黑龙江省热量资源变化及其对作物生产的影响

气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971—2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性倾向率、累计距平、M-K检验和经验正交函数(EOF)方法等统计方法,分析了热量资源变化特征及突变特征,以及对农业生产的可能影响。结果表明:≥10℃积温和≥0℃积温分别以86.7℃?d?(10a)-1和80.5℃?d?(10a)-1的速率显著增加,无霜期呈延长趋势[倾向率为3.8 d·(10a)-1];≥10℃积温和无霜期在1993年发生突变,突变后二者初日提前,终日延后。≥10℃积温和≥0℃积温的增加幅度西部大于东部,无霜期延长幅度中西部大于东北部,农业热量资源变化幅度大的地区亦是热量敏感区域。热量资源增加对农业的影响,表现在农作物适宜生育期延长;适宜水稻和玉米种植的区域向北、向西扩张,大豆种植重心北移;原适宜种植极早熟、早熟品种的区域逐步被中熟、中晚熟品种替换。热量增加使水稻、玉米和大豆三大作物产量的进一步提高成为可能。     

黑龙江省积温时空变化及积温带的重新划分

根据黑龙江省1981-2012年78个气象站点的逐日平均气温资料,运用5日滑动平均法计算≥10℃积温,并对其进行Kiring空间插值分析,研究气候变暖后黑龙江省≥10℃积温的时空变化,选取80％保证率计算黑龙江省各地区积温并对全省积温带进行重新划分.结果表明：（1）黑龙江省1981-2012年年平均气温为3.18℃,呈显著上升趋势（P＜0.05）,气候倾向率为0.21℃/10a;（2）时间分布上,20世纪80年代以来,黑龙江省≥10℃积温呈增加趋势,线性拟合增长率为83.95℃·d/10a（P ＜0.05）,1981-2012年积温均值为2645.39℃·d;（3）空间上,黑龙江省≥10℃积温年代际变化呈显著增加趋势,各积温带北移东扩现象显著;1981-2012年全省大部地区80％保证率下≥10℃积温高于2300℃·d,各积温带大致向北移、东扩了一个积温带.研究结果对黑龙江省农作物的种植区划具有指导作用.     

1961-2010年中国农业热量资源分布和变化特征

利用全国508个气象站点1961-2010年地面气象观测资料,采用气候倾向率和GIS方法研究了近50a全国尺度热量资源分布,并比较分析1961-1980年(Ⅰ)和1981-2010年(Ⅱ)两个时段的热量资源变化特征。结果表明:全国热量资源分布不均匀,总体特征为南多北少,东部主要受纬度的影响,西部则受地形影响。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ平均温度0℃、10℃和15℃等值线均存在北移现象;日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数平均增加5.5d和4.7d;日平均气温≥0℃和≥10℃积温分布和变化趋势相似,华南地区5500~6100℃·d(≥0℃积温)和5300~6500℃·d(≥10℃积温)积温带面积分别增加5.32×104km2和1.92×103km2。1961-2010年,平均温度气候倾向率为0.27℃/10a,增暖趋势显著,且北方增暖趋势较南方明显;最低、最高温度气候倾向率分别为0.37℃/10a和0.21℃/10a。≥0℃积温和≥10℃积温增加趋势大体一致,约为70℃·d/10a。近50a,全国热量资源(平均温度、最高、最低温度和积温)呈增加趋势,且最低温度变化幅度高于最高温度,对气候增暖起主要作用。气候增暖将对农业生产的空间分布产生影响,使基于原来指标和气候确定的农业气候区划边界与当前气候现实存在偏离,研究热量资源的分布和变化对合理利用热量资源,确定合适的农业气候指标和作物种植区域具有指导意义。     

