小店区气候变化特征及其对农业生产影响的调查分析.pdf

果树资源学报 2 0 2 3,4(4):4 4-4 8,5 2 小店区气候变化特征及其对农业生产影响的调查分析蒋 文1,刘志宏1,靳彦君1,张宇建2,左小瑞3(1.太原市小店区气象局,山西 太原 0 3 0 0 0 0;2.清徐县气象局,山西 太原 0 3 0 0 0 0;3.山西省气候中心,山西 太原 0 3 0 0 0 0)收稿日期:2 0 2 3-0 5-1 9第一作者简介:蒋 文(1 9 6 9-),女,高级工程师,主要从事农业气象研究。E-m a i l:5 0 6 8 6 3 2 2 7 q q.c o m 摘 要:利用太原市小店区国家气象站1 9 7 92 0 2 0年气温和降水地面气象观测资料,分析了小店区近4 2年来气温和降水年际变化、季节变化的趋势及变化特征。结果表明:1)近4 2年来小店区年平均气温呈上升趋势,4个季节平均气温均呈上升趋势,春季上升趋势最为明显、夏季次之。2)小店区年降水量呈增长趋势,贡献最大的1 0年代降水量处于偏多期,主要是降水量偏多的年份占比高,增长趋势显著造成。降水量年际变化很大,降水分布不均匀,且不稳定性强,季节差异明显,秋季呈增长趋势、夏季次之。气候变化导致干旱、暴雨、高温等灾害性天气,气候极端事件频繁发生严重影响到农业生产。关键词:气温;降水量;气候变化;农业生产文章编号:2 0 9 6-8 1 0 8(2 0 2 3)0 4-0 0 4 4-0 6 中图分类号:S 1 6 2.5+5 文献标识码:AI n v e s t i g a t i o n a n d A n a l y s i s o f C l i m a t e C h a n g e C h a r a c t e r i s t i c s a n d t h e I m p a c t o n A g r i c u l t u r a l P r o d u c t i o n i n X i a o d i a n D i s t r i c t J I A N G W e n1,L I U Z h i h o n g1,J I N Y a n j u n1,Z HA N G Y u j i a n2,Z UO X i a o r u i3(1.M e t e o r o l o g i c a l B u r e a u o f X i a o d i a n D i s t r i c t,T a i y u a n C i t y,T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 0 0,C h i n a;2.M e t e o r o l o g i c a l B u r e a u o f Q i n g x u C o u n t y,T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 0 0,C h i n a;3.S h a n x i C l i m a t e C e n t e r,T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e d o n t h e s u r f a c e m e t e o r o l o g i c a l o b s e r v a t i o n d a t a o f t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n i n X i a o d i a n D i s t r i c t,T a i y u a n C i t y f r o m 1 9 7 9 t o 2 0 2 0,t h e i n t e r a n n u a l v a r i a t i o n,s e a s o n a l v a r i a t i o n a n d v a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n