高華東　鄧艷君　費(fèi)強(qiáng)　楊青青　劉詩(shī)慧

摘要：為研究荊州市氣候時(shí)空變化特征，利用荊州市6個(gè)國(guó)家氣象站1961-2018年日平均氣溫、逐日降水量和日照時(shí)數(shù)資料，采用線性?xún)A向估計(jì)法、累積距平法、M-K突變檢驗(yàn)法分析了荊州市主要?dú)夂蛞貢r(shí)空變化特征。結(jié)果表明，近58年來(lái)荊州市增溫趨勢(shì)非常明顯，20世紀(jì)90年代以來(lái)尤為顯著;降水量總體呈增加趨勢(shì)，但年際間波動(dòng)較大;年日照時(shí)數(shù)明顯減少。荊州市增溫主要在2-5月和9-12月;7月降水量增加趨勢(shì)明顯，降水量減少主要集中在秋季;夏季日照時(shí)數(shù)明顯減少是荊州市光照變差的主要原因。荊州市各站氣候要素變化趨勢(shì)基本一致，僅松滋站年降水量呈減少趨勢(shì)，與荊州市整體變化趨勢(shì)相反。隨著氣候變暖，荊州市熱量資源明顯增加。

關(guān)鍵詞：氣候要素;變化特征;突變檢驗(yàn);荊州市

中圖分類(lèi)號(hào)：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114 （2020） 16-0066-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.16.013 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

《IPCC全球升溫1.5℃特別報(bào)告》指出，全球升溫趨勢(shì)為（0.2±0.1）℃/10年，目前全球平均溫度比工業(yè)化前約高1℃[1]。已有研究表明，中國(guó)地區(qū)氣候變化與全球氣候變化總趨勢(shì)是一致的[2-5 ]。任國(guó)玉等[2]指出1951-2001年中國(guó)平均地表氣溫上升趨勢(shì)為0.22℃/10年，變暖幅度約為1.10℃，明顯大于全球或半球同期水平，長(zhǎng)江中下游地區(qū)降水量呈增加趨勢(shì)，全國(guó)日照時(shí)數(shù)顯著減少;孔鋒等[3]研究發(fā)現(xiàn)1961-2014年中國(guó)平均氣溫增加趨勢(shì)為0.26℃/10年。荊州市地處湖北省中南部，江漢平原腹地，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，是熱帶海洋氣團(tuán)和極地大陸氣團(tuán)交替控制和互相角逐交綏的地帶，是著名的魚(yú)米之鄉(xiāng)。對(duì)于荊州市的氣候變化方面已有不少研究，吳燕輝等[6]指出1958-2004年江漢平原平均氣溫增加趨勢(shì)為0.25℃/10年，變暖趨勢(shì)十分明顯;魏寶華等[7]研究發(fā)現(xiàn)1960-2005年湖北省各地區(qū)平均氣溫普遍呈不同增加趨勢(shì)，江漢平原降水量有增加的趨勢(shì);劉可群等[8]指出1960—2004年江漢平原東南部的年降雨量呈明顯增加趨勢(shì)。這些研究主要是選取氣溫或降水作為氣象要素指標(biāo)，所用氣象要素資料的年限較短。本研究利用荊州市6個(gè)國(guó)家氣象站1961-2018年日平均氣溫、逐日降水量和日照時(shí)數(shù)等資料，研究了荊州市氣溫、降水、日照、積溫的變化趨勢(shì)和突變特點(diǎn)，以便全面認(rèn)識(shí)全球氣候變暖背景下的荊州市主要?dú)庀笠刈兓癄顩r，以期為地方政府部門(mén)合理利用氣候資源安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)等提供參考。

1資料與方法

1.1資料來(lái)源

所用資料為湖北省荊州市6個(gè)國(guó)家氣象站（圖1）1961-2018年日平均氣溫、逐日降水量和日照時(shí)數(shù)，該數(shù)據(jù)由湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心提供。

1.2 研究方法

對(duì)荊州市年平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)的年、月變化進(jìn)行了研究。采用線性?xún)A向估計(jì)法和累積距平法分析氣候要素序列的變化趨勢(shì)[9];采用Mann-Kendall法判斷氣候要素序列的突變時(shí)間[9];采用5d滑動(dòng)平均法確定0℃（喜涼作物）和10℃（喜溫作物）界限溫度的起止日期[10]，從而計(jì)算穩(wěn)定通過(guò)0℃和10℃的活動(dòng)積溫[11];采用反距離加權(quán)法（IDW）進(jìn)行空間插值，并用ArcGIS 10.0進(jìn)行空間表達(dá)。

