董國慶,朱婷艷,李文琛
(1. 中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險管理重點實驗室/ 寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室,寧夏 銀川 750002;2. 寧夏回族自治區(qū)惠農(nóng)區(qū)氣象局,寧夏 石嘴山 753200)
近百年來,在全球變暖背景下極端天氣和氣候事件頻發(fā),使得國內(nèi)外許多學(xué)者開展了廣泛的研究。眾多學(xué)者還對中國局部地區(qū)的極端氣溫事件進(jìn)行了相關(guān)研究[1-5],對正確認(rèn)識極端氣溫事件的變化規(guī)律具有非常重要的意義。但前人對極端氣溫變化的研究多集中在全國或各省、區(qū)全年或分季節(jié)極端高溫和極端低溫的平均變化及極端冷暖指數(shù)等的時空分布特征。關(guān)于寧夏氣溫變化特征的研究[6-8],主要集中在21 世紀(jì)前幾年,且只是單一的對寧夏氣溫的整體變化特征和趨勢進(jìn)行了研究,關(guān)于極端氣溫指數(shù)的變化的研究并不多見。寧夏地區(qū)農(nóng)作物生長季常發(fā)生高溫、霜凍等災(zāi)害, 農(nóng)業(yè)是對氣候變暖反應(yīng)最為敏感的部門之一,番茄作為寧夏地區(qū)種植的主要經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物之一,系統(tǒng)細(xì)致地分析寧夏地區(qū)番茄生長期氣溫的時空變化特征等方面的研究較為缺乏,尤其是對生長期極端氣溫指數(shù)的時空變化分析更為鮮見。在前人研究的基礎(chǔ)上,本研究以寧夏地區(qū)為研究區(qū)域,試圖通過對番茄開花- 收獲期內(nèi)平均氣溫以及極端氣溫指數(shù)的時空變化特征進(jìn)行分析,揭示寧夏番茄開花- 收獲期內(nèi)氣溫的時空變化規(guī)律,明確寧夏番茄開花- 收獲期極端低溫、高溫災(zāi)害的發(fā)生時段和范圍,為研究區(qū)域進(jìn)行極端災(zāi)害的防抗避減、調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),充分利用熱量資源提供科學(xué)參考。
氣象數(shù)據(jù)采用寧夏氣象站點2007-2016 年6-9 月逐日平均、最高、最低氣溫等常規(guī)觀測資料,考慮適宜番茄種植需求,篩選出25 個站點進(jìn)行分析,剔除了不適宜番茄種植的六盤山站數(shù)據(jù)。
1.2.1 研究指標(biāo)確定
結(jié)合相關(guān)研究中極端氣溫指標(biāo)的選擇和番茄生長對溫度的要求選取了8 個極端溫度指標(biāo)(表1)來分析寧夏番茄開花-收獲期極端溫度的時空變化規(guī)律。
表1 極端溫度指標(biāo)
本文應(yīng)用線性傾向估計法[9]來分析其時間變化趨勢,計算過程采用最小二乘法進(jìn)行估計,用線性傾向值來分析各要素的年際變化率,顯著性水平取α=0.05 和 α=0.01,如果檢驗的顯著性水平小于0.05,則認(rèn)為達(dá)到了α=0.05 的顯著性水平檢驗;如果檢驗的顯著性水平小于0.01,則認(rèn)為達(dá)到了α=0.01的顯著性水平檢驗。
1.2.2 研究時段劃分
本研究中所指的寧夏番茄開花- 收獲期是6 月1 日到9 月30 日的4 個月。
從寧夏各地2007-2016 年番茄開花- 收獲期平均氣溫變化曲線圖( 圖1) 可以看出,近10 年寧夏全區(qū)番茄開花- 收獲期平均氣溫為19.9℃,在19.4-20.6℃之間波動,最低值出現(xiàn)在2007 年,為19.4℃,在2016 年達(dá)到了近10 年的最高值,為20.6℃,最高值與最低值相差了1.2℃。番茄開花- 收獲期平均氣溫上升趨勢未通過0.05 信度的顯著性檢驗,說明平均氣溫總體上升趨勢不顯著。
圖1 寧夏2007-2016 年番茄開花- 收獲期平均氣溫變化(單位: ℃)
寧夏2007-2016 年番茄開花- 收獲期平均最高氣溫平均值為26.2℃,由圖2(a)可知,平均最高氣溫最高值為27.3℃,出現(xiàn)時間為2016 年,最低值為25.5℃,出現(xiàn)時間為2007 年,最高值與最低值相差1.8℃,變化幅度大于平均氣溫。平均最高氣溫線性變化趨勢未通過0.05 信度的顯著性檢驗,說明寧夏2007-2016 年番茄開花- 收獲期平均最高氣溫總體上升趨勢不顯著。
圖2 寧夏2007-2016 年番茄開花- 收獲期平均最高、最低氣溫變化
寧夏2007-2016 年番茄開花- 收獲期平均最低氣溫平均值為14.4℃,由圖2(b)可知,最高值為15.1℃,出現(xiàn)在2016 年,最低值為13.9℃,分別出現(xiàn)在2008 年和2015 年,最高值與最低值相差1.2℃,變幅小于平均最高氣溫。平均最低氣溫線性變化趨勢未通過0.05 信度的顯著性檢驗,說明寧夏2007-2016年番茄開花- 收獲期平均最低氣溫變化比較平穩(wěn),上升趨勢不顯著。
2.2.1 極端溫度指標(biāo)年際變化趨勢
