近60 a來秦嶺山地≥10 ℃積溫時(shí)空演變及亞熱帶-暖溫帶界線問題

張善紅，白 怡，宋連環(huán)，展曉瑋，屈 妍，梁 佳

(1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127；2.商洛學(xué)院城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學(xué)院，陜西 商洛 726000；3.山東省濟(jì)寧市汶上縣第一中學(xué)，山東 濟(jì)寧 272500；4.商洛市氣象局，陜西 商洛 726000；5.陜西省氣象服務(wù)中心，陜西 西安 710014)

IPCC第六次報(bào)告指出，在過去的40 a里，每10 a都熱于該時(shí)段之前1850年以來的任意10 a，21世紀(jì)初的前20 a(2001—2020年)全球地表溫度比1850—1900年高0.99 ℃[1]。全球變暖引起熱量資源的變化[2]、氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及植被生長的影響已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[3-4]。

目前國內(nèi)學(xué)者針對不同地區(qū)的積溫開展了大量的研究?；谌珖叨鹊摹?0 ℃活動積溫表明，近50 a中國≥10 ℃積溫呈上升趨勢，以20世紀(jì)90年代上升最為明顯[5]；≥5 ℃、≥10 ℃有效積溫初始日整體呈提前現(xiàn)象，結(jié)束日呈推遲現(xiàn)象[6]；農(nóng)作物的種植界北移[7]。也有一些學(xué)者基于小區(qū)域尺度對黃河流域[8]、長江流域[9]、西北地區(qū)[10-11]、華南地區(qū)[12]、新疆地區(qū)[13]、東北地區(qū)[14]等地區(qū)的積溫進(jìn)行研究，研究內(nèi)容主要包括氣候變暖的影響、積溫的時(shí)空變化、農(nóng)業(yè)氣候資源的改變、對農(nóng)作物物候和種植界限的影響等。

秦嶺山地是中國中部重要的地理生態(tài)分界線，是南水北調(diào)中線水源區(qū)[15]，地處暖溫帶和北亞熱帶過渡區(qū)，是我國南北氣候、生物區(qū)系的交匯地帶。隨著氣候變暖，秦嶺山地≥10 ℃積溫有沒有發(fā)生變化？秦嶺亞熱帶暖溫帶分界線有沒有發(fā)生變化？學(xué)術(shù)界關(guān)于秦嶺亞熱帶暖溫帶分界線的具體位置一直存在爭議。近幾年，有很多學(xué)者通過植被-氣候指標(biāo)對暖溫帶和北亞熱帶的分界進(jìn)行了研究，也得出了不同結(jié)論。如趙芳等[16]對秦巴山地植被垂直帶譜結(jié)構(gòu)的空間分異特征進(jìn)行分析，認(rèn)為大巴山比秦嶺更適合作為暖溫帶和北亞熱帶的分界線；趙芳等[17]通過植被凈初級生產(chǎn)力(net primary productivity，NPP)與氣溫和降水的相關(guān)性分析，得出漢江作為暖溫帶和北亞熱帶的分界線更合適；姚永慧等[18]分析了馬尾松林和油松林這2類植被在秦巴山區(qū)的空間分布及兩者分界線處的氣候條件，認(rèn)為這2類植被的分界線及相應(yīng)位置的氣候指標(biāo)可以作為亞熱帶與暖溫帶的界線；張興航等[19]基于中國南北過渡帶主體(秦嶺—大巴山)植物群落實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，從植物物種、群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性3個(gè)層面，對區(qū)域氣候分界問題進(jìn)行研究，認(rèn)為東秦嶺南麓更適合作為北亞熱帶-暖溫帶的分界線。

綜上可以看出，前人在關(guān)于秦嶺亞熱帶-暖溫帶分界問題上做了大量的工作，取得了大量研究成果，但由于研究認(rèn)識問題的角度和劃分的具體依據(jù)存在差異，使得秦嶺北亞熱帶北界的界線研究存在一定差異，但均為以后的研究提供了重要的科學(xué)依據(jù)。筆者采用最新的氣候資料，以廣義秦嶺為研究區(qū)，分析我國秦嶺山地積溫的時(shí)空變化，探討氣候變化背景下，亞熱帶-暖溫帶的分界線如何發(fā)生位移以及亞熱帶-暖溫帶的分界線是否會跨越秦嶺等科學(xué)問題，以期為應(yīng)對氣候變化、及時(shí)調(diào)整林業(yè)管理措施和農(nóng)林生產(chǎn)格局提供科學(xué)依據(jù)，以保障秦嶺山地生態(tài)環(huán)境安全、資源及服務(wù)功能的可持續(xù)利用。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

