瓦房店地區農業氣候資源變化特征

張 艷

（瓦房店市氣象局，遼寧瓦房店116300）

瓦房店地區位于遼寧南部、中國遼東半島南端，東瀕黃海，西臨渤海，屬暖溫帶亞濕潤季風氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，四季分明。

近百年來，我國年平均地表溫度明顯增加，升溫幅度為0.5～0.8 ℃，略高于全球氣溫的平均升幅[1-2]。預計21 世紀末，全球平均地表溫度平均增溫可能達1.1～6.4 ℃[3]。在全球氣候變暖的背景下，瓦房店地區農業氣候資源也在發生變化。研究表明，氣候變暖將會縮短農作物的生育期，氣溫每升高1 ℃，水稻、小麥的產量將減少10%～17%；寒冷的北部地區，氣候變暖對農業生產的影響則利大于弊[4-5]。孫繼洲等[6]研究表明，冬季氣溫偏高，對小麥、大麥生長發育有不利影響；張旭暉等[7]研究發現，江蘇省在全球氣候變暖的環境下，農業干旱頻率在冬季減少、秋季增加；張國林等[8-10]研究認為，氣候變暖，特別是冬季溫度的升高，使越冬害蟲的存活率上升，越冬界限北移，給農業生產帶來了不利影響；曹巧蓮等[11]研究了臨汾市近40 a 日照時數變化及其對農業生產的影響；李國強等[12]分析了臨汾市冬小麥生育期降水對產量的影響。諸多研究表明，氣候變暖存在著區域性，并對農作物有著不同的反應。

本研究應用氣候傾向率、有序聚類分析等數理統計方法，針對瓦房店地區近50 a 的氣溫、降水、日照等資料進行分析，闡述了氣候變暖對瓦房店地區農業氣候資源的影響，旨在為合理利用農業氣候資源、提高農業產量及作物品質提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 資料來源

資料來自大連市瓦房店氣象觀測站1961—2010 年（50 a）的資料。其包括：月、年平均氣溫，月、年降水量及月、年日照時數。四季尺度劃分以3—5 月為春季、6—8 月為夏季、9—11 月為秋季、12 月到第2 年2 月為冬季。

1.2 分析方法

1.2.1 氣候傾向率[13]氣象要素y 序列的長期趨勢用一元線性函數表示，表達式為：y＝ax＋b。

式中，x 為年序列號（x＝1961，1962，1963，…，2010 年），b 為常數項，a 為線性傾向值。傾向值a 的符號表示氣候變量的趨勢傾向性，a 值的大小反映上升或下降的速率。a＞0 表示y 隨時間呈上升趨勢；a＜0 表示呈下降趨勢。傾向值乘以10 為氣候傾向率。

1.2.2 突變點分析 有序聚類分析法[14]是一種推求時間序列發生可能性突變點的方法，推求最優分割點，使得同類之間的離差平方和最小，而類與類之間的離差平方和相對較大。

2 結果與分析

2.1 熱量資源特征

瓦房店地區大田作物品種主要有玉米、水稻、小麥等。因熱量資源限制，其一般為一年一熟栽培制度。該地區熱量資源較遼中、遼東地區豐富，1 茬有余2 茬不足。

2.1.1 氣溫變化特征 瓦房店地區1961—2010 年年平均氣溫為9.6 ℃，最高為11.1 ℃（2007 年），最低為8.2 ℃（1969 年）。近50 a 年平均氣溫有明顯的上升趨勢（圖1），平均每10 a 升高0.201 ℃，序列相關達極顯著水平（P＜0.01）。近20 a（1991—2010 年）平均每10 a 升高0.113 ℃；前20 a（1961—1980 年）平均每10 a 下降0.214 ℃。按30 a 樣本滑動計算，1961—1990 年平均每10 a升高0.036 ℃；1971—2000 年平均每10 a 升高0.343℃；1981—2010 年平均每10a 升高0.291 ℃。20 世紀70 年代至21 世紀初氣溫上升最明顯。

