近59年內蒙古烏蘭察布市氣候變化與農牧業的相關性分析

摘 要：利用烏蘭察布市11個氣象站1960—2018年的氣象資料，分析了氣溫、降水、日照等氣象要素變化特征與農牧業的相關性。結果表明：糧食總產量與降水量呈較強的正相關；小麥與日照百分率呈顯著正相關，日照越充足，小麥產量越大；平均最低氣溫和日照百分率對薯類貢獻最大。年平均最低氣溫升高與年降水量增多有利于羊絨毛產量增加。年平均最低氣溫越高，家畜存活率越高，家畜存欄數也越多。

關鍵詞：烏蘭察布市；氣候變化；農牧業；相關性分析

中圖分類號：S162 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

1960—2018年，烏蘭察布市年平均氣溫4.1℃，年平均最高氣溫出現在1998年（5.7 ℃），年平均最低氣溫出現在1969年（2.6 ℃）。1960—2018年年平均溫度氣候傾向率達到0.37 ℃/10年，遠高于全國平均溫度增溫速率（0.22 ℃/10年）和全球升溫速率（0.12 ℃/10年）。年極端最高氣溫與極端最低氣溫都出現在四子王旗，分別為39.4 ℃（2013年）與-39.0 ℃（2016年）。年降水量最大值為508.8 mm，平均最大風速為15.6 m/s。烏蘭察布市氣候特征為氣溫偏低、光照充足，氣溫日較差大，同時，烏蘭察布市地處中溫帶，屬于大陸性季風氣候，四季分明。

IPCC第五次報告提出，每10年氣溫都比上一個10年高，同時北半球1983—2012年幾乎是早期1 400年間最炎熱的30年。過去130年以來，地球氣溫上升0.85 ℃。全球開展了大量氣候系統研究與觀測，有研究認為，到2100年，地球平均氣溫將升高2.0～4.8 ℃，氣候變化的快速發展比人類認識到的更為嚴峻[1]。在這種氣候變化背景下，地處內蒙古高原中部地區的烏蘭察布市近59年的氣候變化特征與農牧業的相關性分析，現利用烏蘭察布市11個氣象站近60年氣象資料，分析氣候變化與農牧業的相關性，有助于當地農牧業經濟的持續穩定發展。

1 研究區現狀

1.1 研究區地理位置

烏蘭察布市處于39°～44°N，110°～115°E（圖1），

所轄范圍內有11個旗縣區，總面積約為5.5萬km2。烏蘭察布市是連接內蒙古自治區東西部地區的匯合點，也是南北貫通的交匯點，連接華北、東北、西北三大物流貿易圈的重要紐帶，更是中國內陸向蒙古國、俄羅斯等相鄰國家進出口貨物的國際重要通道之一。

1.2 研究區地形地貌

烏蘭察布市地理地形環境較為復雜（圖1）。烏蘭察布市的東部地區有大青山的分支蘇木山、馬頭山等。長期生活在烏蘭察布的人們以大青山作為中介線，將位于北部的區域稱為后山地區，南部的區域稱為前山地區；相較于為后山地區，前山地區的地形更為多變，有丘陵、高山、溝壑等。蘇木山位于全市的東南端，其主峰的海拔為2 349 m，同時岱海和黃旗海也位于前山。而后山地區多為面積分布不均的平原、草原，地勢海拔由南向北遞減，平均位于865～1 489 m；前山地區包括卓資縣、豐鎮市等6個旗縣；后山地區則包括四子王旗、化德縣等5個旗縣。

2 數據與方法

2.1 數據來源

選取1960—2018年烏蘭察布市地區11個地面氣象觀測站，從有完整氣象記錄以來的氣候資料，包括月平均氣溫、月最大風速、月降水量、月降水日數、無霜期等[2]。因觀測資料存在缺測問題，因此最大風速與大風日數僅采用1979—2018年數據，其他要素時段均為1960—2018年。農牧業及養殖業的數據均來源于《2019年烏蘭察布市統計年鑒》。

2.2 研究方法

主要采用趨勢分析法、皮爾遜相關系數（Person）進行分析。

2.2.1 趨勢分析法

采用氣象要素的時間序列x為自變量，各要素線性估計值Y為因變量，建立一元回歸方程如下[3]：

Y（x）=ax+b（1）

將a×10作為氣候變化傾向率，a的正負符號表示氣象要素增大或減小的整體趨勢，統計檢驗增大或減小的量值，當其增大或減小的量值達到或超過氣候統計學意義上的顯著性標準時，將這種長時期的變化認為是超出自然本身變化率的氣候異常的變化，一般用皮爾遜相關系數r檢驗其顯著性。當|r|小于顯著性水平，表明此氣象要素的序列隨著時間的變化趨勢呈現不顯著，相反情況時變化趨勢為顯著