i n X i a o d i a n D i s t r i c t i n r e c e n t 4 2 y e a r s w e r e a n a l y z e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t:1)I n t h e p a s t 4 2 y e a r s,t h e a n n u a l a v e r a g e t e m p e r a t u r e i n X i a o d i a n D i s t r i c t h a s s h o w n a n u p w a r d t r e n d,a n d t h e a v e r a g e t e m p e r a t u r e i n t h e f o u r s e a s o n s h a s s h o w n a n u p w a r d t r e n d.T h e u p w a r d t r e n d i n s p r i n g i s t h e m o s t o b v i o u s,f o l l o w e d b y s u mm e r.2)T h e a n n u a l p r e c i p i t a t i o n i n X i a o d i a n D i s t r i c t s h o w s a n i n c r e a s i n g t r e n d,a n d t h e p r e c i p i t a t i o n i n t h e 1 0 s,w h i c h c o n t r i b u t e s t h e m o s t,i s i n a p e r i o d o f m o r e p r e c i p i t a t i o n,m a i n l y d u e t o t h e h i g h p r o p o r t i o n o f y e a r s w i t h m o r e p r e c i p i t a t i o n a n d t h e s i g n i f i c a n t g r o w t h t r e n d.T h e i n-t e r a n n u a l v a r i a t i o n o f p r e c i p i t a t i o n i s v e r y l a r g e,t h e d i s t r i b u t i o n o f p r e c i p i t a t i o n i s n o t u n i f o r m,a n d t h e i n s t a b i l i t y i s s t r o n g,t h e s e a s o n a l d i f f e r e n c e i s o b v i o u s,t h e a u t u m n i s i n c r e a s i n g,f o l l o w e d b y s u mm e r.C l i m a t e c h a n g e l e a d s t o d i s a s t r o u s w e a t h e r s u c h a s d r o u g h t,r a i n s t o r m a n d h i g h t e m p e r a t u r e,a n d f r e q u e n t e x t r e m e c l i m a t e e v e n t s s e r i o u s l y a f f e c t a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n.K e y w o r d s:t e m p e r a t u r e;p r e c i p i t a t i o n;c l i m a t e c h a n g e;a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n 在全球气候变暖的大背景下,极端天气多发、重发,强度也在不断变化,造成的经济损失越来越严重。