基于站点数据分析中国大陆区域喜凉/温作物界限温度的时空演变

喜凉/温作物界限温度的时空分布能够影响作物物候和种植区域。利用全国585个气象站点1961-2020年地面气象观测资料,以喜凉/温作物界限温度(0℃和10℃)的积温、初日、终日作为农业热量资源研究指标,基于ANUSPLIN气象插值软件,从年际和年代际时间尺度分析1961-2020年喜凉/温作物界限温度的时空演变特征,并探讨热量资源变化对全国农业生产格局的影响。结果表明：受纬度和地形影响,全国热量资源变化幅度较大,东部地区≥0℃、≥10℃积温随纬度变化呈阶梯状分布,而在西部地区主要受海拔影响,总体表现为由南向北逐渐递减。各地≥0℃和≥10℃积温范围分别为700.0～8960.0℃·d和46.3～8960.0℃·d,≥0℃和≥10℃积温气候倾向率平均为72.8℃·d·10a^-1和73.7℃·d·10a^-1。60a内,界限温度0℃、10℃初日分别提前9.6d和8.4d,终日分别推迟4.8d和7.8d。界限温度初日的提前和终日推迟使60a内日平均气温≥0℃和≥10℃的持续日数分别增加14.4d和16.2d。2011-2020年是研究时段内最温暖10a...     

新疆乌昌地区热量资源精细化时空变化分析

利用新疆乌鲁木齐市和昌吉回族自治州16个气象站1961-2009年的逐日平均气温和最低气温资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall检测以及基于ArcGIS的三维二次趋势面宏观地理因子模拟与反距离加权残差订正相结合的方法对农业气候热量要素的变化趋势、突变特性、各热量要素多年平均值及其突变前后变化量的精细化空间分布进行研究。结果表明：乌昌地区热量资源具有显著的区域性差异,年平均气温、7月平均气温、无霜冻期、≥0℃和≥10℃活动积温在空间分布上均表现为＂平原高于山区、北部高于南部＂的格局。受冬季逆温的影响,在山前倾斜平原至中山带,1月平均气温较北部平原和高山带高,而冬季负积温较北部平原和高山带少。在全球变暖背景下,近49a,乌昌地区年平均气温、1月和7月平均气温、≥0℃和≥10℃活动积温以及无霜冻期均有不同程度的升高或增多趋势,并于1973-2004年间先后发生了突变性的升高或增多,冬季负积温呈显著的减少趋势,并于1988年发生了突变性的减少,热量资源总体呈较明显的增多趋势。但各地热量资源的变化具有显著的区域性差异,突变后较突变前各热量要素增加量的空间分布总体表现为＂平原多于山区,城市密集区多于周边地区＂的分布格局。     

气候变暖背景下南疆棉花种植区划的变化

利用南疆地区52个气象台站1961-2013年逐年≥10℃积温、无霜冻期和最热月(7月)平均气温资料,使用线性趋势分析、累积距平和t检验以及基于Arc GIS的混合插值法对各热量要素的时空变化进行分析;结合新疆棉花种植气候区划指标,对比分析了1997年前后南疆棉花种植气候区划的变化。结果表明:南疆地区热量资源的空间分布总体呈现平原和盆地多,山区少的特点。全球变暖背景下,近53a,南疆地区≥l0℃积温、无霜冻期和7月平均气温分别以56.64℃?d?10a-1、3.15d?10a-1和0.15℃?10a-1(P0.05)的倾向率呈显著上升趋势,并分别于1997、1997和1994年发生突变,受其影响,1997年后较其之前,南疆地区中熟棉、中早熟棉区面积分别扩大17682km2和43033km2,早熟棉区面积变化不明显,特早熟棉区和不宜棉区分别减少4940km2和56589km2。     

