中国虐学c墨报 2018,34(7):72—77 Chinese Agricultural Science Bulletin 惠阳区1967--2016年农业热量资源变化特征 张亮 ,张秋明 ,梁惠龙 ,林汇丰 ,姜帅 ( 惠阳区气象局,广东惠州516211; 惠州市气象局,广东惠州516001) 摘要:本研究依据1967—2016年惠阳区国家基本气象观测站逐日平均气温资料,运用趋势分析、M.K 突变检验和小波分析指标分析了惠阳区农业热量资源变化特征。结果表明,近50年来惠阳区农业热量 资源增加明显,>110℃年积温与年平均气温的增加呈显著相关,且皆表现出明显的增加趋势,平均升高 102.6 ̄C·d/10 a和0.24%/10 a;>10o/C的年积温日呈缓慢波动增加趋势,升高速率1.73(1/10 a;热量资源增 加趋势的阶段性显著,整体表现为一种突变现象,年平均气温和I>10℃的积温突变年分别为1990年和 1988年,1996年为年平均气温显著增加开始年份;>110℃的年积温日突变呈现升降交替,2017年后还将 有1次突变后增加的趋势;震荡主周期为24~32年,在1O~32年时间尺度的震荡周期上,发生了3次高 低交替,且≥10o【=的年积温El和积温较之年平均气温震荡表现更频繁。惠阳近50年平均气温为 22.1℃,≥l0cI二积温平均为8028.8 ·d,满足热带作物生长对热量的需求,并满足三季稻的种植。因此, 对于近5O年来惠阳区热量资源增加并将继续增加的趋势下,需合理评估、开发和利用热量资源,及时有 效规避农业气象风险。 关键词:农业热量资源;≥10 积温;M—K突变;周期分析;惠阳区 中图分类号:P49 文献标志码:A 论文编号:casb17040088 Variation Characteristics of Agricultural Heat Resources During 1967—-2016 in Huiyang Zhang Liang ,Zhang Qiuming ,Liang Huiloug ,Lin Huifeng ,Jiang Shuai ( HuiyangMeteorological Bureau,Huizhou Guangdong 516211;2Hu&hou Meteorological Bureau,Huizhou Guangdong 516001) Abstract:Based on the daily mean temperature data of Huiyang National Basic Meteorological Station from 1967 to 2016,this paper analyzed the variation characteristics of agricultural heat resources in Huiyang by trend analysis,M—K mutation test and wavelet analysis index.The results showed that:the increase of agricultural heat resources in Huiyang in recent 50 years was obvious,speciifcally,≥10℃accumulated temperature and the increase of annual mean temperature showed a signiifcant correlation,they both had an increasing trend,the growth rate was 102.6℃‘d/10 a and 0.24 ̄(2/10 a,respectively;however,I>10℃accumulated temperature duration days increased slowly and lfuctuated with an increasing rate of 1.73 d/10 a;the increasing trend of heat resources showed signiifcant stages with a mutation phenomenon overall in recent 50 years,and the mutation of the annual mean temperatures and≥10℃accumulated temperature occurred in 1990 and 1 988,respectively,the signiifcant increase of annual mean temperature began in 1 996;in addition,the mutation test result