小店区位于山西省中部,太原城区南部,全区总面积2 9 5 0 0 h m2,地势北高南低,平均海拔7 6 37 8 0 m,以南部平川为主,东部地区为山区、丘陵地区。小店区属暖温带大陆性季风气候,四季分明,降水集中,光照充足。气候变化对小店区经济发展和人民的生活有至关重要的影响,因此,利用小店区气象数据资料,从年代及季节角度进行分析小店区近4 2年气候变化的特征,不仅有助于了解小店区气候变化趋势,也可为小店区农业生产提供科学依据1。进一步强化实况监测和预报预警,做好气象服务,降低农业生产损失,为农业生产提供更有力保障和支撑。1 资料来源及分析方法1.1 资料选取选用小店区国家气象观测站1 9 7 92 0 2 0年气象记录月报表的平均气温、最高气温、最低气温、降水量的逐月资料2,分别计算了上述变量的年、季平均值,对其变化特征进行分析。4个季节分别为:春季(3月5月)、夏季(6月8月)、秋季(9月441 1月)、冬季(当年1 2月至次年2月)。1.2 分析方法采用线性倾向率、气候趋势系数、多项式拟合方法分析气温和降水变化,使用M-K检验气温突变等,并利用软件计算及制图软件进行数据处理和分析1-5,分析小店区1 9 7 92 0 2 0年气温和降水变化特征趋势,探讨对农业生产的影响。2 气温变化特征分析2.1 气温年际变化特征分析小店区气温变化特点是冬季寒冷,春季气温多变,夏季高温炎热,秋季凉爽晴朗,春、秋季短暂,冬、夏季时间较长。从图1与表1分析可知:小店区近4 2年来年平均气温整体呈上升趋势,线性倾向率0.4 4 2/1 0年。2 0世纪8 0年代曲线波动小,年平均气温以偏低为主;进入9 0年代以后,曲线波动幅度增大,上升趋势显著,比8 0年代上升1.3 3;上升趋势延续到2 1世纪0 0年代,比2 0世纪9 0年代上升0.3 4,呈上升趋势;2 1世纪1 0年代在波动有所回落,呈下降趋势,比0 0年代下降0.4 7,比2 0世纪8 0年代上升1.2。其中,年平均气温最高值1 2.5,出现在上升趋势显著2 0世纪9 0年代的1 9 9 9年;最低值 9.2出现在上升趋势不明显2 0世纪8 0年代的1 9 8 4年。图1 年平均气温变化趋势表1 季、年平均气温变化单位:年份春季夏季秋季冬季年平均1 9 7 91 9 8 01 0.42 2.0 59.7 5-3.5 59.6 51 9 8 11 9 9 0 1 1.5 12 2.3 29.8 8-3.7 6 1 0.0 11 9 9 12 0 0 0 1 2.6 32 3.7 11 0.9 7-1.9 6 1 1.3 42 0 0 12 0 1 0 1 3.2 72 3.8 51 1.3 9-1.6 4 1 1.6 82 0 1 12 0 2 0 1 3.3 22 3.5 91 0.8 1-2.6 8 1 1.2 12.2 年平均气温突变分析采用M-K检验和累积距平法,对小店区近4 2年的年平均气温时间序列进行突变检验,绘制突变曲线图。从图2分析可知:当超过=0.0 5显著水平线,表明显著上升趋势,临界线(给定量显著U=0.0 5,则U 0.0 5=1.9 6);2 0世纪8 0年代初期气温处于降温状态,从8 0年代后期开始上升,到9 0年代年平均气温呈上升趋势,U F和U B两条曲线相交,交叉点的位置即可判定年平均气温突变从1 9 8 7年开始,之后气温呈上升趋势。图2 年平均气温突变情况2.3 气温季节变化特征分析从各季节气温线性倾向率变化趋势来看,春、夏、秋、冬季平均气温变化与年平均气温变化相一致,呈上升趋势。小店区春季上升趋势最为明显、夏季次之,与前两个季节相比较,秋、冬季上升趋势较弱。从图3与表1分析,结果如下:1)春季(见图3-a)平均气温整体呈上升趋势,线性倾向率0.6 5 7/1 0年。