾勒、喀什、阿克蘇及和田棉區總共發生冷害的次數20世紀80年代為3次，20世紀90年代為8次，21世紀00年代為1次。可以看出，在20世紀90年代新疆棉區發生障礙型冷害的次數較多、風險較大，整體呈現由20世紀80年代向90年代發生次數上升的趨勢和20世紀90年代向21世紀00年代發生次數下降的趨勢。其中，北疆石河子和瑪納斯棉區發生冷害的次數偏高，其未來發生障礙型低溫冷害的危險性會更大。

統計新疆棉區9個站點1981—2010年30年中7—8月棉花花鈴期發生冷害的年份和年數，利用頻率公式計算冷害發生頻率，使用處理軟件ArcGIS對9個研究基地30年間氣溫低于20℃的次數進行繪圖，結果如圖1。可以看出，北疆棉區發生冷害的頻率較高，尤其是石河子棉區和瑪納斯棉區冷害發生頻率最大；石河子、瑪納斯、烏蘇這三大棉區對冷害的預防和治理要比其他棉區更加嚴峻，所以北疆棉區要更加重視冷害的預防和治理。

3 結論與討論

本文利用新疆棉區9個站點1981—2010年的氣象觀測數據，主要采用概率計算和統計方法、空間數據分析方法，對新疆棉區低溫冷害空間變化特征進行分析、對冷凍災害進行風險評估。結果表明，在新疆棉區中，北疆由于地理位置和緯度的原因，較南疆地區種植棉花更容易遭受低溫冷凍災害。新疆棉區7—8月棉花花鈴期平均溫度南疆較北疆高，南疆、北疆溫度差異較大，發生冷害概率的差異也有所不同。