近42年万山区农业气候资源变化特征分析

曾小江 刘德灿 皮小雯

摘要 利用万山区国家气象观测站1978—2019年地面气象观测资料，采用滑动平均法、线性倾向估计法、M-K检验法、滑动 t 检验等方法分析万山区与农业生产密切相关的光、热、水指标的气候资源特征值。结果表明，近42年万山区年平均气温总体呈上升趋势，平均增长率为0.25 ℃/10 a，2002年为突变时间点，其中春季升温明显;降水量平均增长率为27.5 mm/10 a，变化趋势不明显;日照时数总体呈下降趋势，平均下降率为54.0 h/10 a，2010年为突变时间点，其中秋季下降趋势显著;稳定通过5 ℃初日每10年推后1 d，稳定通过10 ℃初日每10年提前4 d，稳定通过15 ℃初日每10年提前4 d、终日每10年推后3 d。稳定通过5、10、15 ℃的初日至终日持续天数增长率分别为5、6、6 d/10 a。稳定通过0、5、10、15 ℃的活动积温变化显著，倾向率分别为110.6、99.8、117.2、131.9 （℃·d）/10 a，稳定通过20 ℃活动积温变化不显著。

关键词 农业气候资源;变化特征;万山区

中图分类号 S 162  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）15-0207-06

Abstract Using the surface meteorological observation data of Wanshan national meteorological observation station from 1978 to 2019，the climatic resource characteristic values of light， heat and water indicators closely related to agricultural production in Wanshan District were analyzed by using moving average method， linear tendency estimation method， MK test method， sliding  t  test and other methods.The results showed that the annual average temperature in Wanshan District in the past 42 years had shown an overall upward trend， with an average growth rate of 0.25 ℃/10 a，and the abrupt change time point was 2002，in which the temperature rise in spring was obvious.The average growth rate of precipitation was 27.5 mm/10 a， and the change trend was not obvious.The sunshine hours had an overall downward trend， with an average decline rate of 54.0 h/10 a， and the abrupt change time point was 2010， in which the downward trend was significant in autumn.The first day of stable passing 5 ℃ was postponed 1 d every 10 years， the first day of stable passing 10 ℃ was advanced 4 d every 10 years， the first day of stable passing 15 ℃ was advanced 4 d every 10 years， and the final day was postponed 3 d every 10 years.The growth rate of the duration of the first day and the last day of stable passage through 5， 10 and 15 ℃ were 5， 6， and 6 d/10 a， respectively.The active accumulated temperature of stable passing 0， 5， 10， 15 ℃ changed significantly， and the tendency rates were 110.6， 99.8， 117.2， 131.9 （℃·d）/10 a， respectively， and the active accumulated temperature at 20℃ did not change significantly.

Key words Agroclimatic resources;Change characteristics;Wanshan District

基金项目 贵州省气象局科研业务项目“万山区农业气候资源特征分析”（黔气科登〔2020〕10-02号）。

作者简介 曾小江（1988—），男，贵州德江人，助理工程师，从事综合气象观测业务工作。

收稿日期 2021-01-20

農业气候资源是一个区域农业生产发展的潜在能力，当前全球气候的变暖直接或间接影响着农业气候资源的变化，不同地域环境下的气候变化也存在差异，这对农业的稳定发展都存在一定的潜在风险，因此，研究气候变化对局地农业气候资源的变化具有重要的现实意义。王遵娅等[1]研究得出长江中下游地区夏季出现降温的特殊情况。汤绪等[2]研究表明我国稳定≥10 ℃积温有所增加。童碧庆等[3]研究得出贵州省气温大部分地区都呈上升趋势，以冬季最为明显，降水量西南部及东部地区有增加的趋势。郑小波等[4]研究得出近45年贵州日照时数整体呈减少趋势。薛旭等[5]研究得出铜仁市近52年≥10 ℃界限温度初日提前、终日推后、持续天数和积温增加，但其研究仅针对铜仁市本站，对周边区县缺少指导意义。近年来万山区大力发展特色农产品种植和推广村村蔬菜种植，打造城市“菜篮子”，为此，笔者通过对万山区农业气候资源的变化特征进行分析，研究可能存在的各类气候突发事件，为当地农业生产及特色农作物种植提供参考依据。