秦嶺西起甘肅省東南部，向東經(jīng)天水南部的麥積山進(jìn)入陜西，東至河南伏牛山，北臨渭河，南接漢水，地勢西高東低，海拔高度懸殊，是我國南北地理主要分界線[20]。全區(qū)受季風(fēng)氣候影響，兼有暖溫帶和亞熱帶特征，水資源豐富，是漢江、嘉陵江、丹江等主要河流的發(fā)源地，年均降水量為450～1 300 mm，年均溫為12～16 ℃，是我國人文、地理、氣候、生物等南北過渡區(qū)，也是氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)[21]。秦嶺山地氣象站點(diǎn)分布見圖1。

圖1 研究區(qū)氣象站點(diǎn)分布圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取研究區(qū)及周邊共74個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2019年逐日平均氣溫實(shí)測數(shù)據(jù)，來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)、中國氣象局和陜西省氣象局。對于部分站點(diǎn)數(shù)據(jù)缺測，通過站點(diǎn)已有數(shù)據(jù)與臨近站點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用回歸方法進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后插補(bǔ)，保證研究數(shù)據(jù)的完整性、一致性、連續(xù)性。數(shù)字高程(DEM)數(shù)據(jù)分辨率為30 m，來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心。

1.3 研究方法

1.3.1日均溫穩(wěn)定≥10 ℃起止日期

將界限溫度確定為10 ℃，使用5 d滑動平均法確定日平均氣溫穩(wěn)定≥10 ℃起止日期，其初日定義為5 d滑動平均氣溫≥10 ℃的日期，終日定義為5 d滑動平均氣溫<10 ℃的日期[22]。對于某年某一站點(diǎn)而言，確定界限的起止日期后，計(jì)算該起止日期之間的日平均氣溫總和，即為日平均氣溫穩(wěn)定≥10 ℃期間的積溫。初日和終日之間的日數(shù)為日均溫穩(wěn)定≥10 ℃日數(shù)。

1.3.2Anusplin插值方法

Anusplin是基于普通薄盤和局部薄盤樣條函數(shù)插值理論，它除通常的樣條自變量外，允許引入線性協(xié)變量子模型，如海岸線距離、海拔等多個(gè)地理因子作為線性協(xié)變[23]。Anusplin在獨(dú)立變量、協(xié)變量和樣條次數(shù)方面有多種組合，共有18種模型[24]。因積溫具有水平地帶性和垂直地帶性分布特征[25]，建立≥10 ℃積溫插值的最優(yōu)空間插值模型，采用以經(jīng)度、緯度為自變量，海拔為協(xié)變量的三變量局部薄盤光滑樣條函數(shù)，樣條次數(shù)設(shè)置為2。

1.3.3插值精度評價(jià)方法

采用交叉驗(yàn)證方法對≥10 ℃積溫、≥10 ℃持續(xù)天數(shù)、1月平均氣溫的插值結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。交叉驗(yàn)證是預(yù)留一個(gè)或多個(gè)觀測站點(diǎn)作為驗(yàn)證站點(diǎn)，然后對驗(yàn)證站點(diǎn)做插值預(yù)測，比較這些站點(diǎn)的實(shí)測值和預(yù)測值，從而評價(jià)插值精度水平[23-24]。從74個(gè)站點(diǎn)每次隨機(jī)選15個(gè)站點(diǎn)作為驗(yàn)證點(diǎn)，共取3次，得到45個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)。針對驗(yàn)證點(diǎn)，運(yùn)用平均絕對誤差(MAE)、平均相對誤差(MRE)和均方根誤差(RMSE)3個(gè)參數(shù)指標(biāo)評估實(shí)際觀測值與空間插值的精度差異。由表1可知，研究區(qū)域≥10 ℃積溫、≥10 ℃持續(xù)天數(shù)、1月平均氣溫的空間插值精度較高，誤差較小，滿足研究需求。