2結(jié)果與分析

2.1 年氣候要素變化特征

2.1.1 氣溫1961-2018年荊州市年平均氣溫為16.9℃。由圖2可知，近58年來(lái)荊州市年平均氣溫序列呈上升趨勢(shì)，線性?xún)A向率為0.29℃/10年，通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，變暖趨勢(shì)相當(dāng)明顯，高于全國(guó)平均水平[3]。用Mann-Kendall法對(duì)1961-2018年荊州市年平均氣溫進(jìn)行突變檢驗(yàn)分析，1961-1971年UF曲線呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，1972年后呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在1997年超過(guò)了顯著性水平0.05的臨界線，UF、UB曲線相交于1996-1997年，交點(diǎn)位于顯著性水平0.05的臨界線之間，是荊州市年平均氣溫突變的開(kāi)始。突變前，1961-1996年荊州市年平均氣溫為16.5℃;突變后，1997-2018年荊州市年平均氣溫為17.6℃，前后相差1.1℃虞海燕等研究得出2007年是中國(guó)有記錄以來(lái)的最暖年，但基于本研究使用的時(shí)間序列數(shù)據(jù)已延伸到2018年，可以看出，2013年是荊州市最暖的一年，年平均氣溫為18.2℃，而1998、2007、2017年為次暖年，年平均氣溫都為18.0℃。

由圖3可以看出，荊州市各站年平均氣溫均呈增加趨勢(shì)，線性?xún)A向率為0.24～0.36℃/10年，均通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。監(jiān)利站的增溫幅度最大，線性?xún)A向率為0.36℃/10年，荊州站的增溫幅度最小，線性?xún)A向率為0.24℃/10年。

2.1.2 降水量 1961 -2018年荊州市年降水量多年平均值為1219.0mm。由圖4可知，近58年來(lái)荊州市年降水量總體呈增加趨勢(shì)，但年際間波動(dòng)較大，線性?xún)A向率為18.9 mm/10年，未通過(guò)0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。這一結(jié)論與張峻等[13]得出的長(zhǎng)江中下游地區(qū)1958-2017年降水量呈上升趨勢(shì)（22.1mm/10年）的分析結(jié)果基本一致。

從分段變化來(lái)看，1961-2018年荊州市年降水量序列可分為以下5個(gè)時(shí)段：第一階段為1961-1979年，荊州市年降水量年際間波動(dòng)較大，累積距平總體呈下降趨勢(shì)，表明此階段為降水偏少期;第二階段為1980-1995年，荊州市年降水量累積距平具有明顯的周期性變化，經(jīng)歷了增多-減少-增多-減少的變化趨勢(shì)，以3～5年的短周期旱澇交替為主要特征;第三階段為1996-2004年，累積距平在波動(dòng)中呈上升趨勢(shì)，此階段為降水偏多期;第四階段為2005-2014年，累積距平呈下降趨勢(shì)，此階段為降水偏少期;第五階段為2015-2018年，累積距平呈增加趨勢(shì)，此階段為降水偏多期。

由圖5可以看出，荊州市年降水量中東部呈增加趨勢(shì)，西部呈減少趨勢(shì)，線性?xún)A向率為-10.0～47.3mm/10年，僅石首站通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。松滋站年降水量變化趨勢(shì)與荊州市整體趨勢(shì)相反，線性?xún)A向率為-10.0mm/10年;石首站年降水量增加趨勢(shì)最大，線性?xún)A向率為47.3mm/10年。

2.1.3 日照時(shí)數(shù) 1961-2018年荊州市年日照時(shí)數(shù)的多年平均值為1765.0h。由圖6可知，近58年來(lái)荊州市年日照時(shí)數(shù)序列呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，線性?xún)A向率為-64.1h/10年，通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，減少趨勢(shì)十分明顯，這與張立波等[14]得出的長(zhǎng)江中下游地區(qū)的年平均日照時(shí)數(shù)總趨勢(shì)明顯減少（-68.2h/10年）的研究結(jié)果一致。用 Mann-Kendall法對(duì)1961-2018年荊州市年日照時(shí)數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)分析，UF曲線呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，在顯著性水平0.01的臨界線之間，UF、UB曲線相交，突變點(diǎn)位于1983-1984年，這與張立波等[14]得出的湖北省中南部年日照時(shí)數(shù)在20世紀(jì)80年代后明顯減少的結(jié)果一致。突變前，1961-1983年荊州市年平均日照時(shí)數(shù)為1887.4h，突變后，1984-2018年荊州市年平均日照時(shí)數(shù)為1684.6h，前后相差202.8h。值得注意的是，突變后階段，2013年荊州市年日照時(shí)數(shù)高達(dá)1999.7h，比多年平均值高234.7h，同時(shí)2013年也是荊州市最暖的一年，表明2013年是荊州市有記錄以來(lái)光熱資源最豐富的一年。