1 资料与方法

万山国家气象观测站自1977年7月站址迁移到现站址以来观测站点再无变动，气象资料序列连续性较好。该研究基于万山国家气象观测站1978—2019年的地面观测资料，所用地面气象观测数据文件（A文件）经过了格式审查和质量控制，采用5日滑动平均法计算农业界限温度的初、终日日期[6]，运用滑动平均法、线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验法[7]（取显著水平 α =0.05）、滑动 t 检验[7]（取显著水平 α =0.05）等方法分析万山区农业气候资源的变化特征。

2 结果与分析

2.1 热量资源特征

2.1.1 平均气温变化。

2.1.1.1 年际变化。

由图1可知，近42年万山区年平均气温在12.6～14.7 ℃，平均气温为13.7 ℃，年平均气温整体表现为上升趋势，尤其是21世纪初开始年代平均气温明显高于多年平均值，近42年年平均气温倾向率为0.25 ℃/10 a，上升趋势明显（ P <0.01），其中除20世纪80年代外，其余年代均通过显著性检验（ P <0.01）;5年滑動平均线呈波动上升趋势，1999年以前均为负距平，处于冷期阶段;1999年以后处于暖期阶段，年平均气温最低为1984年的12.6 ℃，最高为2013年的14.7 ℃，1984年为年平均气温异常[8]偏低年份。

2.1.1.2 季变化。

由图2可知，万山区季度气温差别明显，春季、夏季、秋季、冬季变化趋势分别为0.54、0.12、0.18、019 ℃/10 a，春季升温趋势显著（ P <0.01）;夏季气温变化平缓，升温不显著;秋季、冬季气温波动较大，升温不显著;春季对全年气温提升作用最明显。

1—3月平均气温在2.1～6.4 ℃，由表1可知，稳定通过0 ℃的初日出现在2月中旬后期，极端日最低气温为-8.0 ℃，略高于耐寒多年生宿根类蔬菜所能承受温度下限;4月平均气温为12.5 ℃，稳定通过10 ℃的初日出现在4月中旬前期，该时期既是喜凉作物的旺盛生成期，也是喜温作物的播种生长期;5—9月平均气温在16.8～22.9 ℃，稳定通过15 ℃的初日出现在5月上旬后期，稳定通过20 ℃的初日出现在6月下旬，该时期是喜热作物的旺盛生长期，热量条件较好;10—12月平均气温在4.7～14.0 ℃。

2.1.1.3 突变性检验。

由图3a可知，近42年万山区年平均气温的UF和UB线在±1.96 临界线之间的M-K突变点为2002年，2002年开始年平均气温上升趋势明显，2006年后增温趋势更为显著。结合图3b滑动 t 检验（取步长为5）验证，2005年通过显著性检验（ P <0.05），说明2005年前后两序列的均值出现显著差异，综合分析得出万山区年平均气温突变点为2002年。

2.1.2 农业界限温度。

2.1.2.1 稳定通过0、5、10、15、20 ℃初日、终日、持续天数和活动积温及期间降水量、日照时数。

由表1可知，近42年万山区稳定通过0 ℃初日、终日均有提前的趋势，且初日变化幅度大于终日，稳定通过0 ℃的持续天数和活动积温均呈增加趋势，其中活动积温增加显著（ P <0.01）;稳定通过5 ℃初日、终日均有推后的趋势且变化幅度相同，初日推后明显（ P <0.01），稳定通过5 ℃持续天数和活动积温均增加显著（ P <0.01）;稳定通过10 ℃初日提前、终日推后，初日提前明显（ P <0.01），这将增加初日、终日期间的持续天数并有助于农作物获得更多热量资源，通过查看表1中稳定通过10 ℃持续天数和活动积温的增加趋势得到印证，稳定通过10 ℃持续天数和活动积温均增加显著（ P <0.01）;稳定通过15 ℃初日提前、终日推后，初日、终日均变化显著（ P <0.01），稳定通过15 ℃持续天数和活动积温均增加显著（ P <0.01）;稳定通过20 ℃初日推后、终日提前，稳定通过20 ℃持续天数和活动积温均呈减少趋势，变化不显著;稳定通过0、5、10、15、20 ℃初日、终日（含）期间对应降水量和日照时数均分别呈增加（除20 ℃外）和减少趋势，但变化均不显著。