宁夏引黄灌区近50年北移冬小麦越冬期温度变化特征分析

利用宁夏引黄灌区所辖市（县）的11个气象站点1961-2009年的逐日温度数据,分析了当地北移冬小麦种植区各项温度指标的变化特征。结果表明：近50a来,宁夏引黄灌区1月极端最低气温的平均值为-19.8℃,冬小麦北移后比北移前升高了3.9%;1月的平均温度为-7.4℃,冬小麦北移后比北移前升高了12.8%,1月平均气温低于-9℃的年数减少了75%,说明宁夏引黄灌区北移冬小麦已经处于冬小麦种植北界内的适宜种植区;北移冬小麦生育期≥0℃积温平均值为1969.6℃.d,冬小麦北移后比北移前增加了11.1%,但无论冬小麦北移之前还是之后,宁夏引黄灌区冬小麦生育期≥0℃积温都能保证冬小麦正常生长;北移冬小麦越冬前≥0℃积温平均值为363℃.d,北移后比北移前增加了10.3%,接近华北冬小麦生长所需冬前≥0℃积温400℃.d的下限;越冬期负积温平均值为-586℃.d,北移后比北移前增加了22.3%,但仍然达不到华北冬性和强冬性品种安全越冬的越冬期负积温的下限。因此,适时早播和加强水肥管理以增加冬前≥0℃积温、培育壮苗和提高冬小麦的越冬存活率是保证北移冬小麦高产的关键技术措施。     

陕西省不同农业种植区热量资源的变化特征

利用陕西96个气象站1971-2013年气象观测资料,将陕西省分为4个农业种植区,采用线性倾向估计法、累积距平、t-检验和GIS技术等方法对各区及全省范围近43a来热量指标包括平均气温、极端气温、≥0℃和≥10℃界限温度有关指标的变化及分布特征进行分析。结果表明：近43a,陕西全省范围内年、季平均气温均呈显著上升趋势（P＜0.05）,春季增温最快(0.4℃-10a-1),且各热量资源要素与气温极显著正相关 (P＜0.01)。关中平原春季平均气温增幅最大,且各区突变时间一致;榆林北部风沙区夏、秋、冬和年平均气温增幅最大,且夏季平均气温突变时间最晚。陕南浅山丘陵区年、季平均气温增幅均最小,且秋、冬季平均气温突变时间最晚。陕西≥0℃和≥10℃初日普遍显著提前,终日变化不显著。≥0℃和≥10℃初日提前幅度最大地区分别为关中平原和榆林北部风沙区。受初日提前和终日推后的共同影响,陕西≥0℃和≥10℃持续日数和积温分别以3.5d-10a-1、2.4d-10a-1、90.3℃-d-10a-1和74.9℃-d-10a-1的倾向率显著增加,其中关中平原区增幅最大。冬季平均气温突变时间最早,为1987年,其它热量资源要素均在20世纪90年代中后期发生突变,突变后≥0℃和≥10℃积温等值线明显西移,关中平原热量资源增加最多且最快,陕北黄土高原变化较小。     

黄土高原红枣种植区积温变化特征分析

为了揭示黄土高原红枣种植区积温的变化特征,为红枣产业的布局和科学管理提供依据。利用1971—2010年12个气象站日平均气温资料,运用线性倾向估计、M-K及小波分析等方法,对≥0℃,5℃,10℃积温及负积温的变化特征进行了分析。结果表明,40年来≥0℃,5℃,10℃积温呈增加趋势,气候倾向率分别为64.557℃/10 a,66.235℃/10 a,48.023℃/10 a。负积温呈减少趋势,气候倾向率为-33.759℃/10 a。持续日数呈增加趋势,各界限温度初日呈提前趋势,终日除10℃外均呈推后趋势。各界限温度积温均发生突变现象,负积温突变出现最早1986年,其次为≥0℃积温1995年,≥5℃、≥10℃积温1996年;各界限温度积温变化存在多时间尺度的周期变化特征,具有2～4,9～11,32～33 a左右的周期振荡,其中32～33 a左右的周期最为明显。黄土高原红枣种植区近40 a来0℃以上各界限温度积温和持续时间呈增加趋势,热量资源明显改善,适宜种植红枣的区域扩大;但需采取有效措施防御可能发生的干旱灾害及红枣病虫害。     