由圖7可知，荊州市各站年日照時(shí)數(shù)均呈顯著減少趨勢(shì)，線性?xún)A向率為-89.1～-32.6 h/10年，均通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。監(jiān)利站減少趨勢(shì)最大，線性?xún)A向率為-89.1 h/10年，洪湖站減少趨勢(shì)最小，線性?xún)A向率為-32.6 h/10年。

2.2月氣候要素變化特征

2.2.1氣溫荊州市逐月平均氣溫呈單峰型分布，峰值出現(xiàn)在7月（28.5℃）、8月（27.9℃），1月（4.4 ℃），年較差較大。圖8a顯示，1-12月平均氣溫均呈升高趨勢(shì)，2-5月和9-12月月平均氣溫升高趨勢(shì)明顯，其他月份氣溫升高趨勢(shì)不明顯，這使得荊州市氣溫年較差表現(xiàn)為減小的趨勢(shì)。

2.2.2 降水量 荊州市各月降水量分布不均勻，全年70.8%的降水都集中在3-8月，6月（190.3mm）降水量最多，12月（31.1 mm）降水量最少。圖8b顯示，月降水量線性?xún)A向率為正值的月份有1-2月、4-7月和11月，主要集中在冬季和夏季，其中，7月增多趨勢(shì)最顯著;3月、8-10月和12月線性?xún)A向率為負(fù)值，主要集中在秋季。這種變化特點(diǎn)使得荊州市年內(nèi)降水量分配趨于更不均衡。

2.2.3 日照時(shí)數(shù) 荊州市逐月日照時(shí)數(shù)分布與逐月平均氣溫基本一致，表現(xiàn)為單峰型，峰值出現(xiàn)在7月（230.8 h）、8月（226.0 h）、2月（88.9h）。圖 8c 顯示，近58年來(lái)各月日照時(shí)數(shù)線性?xún)A向率在1月、6-9月減少趨勢(shì)非常明顯，4月日照時(shí)數(shù)線性?xún)A向率為正值，但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。表明夏季日照時(shí)數(shù)明顯減少是荊州市光照變差的主要原因。

2.3 年積溫變化特征

由圖9可知，1961-2018年荊州市年≥0℃、≥10℃積溫的多年平均值分別為6149.1（℃·d）和5 370.3 （℃·d），58年間增加趨勢(shì)非常明顯，均通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。用Mann-Kendall法對(duì)1961-2018年荊州市年≥0℃、10℃積溫進(jìn)行突變檢驗(yàn)分析，20世紀(jì)80年代中期，UF曲線均持續(xù)上升，并分別于1997年和2000年超過(guò)了顯著性水平0.05的臨界線，在顯著性水平0.05臨界線之間，UF、UB曲線交點(diǎn)均位于1996-1997年，是兩者突變的開(kāi)始。突變前，1961-1996年荊州市年>0℃、≥10℃積溫分別為5993.5 （℃·d）和5226.8（℃·d）;突變后，1997-2018年荊州市年≥0℃、≥10 ℃積溫分別為 6 403.8 （℃·d）和5 605.2 （℃·d），兩者分別相差410.3 （℃·d）和378.4 （℃·d）。可見(jiàn)，隨著氣候的變暖，荊州市熱量資源明顯增加。

3小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

通過(guò)對(duì)荊州市6個(gè)國(guó)家氣象站1961-2018年的日平均氣溫、逐日降水量和日照時(shí)數(shù)時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，得出以下主要結(jié)論。

1） 近58年來(lái)，荊州市年平均氣溫明顯升高，線性?xún)A向率為0.29℃/10年，20世紀(jì)90年代以來(lái)增溫尤為顯著。年平均氣溫在1996-1997年發(fā)生突變，突變后與突變前階段年平均氣溫相差1.1℃，增幅相當(dāng)大。年降水量總體呈增加趨勢(shì)，但年際間波動(dòng)較大，線性?xún)A向率為18.9 mm/10年;1961-1979年、2005-2014年為降水偏少期，1996-2004年、2015-2018年為降水偏多期，1980-1995年則以3～5年的短周期旱澇交替為主。年日照時(shí)數(shù)明顯減少，線性?xún)A向率為-64.1h/10年，突變點(diǎn)在1983-1984年，突變后與突變前階段年日照時(shí)數(shù)相差202.8h。

2） 各月平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)均呈單峰型分布，月平均氣溫7月最高（28.5）℃，1月最低（4.4℃）;月降水量6月最多（190.3 mm），12月最少（31.1mm）;月日照時(shí)數(shù)7月最多（230.8h），2月最少（88.9 h）。增溫主要表現(xiàn)在2-5月和9-12月;7月降水量增加趨勢(shì)明顯，降水量減少主要集中在秋季;夏季日照時(shí)數(shù)明顯減少是荊州市光照變差的主要原因。