of≥1OqC accumulated temperature days showed a rise and fall alternation trend.it also indicated that there was another rising after 2017;the primary period of periodic oscillations was 24 to 32 years,and during the oscillation cycle of the 1 0 to 32 years,the periodic oscillations had 3 high and low alternations。and the oscillations of≥1 0℃accumulated temperature and days were much more frequently than that of annual mean temperature.In the past 50 years.the average temperature and≥1 0℃accumulated 基金项目:广东省气象局科学技术研究项目“基于ECMwF集合预报的暖区暴雨敏感因子分析与释用预报技术”(2015B43);惠州市气象局科学技术 研究项目“近5O年惠阳农业热量资源变化特征分析”(201646)。 第一作者简介:张亮,女,1986年出生,甘肃武威人,助理工程师,硕士,主要从事天气预报和生态与气候变化研究。通信地址:516211广东省惠州市 惠阳区气象局,E-mail:liangzhz@163.com,549445446@qq.tom 收稿日期:2017—04—13,修回日期:2017—10—16。 张亮等:惠阳区1967--2016年农业热量资源变化特征 · 73 · temperature was 22.1℃and 8028.8 ̄C·d,which met the heat demand of the growth of tropical crops,and the planting of tirple—cropping rice.Therefore,considering the increase situation and continue increasing trend of heat resources in Huiyang,it is necessary to evaluate,develop and utilize heat resources reasonably,and to avoid agncultural meteorological irsks in a timely and effective manner. Key words:agricultural heat resources;≥10℃accumulated temperature;Mann-Kendall mutation;cycle analysis;Huiyang 0引言 气候是农业生产最主要的限制因子[1],热量资源 是农作物生长发育和产量形成的基本条件,对区域农业 种植制度和农业产量质量变化产生影响,并可能加大 农作物致灾风险。过去100年全球地表温度上升了 O.85 ̄Ct ,在气候变暖的背景下农业热量资源也有相应的 响应。大部分研究表明,热量资源呈现增加的趋势【 】, 胡琦等 指出近50年全国热量资源呈现南多北少特 征,随气候变暖呈增加趋势;梁玉莲等 1的结论与胡琦 一致,并指出南方在极端温度不稳定上表现的更为敏 感;陈家金等 在对福建省农业气候资源研究中也指 出整体趋好的特点。农业热量资源的增加对农业生产 和种植制度也有较大的影响,赵锦等 在对全球变暖 背景下中国南方气候要素变化对种植制度影响研究中 发现,≥10℃积温在时间尺度上呈上升趋势,空间尺度 上华南晚三熟二熟与热三熟区北界向北移动,一年三 熟区面积扩大,有利于作物产量提高;李勇等u伽研究指 出,温度生长期内长江中下游积温和降水量增加使得水 稻安全生育期延长,对双季稻的种植有利,而叶清等nu的 研究也得出热量资源的增加使双季稻生长期缩短,低 温风险减少的同时高温风险增多的结论;艾治勇等㈣指 出,农业热量增加利于早稻提前播种;杜尧东等n 】对广东 地区气候变暖对农业影响的分析中指出,温度升高延 长全年生长期,对多年生作物有利而对生育期短的栽 培作物造成单产下滑、作物质量下降的不利影响。因 此,热量资源增加有利有弊。珠三角、潮汕平原和厦一 漳一泉~带是中国双季稻高产地区【 。李勇等【¨ 在对华 南地区农业气候资源时空变化特征研究时发现,广东 省大部分地区为≥10℃积温显著增加的区域,且高于 8000%:·d的积温带北移使得华南湿热双季稻与热作区 的二级区(亚区)面积增加区域主要分布在广东省。