九江市高溫?zé)岷Φ臅r(shí)空分布特征

龔 琦，葛 薇，段里成

江西省農(nóng)業(yè)氣象中心，江西南昌 330096

我國(guó)以稻米為主食的人口約占總?cè)丝诘?0%以上，是世界上最大的水稻(OryzasativaL.)生產(chǎn)、進(jìn)口和消費(fèi)國(guó)，因此，穩(wěn)定和提高水稻產(chǎn)量對(duì)中國(guó)乃至全球糧食安全至關(guān)重要[1]。溫度是影響水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)形成的重要?dú)庀笠蛩?，?dāng)環(huán)境溫度超過(guò)水稻生長(zhǎng)臨界值時(shí)，將會(huì)對(duì)水稻生長(zhǎng)產(chǎn)生影響[2]。

長(zhǎng)江流域是我國(guó)水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生的主要區(qū)域，受西太平洋副熱帶高壓影響，每年的6—8月易形成日平均氣溫≥30 ℃或最高氣溫≥35 ℃持續(xù)3 d及以上的高溫天氣，高溫對(duì)正值水稻孕穗至開(kāi)花結(jié)實(shí)期的影響較大，導(dǎo)致產(chǎn)量減少和米質(zhì)變差[3]。

研究表明，長(zhǎng)江中下游地區(qū)一季稻高溫?zé)岷Τ试黾拥内厔?shì)，江西是該區(qū)域高溫?zé)岷Πl(fā)生率最高且危險(xiǎn)程度最重的區(qū)域之一[4]；一季稻頻繁的高溫?zé)岷Φ奈ｋU(xiǎn)性與該區(qū)域7—8月平均氣溫和最高氣溫有極顯著的正相關(guān)關(guān)系[5]。楊炳玉等[6]的研究表明，江西省水稻高溫?zé)岷杏?月中下旬和8月上旬，且1983—2010年呈極顯著增加趨勢(shì)。

九江市地處江西省西北部，熱量資源較江西南部明顯偏少，在該地區(qū)無(wú)法保證“雙季稻+油菜”種植模式安全成熟高產(chǎn)，因此在該地區(qū)存在明顯的雙季稻和一季稻共存的現(xiàn)象。楊建瑩等[7]的研究表明，江西輕、中、度高溫?zé)岷χ饕绊懺绲境樗胫凉酀{中期，重度高溫?zé)岷χ饕绊懙氖窃绲驹兴胫凉酀{初期。楊軍等[8]的研究表明，7月中下旬至8月上旬高溫?zé)岷χ饕绊懸患镜境樗腴_(kāi)花期，且2003年以后高溫?zé)岷Πl(fā)生站次和天數(shù)均呈增加趨勢(shì)。高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生對(duì)該地區(qū)的早稻和一季稻均有明顯的影響。

目前，針對(duì)江西地區(qū)不同時(shí)段高溫?zé)岷ρ芯枯^多，而有關(guān)九江地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生始期、逐月分布特征及時(shí)空變化等的研究較少。因此，進(jìn)一步分析九江地區(qū)高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生變化規(guī)律，為九江地區(qū)進(jìn)一步調(diào)整雙季稻、再生稻、一季稻及油菜種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。

1 資料來(lái)源與方法

1.1 資料來(lái)源

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于九江市9個(gè)縣級(jí)氣象臺(tái)站1981—2019年的逐日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)資料，數(shù)據(jù)來(lái)源于江西省氣象信息中心。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候傾向率氣候傾向率一元線性回歸函數(shù)表示如下：

式(1)中，x為時(shí)間序列，y為氣候要素的擬合值，a為常數(shù)，b為氣象要素變化斜率。當(dāng)b＞0時(shí)，說(shuō)明y隨x呈增加趨勢(shì)；當(dāng)b＜0時(shí)，說(shuō)明y隨x呈下降趨勢(shì)。以b的10倍作為氣候要素的氣候傾向率[9]。