春季平均气温变化在2 0世纪8 0年代以偏低为主;9 0年代以后气温变化大,曲线波动幅度增大,上升趋势显著,比8 0年代上升1.1 2;上升趋势延续到2 1世纪0 0年代,比2 0世纪9 0年代上升0.6 4;2 1世纪1 0年代持续上升,比0 0年代上升0.0 5,呈上升趋势,与2 0世纪8 0年代相比上升1.8 1,呈显著上升趋势。春季平均气温变化从2 0世纪8 0年代一直到2 1世纪1 0年代均呈上升趋势,上升幅度在全年中最大。2)夏季(见图3-b)平均气温整体呈上升趋势,线性倾向率0.4 4 1/1 0年,上升幅度仅次于春季。夏季平均气温在2 0世纪8 0年代波动趋缓,以偏低为主;9 0年代气温变化剧烈,上升幅度增大,比8 0年代上升1.8,上升趋势显著;2 1世纪0 0年代持续上升,比2 0世纪9 0年代上升0.3 2,呈上升趋势;2 1世纪1 0年代气温在波动中有所回落,比0 0年代下降0.2 6,呈下降趋势,与2 0世纪8 0年代夏季平均气温相比上升1.2 7,呈显著上升趋势。54 蒋 文,等:小店区气候变化特征及其对农业生产影响的调查分析 图3 季节气温变化曲线 3)秋季(见图3-c)平均气温整体呈上升趋势,线性倾向率0.3 7 6/1 0年。秋季平均气温在2 0世纪8 0年代以偏低为主;9 0年代剧烈变化的年份少,曲线波动幅度较大,比8 0年代上升1.0 9,上升趋势显著;上升趋势延续到2 1世纪0 0年代,比2 0世纪9 0年代上升0.4 2,呈上升趋势;2 1世纪1 0年代气温在波动中有所回落,比0 0年代下降0.5 8,呈下降趋势,与2 0世纪8 0年代相比上升0.9 3,呈明显上升趋势。4)冬季(见图3-d)平均气温整体呈上升趋势,线性倾向率0.3 7 5/1 0年,比秋季略低,上升幅度在全年中最弱。冬季平均气温在2 0世纪8 0年代前期以偏低为主,到后期气温快速上升;上升态势延续到2 0世纪9 0年代、2 1世纪0 0年代,气温变化剧烈,曲线波动幅度增大,9 0年代比8 0年代上升1.8,上升趋势显著,2 1世纪0 0年代比2 0世纪9 0 年代上升0.3 2,呈上升趋势;2 1世纪1 0年代气温波动中有所回落,比0 0年代下降1.0 4,呈下降趋势。极端最低气温出现在这一时期,-2 0.6出现在2 0 2 0年,近4 2年中2 0世纪8 0年代冬季气温最冷,2 1世纪1 0年代次之,与2 0世纪8 0年代相比上升1.0 8,呈明显上升趋势。2.4 气温季节变化突变分析春季(见图4-a)和夏季(见图4-b)小店区春季和夏季气温变化整体均呈上升趋势,从2 0世纪8 0年代末期到9 0年代初气温开始上升,U F和U B两条曲线相交,交叉点的位置即可判定春季气温突变从1 9 9 1年开始,夏季气温在1 9 8 9年发生突变。秋季(见图4-c)和冬季(见图4-d)小店区秋季和冬季气温变化整体均呈上升趋势,从2 0世纪8 0年代后期开始上升,U F和U B两条曲线相交,交叉点的位置即可判定气温的突变时间,秋季和冬季突变都发生1 9 8 7年。从整体上看,小店区气温突变时间分别出现在2 0世纪8 0年代后期到9 0年代初。2.5 气温变化对农业生产的影响小店区年平均气温呈上升趋势,季节平均气温与年平均气温变化相一致,呈上升趋势。上升趋势最明显春季、夏季次之。且均发生突变,时间分别出现在2 0世纪8 0年代后期到9 0年代初。气温上升导致气候变暖,灾害性天气和气候极端事件频繁发生,农业生产受到很大影响。温度升高加重农业病虫害的发展,造成农药用量增加,也提高农业成本。64 果树资源学报 2 0 2 3,4(4)图4 四季平均气温突变气候的变暖,春季回暖时间较早,无霜冻期时间延长,农作物生育期随着温度上升提前,到后期遭遇春霜冻(又称晚霜冻,指春播作物苗期、果实花期、越冬作物返青后发生的霜冻,这种霜冻会使农作物遭受很大损失。)的风险增大。温度上升,农作物蒸腾速度加快,水分流失大,容易出现干旱,而季节性干旱会影响果树、苗木和特种经济作物生长发育,进而降低其产品的质量和品质,影响其经济效益。