表1 插值交叉驗(yàn)證結(jié)果

1.3.4基于R/S分析法的Hurst指數(shù)

基于重標(biāo)極差法(R/S分析)的Hurst指數(shù)是由英國水文學(xué)家HURST[26]提出的一種定量描述時(shí)間序列信息長期依賴性的有效方法[27]，無論時(shí)間序列是正態(tài)還是非正態(tài)分布，R/S分析結(jié)果的穩(wěn)定性均不受影響[28]，其基本原理和計(jì)算過程見文獻(xiàn)[29]。通過該方法計(jì)算的Hurst指數(shù)(H)的取值范圍為[0,1]，0.5

選用Kendall秩相關(guān)系數(shù)來檢驗(yàn)≥10 ℃積溫是否表現(xiàn)出明顯的變化趨勢，Kendall秩相關(guān)系數(shù)的基本原理和計(jì)算公式參見文獻(xiàn)[30]。

1.3.5M-K突變檢驗(yàn)

采用M-K突變檢驗(yàn)對60 a來秦嶺山地≥10 ℃積溫的突變特征進(jìn)行檢驗(yàn)。M-K檢驗(yàn)是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，此方法的變量可以不具備正態(tài)分布的特征，有個(gè)別離群值不會影響分析結(jié)果。一般取顯著性水平α=0.05，在正序列(UFk)超過臨界值信度線的前提下，若正反序列2個(gè)統(tǒng)計(jì)量僅有1個(gè)交叉點(diǎn)，且位于信度線之間，則該點(diǎn)為突變點(diǎn)，且統(tǒng)計(jì)上顯著[31]。具體計(jì)算方法見文獻(xiàn)[32]。

1.3.6暖溫帶—亞熱帶分界指標(biāo)

暖溫帶和亞熱帶的劃分指標(biāo)參考鄭景云等[33]的區(qū)劃原則，各指標(biāo)分類見表2，其中各溫度帶的分帶指標(biāo)由專家通過全國各地不同站點(diǎn)≥10 ℃天數(shù)、≥10 ℃積溫和1月平均氣溫隨海拔的變化關(guān)系并結(jié)合自然景觀制定。以日均溫穩(wěn)定≥10 ℃期間的積溫劃分氣候帶，對于地勢高差懸殊的地區(qū)有一定局限性，但以日均溫穩(wěn)定≥10 ℃持續(xù)日數(shù)作為指標(biāo)，能夠更準(zhǔn)確地表征山地起伏較大地區(qū)溫度條件的地域分異[25,34-35]。選用日均溫≥10 ℃持續(xù)日220 d和1月0 ℃等溫線作為主要指標(biāo)，以日均溫穩(wěn)定≥10 ℃期間的積溫為參考指標(biāo)，探討在全球變暖的大背景下，北亞熱帶北界的變化以及北亞熱帶北界是否突破秦嶺。

表2 秦嶺南北溫度帶劃分指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 秦嶺山地≥10 ℃積溫均值的空間分布特征

由圖2可以看出，秦嶺山地1960—2019年≥10 ℃積溫整體呈現(xiàn)出中間低周邊高、東多西少、南多北少，表現(xiàn)出自山脊線向南向北隨海拔高度變化的地帶性階梯狀分布特征，即隨著高度的增加而減少。積溫≤1 000 ℃溫度帶主要分布在秦嶺西北部、太白山等海拔較高處；>2 000～3 000和>3 000～4 000 ℃溫度帶主要分布在秦嶺大部分地區(qū)；>4 000℃ 溫度帶主要分布在秦嶺南北坡海拔較低處。

圖2 秦嶺山地近60 a≥10 ℃積溫空間分布Fig.2 Spatial distribution of ATT10 cumulative temperature in the Qinling Mountains in the past 60 years