從表2 可以看出,8 個極端溫度指標(biāo)中LMaxT 線性傾向率最大,為6.68℃/10 年,且通過了α=0.05 的顯著性檢驗,與日最高氣溫相關(guān)的極端溫度指標(biāo)線性傾向率普遍較大,與日最低氣溫相關(guān)的極端溫度指標(biāo)線性傾向率均比較小,最小的為0.14℃/10 年,除LMaxT 外其他7 個指標(biāo)均未通過顯著性檢驗。也就是說,寧夏番茄開花- 收獲期內(nèi)與日最低氣溫相關(guān)的極端氣溫升溫幅度低于與日最高氣溫相關(guān)的極端氣溫,2007-2016年番茄開花- 收獲期極端最低氣溫未發(fā)生顯著升高。
表2 極端溫度指標(biāo)線性變化趨勢
2.2.2 極端溫度指標(biāo)逐月變化趨勢
對25 個站點不同月份的極端溫度值進(jìn)行平均,分析寧夏番茄開花- 收獲期內(nèi)不同月份極端溫度指標(biāo)的變化。HMinT 在6 月、7 月和8 月基本保持平穩(wěn)狀態(tài),變幅在3.0℃以內(nèi);9 月明顯低于其他3 月,2007-2016 年變幅也大于其他三個月,最小值與最大值相差4.1℃。LMinT 在7 月最高,9 月最低,整體變化較為平穩(wěn);6 月最低值出現(xiàn)在2013 年,為7.0℃;7 月最低值出現(xiàn)在2011 年,為10.5℃;8 月最低值出現(xiàn)在2008 年,為6.6℃;9 月最低值出現(xiàn)在2012 年,為1.5℃。HMaxT 在6月、7 月、8 月和9 月四個月的上升趨勢都不明顯,且波動較小,變幅均在3.0℃以內(nèi);7 月最高,最高值出現(xiàn)在2015 年,為35.9℃;9 月最小,最高值為30.1℃。LMaxT 在6 月、7 月和8 月三個月波動較小,9 月呈現(xiàn)明顯上升的趨勢,上升速率為6.9℃/10 年。
2.2.3 極端溫度指標(biāo)的空間變化趨勢
極端氣溫各指標(biāo)總體上均表現(xiàn)為從中北部向南遞減的趨勢。LMinT 變化幅度在-1.9 ~4.2℃之間,相差6.1℃,最低點為位于固原市的西吉站。有80% 的站點(20 個)小于3.0℃,有20% 的站點(5 個)小于0℃,也就是說,在2007-2016 年10 年中番茄開花- 收獲期有80% 的站點出現(xiàn)過輕霜凍,有20% 的站點出現(xiàn)過霜凍。HMaxT 變化幅度在29.9 ~39.5℃之間,相差9.6℃;在2007-2016 年10 年中番茄開花- 收獲期有76% 的站點(19 個)大于35.0℃,出現(xiàn)過高溫。HMinT 最大值出現(xiàn)在吳忠站,為25.9℃,最小值出現(xiàn)在固原市的涇源站,為18.4℃,相差7.5℃。LMaxT 變化幅度在4.7 ~12.6℃之間,相差7.9℃。
利用寧夏2007-2016 年6-9 月逐日平均、最高、最低氣溫資料,分析了番茄開花- 收獲期內(nèi)平均氣溫和極端氣溫指標(biāo)的時空變化特征。研究結(jié)果表明:
寧夏2007-2016 年番茄開花- 收獲期平均氣溫為19.9℃,在19.4-20.6℃之間波動,平均最高氣溫平均值為26.2℃,平均最低氣溫平均值為14.4℃。線性變化趨勢均未通過0.05 信度的顯著性檢驗,說明寧夏2007-2016 年番茄開花- 收獲期平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫上升趨勢均不顯著。
從極端溫度指標(biāo)變化特征來看,極端溫度指標(biāo)中LMaxT 線性傾向率最大,為6.68℃/10 年,且通過了α=0.05 的顯著性檢驗,與日最低氣溫相關(guān)的極端溫度指標(biāo)線性傾向率均比較小,除LMaxT 外其他7 個指標(biāo)均未通過顯著性檢驗。寧夏番茄開花-收獲期內(nèi)與日最高氣溫相關(guān)的極端氣溫明顯比與日最低氣溫相關(guān)的極端氣溫升高得快,2007-2016 年番茄開花- 收獲期極端最低氣溫未發(fā)生顯著升高。
HMinT 在6 月、7 月和8 月基本保持平穩(wěn)狀態(tài);9 月明顯低于其他3 月。LMinT 在7 月最高,9 月最低,整體變化較為平穩(wěn)。HMaxT 在6 月、7 月、8 月和9 月四個月的上升趨勢都不明顯,且波動較小,7 月最高,9 月最小。LMaxT 在6 月、7月和8 月三個月波動較小,9 月呈現(xiàn)明顯上升的趨勢,上升速率為6.9℃/10 年。
極端氣溫各指標(biāo)空間變化總體上均表現(xiàn)為從中北部向南遞減的趨勢。LMinT 變化幅度在-1.9 ~4.2℃之間,在2007-2016 年10 年中番茄開花- 收獲期有80% 的站點出現(xiàn)過輕霜凍,有20% 的站點出現(xiàn)過霜凍。HMaxT 變化幅度在29.9 ~39.5℃之間,在2007-2016 年10 年中番茄開花- 收獲期有76% 的站點(19 個)大于35.0℃,出現(xiàn)過高溫。HMinT 最大值出現(xiàn)在吳忠站,為25.9℃,最小值出現(xiàn)在固原市的涇源站,為18.4℃,相差7.5℃。LMaxT 變化幅度在4.7 ~12.6℃之間,相差7.9℃。