由此可知，稳定通过5 ℃初日的推后，对喜凉作物的播种与生长活动造成不利影响;稳定通过10 ℃初日提前，有利于喜温作物的播种与生长活动期的提前;稳定通过15 ℃初日提前和终日推后，使喜温作物在生长旺盛期内获得更多充足的热量;稳定通过5、10、15 ℃持续天数的增加意味着适宜作物的生长活动期得到延长。

2.1.2.2 稳定通过0、5、10、15、20 ℃的活动积温突变性检验。

在 α =0.05的显著检验水平下对稳定通过0、5、10、15、20 ℃活动积温进行M-K检验和滑动 t 检验，结果发现（图4），去掉头尾两处的交点，稳定通过0 ℃活动积温在2001年存在交点，并通过了滑动 t 显著性检验;稳定通过5 ℃活动积温在1998、1999、2000年存在交点，只有2000年通过滑动 t 显著性检验;稳定通过10 ℃活动积温在2004年存在交点，并通过滑动 t 显著性检验;稳定通过15 ℃活动积温在1998年存在交点，并通过滑动 t 显著性检验;稳定通过20 ℃活动积温在1979、1981、1982、1983、1987、2010、2013、2016年存在交点，但均未通过滑动 t 显著性检验。由此可知，稳定通过0 ℃活动积温发生突变时间在2001年，稳定通过5 ℃活动积温突变时间在2000年，稳定通过10 ℃活动积温突变时间在2004年，稳定通过15 ℃活动积温突变时间在1998年，稳定通过20 ℃活动积温未发生突变。

2.1.3 初霜日、终霜日和霜期。

万山区初霜日主要出现在11月，最早在10月29日（1986年），最晚在12月28日（2004年）。终霜日主要出现在2月，最早在1月16日（1999年），最晚在4月4日（1996年）。平均霜期為85 d，最多年份为142 d（1995年），最少年份为37 d（2018年）。统计得出，近42年万山区初霜日有显著推后的趋势（ P <0.01），霜期有缩短的趋势（ P <0.01），初霜日的推后和霜期的缩短与“2.1.1.1”得出的年平均气温上升结论吻合，对于霜期内无法生长的喜温类作物，霜期的缩短有利于其获得更多的时间生长和结实。

2.2 水资源特征

2.2.1 降水量年际变化。

从图5可以看出，近42年万山区年降水量在953.9～1 817.4 mm，年降水量变化起伏较大，总体呈小幅度上升趋势，多年变化倾向率为27.5 mm/10 a，多年及年代降水量变化均没有通过显著性检验，变化趋势不显著;年均降水量为1 578.1 mm，最低为1986年的953.9 mm，最高为2016年的1 817.4 mm。

若按相差一个标准差量算作多雨或少雨年，则可确定年降水量在1 603.1～1 377.0 mm为正常降水年份。统计表明，多雨年份占总数的16.7%，少雨年份占总数的47.6%，正常年份占总数的35.7%，说明近42年万山区年际降水量差异较大，存在明显的多雨和少雨年份，万山区年降水量异常偏低年份有1986、2005年，异常偏高年份为2016年。

2.2.2 降水量季变化。

从图6可以看出，近42年万山区季度降水量差别较大，年际变化波动也较大，其中夏季降水量波动幅度最大，倾向率为16.8 mm/10 a;春季倾向率为12.9 mm/10 a，波动幅度仅次于夏季;冬季倾向率为6.3 mm/10 a，变化相对平稳;秋季倾向率为-5.6 mm/10 a，有下降趋势。总体上四季的降水量年际波动幅度大，变化趋势不显著。

统计数据表明，月平均降水量在38.4 mm（12月）～210.2 mm（6月），最小月降水量为0.3 mm（1999年12月），最大月降雨量为522.6 mm（1979年6月），最大日降雨量为228.7 mm（1995年7月1日）。