2 0 0 8年1 0月2 3日至2 0 0 9年2月1日连续1 0 2 d无降水,干旱造成冬小麦减产。小店区2 0 1 8年4月7日最低气温-4.4,是小店区4 0年来同期的最低值,霜冻天气使杏、桃、梨、苹果等经济林果普遍受冻。2 0 1 9年夏季6月8月降水较历年同期偏少3 0%,农田旱情较重,严重危害农作物产量和品质,同时也增加农业灌溉用水量,提高农业投入成本。2 0 2 0年4月1 9日至2 5日出现倒春寒、大风、降温、霜冻天气,使部分杏、桃、梨、苹果等经济林果遭遇冻害。3 降水变化特征分析3.1 年降水量特征分析小店区常年平均降水量为4 3 0.3 mm,降水量年际变化很大,最多雨年达5 9 4.1 mm,最少雨年仅2 3 4.6 mm,小店区年降水量呈增长趋势。对近4 2年的年平均降水量进行的线性拟合,其趋势方程:y=1.0 4 0 3 x+4 0 8.6 7(R2=0.0 1 7 2)。从图5与表2分析可知:2 0世纪8 0年代降水量变化以偏多为主,呈增长趋势;9 0年代降水量变化以偏少为主,呈显著减少趋势,比常年平均值减少4 3.3 6mm,比8 0年代减少4 4.5mm,降水量最少年份出现在这一时期,最小值2 3 4.6 mm,出现在1 9 9 7年;2 1世纪0 0年代降水量相比2 0世纪9 0年代有所增长,但仍然低于常年平均值,呈明显减少趋势,比常年平均值减少1 4.2 1 mm,但比9 0年代增长2 9.1 5 mm;2 1世纪1 0年代降水量处于偏多期,主要是降水量偏多的年份占比高,2 0 1 12 0 2 0年中2 0 1 5年、2 0 1 9年偏少,其他年份以偏多为主,增长趋势显著,比常年平均值增长5 7.1 7 mm,比2 1世纪0 0年 代 增 长1 0 0.5 8 mm,降水量最多年份出现在这一时期,降水量5 9 4.1 mm为最大值,出现在2 0 1 6年。3.2 降水季节变化特征分析从各季降水量线性拟合变化趋势来看,秋季降74 蒋 文,等:小店区气候变化特征及其对农业生产影响的调查分析 图5 年降水量变化趋势表2 季、年平均降水量代际变化单位:mm年份春季夏季秋季冬季年平均1 9 7 91 9 8 0 6 7.7 52 9 5.6 5 6 7.5 5 1 3.7 54 4 2.0 51 9 8 11 9 9 0 8 3.0 8 2 4 3.1 0 9 4.3 7 1 0.8 9 4 3 1.4 4 1 9 9 12 0 0 0 6 4.0 7 2 3 8.2 5 7 8.6 1 6.0 1 3 8 6.9 42 0 0 12 0 1 0 6 1.0 1 2 3 0.0 2 1 1 2.9 7 1 2.0 9 4 1 6.0 92 0 1 12 0 2 0 6 4.5 1 2 8 9.1 6 1 2 4.5 4 9.1 8 4 8 7.4 7 水增长趋势最明显、夏季次之,春季降水减少趋势最 明显、冬季次之。从图6和表3分析结果如下:1)春季(见图6-a)降水量呈明显减少趋势,减少率在全年4个季节中最大,线性拟合趋势方程:y=-0.4 5 7 5 x+7 7.9 8 5(R2=0.0 2 8 2)。2 0世纪8 0年代降水变化以偏多为主,呈明显增长趋势,春季降水量的最大值出现在这一时期,1 7 8.4 mm出现在1 9 9 1年;2 0世纪9 0年代到2 1世纪0 0年代变化以偏少为主,呈减少趋势,最小值出现在这一时期,降水量9.6 mm出现2 0 0 0年;2 1世纪1 0年代降水量在波动中恢复增长态势,呈增长趋势。2)夏季(见图6-b)降水量呈增长的趋势,线性拟合 趋 势 方 程:y=0.8 5 46 x+2 3 3.9 3(R2=0.0 1 3 6)。2 0世纪8 0年代到2 1世纪0 0年代降水曲线剧烈变化的年份少,以偏少为主,呈减少趋势;夏季降水量最大值和最小值均出现在2 0世纪9 0年代,最大值4 7 3.2 mm出现在1 9 9 6年,最小值1 1 0.6 mm出现在1 9 9 7年;2 1世纪1 0年代变化剧烈以偏多为主,呈增长趋势。