九江市高溫熱害的時空分布特征

龔 琦，葛 薇，段里成

江西省農(nóng)業(yè)氣象中心，江西南昌 330096

我國以稻米為主食的人口約占總?cè)丝诘?0%以上，是世界上最大的水稻(OryzasativaL.)生產(chǎn)、進口和消費國，因此，穩(wěn)定和提高水稻產(chǎn)量對中國乃至全球糧食安全至關重要[1]。溫度是影響水稻生長、產(chǎn)量及品質(zhì)形成的重要氣象因素，當環(huán)境溫度超過水稻生長臨界值時，將會對水稻生長產(chǎn)生影響[2]。

長江流域是我國水稻高溫熱害發(fā)生的主要區(qū)域，受西太平洋副熱帶高壓影響，每年的6—8月易形成日平均氣溫≥30 ℃或最高氣溫≥35 ℃持續(xù)3 d及以上的高溫天氣，高溫對正值水稻孕穗至開花結實期的影響較大，導致產(chǎn)量減少和米質(zhì)變差[3]。

研究表明，長江中下游地區(qū)一季稻高溫熱害呈增加的趨勢，江西是該區(qū)域高溫熱害發(fā)生率最高且危險程度最重的區(qū)域之一[4]；一季稻頻繁的高溫熱害的危險性與該區(qū)域7—8月平均氣溫和最高氣溫有極顯著的正相關關系[5]。楊炳玉等[6]的研究表明，江西省水稻高溫熱害集中于7月中下旬和8月上旬，且1983—2010年呈極顯著增加趨勢。

九江市地處江西省西北部，熱量資源較江西南部明顯偏少，在該地區(qū)無法保證“雙季稻+油菜”種植模式安全成熟高產(chǎn)，因此在該地區(qū)存在明顯的雙季稻和一季稻共存的現(xiàn)象。楊建瑩等[7]的研究表明，江西輕、中、度高溫熱害主要影響早稻抽穗至灌漿中期，重度高溫熱害主要影響的是早稻孕穗至灌漿初期。楊軍等[8]的研究表明，7月中下旬至8月上旬高溫熱害主要影響一季稻抽穗開花期，且2003年以后高溫熱害發(fā)生站次和天數(shù)均呈增加趨勢。高溫熱害的發(fā)生對該地區(qū)的早稻和一季稻均有明顯的影響。

目前，針對江西地區(qū)不同時段高溫熱害研究較多，而有關九江地區(qū)高溫熱害發(fā)生始期、逐月分布特征及時空變化等的研究較少。因此，進一步分析九江地區(qū)高溫熱害的發(fā)生變化規(guī)律，為九江地區(qū)進一步調(diào)整雙季稻、再生稻、一季稻及油菜種植結構調(diào)整提供參考。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

氣象數(shù)據(jù)來源于九江市9個縣級氣象臺站1981—2019年的逐日平均氣溫數(shù)據(jù)資料，數(shù)據(jù)來源于江西省氣象信息中心。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候傾向率氣候傾向率一元線性回歸函數(shù)表示如下：

式(1)中，x為時間序列，y為氣候要素的擬合值，a為常數(shù)，b為氣象要素變化斜率。當b＞0時，說明y隨x呈增加趨勢；當b＜0時，說明y隨x呈下降趨勢。以b的10倍作為氣候要素的氣候傾向率[9]。

1.2.2 Manner-Kendall突變檢驗利用Manner-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗法(以下簡稱M-K突變檢驗)分析九江地區(qū)輕度、中度、重度和總的高溫熱害站次的時間序列變化趨勢。通過構造正序列(UF)和逆序列(UB)，根據(jù)正、逆序列統(tǒng)計的曲線變化判斷輕度、中度、重度和總的高溫熱害站次的突變特征和變化趨勢[10]。

1.2.3 高溫熱害指標前人研究認為在水稻孕穗、抽穗及灌漿階段，日平均氣溫≥30 ℃持續(xù)3～4 d造成輕度高溫熱害，持續(xù)5～6 d造成中度高溫熱害，持續(xù)7 d及以上造成重度高溫熱害。

基于此，開展九江地區(qū)水稻生長期高溫熱害研究[11]。若某臺站某年出現(xiàn)一次連續(xù)的高溫熱害過程，則記為1站次，若該站出現(xiàn)2次高溫熱害過程則記為2站次，依此計算出每個臺站每年發(fā)生的高溫熱害站次。

2 結果與分析

2.1 高溫熱害發(fā)生始期變化特征

計算各站點高溫熱害氣候傾向率可知(表1)，九江地區(qū)9個站點氣候傾向率均為負數(shù)，表明九江地區(qū)高溫熱害發(fā)生始期呈提早趨勢。其中，德安、永修和修水站點提早天數(shù)超過4 d/10年，武寧接近3 d/10年，且修水、武寧、永修和德安4縣均分布在九江西部。因此，九江地區(qū)高溫熱害變化西部較東部更明顯[12-16]。

表1 各站點高溫熱害氣候傾向率 d/10年

選擇高溫熱害80%保證率這個要素分析高溫熱害空間上的平均特征，結果如圖1所示。80%保證率高溫熱害發(fā)生始期主要集中在7月中下旬，且表現(xiàn)為東部較西部發(fā)生偏晚。因此，高溫熱害80%保證率在時空分布上存在差異，表現(xiàn)為東部開始發(fā)生時間偏晚，且九江地區(qū)普遍發(fā)生高溫熱害主要從7月中下旬開始。