1961-2014年华北平原二十四节气热量资源的时空分布变化分析

通过推算历年二十四节气的划分时间,利用华北地区63个气象站点1961-2014年逐日地面观测资料,分析每个节气期间平均气温、最高/低气温、≥0℃积温的线性变化趋势;基于春分、秋分日计算分析研究区各站点无霜期的终/始日与春分/秋分日差值和无霜期≥0℃积温的时空分布变化特征.结果表明,华北平原气温(平均、最高、最低)最高为大、小暑节气,最低为小、大寒节气.无霜期由北向南递增,终霜日平均发生在春分节气,沿纬度方向由南向北推迟,初霜日平均发生在霜降节气,沿纬度方向由南向北提前.1961-2014年华北地区二十四节气内热量资源(气温、≥0℃积温)均呈现上升趋势,冬春季的节气升温幅度大于夏秋季.雨水节气平均气温、最高、最低气温增幅在二十四节气中最大,分别为0.63、0.74和0.53℃·10a-1.最低气温增幅大于平均气温和最高气温,对气候增暖的贡献较大.近54a来研究区无霜期内≥0℃积温平均增加442.8℃·d.气候变暖同时延长了华北地区的无霜期,研究区无霜期气候倾向率平均为3.9d·10a-1,该变化由初/终霜日的变化共同作用引起,且春季终霜日提前(气候倾向率为2.1d·10a-1)比秋季初霜日推迟(气候倾向率为1.9d·10a-1)更明显.     

海南岛农业气候资源的时空变化特征

基于海南岛18个气象站1961-2010年的气温、降水量、日照时数等观测资料,分Ⅰ（1961-1980）、Ⅱ（1981-2010）两个时段计算与农业生产密切相关的年平均气温、1月平均气温、不同界限温度的积温、全年及≥15℃和≥20℃界限温度生长期间的日照时数、湿润度等光热水指标的年平均值和各指标1961-2010年的气候倾向率,同时结合海南岛主要种植作物类型,分析各指标的时空变化特征。结果表明：1961-2010年,海南岛各站年平均气温、1月均温和≥10℃、≥15℃、≥20℃的积温均呈增加趋势,平均增速分别为0.26、0.36℃·10a-1和94.4、130.1、147.4℃·d·10a-1,且大部站点增加显著（P＜0.05）。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ适宜热带作物种植的区域面积扩大、不适宜面积缩小。18个站全年、≥15℃和≥20℃界限温度生长期间日照时数的气候倾向率均值分别为-52、-37和-19h·10a-1,大部站点呈减少趋势,其中,全年和≥15℃界限温度生长期间日照时数下降显著的站点所占比例分别为72%和56%,主要分布在北部、东部和南部沿海地区,≥20℃界限温度生长期间对应的比例为33%,主要位于北部。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ日照时数低值区明显扩大,高值区缩小。18个站点全年、≥15℃和≥20℃界限温度生长期间降水量的气候倾向率均值分别为40、41和47mm·10a-1,绝大多数站点变化趋势不显著,仅文昌市和三亚市增加显著,与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ高值区明显扩大,低值区略缩小。湿润指数分布状况及变化趋势与降水量相似。     

气候变化对天山北坡经济带设施农业气候适宜性的影响*1

新疆天山北坡经济带冬季寒冷且漫长、日照时数少、部分地区多大风,气候条件对设施农业生产总体不利。开展气候变化对该地区设施农业气候适宜性的影响研究,对适应气候变化,科学制定天山北坡经济带设施农业布局和发展规划具有重要意义。利用天山北坡经济带35个气象台站1961?2014年逐年≤0℃负积温、12月?翌年2月日照时数和10月?翌年4月大风日数资料,通过线性趋势分析、累积距平和t检验以及基于ArcGIS的混合插值法对各要素的时空变化进行分析。结合实际调查获取的设施农业气候适宜性区划指标,对比分析了1988年前、后天山北坡经济带设施农业气候适宜性区划的变化。结果表明：天山北坡经济带≤0℃负积温具有高山带多,平原次之,中、低山带少;12月-翌年2月日照时数高山带和平原少,中、低山带多;10月?翌年4月大风日数峡谷地带及风口和风线多,平原和山区少的特点。1961?2014年天山北坡经济带≤0℃负积温、12月?翌年2月日照时数和10月?翌年4月大风日数分别以50.67℃·d·10a-1、20.52h·10a-1和1.31d·10a-1的倾向率呈极显著（P＜0.001）减少趋势,上述各要素分别于1988、1987和1987年发生突变。受其影响,1988年后较其之前,设施农业适宜区和次适宜区面积分别增加14466.0km2和4929.7km2,不适宜区减小19395.6km2。     