1.2.2 Manner-Kendall突變檢驗(yàn)利用Manner-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)M-K突變檢驗(yàn))分析九江地區(qū)輕度、中度、重度和總的高溫?zé)岷φ敬蔚臅r(shí)間序列變化趨勢(shì)。通過(guò)構(gòu)造正序列(UF)和逆序列(UB)，根據(jù)正、逆序列統(tǒng)計(jì)的曲線變化判斷輕度、中度、重度和總的高溫?zé)岷φ敬蔚耐蛔兲卣骱妥兓厔?shì)[10]。

1.2.3 高溫?zé)岷χ笜?biāo)前人研究認(rèn)為在水稻孕穗、抽穗及灌漿階段，日平均氣溫≥30 ℃持續(xù)3～4 d造成輕度高溫?zé)岷?，持續(xù)5～6 d造成中度高溫?zé)岷?，持續(xù)7 d及以上造成重度高溫?zé)岷Α?/p>

基于此，開(kāi)展九江地區(qū)水稻生長(zhǎng)期高溫?zé)岷ρ芯縖11]。若某臺(tái)站某年出現(xiàn)一次連續(xù)的高溫?zé)岷^(guò)程，則記為1站次，若該站出現(xiàn)2次高溫?zé)岷^(guò)程則記為2站次，依此計(jì)算出每個(gè)臺(tái)站每年發(fā)生的高溫?zé)岷φ敬巍?/p>

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫?zé)岷Πl(fā)生始期變化特征

計(jì)算各站點(diǎn)高溫?zé)岷夂騼A向率可知(表1)，九江地區(qū)9個(gè)站點(diǎn)氣候傾向率均為負(fù)數(shù)，表明九江地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生始期呈提早趨勢(shì)。其中，德安、永修和修水站點(diǎn)提早天數(shù)超過(guò)4 d/10年，武寧接近3 d/10年，且修水、武寧、永修和德安4縣均分布在九江西部。因此，九江地區(qū)高溫?zé)岷ψ兓鞑枯^東部更明顯[12-16]。

表1 各站點(diǎn)高溫?zé)岷夂騼A向率 d/10年

選擇高溫?zé)岷?0%保證率這個(gè)要素分析高溫?zé)岷臻g上的平均特征，結(jié)果如圖1所示。80%保證率高溫?zé)岷Πl(fā)生始期主要集中在7月中下旬，且表現(xiàn)為東部較西部發(fā)生偏晚。因此，高溫?zé)岷?0%保證率在時(shí)空分布上存在差異，表現(xiàn)為東部開(kāi)始發(fā)生時(shí)間偏晚，且九江地區(qū)普遍發(fā)生高溫?zé)岷χ饕獜?月中下旬開(kāi)始。

圖1 1981—2019年九江地區(qū)80%保證率高溫?zé)岷Πl(fā)生始期分布

2.2 高溫?zé)岷ψ兓卣?/h3>

分析輕度、中度、重度和總的高溫?zé)岷φ敬坞S時(shí)間的發(fā)生趨勢(shì)可知(圖2)，1981—2019年高溫?zé)岷Πl(fā)生總站次呈增加趨勢(shì)，增加趨勢(shì)為1.6次/10年。輕度、中度和重度高溫?zé)岷Πl(fā)生均呈增加趨勢(shì)，增加趨勢(shì)輕度為0.1次/10年、中度為0.8次/10年、重度為0.7次/10年。因此，高溫?zé)岷Πl(fā)生呈增加的趨勢(shì)，增加趨勢(shì)表現(xiàn)為中度＞重度＞輕度[17-19]。

圖2 1981—2019年輕度、中度、重度和總高溫?zé)岷Πl(fā)生站次的年際變化

高溫?zé)岷?月開(kāi)始發(fā)生，且輕度、中度、重度和總的高溫?zé)岷Πl(fā)生站次呈拋物線變化。高溫?zé)岷χ饕性?、8月。6月發(fā)生高溫?zé)岷偞螖?shù)為61次，輕度高溫?zé)岷φ急冗_(dá)86%以上；7月高溫?zé)岷Πl(fā)生總次數(shù)為479次，其中輕度占比為37.8%、中度為26.3%、重度為36.1%；8月高溫?zé)岷Πl(fā)生總次數(shù)為412次，輕度占比為38.8%、中度為26.9%、重度為34.2%；9月高溫?zé)岷Πl(fā)生總次數(shù)為41次，輕度占比為53.6%、重度為36.6%。由此可知，7—8月為九江地區(qū)高溫?zé)岷χ饕l(fā)生時(shí)期，且表現(xiàn)為輕度＞重度＞中度。