為了解秦嶺山地積溫與海拔高程的關(guān)系，以秦嶺山地200 m高程為間隔，統(tǒng)計(jì)秦嶺山地不同高程帶≥10 ℃積溫均值，因3 800 m以上≥10 ℃積溫基本等于0，所以只統(tǒng)計(jì)0～3 800 m高程帶上的積溫，秦嶺山地≥10 ℃積溫隨海拔的變化情況見圖3。由圖3可知，海拔每升高100 m，≥10℃積溫降低136.8 ℃。由以上分析可知，秦嶺山地≥10 ℃積溫空間分布呈現(xiàn)由南向北、由低海拔向高海拔逐漸減少的規(guī)律，可見研究區(qū)內(nèi)積溫空間分布表現(xiàn)出明顯的緯度地帶性和垂直地帶性。

圖3 秦嶺山地≥10 ℃積溫與高程的關(guān)系Fig.3 Mean temperature in the Qinling Mountains in the past 60 years

2.2 秦嶺山地≥10 ℃積溫的變化趨勢及突變特征

圖4為1960—2019年秦嶺山地≥10 ℃積溫的年際變化圖。由圖4(a)可知，研究區(qū)多年積溫平均值為4 295.21 ℃，最大值為2013年的4 766.39 ℃，最小值為1993年的3 973.81 ℃，最大值與最小值相差792.58 ℃，說明秦嶺山地≥10 ℃積溫的年際變化幅度較大。自1960年以來，研究區(qū)日平均氣溫穩(wěn)定≥10 ℃積溫總體呈現(xiàn)增加趨勢，其變化率為68.01 ℃·(10 a)-1，且通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。

圖4 1960—2019年秦嶺山地≥10 ℃積溫的年際變化及M-K突變檢驗(yàn)

由表3可知，1960—2019年Kendall秩相關(guān)系數(shù)M=7.05，說明近60 a秦嶺山地≥10 ℃積溫呈增加趨勢，且增加趨勢較強(qiáng)；1993—2019年的積溫秩相關(guān)系數(shù)M=10.15，通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。通過R/S分析法來預(yù)測秦嶺山地日平均氣溫穩(wěn)定≥10 ℃積溫的未來變化趨勢，計(jì)算后得到1960—2019和1993—2019年積溫的Hurst指數(shù)分別為0.957 6和0.730 4，均大于0.5，說明秦嶺山地未來≥10 ℃積溫與過去保持相同的變化態(tài)勢，即持續(xù)遞增。結(jié)合M值和Hurst指數(shù)綜合分析，若秦嶺山地的氣候變化與人類活動保持現(xiàn)有的狀態(tài)，其≥10 ℃積溫將繼續(xù)呈顯著遞增的變化趨勢。

表3 秦嶺山地≥10 ℃積溫變化趨勢

M值>2.576表示在α=0.01水平極顯著。

圖4(b)為秦嶺山地1960—2019年≥10 ℃積溫的M-K檢測曲線，在0.05置信水平下，由UF曲線可知，1960—1993年秦嶺山地≥10 ℃積溫呈波動變化趨勢，在1993年后呈迅速增加趨勢，并于1997年發(fā)生突變，且該突變?yōu)樯仙蛔儭?/p>

2.3 秦嶺山地≥10 ℃積溫的空間變化

由圖5可以看出，秦嶺山地≥10 ℃積溫均呈增加趨勢，所有站點(diǎn)積溫傾向率均大于0。其中有68個(gè)站點(diǎn)(站點(diǎn)總數(shù)的91.89%)通過了顯著性檢驗(yàn)，僅有6個(gè)站點(diǎn)未通過顯著性檢驗(yàn)。秦嶺北坡所有站點(diǎn)均通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)；秦嶺南坡41個(gè)站點(diǎn)通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，11個(gè)站點(diǎn)通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，6個(gè)站點(diǎn)增加趨勢不顯著?？傮w看來，秦嶺山地≥10 ℃積溫增加趨勢明顯，且秦嶺北坡增加更為顯著。