近50年华东地区热量资源变化特征分析

利用1961-2010年华东地区87个气象站日平均气温资料,运用线性倾向估计等方法,对华东地区近50a来≥0℃和≥10℃积温及其持续天数和起止日期的时空分布特征进行分析,以了解气候变暖对该地区热量资源分布的影响。结果表明,1961-2010年华东地区气温持续增高,回归系数达0.24℃/10a,趋势系数为0.68(P<0.01),各项热量资源指标与气温呈显著正相关(P<0.05)。随着气候变暖,≥0℃和≥10℃的积温及持续天数普遍显著增加;≥0℃积温为5000、6000℃.d和≥10℃积温为4500、5500℃.d,以及≥0℃持续天数为300、340d和≥10℃持续天数为220、240d的等值线从华北平原南部和长江下游地区向北大幅推进,长江下游地区北移幅度较大,≥0℃和≥10℃积温及持续天数明显北移的起始年代分别为20世纪90年代和21世纪前10a。≥0℃和≥10℃积温及持续天数普遍增加是受起始日期提前和终止日期延后的共同影响,而前者的影响更明显。     

气候变暖对新疆核桃种植气候适宜性的影响

基于新疆102个气象台站1961-2015年逐日平均气温、最低气温、最高气温资料,采用线性趋势分析、累积距平、t检验以及ArcGIS的空间插值技术,对影响新疆核桃种植的关键气候因子（≥10℃积温、最低气温≤-25℃日数、最高气温≥40℃日数、终霜冻日早于≥10℃初日天数）的时空变化特征进行分析的基础上,结合核桃种植气候适宜性区划指标,研究了气候变化对新疆核桃种植气候适宜性及其分布的影响。结果表明：新疆≥10℃积温的空间分布总体呈现“南疆多,北疆少;平原和盆地多,山区少”的格局,最低气温≤-25℃日数有“南疆少,北疆多;平原和盆地少,山区多”的特点,夏季最高气温≥40℃日数为“东部多,西部少;平原和盆地多,山区少”的特点;终霜冻日早于≥10℃初日的天数呈现“西部多,东部少;山区多,平原和盆地少”的格局。在上述气候要素空间分异的综合作用下,新疆核桃种植的气候适宜区主要在塔里木盆地西部平原;次适宜区在塔里木盆地大部和吐哈盆地南部;北疆大部,阿尔泰山、天山和昆仑山区以及吐哈盆地、塔里木盆地东部为核桃不适宜种植区。在气候变暖背景下,近55a新疆≥10℃积温、最高气温≥40℃日数和终霜冻日早于≥10℃初日的天数分别以64.7℃·d·10a-1、0.48d·10a-1、0.120d·10a-1的倾向率呈显著（P＜0.05）增多趋势,冬季日最低气温≤-25℃日数以-0.980d·10a-1的倾向率呈极显著（P＜0.001）减少趋势。上述各要素分别于1986年和1997年发生了突变,受其影响,1997年后较其之前,新疆核桃种植的气候适宜区和次适宜区明显扩大,而不适宜区明显减小,气候变暖对新疆核桃种植总体趋于有利。     