3） 地域上，荊州市各站年平均氣溫均呈增加趨勢(shì)，線性?xún)A向率為0.24～0.36℃/10年;年降水量中東部呈增加趨勢(shì)，西部呈減少趨勢(shì)，線性?xún)A向率為-10.0～47.3mm/10年;年日照時(shí)數(shù)均呈顯著減少趨勢(shì)，線性?xún)A向率為-89.1～-32.6 h/10年。

4） 隨著氣候變暖，荊州市熱量資源明顯增加，≥0℃、≥10 ℃積溫的變化趨勢(shì)和突變時(shí)間與年平均氣溫的變化趨勢(shì)表現(xiàn)一致。

3.2討論

本研究中荊州市平均氣溫上升趨勢(shì)顯著，線性?xún)A向率為0.29℃/10年（P < 0.01），該結(jié)果略高于前人的研究結(jié)果[6]，其主要原因?yàn)檎军c(diǎn)選擇和氣候要素序列起止時(shí)間等方面存在差異。彭少麟等[15]研究發(fā)現(xiàn)城市化發(fā)展使得城市熱島效應(yīng)日趨嚴(yán)重，唐國(guó)利等[16]研究表明城市熱島效應(yīng)對(duì)湖北省等地區(qū)近40～50年的地表平均氣溫影響很明顯，如果剔除城市熱島效應(yīng)對(duì)氣溫的影響，荊州市的增溫速率將小于0.29℃/10年，此結(jié)果有待今后進(jìn)一步研究。

在全球氣候變暖的背景下，荊州市氣候變化表現(xiàn)為氣溫升高、降水量增加、日照時(shí)數(shù)減少的趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代以來(lái)“暖濕”特征明顯。豐富的熱量、充沛的降水、充足的光照，雨熱同步與農(nóng)作物生產(chǎn)季一致的氣候條件，使荊州市適宜多種農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育。可因勢(shì)利導(dǎo)擴(kuò)大復(fù)種指數(shù)，合理規(guī)劃農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，充分利用氣候資源，挖掘農(nóng)業(yè)氣候資源潛力，結(jié)合氣候資源的開(kāi)發(fā)和生態(tài)文明建設(shè)，大力發(fā)展特色濕地生態(tài)農(nóng)業(yè)，開(kāi)展稻蝦、再生稻、特色水產(chǎn)等農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證，建立有氣候特色的地方優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品品牌，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是荊州市未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。

氣候變化為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。有研究表明氣候變暖會(huì)使水稻、小麥等作物生育期縮短，造成部分地區(qū)產(chǎn)量下降[17-19]。熊偉等[20]研究發(fā)現(xiàn)，1981-2007年隨著太陽(yáng)輻射減少湖北省水稻產(chǎn)區(qū)水稻產(chǎn)量也表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)。近年來(lái)洪澇、干旱、高溫?zé)岷?、低溫冷害等極端天氣氣候事件的頻率和強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了不利影響[21-24]?；糁螄?guó)等[25，26]對(duì)中國(guó)農(nóng)作物病蟲(chóng)害的研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖、降水異常會(huì)導(dǎo)致區(qū)域病蟲(chóng)害發(fā)生與災(zāi)變程度加劇，危害損失加重。

尤其值得注意的是，上述研究表明，2013年是荊州市有記錄以來(lái)光熱資源最豐富的一年，在6月15日，即常年梅雨發(fā)生初始階段，西太平洋副熱帶高壓脊線就過(guò)早北跳至30°N附近，且西伸至四川盆地。長(zhǎng)江流域受其影響，出現(xiàn)較大范圍的持續(xù)晴熱高溫天氣，6月16-20日荊州市出現(xiàn)日平均氣溫連續(xù)5d≥30℃、4d最高氣溫達(dá)35.9～37.8℃的有害高溫，對(duì)早稻抽穗揚(yáng)花十分不利。同時(shí)6月中旬日照時(shí)數(shù)較常年偏多9成，在氣溫、地溫高亢（地面極端最高溫度達(dá)66.1℃）的情況下，對(duì)棉花、蔬菜易引起日灼。6月23日荊州市由晴熱高溫轉(zhuǎn)梅雨，至6月底，又出現(xiàn)此起彼伏的強(qiáng)降水天氣，其雨量大到暴雨、局部大暴雨，引起了局部洪澇。因此，氣象災(zāi)害的研究及科學(xué)預(yù)測(cè)，對(duì)合理利用氣候資源安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)顯得尤為重要。

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收稿日期： 2020-01-03

基金項(xiàng)目：湖北省科協(xié)“科技創(chuàng)新源泉工程”項(xiàng)目;湖北省氣象局科技發(fā)展基金研發(fā)項(xiàng)目（2019J07）

作者簡(jiǎn)介：高華東（1990-），男，湖北公安人，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象方面的研究，（電話）15927786586（電子信箱）273456608@qq.com。