2.2.3 降水量突变性检验。

从M-K检验（图7a）可以看出，近42年万山区年平均降水量变化起伏较大，去掉头尾两处的交点，UF和UB线在±1.96 临界线之间的1979、1980、1987、1989、1990、2003、2012、2018年存在交点。从图7b滑动 t 检验（取步长为5）可以看出， t 统计量1992、1997、2011年通过显著性检验（ P <0.05），表明1992、1997、2011年附近有显著差异，结合M-K分析数据得出，1990、2012年为突变时间点，近42年万山区降水量变化表现为先升后降的趋势。

2.3 日照资源特征

2.3.1 日照时数年际变化。

从图8可以看出，近42年万山区年日照时数在659.9～1 604.3 h，倾向率为-54.0 h/10 a，年际波动幅度较大，总体呈下降趋势（ P <0.05），其中1980—1989、2000—2009年上升和下降趋势明显（ P <0.01），1990—1999、2010—2019年变化不明显;年均日照时数是1 216.8 h，年日照时数最低值是2015年的659.9 h，最高值是1988年的1 604.3 h，万山区年日照时数异常偏低年份为2015年，异常偏高年份为1988年。

2.3.2 日照时数季变化。

从图9可以看出，近42年万山区季度日照时数差别明显，年际波动较大，其中夏季日照时数波动幅度最大，倾向率为-18.6 h/10 a，没有通过显著性检验，下降趋势不明显;春季、秋季、冬季日照时数变化倾向率分别为-0.8、-21.3、-14.2 h/10 a，秋季、冬季下降趋势明显（ P <0.05），春季没有通过显著性检验，下降趋势不明显。总体上春季、夏季、秋季、冬季的日照时数年际波动幅度大，整体呈下降趋势，尤其秋季、冬季下降趋势明显，秋季对整体日照时数下降的贡献最大，其次是冬季。

万山处于全国日照低值区，日照相对偏少，月日照时数在45.8～184.7 h，1—3月日照时数较少，7—9月相对较多，日均日照时数在1.5～6.0 h。万山国家气象观测本站地处万山镇，在区域内地势相对较高，多雨多雾天气对日照有一定的影响。

2.3.3 日照时数突变性检验。

从M-K突变（图10a）可以看出，年平日照时数的UF和UB线在±1.96 临界线之间的1981、2010年存在交点，可能为突变点。从图10b滑动 t 检验（取步长为10）可以看出， t 统计量2004—2009年通过显著性检验（ P <0.05），说明2004—2009年附近存在显著差异，结合M-K分析数据得出，2010年为突变时间点。

3 结论与讨论

（1）近42年万山区年平均气温总体呈上升趋势，平均增长率为0.25 ℃/10 a，高于贵州省增长率（0.13 ℃/10 a）[9]，气温在2002年发生突变，2006年后增温显著。四季中仅春季气温上升趋势显著，且增长率超过全省平均水平，夏季气温变化幅度不大，秋季、冬季波动较大，夏季、秋季和冬季气温变化均与全省平均相差不大。

（2）近42年万山区年降水量变化起伏较大，平均增长率为27.5 mm/10 a，整体变化不显著，1990、2012年发生突变，表现为先升后降的变化趋势。降水量四季的变化均不明显，但年际间波动幅度较大。

（3）近42年万山区日照时数总体呈下降趋势，平均下降率为54.0 h/10 a，2010年日照時数发生突变。日照时数四季均为下降趋势，其中秋季、冬季下降趋势显著，这与郑小波等[4]研究得出的贵州日照时数整体减少的结果一致。

（4）近42年万山区稳定通过5 ℃初日每10年推后1 d，稳定通过10 ℃初日每10年提前4 d，稳定通过15 ℃初日每10年提前4 d、终日每10年推后3 d。稳定通过5、10、15 ℃的持续天数均呈增加趋势，平均增长率分别为5、6、6 d/10 a。稳定通过0、5、10、15 ℃活动积温均呈增加趋势，平均增长率分别为110.6、99.8、117.2、131.9（℃·d）/10 a，其中稳定通过10、15 ℃活动积温增长率高于西南地区平均增速[10]。稳定通过0、5、10、15 ℃活动积温突变发生时间分别为2001、2000、2004、1998年，与年平均气温的突变时间基本吻合，稳定通过20 ℃活动积温呈下降趋势但变化不显著。

参考文献

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