四季平均氣溫存在不同程度升溫特征，春季（y＝0.020 5x－31.129）氣候傾向率0.205 ℃/10 a（相關系數為0.356 1）；夏季（y＝-0.001 2x＋25.302）氣候傾向率為-0.012 ℃/10 a（相關系數為0.025 1）；秋季（y＝0.017 8x－23.971）氣候傾向率為0.178 ℃/10 a（相關系數為0.308 2）；冬季（y＝0.044 3x－93.219）氣候傾向率0.443 ℃/10 a（相關系數為0.479 0）。冬季增溫最明顯，其次是春季和秋季，冬、春、秋季升溫趨勢通過顯著性檢驗（P＜0.01）；夏季氣溫變化趨勢穩定。

經有序聚類分析，瓦房店地區近50 a 年平均氣溫存在2 個突變點，分別在1969，1985 年。從20 世紀60 年代初較高氣溫，經過1969 年的突變，經歷了1970—1985 年較低氣溫變化平穩的過程，于1985 年突變后又迅速上升，2007 年到達頂點，2008—2010 年氣溫又有所回落。在1986—2007 年的22 a 間，平均氣溫每10 a 增加0.448 ℃。1961—1985 年突變前年平均氣溫為9.3 ℃，1986—2010 年突變后年平均氣溫上升至10.0 ℃，突變后氣溫增加0.7 ℃。

2.1.2 穩定通過0，10 ℃積溫 農業上把日均氣溫穩定通過0 ℃的時期作為適宜農耕期，該時段的活動積溫是農作物可利用的熱量資源；日平均氣溫穩定通過10 ℃的時期是越冬作物生長活躍期和喜溫作物播種期，初、終日則決定了喜溫作物開始播種的日期，并影響到作物成熟和品質。

瓦房店地區氣溫穩定通過0，10 ℃的活動積溫平均分別為4 037.3，3 603.2 ℃·d，且二者增加趨勢明顯（圖2），序列相關通過顯著性檢驗（P＜0.01），平均每10 a 分別增加32.2，26.9 ℃·d。近20 a（1991—2010 年），氣溫穩定通過0，10 ℃的活動積溫平均每10 a 分別增加76.7，18.8 ℃·d；前20 a（1961—1980 年）平均每10 a 分別減少77.7，64.7 ℃·d。按30 a 樣本滑動計算，1961—1990 年平均每10 a 分別增加6.3，2.4 ℃·d；1971—2000 年平均每10 a 分別增加49.9，66.7 ℃·d；1981—2010 年平均每10 a 分別增加了58.3，28.5 ℃·d。20 世紀70 年代至21 世紀初積溫增加最顯著。

經有序聚類分析，瓦房店地區近50 a 年穩定通過0 ℃積溫突變點在1976 年，突變之前（1961—1976 年）呈下降趨勢，平均每10 a 減少122.9 ℃·d，平均值為3 990.4 ℃·d；突變之后（1977—2010 年）呈增加趨勢，平均每10 a 增加57.5 ℃·d，平均值為4 061.3 ℃·d；突變后穩定通過0 ℃積溫平均增加70.9 ℃·d。穩定通過10 ℃積溫突變點在1988 年，突變之前（1961—1988 年）呈下降趨勢，平均每10 a 減少19.2 ℃·d，平均值為3 561.1 ℃·d；突變之后（1989—2010 年）呈增加趨勢，平均每10 a 增加6.3 ℃·d，平均值為3 660.5 ℃·d；突變后穩定通過10 ℃積溫平均增加99.4 ℃·d。

日平均氣溫穩定通過0 ℃的初日平均為3 月12 日，終日平均為11 月20 日，初終間日數平均為255 d；初日平均每10 a 提前1.445 d，終日平均每10 a 推后0.19 d，初終間日數每10 a 延長1.799 d；初日、終日、初終間日數的線性趨勢均未通過顯著性檢驗。日平均氣溫穩定通過10 ℃的初日平均為4 月19 日，終日平均為10 月19 日，初終間日數平均為184 d；初日平均每10 a 提前0.251 d，終日平均每10 a 推后0.19 d，初終間日數每10 a 延長1.136 d；初日、終日、初終間日數的線性趨勢均未通過顯著性檢驗。