2.3 高溫?zé)岷ν蛔兗爸芷谧兓卣?/h3>

由圖3突變檢驗(yàn)可知，高溫?zé)岷p度、中度、重度和總站次的UF和UB無(wú)相交，表明輕度、中度、重度和總站次無(wú)突變點(diǎn)。1961—2019年輕度、中度、重度和總站次的UF值以正值為主，表明輕度、中度、重度和總站次整體呈上升趨勢(shì)。其中，2005年以后，中度、重度和總站次均超過(guò)了信度線，表明此時(shí)段以后高溫?zé)岷χ卸?、重度和總站次上升趨?shì)顯著。

3 結(jié)論與討論

基于九江地區(qū)9個(gè)氣象站點(diǎn)1981—2019年的逐日平均氣溫，利用氣候傾向率、ArcGis插值和M-K突變檢驗(yàn)對(duì)九江地區(qū)39年以來(lái)高溫?zé)岷﹂_(kāi)始發(fā)生時(shí)間和輕度、中度、重度及總的高溫?zé)岷Πl(fā)生站次的變化特征進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論。

(1)1981—2019年九江地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生初日呈提早發(fā)生趨勢(shì)，提早天數(shù)表現(xiàn)為九江地區(qū)西部大于東部。50%保證率高溫?zé)岷Πl(fā)生始期集中在7月上旬，80%保證率高溫?zé)岷Πl(fā)生始期集中在7月中下旬，且均表現(xiàn)為九江東部開(kāi)始發(fā)生時(shí)間偏晚。

(2)1981—2019年，輕度、中度、重度和總的高溫?zé)岷Πl(fā)生站次呈增加趨勢(shì)，增加趨勢(shì)表現(xiàn)為中度＞重度＞輕度。九江地區(qū)高溫?zé)岷χ饕l(fā)生月份為7、8月，其中，7月年平均為1.4站次，8月年平均為1.2站次。7—8月高溫?zé)岷Πl(fā)生程度為輕度＞重度＞中度。

(3)1981—2019年輕度、中度、重度和總的高溫?zé)岷Πl(fā)生站次無(wú)突變，但2005—2019年中度、重度和總的高溫?zé)岷Πl(fā)生站次存在明顯的上升趨勢(shì)。

九江地區(qū)存在明顯的“雙季稻”和“一季稻+油菜”爭(zhēng)地現(xiàn)象，因此，研究九江地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律對(duì)九江地區(qū)水稻種植結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要意義。

楊軍等研究發(fā)現(xiàn)，江西早稻抽穗開(kāi)花期和灌漿期高溫?zé)岷Χ喟l(fā)生于每年的6—7月，中稻(一季稻)孕穗抽穗期和灌漿期高溫?zé)岷χ饕l(fā)生于7—8月。

研究發(fā)現(xiàn)，九江地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生時(shí)段主要集中在7—8月，研究結(jié)論與楊炳玉等、段里成等的結(jié)論一致[20]。

九江地區(qū)普遍發(fā)生高溫?zé)岷χ饕?月中下旬開(kāi)始，且高溫?zé)岷Πl(fā)生時(shí)間呈提早趨勢(shì)，此時(shí)早稻處于灌漿結(jié)實(shí)期，將對(duì)早稻產(chǎn)量和品質(zhì)具有一定的影響。

研究還發(fā)現(xiàn)九江地區(qū)重度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次多于中度，且重度高溫?zé)岷Τ试黾于厔?shì)，重度的高溫?zé)岷Πl(fā)生將對(duì)正處于孕穗抽穗、灌漿期的中稻(一季稻)開(kāi)花結(jié)實(shí)及灌漿具有一定的影響。

因此，九江地區(qū)在進(jìn)行“雙季稻”和“一季稻+油菜”種植結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)，應(yīng)考慮該地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律，進(jìn)一步提高九江地區(qū)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。