圖5 1960—2019年研究區(qū)≥10 ℃積溫的空間變化

從圖6～7可以看出，1960—2019年秦嶺山地≥10 ℃ 積溫基本呈現(xiàn)由低緯向高緯、由低海拔向高海拔遞減的趨勢。

圖6 秦嶺山地不同年代≥10 ℃積溫帶空間分布圖

秦嶺山地≥10 ℃積溫以>3 000～4 000 ℃段為主，>2 000～3 000和>4 000 ℃次之，>1 000～2 000和≤1 000 ℃積溫帶面積所占比例最少； >1 000～2 000 ℃和>2 000～3 000 ℃積溫段面積占比逐年減少，>3 000～4 000、>4 000 ℃積溫段面積占比則逐年增加(1980年代除外)；≤1 000 ℃積溫段基本呈減少趨勢。1980—1989年≥10 ℃積溫與其他年代差別較大，>1 000～2 000、>2 000～3 000 ℃積溫段分別占總面積的13.81%和35.14%，遠(yuǎn)大于其他年份；>4 000 ℃積溫段所占比例為6.41%，遠(yuǎn)小于其他年代該積溫段占比的平均值25.79%?？傮w來說，研究區(qū)≥10 ℃積溫呈增加趨勢，且積溫高值區(qū)面積增加，積溫低值區(qū)面積減少。

圖7 不同年代秦嶺山地≥10 ℃積溫帶面積占比

2.4 暖溫帶—亞熱帶分界線問題

2.4.1秦嶺山地暖溫帶—亞熱帶分界線問題

氣候是一個(gè)長期的概念，通常30 a為一個(gè)氣候變化周期，因此按照1960—1989年(階段Ⅰ)和1990—2019年(階段Ⅱ)2個(gè)階段分析溫度帶界線的變化。以鄭景云的暖溫帶和亞熱帶的劃分指標(biāo)，選用日均溫≥10 ℃持續(xù)日220 d和1月0 ℃等溫線作為主要指標(biāo)，2個(gè)指標(biāo)共同作用的下限作為亞熱帶-暖溫帶的分界線，對比階段Ⅰ和階段Ⅱ秦嶺暖溫帶-亞熱帶分界線的變化。

圖8為秦嶺階段Ⅰ和階段Ⅱ亞熱帶-暖溫帶分界線的變化，其中圖8(a)為2個(gè)階段亞熱帶-暖溫帶分界線的平面圖，圖8(b)～(c)為從秦嶺以南、以北2個(gè)方向看2個(gè)階段亞熱帶-暖溫帶分界線在ArcScene軟件中依托DEM的三維立體顯示結(jié)果。

由圖8可以看出，由于海拔、地形以及緯度等因素的共同影響，秦嶺亞熱帶-暖溫帶分界線主體是一條沿秦嶺南坡東西向分布至秦嶺東部并向北延伸的蜿蜒曲折的線。在界線以北以西為暖溫帶，在界線以南以東為亞熱帶。另外在秦嶺以北，階段Ⅱ出現(xiàn)“飛地”亞熱帶，在“飛地”亞熱帶外為暖溫帶。階段Ⅰ，秦嶺亞熱帶-暖溫帶分界線止于河南汝陽；階段Ⅱ，分界線沿秦嶺南坡東西向延伸到秦嶺以東，并向北推進(jìn)至35° N左右的黃河河谷，折回向東而去，且在秦嶺以北出現(xiàn)“飛地”亞熱帶。對比階段Ⅰ和階段Ⅱ亞熱帶-暖溫帶界線的位移變化可知，階段Ⅱ較階段Ⅰ，亞熱帶-暖溫帶分界線整體向高海拔攀升和向高緯度北移；秦嶺南坡、秦嶺東部邊界已經(jīng)成為秦嶺亞熱帶-暖溫帶的分界線，秦嶺以北跨越式地進(jìn)入了亞熱帶，秦嶺南坡作為分界線的作用有所減弱，但隨著氣候的變暖，加之秦嶺山地的阻擋作用[36]，秦嶺南坡亞熱帶-暖溫帶分界線將繼續(xù)向高海拔攀升，秦嶺南坡的分界作用依然明顯。

圖8 1960—1989年(階段Ⅰ)和1990—2019年(階段Ⅱ)秦嶺亞熱帶-暖溫帶界線的變化

2.4.2≥10 ℃積溫4 500 ℃等值線與220 d等值線關(guān)系

由圖9可以看出，階段Ⅰ≥10 ℃積溫4 500 ℃等值線從秦嶺東南部穿過并向東而去；階段Ⅱ≥10 ℃積溫4 500 ℃等值線基本和Ⅱ階段≥10 ℃持續(xù)日220 d等值線重合。