日平均氣溫穩定通過0，10 ℃活動積溫的增加及初終間日數的延長，均有利于農作物生長，為干物質積累、產量形成提供充足的熱量資源。

2.2 降水資源特征

大氣降水是水分資源的重要組成部分，降水量的多少決定一個地區的干濕程度。在相同的光照、熱量條件下，降水量的豐歉程度對作物的生長發育及產量的形成起重要作用。瓦房店處于副熱帶季風區域，降水集中在汛期6—9 月，年內各月降水差異較大，7 月最多，1 月最少，且降水量年變化呈正態分布。7，8 月份降水量較多，平均為165.3，159.2 mm，7—8 月降水占全年降水量的51.6%；1，2 月份降水量較少，平均為4.8，5.7 mm，1—2 月降水占全年降水量的1.7%。

春季（3—5 月）平均降水量為90.5 mm，占年降水量的14.4%，平均每10 a 增加4.5 mm。夏季（6—8 月）平均降水量為407.8 mm，占年降水量的64.8%，平均每10 a 減少6.6 mm。秋季（9—11月）平均降水量為113.0 mm，占年降水量的18.0%，平均每10 a 減少6.2 mm。冬季（12 月至第2 年2 月）平均降水量為17.7 mm，占年降水量的2.8%，平均每10 a 減少1.3 mm。春季降水量增加對春播十分有利。夏秋季降水量減少在多雨年對農業影響較??；在少雨年易發生干旱，則對農業影響較大。

汛期（6—9 月）近50 a 最多降水量是1986 年，為767.8 mm；最少出現在1989 年，為158.3 mm，極差為609.5 mm，極比達到4.85，說明瓦房店地區汛期降水不穩定極端事件嚴重。通過Poisson平均值分析，平均值為470.0 mm，當α＝0.05 時，決策限在410～530 mm 之間，決策限范圍內發生21 a，頻率為42.0%；決策限以下（＜410 mm）發生14 a，頻率為28.0%；決策限以上（＞530 mm）發生15 a，頻率為30.0%。決策限范圍之外占58.0%，突發性降水和干旱年景發生率較高。經一元線性傾向性分析，汛期（6—9 月）歷年降水量呈下降趨勢（圖3-a），平均每10 a 減少9.8 mm。

瓦房店地區年降水量近50 a 最多出現在1964 年，為977.6 mm；最少出現在1989 年，為289.6 mm，極差為688.0 mm，極比為3.38。年平均降水量為629.1 mm，決策限在549～709 mm 之間，決策限范圍內發生27 a，頻率為54.0%；決策限以下（＜549 mm）發生14 a，頻率為28.0%；決策限以上（＞709 mm）發生9 a，頻率為18.0%。決策限范圍之外占46.0%，極端性降水和干旱年景發生頻率低于汛期。經一元線性傾向性分析，年降水量呈減少趨勢（圖3-b），平均每10 a 減少9.5 mm。經降水距平值計算，20 世紀60 年代降水量多正距平；70 年代在平均值附近波動，1978—1984 年、1988—1993 年、1997—2003 年出現連續降水負距平，致使1961—2003 年降水量呈減少趨勢，序列相關達到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少31.617 mm，從2004 年開始降水量又有所回升。

2.3 光照資源特征

太陽輻射是地球上一切生命的能量源泉，綠色植物90%～95%的干物質由葉綠素吸收太陽輻射能量、同化CO2和水制成。日照時數是光照資源的基本要素，是評價一地區光能資源多寡的重要指標，其長短對于作物的生長發育作用重大。

2.3.1 月、季日照特征 從圖4 可以看出，瓦房店日照時數在全年里出現2 個峰值，第1 個峰值在5 月，第2 個峰值在9 月。日照時數最多時段在4—6 月，為776.5 h，占全年日照時數的28.9%；11—12 月為全年最少（370.7 h），占全年日照時數的13.7%。各月日照時數減少趨勢明顯，5，6，7 月平均每10 a 減少10～14 h；8，9 月減少7～8 h；1，2，3，4，10，11，12 月減少4～6 h。