为 了更好地掌握热量资源变化规律,探讨变化趋势是否 为一种突变现象及它的周期特性,张明洁等【 在对海南 岛农业气候资源研究中得出气温突变发生在2O世纪 80年代中后期,且热量资源逐渐丰富化;曹倩等 使用 突变检验方法研究冬小麦主产区农业气候变化特征, 也指出90年代初≥O℃积温增加显著,但从正负2个方 面考量对冬小麦的产量的影响。 惠阳处在北回归线以南,属亚热带季风气候,光 照充足,热量资源丰富。农用地f6.85xi0 hm2)占土地 总面积的74.73%,农业人口占总人口的57.2%,农作 物以水稻、蔬菜、玉米、水果等为主,同时是供港蔬菜 和农作物的重要基地,可见农业发展对于惠阳区的重 要性。 本研究通过对惠阳区近50年热量资源的变化特 征进行分析,旨在明确气候变化的大背景下惠阳区热 量资源的分布情况,从而为优化调整本区域内农业生 产格局,合理安排种植植期,引种优质作物,有效地评 价和规避气候变化对农业所带来的致灾风险等提供科 学参考。 1资料与方法 1.1资料来源 本研究选取惠州市惠阳国家基本气象观测站 l967—2016年逐日、逐年平均气温作为基础研究资 料。此站建于1953年,1967年迁站后到2012年未发 生位置的迁移和改动,2012年后进行了再一次迁站, 查找惠阳气温观测仪器,发现在2012年以前观测仪器 无明显变更,数据序列完整。 1.2研究方法 1.2.1活动积温计算活动积温指某一时期内大于(包 括等于)界限温度的日平均气温的总和,其持续日数作 为区域内某一作物可能生长的时期。本研究通过5日 滑动平均法确定通过≥10℃界限温度的起止日期,并 计算稳定通过10℃的积温日数和活动积温。 1.2.2气候统计方法本研究线性趋势分析、M.K突变 检验和Morlet小波分析等气候统计方法进行研究分 析。利用软件为SPSS、Fortran、Matlab。 利用最小二乘法计算要素与时间间的线性回归系 数(口),将a的10倍作为气候要素倾向率,单位为CEllO a。 Mann—Kendal检验法(简称M.K检验)是世界气象 组织推荐并已广泛使用的非参数检验方法n ,表示气 候从一种稳定态跳跃式地转变到另一种稳定态的现 象,它不受是否为线性趋势的影响,也不受少数异常值 的干扰,本研究采用Fortran软件做M—K检验。 张亮等:惠 l967—20l6年农、j 热最资源变化特征 · 75 · 3.0 2.5 2.0 I.5 靶 6 5 4 3 2 l 1.0 0.5 0.0 —鼍l jf, ;;葚《一W 一一一一_ 一 17 份 0 5 1 1 0 1.5 2 0 977 …997 —≮ 7 一—0 l1 一—年份 2 图5 1967--2016年惠阳区≥l0℃持续日数的 M—K突变检验曲线 图6 1967~2016年惠阳区≥l0℃积温的M-K突变检验曲线 积温日的变化 现2次升降交替过程,对比年平均气 2_3惠阳区热量资源周期分析 温和≥10℃年积温的MK图可 ,年积温增加先于年平 均气温,且在变化规律 也 现出一定的相似性, 利用SPSS做相关性检验得f上J,年平均气温和积温 I'ifJ显著相关( 0.96,P<0.01),而与积温日问无显著 相关关系,积温口数和积温问亦存在显著相关关 系(r=0.476,P<0.011。 4 为了解惠阳区干季干旱的周期变化情况,本研究 采用Morlet小波变换对年平均气温、≥l0℃的年积温 日和≥10℃积温进行周期分析。 小波方差可分析不同周期的震荡能最。从图7-9 (a)可见,1967—20l6年惠阳区年平均气温、≥l0℃的年 积温H和≥l0℃积温都在不同时间尺度上呈现出相同 3 2 , 1 0 0 4 8 12 l6 2O 2 28 32 小波周期/a 1970 975 1980 1985 1990 {g蚺 加∞ 加05 10 图7 1967 2016年惠阳区年平均气温的小波方差曲线(a)及小波系数(b) 6OO 40O 一I ÷ 200 0 O 4 S 12 l6 2O 24 28 32 5 小波 期/a ,970 1975 980 t905 1990 1995 2000 2005 2010 图8 1967--2016年惠阳区 ̄10"C持续日数的小波方差曲线(a)及小波系数(b) · 76 · 中回农学通报http://www.casb.org.cn 4o0加0 300000 榭 2O0O00 100000 0 0 4 8 l2 l6 2O 24 28 32 小波周期/a 图9 1967--2o16年惠阳区≥lO℃积温的小波方差曲线(a)及小波系数(b) 的周期震荡趋势,具体震荡时间略有差异,都存在较明 显的峰值。年平均气温最大峰值对应32年,说明32年 左右的周期震荡最强,为年平均气温的第一主震荡周 发生时间集中在20世纪80年代末到90年代初,与丁 丽佳 、张明洁” 1研究结果一致,同时≥10℃年积温突 变与年平均气温增加趋势显示显著相关;而/>10℃年 期,第二峰值24年是第二主周期,l8年是第三主周期, 说明32年、24年、18年3个周期波动控制着年平均气 温在时间周期内的变化。