圖9 1960—1989年(階段Ⅰ)和1990—2019年(階段Ⅱ)≥10 ℃積溫4 500 ℃等值線和持續(xù)日220 d等值線的關(guān)系

由此可以說明，在階段Ⅰ，由于秦嶺山地海拔高差的緣故，≥10 ℃積溫4 500 ℃等值線反映秦嶺暖溫帶-亞熱帶分界有一定局限性，但隨著氣候的變暖，秦嶺山地≥10 ℃積溫增加迅速，在階段Ⅱ，≥10 ℃ 積溫4 500 ℃等值線基本消除了秦嶺山地地勢高差的影響。在以后的研究中，可以利用≥10 ℃積溫4 500 ℃等值線和≥10 ℃持續(xù)日220 d這2個(gè)指標(biāo)共同對秦嶺山地的溫度帶進(jìn)行劃分。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1亞熱帶跨越秦嶺問題

經(jīng)過前面的分析得知，近些年來秦嶺山地≥10 ℃積溫呈持續(xù)增加趨勢，尤其是在20世紀(jì)90年代增加比較明顯，且秦嶺北坡的增加幅度大于秦嶺南坡。那么隨著熱量資源的增加，亞熱帶-暖溫帶的分界線是否會跨越秦嶺？在什么情況下亞熱帶會跨越秦嶺呢？

在階段Ⅱ，秦嶺以北出現(xiàn)“飛地”亞熱帶，秦嶺以北跨越式地進(jìn)入了“亞熱帶”。是亞熱帶跨越了秦嶺嗎？氣候是一個(gè)長期的概念，在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)“飛地”亞熱帶不算跨越。對階段Ⅱ的每一年提取亞熱帶-暖溫帶分界線，發(fā)現(xiàn)1997—2019年間，除1999、2008、2010、2011和2018年外，其余年份均出現(xiàn)飛地“亞熱帶”。23 a中有18 a在秦嶺以北出現(xiàn)飛地“亞熱帶”，說明秦嶺以北出現(xiàn)“飛地”亞熱帶的格局已經(jīng)形成。

根據(jù)氣候區(qū)劃的原則空間分布連續(xù)性與取大去小，要求氣候區(qū)劃結(jié)果中的各個(gè)氣候區(qū)必須保持完整連續(xù)而不出現(xiàn)“飛地”。所以，只是出現(xiàn)“飛地”亞熱帶并不能代表亞熱帶已經(jīng)跨越秦嶺。即在目前的狀況下，亞熱帶沒有跨越秦嶺。什么情況下亞熱帶跨越了秦嶺呢？定義如下：在某一時(shí)間段內(nèi)，亞熱帶從秦嶺南坡到秦嶺北坡呈連續(xù)帶狀分布格局，此時(shí)亞熱帶便跨越了秦嶺。圖10為未來某一階段亞熱帶在秦嶺的分布示意圖，亞熱帶從秦嶺南坡到秦嶺北坡呈連續(xù)帶狀分布格局，此時(shí)秦嶺周邊的亞熱帶同我國東部的亞熱帶連成一個(gè)整體，則亞熱帶跨越了秦嶺。

圖10 亞熱帶在秦嶺的分布示意圖

通過圖8～9可以看出，如果以秦嶺山地≥10 ℃積溫4 500 ℃和持續(xù)日220 d為指標(biāo)劃分亞熱帶和暖溫帶，則亞熱帶已經(jīng)從秦嶺南坡到秦嶺北坡呈連續(xù)帶狀分布格局，此時(shí)秦嶺周邊的亞熱帶同中國東部的亞熱帶連成一個(gè)整體，亞熱帶基本跨越了秦嶺。但亞熱帶-暖溫帶指標(biāo)之一1月0 ℃等溫線必須滿足要求，如果1月0 ℃等溫線也能和≥10 ℃積溫4 500 ℃等值線、持續(xù)日220 d等值線一樣從秦嶺南坡到秦嶺北坡，進(jìn)入關(guān)中平原并向東，與中國1月0 ℃等溫線主體匯合，則亞熱帶跨越秦嶺。隨著氣候的變暖，秦嶺亞熱帶北界在未來的某個(gè)時(shí)間會跨越秦嶺山脈。