图6 季节降水变化曲线(下转第5 2页)84 果树资源学报 2 0 2 3,4(4)参考文献1 赵铁良,赵铁英,卜庆雁.鲜食葡萄新品种 辽峰 J.北方果树,2 0 0 8(1):5 9-6 0.2 孙长乾.辽峰 葡萄无核及膨大栽培技术J.北方果树,2 0 1 5(5):3 9-4 0.3 张明伟,李建军,王芳,等.辽阳地区辽峰葡萄大棚栽培技术J.北方果树,2 0 2 1(4):3 3-3 5.4 赵海亮,孙凌俊,高圣华,等.辽峰 葡萄栽培技术要点J.北方园艺,2 0 2 1(1):1 7 6-1 7 7.5 张国军,王晓玥,孙磊,等.北京地区葡萄避雨栽培技术规程J.中外葡萄与葡萄酒,2 0 1 7(3):4 8-5 3.6 王勇.葡萄避雨栽培关键技术J.安徽农学通报,2 0 2 1,2 7(1 7):6 7-6 8.(上接第4 8页)3)秋季(见图6-c)降水量呈增长的趋势,增长率在全年中最大,线性拟合趋势方程:y=1.1 0 46 x+7 7.2 0 4(R2=0.0 8 5 9)。2 0世纪8 0年代降水变化以偏多为主,呈增长趋势;9 0年代以偏少为主,呈减少趋势,最小值出现在这一期间,最小值2 6.7 mm,出现在1 9 9 8年;2 1世纪0 0年代到1 0年代降水变化剧烈,呈 显 著 增 长 趋 势,秋 季 降 水 量 最 大 值1 9 0.7 mm出现在2 0 0 3年。4)冬季(见图6-d)降水量呈明显减少趋势,而且减少率仅次于春季,线性拟合趋势方程:y=0.0 0 6 x+9.6 1 3 6(R2=0.0 0 01)。2 0世纪8 0年代到2 1世纪1 0年代降水变化剧烈变化的年份少,以偏少为主,减少趋势十分显著。冬季降水量最大值3 0.6mm出现在2 0 0 3年,最小值0.0出现在1 9 9 9年,为小店区近4 2年来首次出现“一个无有效降水的冬季”。3.3 降水对农业生产的影响小店区年降水量呈增长趋势,贡献最大的2 1世纪1 0年代降水量处于偏多期,主要是降水量偏多的年份占比高。降水量年际变化大,分布不均匀,季节差异明显,降水过少或过多的不均匀,或雨量过分集中的降水暴雨、强降水、连阴雨天气,极易引发旱涝灾害,给农业生产带来严重影响5。降水量过多的年份,暴雨、强降水、连阴雨天气的会造成渍涝,农田受淹,可能会造成农作物减产甚至绝收。相对降水量过少年份,农作物生长发育过程中需水不足,极易出现季节性干旱,造成农作物减产。2 0 1 7年7月2 3日2 9日,降水量1 4 5.3 mm降水范围大,强度大,导致玉米、高梁被淹;1 0月7日1 0日的连阴雨天气,降水量1 1 1.3 mm,对大秋作物收晒产生不利影响。2 0 1 9年9月1 0日1 3日出现连阴雨天气,降水量8 8.5 mm,此次连阴雨天气导致枣的果面裂纹,进而影响品质和产量。4 结论小店区近4 2年来气温呈上升趋势,降水呈增长趋势,波动幅度较大,旱涝交替状况造成阶段性干旱,暴雨、强降水引发渍涝,给农作物生长带来严重影响。随着气候变暖,干旱现象频率发生,季节性干旱会影响果树、苗木和特种经济作物生长发育,进而降低其产品的质量和品质,影响其经济效益。极端天气极易造成暴雨频率增加,农田受淹,产生渍涝灾害。参考文献1 张军.太原近4 5年气候变暖特征研究J.太原科技.2 0 0 7(8):7 2-7 4.2 周晋红,张军,刘武华.近4 5年来太原气候变化特征研究J.干旱地区农业研究,2 0 0 8(3):7-1 3.3 牛旭,李洪建,严俊霞.1 9 5 12 0 1 2年太原市气候变化基本特征研究J.山西农业科学,2 0 1 3,4 1(1 2):1 3 5 2-1 3 5 7.4 程永明,张卉,杨任明.近4 0年山西东南部地区气温变化特征分析 J.中国农学通报,2 0 1 6,3 2(1 2):1 5 8-1 6 2.5 裴秀苗,王志伟,范志宣,等.黄河金三角地区近4 5年气温变化及其对农业生产的影响 J.山西农业科学,2 0 2 0,4 8(8):1 2 8 3-1 2 8 8.25 果树资源学报 2 0 2 3,4(4)