/>1O ̄C的年积温日和≥l0℃ 积温日呈现缓慢震荡增加趋势,并在90年代后增加趋 势不显著,这可能与惠阳区域≥l0℃积温日数普遍较 多有一定关系。而近50年惠阳热量资源增加的震荡 主周期集中为24~32年,≥1O℃年积温日和积温相较于 年平均气温震荡更频繁,并且未来几年惠阳年平均气 温和≥10℃的年积温仍处于增加阶段。 惠阳农作物中,蔬菜和水稻比重较大,农业热量资 积温也表现出32年为第一主振荡周期的趋势,第二主 周期都为23年,并存在多个震荡周期,说明≥10℃的年 积温日和≥l0℃积温较之年平均气温震荡相对更 频繁。 根据小波方差检验结果绘制小波系数图。从 SPI小波系数变化的二维图像(见图7-9(b))可以看 出,在l0~32年时间尺度的震荡周期上,惠阳年平均 气温近5O年来存在4次高低交替,而且小波系数大 于0的等值线到2016年尚未完全闭合,说明惠阳年 平均气温在未来几年仍处于增加阶段。≥10℃的年 源增加将对其产生影响。22℃和23clC分别是中国农作 制分区中华南沿海平原丘陵水田三二熟兼热作区和海 南岛雷州半岛西双版纳水田旱地二熟兼热作区的分区 指标 ”,惠阳己超22cc的界限并与/>10cC年积温呈现同 样显著增加趋势;同时,刘巽浩先生将以≥10oC积温大 于等于8000 ̄C·d作为海南岛、雷州半岛等旱作二熟兼 积温日和t>10℃积温的周期表现与年平均气温的趋 势基本一致,有3次高低交替。 3结论与讨论 热作区的积温指标,该区种植有橡胶、剑麻、椰子等典 型热带作物,可将其作为研究典型热带作物种植北界 的积温指标 ”,惠阳≥10oC积温大于8000 ̄C-d,满足三 (1)在气候变暖的大背景下,惠阳区近50年来农 业热量资源增加显著。近5O年年平均气温为22.1℃, 季稻及热带作物引种条件,农业热量基础较好。李勇 等122]也在研究中说明要引种需选取抗寒性强的热带作 物品种,丁丽佳等 也在广东农业气候研究中表明珠 三角及东南部沿海是增温速率和突变最显著的地区, 平均升高速率为0.24 ̄C/10 a,与顾俊强等_l 对华南平 均气温研究结果表现出一致的显著增加趋势,同时与 全国平均水平(0.22 ̄(;/10 a)相当。 (2)积温是影响植物生长的一个重要因素。惠阳 区年平均积温为8028.8℃·d,并且近几年增加趋势明 显≥10℃的年积温平均增加l02.6℃·d/10 a,增加趋势 可能适宜种植北热带作物。而温度高造成的生长速度 加快和生育期缩短现象将不利于蔬菜品质和单产的提 高,还需继续论证。目前惠阳仍采用双季稻种植模式, 可能因为热量资源年际变化较大使得在一些年份三季 稻种植存在风险,同时也与惠阳农业热量资源乃至气 显著;/>10℃的年积温日呈现缓慢增加趋势,平均升高 1.73(1/l0 a。 候资源合理综合评估欠缺有关,同时官春云等 在对南 方多熟种植存在问题研究中指出熟制衰减、地力衰退、 (3)惠阳区近50年热量资源增加的趋势年际变化 幅度大,阶段性显著,整体为一种突变现象,其中突变 效益下降等6个方面问题,惠阳也同样存在此方面的 张亮等:惠阳区1967--2016年农业热量资源变化特征 ·77· 限制,这更加能够说明研究农业气候资源对于种植模 式和农业产业发展的重要性。另外,吉莉等 在研究 气候变化在对北培区蔬菜生长影响中指出在不考虑光 照,气温升高、降水增加情况下蔬菜气候生产潜力基本 呈现增加趋势,其中暖干和暖湿型对蔬菜生长对有利, 本研究只对惠阳区热量资源进行研究有一定的局 限性。 农业热量资源增加也使得原本受热量限制的病虫 害扩散增多,从而增大了病虫害防治难度,刘文栋等【 在对广西贺州变暖引起的病虫害变化研究中也指出有 加重趋势,未来需加强本地病虫害监测,从而更全面地 分析气候对农业的影响。气温升高在一定程度上也可 能造成农作物抗寒能力减弱的风险,对低温阴雨期、寒 露风、作物生长季气候等需做进一步研究,综合考虑气 温及积温变化对于特定农作物及植被的影响,并从光 嘲 】1J 1{热水等综合因素来衡量本地农业气候资源及适宜气候 变化的本地化农业耕作模式。陈淡芳等 在对潮州市 气候变化特征及对水稻影响研究中指出,由于气候变 暖,气温的影响已经不是水稻生产主要的影响因素,而 重点需避开“龙舟水”、热带气旋等灾害性天气,惠阳区 农作物生长是否也表现同样情况尚待进一步探讨。气 候变化对于农作物综合影响评估方面还需要做更全面 的研究,从而保证农业的发展更好的借助于气候变化 优势并及时有效地规避其所带来的风险。 参考文献 Fussel H M.Klein R J Climate Change Vulnerability 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