3.1.2積溫變化對植被的影響

在全球變暖的大背景下，積溫的增加會對植被和農(nóng)作物的生長產(chǎn)生一定影響。一方面，體現(xiàn)在植被物候的變化上。有學(xué)者研究了歐洲4種常見的暖溫帶樹種，結(jié)果表明，氣候變暖延長了溫帶樹木從出葉到開花的時(shí)間間隔[37]。有學(xué)者對近60 a來秦嶺地區(qū)森林樹種的物候進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)突變前(1984年)，物候始期呈現(xiàn)推遲趨勢，末期物候呈提前趨勢；突變后，物候始期呈提前趨勢，末期呈現(xiàn)顯著推遲[38]。這與秦嶺氣候帶界線向高海拔地區(qū)波動上升表現(xiàn)一致。另一方面，氣候帶界限的北移，將使植被帶上線上升，各植被帶植物適生區(qū)擴(kuò)大，農(nóng)作物向高海拔地區(qū)移動，同時(shí)晚熟的農(nóng)作物種植范圍也將擴(kuò)大[39]，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)民增收帶來新的機(jī)遇[40]。另外，積溫的增加可能會導(dǎo)致氣候趨于暖干化，加劇土壤干旱，進(jìn)而導(dǎo)致植被和農(nóng)作物生產(chǎn)力降低[41]。

在全球變暖的大背景下，秦嶺山地≥10 ℃積溫呈增加趨勢，且積溫高值區(qū)面積增加，低值區(qū)面積減少，秦嶺山地積溫線整體沿著山谷走勢向高海拔地區(qū)攀移，秦嶺地區(qū)的積溫上升明顯。秦嶺山地?zé)崃抠Y源的改變對植被變化的影響可能存在多種不確定性，具體如何影響該地區(qū)的植被，需要收集植被、氣候、土壤、物候、水文等最新資料，持續(xù)研究跟進(jìn)，并加強(qiáng)實(shí)地考察和野外研究，以便根據(jù)秦嶺南北麓地區(qū)的實(shí)際情況確定氣候條件與農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)種植之間的影響機(jī)制，及時(shí)調(diào)整農(nóng)林生產(chǎn)格局和林業(yè)管理措施，以保障秦嶺生態(tài)環(huán)境安全。

3.2 結(jié)論

利用研究區(qū)及周邊74個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日氣溫實(shí)測數(shù)據(jù)，采用5日滑動平均法、氣候傾向率、M-K檢驗(yàn)及Anusplin方法，模擬了研究區(qū)1960—2019年≥10 ℃積溫的時(shí)空演變，并探討了在全球變暖大背景下亞熱帶-暖溫帶的界線變化，得到如下結(jié)論：

(1)從時(shí)間尺度上看，秦嶺山地1960—2019年日平均氣溫≥10 ℃積溫呈現(xiàn)顯著遞增的變化趨勢，其變化率為71.72 ℃·(10 a)-1。秦嶺山地≥10 ℃積溫除20世紀(jì)80年代下降明顯外，其余年代際均呈增加趨勢，尤其是20世紀(jì)90年代后積溫增加明顯?？傮w來說，研究區(qū)≥10 ℃積溫呈增加趨勢，且積溫高值區(qū)面積增加，積溫低值區(qū)面積減少。

(2)從空間尺度上看，秦嶺山地1960—2019年≥10 ℃積溫整體呈現(xiàn)出南多北少、東多西少的分布特征，并隨著海拔高度的增加而減少。但在秦嶺北坡地勢平坦海拔較低的地方出現(xiàn)了>4 000 ℃的溫度帶，以寶雞、眉縣、戶縣、周至、長安、華縣、華陰、靈寶為代表。研究區(qū)所有站點(diǎn)積溫傾向率均大于0，且絕大多數(shù)站點(diǎn)通過了顯著性檢驗(yàn)，表明秦嶺山地≥10 ℃積溫增加趨勢顯著，其中秦嶺北坡增加最為顯著。

(3)對比階段Ⅰ(1960—1989年)和階段Ⅱ(1990—2019年)，亞熱帶-暖溫帶分界線呈現(xiàn)出整體向高海拔攀升和向高緯度北移的趨勢，秦嶺以北“跨越式”進(jìn)入了亞熱帶氣候格局；隨著氣候的變暖，秦嶺亞熱帶北界可能會跨越秦嶺山脈。