圖1 1981—2019年九江地區(qū)80%保證率高溫熱害發(fā)生始期分布

2.2 高溫熱害變化特征

分析輕度、中度、重度和總的高溫熱害站次隨時間的發(fā)生趨勢可知(圖2)，1981—2019年高溫熱害發(fā)生總站次呈增加趨勢，增加趨勢為1.6次/10年。輕度、中度和重度高溫熱害發(fā)生均呈增加趨勢，增加趨勢輕度為0.1次/10年、中度為0.8次/10年、重度為0.7次/10年。因此，高溫熱害發(fā)生呈增加的趨勢，增加趨勢表現(xiàn)為中度＞重度＞輕度[17-19]。

圖2 1981—2019年輕度、中度、重度和總高溫熱害發(fā)生站次的年際變化

高溫熱害從5月開始發(fā)生，且輕度、中度、重度和總的高溫熱害發(fā)生站次呈拋物線變化。高溫熱害主要集中在7、8月。6月發(fā)生高溫熱害總次數(shù)為61次，輕度高溫熱害占比達86%以上；7月高溫熱害發(fā)生總次數(shù)為479次，其中輕度占比為37.8%、中度為26.3%、重度為36.1%；8月高溫熱害發(fā)生總次數(shù)為412次，輕度占比為38.8%、中度為26.9%、重度為34.2%；9月高溫熱害發(fā)生總次數(shù)為41次，輕度占比為53.6%、重度為36.6%。由此可知，7—8月為九江地區(qū)高溫熱害主要發(fā)生時期，且表現(xiàn)為輕度＞重度＞中度。

2.3 高溫熱害突變及周期變化特征

由圖3突變檢驗可知，高溫熱害輕度、中度、重度和總站次的UF和UB無相交，表明輕度、中度、重度和總站次無突變點。1961—2019年輕度、中度、重度和總站次的UF值以正值為主，表明輕度、中度、重度和總站次整體呈上升趨勢。其中，2005年以后，中度、重度和總站次均超過了信度線，表明此時段以后高溫熱害中度、重度和總站次上升趨勢顯著。

3 結論與討論

基于九江地區(qū)9個氣象站點1981—2019年的逐日平均氣溫，利用氣候傾向率、ArcGis插值和M-K突變檢驗對九江地區(qū)39年以來高溫熱害開始發(fā)生時間和輕度、中度、重度及總的高溫熱害發(fā)生站次的變化特征進行了分析，得出以下結論。

(1)1981—2019年九江地區(qū)高溫熱害發(fā)生初日呈提早發(fā)生趨勢，提早天數(shù)表現(xiàn)為九江地區(qū)西部大于東部。50%保證率高溫熱害發(fā)生始期集中在7月上旬，80%保證率高溫熱害發(fā)生始期集中在7月中下旬，且均表現(xiàn)為九江東部開始發(fā)生時間偏晚。

(2)1981—2019年，輕度、中度、重度和總的高溫熱害發(fā)生站次呈增加趨勢，增加趨勢表現(xiàn)為中度＞重度＞輕度。九江地區(qū)高溫熱害主要發(fā)生月份為7、8月，其中，7月年平均為1.4站次，8月年平均為1.2站次。7—8月高溫熱害發(fā)生程度為輕度＞重度＞中度。

(3)1981—2019年輕度、中度、重度和總的高溫熱害發(fā)生站次無突變，但2005—2019年中度、重度和總的高溫熱害發(fā)生站次存在明顯的上升趨勢。

九江地區(qū)存在明顯的“雙季稻”和“一季稻+油菜”爭地現(xiàn)象，因此，研究九江地區(qū)高溫熱害發(fā)生規(guī)律對九江地區(qū)水稻種植結構調(diào)整具有重要意義。

楊軍等研究發(fā)現(xiàn)，江西早稻抽穗開花期和灌漿期高溫熱害多發(fā)生于每年的6—7月，中稻(一季稻)孕穗抽穗期和灌漿期高溫熱害主要發(fā)生于7—8月。

研究發(fā)現(xiàn)，九江地區(qū)高溫熱害發(fā)生時段主要集中在7—8月，研究結論與楊炳玉等、段里成等的結論一致[20]。

九江地區(qū)普遍發(fā)生高溫熱害主要在7月中下旬開始，且高溫熱害發(fā)生時間呈提早趨勢，此時早稻處于灌漿結實期，將對早稻產(chǎn)量和品質(zhì)具有一定的影響。

研究還發(fā)現(xiàn)九江地區(qū)重度高溫熱害發(fā)生站次多于中度，且重度高溫熱害呈增加趨勢，重度的高溫熱害發(fā)生將對正處于孕穗抽穗、灌漿期的中稻(一季稻)開花結實及灌漿具有一定的影響。

因此，九江地區(qū)在進行“雙季稻”和“一季稻+油菜”種植結構調(diào)整時，應考慮該地區(qū)高溫熱害發(fā)生規(guī)律，進一步提高九江地區(qū)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。