春季日照時數平均為773.2 h，占全年日照時數的28.7%，最多為926.2 h（1965 年），最少為645.0 h（1990 年），極差為281.2 h，極比為1.44。春季（y ＝-2.145x＋5 032.1）日照時數減少趨勢明顯，序列相關達到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少21.5 h。夏季平均為673.4 h，占全年日照時數的25.0%，最多為866.4 h（1968 年），最少為488.0 h（2010 年），極差為378.4 h，極比為1.78。夏季（y＝-3.954 1x＋8 524.3）日照時數減少趨勢明顯，序列相關達到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少39.5 h。

秋季平均為652.4 h，占全年日照時數的24.2%，最多為754.8 h（1963 年），最少為508.4 h（2007 年），極差為246.4 h，極比為1.48。秋季（y＝-1.520 2x+3 670.7）日照時數減少趨勢明顯，序列相關達到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少15.2 h。冬季平均為597.6 h，占全年日照時數的22.2%，最多為697.6 h（1963 年），最少為496.4 h（2006 年），極差為201.2 h，極比為1.41。冬季（y＝-1.777x＋4 125.9）日照時數減少趨勢明顯，序列相關達到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少17.8 h。

2.3.2 年日照特征 瓦房店地區1961—2010 年日照時數年平均為2 696.6 h，1978 年最多，為3 095.6 h，1985 年最少，為2 327.2 h，極差為768.4 h，極比為1.33。瓦房店地區近50 a 日照時數呈明顯的下降趨勢（圖5），序列相關達到顯著水平（P＜0.01），平均每10 a 減少94.0 h。近20 a（1991—2010 年），平均每10 a 減少56.6 h；前20 a（1961—1980 年）平均每10 a 增加10.7 h。按30 a 樣本滑動計算，1961—1990 年平均每10 a 減少97.8 h；1971—2000 年平均每10 a 減少115.4 h；1981—2010 年平均每10 a 減少76.6 h。20 世紀70 年代至21 世紀初日照時數減少最明顯。

經有序聚類分析，瓦房店地區近50 a 年日照時數突變點在1984 年。從20 世紀六七十年代較高日照時數，經過1984 年的突變之后，日照時數迅速減少。1961—1984 年突變之前的24 a 日照時數平均值為2 842.9 h，平均每10 a 減少33.0 h。1985—2010 年突變后的26 a 平均值為2 561.7 h，平均每10 a 減少43.0 h。突變前后日照時數平均減少281.2 h。

日照時數減少無疑是光能資源在下降，對喜光植物影響較大，尤其使光合作用及干物質形成受到影響，并對植物產量和質量構成威脅。

3 結論

（1）在全球氣候變暖的大背景下，瓦房店地區熱量資源明顯增加，日平均氣溫穩定通過0，10 ℃活動積溫平均每10 a 分別增加32.2，26.9 ℃·d，比姜曉艷等[15]研究的沈陽地區農作物生長季熱量資源增加的量偏少，各個地區或區域熱量資源增加趨勢存在較大的差異[16]。瓦房店地區冬季和春季溫度的增加較為明顯，夏季氣溫沒有趨勢性變化。冬季熱量的增加有利于植物越冬、設施農業生產；同時也有利于病蟲害越冬和界限北移。熱量資源增加利弊條件同時存在，所以，調整作物結構時要注意。

（2）瓦房店地區的水分資源較豐富，降水主要集中在6—9 月，與農作物需水期相匹配。春季降水有增加的趨勢，對小麥生長和大田春播有利。夏季、秋季降水減少使少雨年易發生干旱。冬季降水減少對冬季交通安全和設施農業有利。

（3）瓦房店地區年日照時數減少明顯，年總量平均每10 a 減少94.0 h。年內各月都存在不同程度的減少趨勢。日照時數減少同樣也使總輻射量下降。瓦房店地區光能資源的這些變化特征可能與人類活動引起的溫室氣體和硫化物等氣溶膠排放增加有關[17]。從目前光能資源的總量看，基本能滿足該地區作物、果樹等生長發育的需求。

（4）在氣候變暖背景下，如何能更好地開發利用氣候資源、調整耕作制度、合理引進優良的品種，還需要進一步研究。

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