變化。

2.2.2 皮爾遜相關系數（Person）

利用皮爾遜相關系數（Person）計算各氣象要素變化的相關性。計算公式如下：

（2）

式（2）中，r為x、y兩個不同變量之間的關聯程度，即相關性系數，x、y為兩個不同變量之間的平均值。r＜0時，表示x、y兩個變量之間呈現反方向的不同變化，r＞0時，表示x、y兩個變量向著一致的方向發生變化；|r|≤1，|r|的值越大，表示兩個變量之間的相關性就會越大；|r|的值越小，表示兩個變量之間的相關性越小[4]。

3 結果與分析

3.1 與農業的相關性分析

烏蘭察布市糧食作物主要包括小麥、薯類等，分析小麥、薯類和糧食總產量與降水量、平均氣溫等氣象要素的相關關系，發現降水量對糧食總產量貢獻度最大[5]。最大風速對小麥的貢獻度最大，但實際分析最大風速不應該與小麥產量呈正相關，這是因為小麥產量在2000年發生了突變（驟然下降）。除降水量外，小麥與其他氣象要素的相關性與糧食總產量和薯類相反，其中小麥與日照百分率呈正相關且相關系數較大，日照越充足，小麥產量越大；平均最低氣溫和日照百分率對薯類的貢獻度最大[6]。

由圖2可以看出，糧食總產量隨降水量的變化而變化，兩者呈現正相關且相關性較強[7]。分析小麥與降水量和日照百分率的變化趨勢發現，除2000年小麥產量突變（驟然下降）外，小麥產量與降水量和日照百分率同樣呈現出正相關性。春季烏蘭察布市的平均氣溫逐年上升，會造成小麥更早地進入返青期；夏季烏蘭察布市氣溫的逐年上升，能夠促進小麥提前發育，提高光合作用的利用率，也能提高小麥的產量和品質。

由圖3可知，2000年前烏蘭察布市薯類種植量較低，之后開始增多，同時2000年后的薯類產量與年降水量的正相關性逐漸增強。同樣的薯類產量隨最低氣溫上升而逐年上升，Pearson相關系數高達0.63，同時，烏蘭察布市年平均氣溫與最低氣溫的逐年升高，會使得薯類的生長發育期延長，為提高薯類的產量和品質提供有益的環境條件[8]。

3.2 與牧業的相關性分析

對于烏蘭察布市牧區養殖大戶而言，羊絨毛產量可以間接反映出牧戶羊的養殖數量。1960—2018年羊絨毛產量總體呈現快速增長的趨勢，與年平均氣溫和年平均最低氣溫的變化趨勢相一致，羊絨毛產量的增長率遠遠超過年平均氣溫的增長率，小于年平均最低氣溫的增長率（圖4）。由羊絨毛產量的逐年增加可以看出牧戶羊的養殖數量逐年上升，同時氣溫變暖，尤其是年平均最低氣溫的逐年顯著升高有利于羊絨毛產量的增加[9]。

由圖4可知，2003年前隨著年降水量的逐年遞增，牧草長勢越來越好，因此，羊的養殖數量逐年增加，從而羊絨毛產量逐年增加，年降水量與羊絨毛產量相關性較強，Pearson相關系數達0.42；2003年后整體隨著降水的減少，羊絨毛產量也在減少，但由于其他因素的影響，兩者的相關性降低。

隨著全球氣候變暖和21世紀大陸性降水也在增加，烏蘭察布市北部草原地區的水熱環境條件也得到一定的改善。雖然當地氣候變暖對于草原種植物的類型及其地理區域性的分布還沒有明顯的影響，但草原地區的生產和承載能力有所提升，有利于牧業的發展。

3.3 與養殖業的相關性分析

烏蘭察布市家畜養殖量較多。隨著年平均最低氣溫的逐年上升，6月末和12月末的家畜存欄數均呈現逐年上升的趨勢，6月末和12月末家畜存欄數與年平均最低氣溫均呈正相關，相關性較顯著，其中年平均最低氣溫與12月末家畜存欄數的相關性更顯著，Pearson相關系數可達0.70，說明年平均最低氣溫越高，家畜的存活率就越高，家畜的存欄數也越多。

4 結論

通過統計分析烏蘭察布市1960—2018年降水、氣溫等氣象要素變化特征與農牧業相關性，得出以下結論。

（1）降水量對糧食總產量貢獻度最大，兩者呈現較強的正相關。小麥與日照百分率呈正相關且相關系數較大，日照越充足，小麥產量越大。平均最低氣溫和日照百分率對薯類的貢獻度最大；薯類產量隨著年平均最低氣溫的升高而逐年上升，Pearson相關系數高達0.63。

（2）年平均最低氣溫升高與年降水量增多有利于羊絨毛產量的增加。2003年前年降水量與羊絨毛產量相關性較強，2003年后由于其他因素的影響，兩者的相關性降低。烏蘭察布市氣候變暖對草原種植物的類型及其地理區域性的分布的影響不顯著，但草原地區的生產能力和承載能力有所提升，有利于牧業的發展。

（3）年平均最低氣溫越高，家畜存活率越高，家畜的存欄數也越多。

參考文獻

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