基于最大熵模型研究四川省鲜食葡萄种植潜在分布区及其气候特征

从不同地域鲜食葡萄的生长特性和生理机制出发,基于气候因子对鲜食葡萄区域分布的影响,从时间和空间尺度收集影响其种植分布的气候因子,结合鲜食葡萄种植园区分布信息,利用最大熵模型（MaxEnt）分析四川省鲜食葡萄的潜在空间分布及气候特征,并进行评价分析。结果表明：刀切法筛选出影响四川省鲜食葡萄潜在分布的4个主要环境变量（累计贡献百分率达89.8%）为≥10℃活动积温、气温年较差、年日照时数和年降水量,80%鲜食葡萄潜在分布面积的各影响变量指标范围分别为4145～6283℃·d、6.8～9.0℃、924～1314h和804～1247mm。鲜食葡萄种植高适宜区占全省面积的11.8%,主要分布在广安、成都、乐山西南部、宜宾和泸州北部以及凉山中部地区,气候特征为≥10℃活动积温5197～6082℃·d,气温年较差6.5～7.6℃,年日照时数902～1241h,年降水量861～1124mm;适宜区占全省面积的23.6%,广泛分布于除盆周山区之外的盆地大部分地区以及凉山南部、攀枝花西南部,气候特征为≥10℃活动积温5053～6144℃·d,气温年较差6.7～7.7℃,年日照时数868～1356h,年降水量807～1139mm;低适宜区占全省面积的23.1%,集中在盆北、盆西山区及攀西地区北部,气候特征为≥10℃活动积温3227～5549℃·d,气温年较差7.8～13.4℃,年日照时数948～2049h,年降水量643～1187mm;不适宜区占全省面积的41.5%,主要集中在川西高原和攀西东北部。研究结果说明气候因素仍然是影响四川省鲜食葡萄种植的主要环境因子,4个气候因子主导作用明显,模拟的潜在分布结果能够为四川省鲜食葡萄种植决策提供科学参考。     

RCP情景下长江中下游地区水稻生育期内高温事件的变化特征

基于1981-2009年历史气象数据和全球气候模式HadGEM2-ES输出的未来2021-2050年RCP气候情景数据,采用日最高温度大于35℃的高温日数（HSD）、高温最长持续日数（MCD）和高温有效积温（HDD）,分析过去和未来长江中下游地区水稻生育期高温事件频率、持续时间和强度的变化特征。结果表明：1981-2009年,长江中下游地区水稻生育期内温度升高,各高温指标均一致显著增加,Tmax（平均日最高气温）、HSD、MCD、HDD的气候倾向率分别为0.51℃·10a-1,3.9d·10a-1,0.6d·10a-1和8.2℃·d·10a-1,空间上表现为由北向南递增。除MCD外,Tmax、HSD和HDD均在2001-2002年发生由少到多的突变。2021-2050年两种RCP情景下,长江中下游大部分地区水稻生育期间日最高气温持续升高,高温日数增多,持续时间延长,高温强度增强。RCP2.6情景下,水稻生育期内Tmax、HSD、MCD、HDD较基准时段（1981-2009年）分别增加1.5℃、11.3d、5.6d和45.3℃·d,RCP8.5情景下分别增加1.7℃、15.4d、6.2d和61.1℃·d,且各高温事件在高值区的概率进一步加大。各指标的空间变化特征具有差异性,Tmax、HSD和MCD的增加幅度由东南向西北递增,湖南西部和江苏北部等基准期温度相对较低的地区增幅更大,而HDD的增幅以中部地区较大。湖北、安徽、湖南和江西中北部是未来高温事件频率、持续时间和强度均大幅增加的地区,防灾减灾工作严峻,需采取调整水稻播期,更替耐高温品种等措施减轻高温对水稻的危害。     

晋陕蒙地区≥10℃积温的时空变化特征

利用1960-2014年晋陕蒙三省75个气象站逐日平均气温实测数据,采用多元线性回归模型的积温空间模拟方法和气候倾向率法,对晋陕蒙地区1960-2014年日平均气温稳定≥10℃积温的时空特征进行分析。结果显示：（1）从整个分析期来看,1960-2014年晋陕蒙地区日平均气温稳定≥10℃积温总体呈上升趋势,近55a积温增速为74.60℃·d·10a-1,93%的气象站点积温增加趋势显著（P＜0.05）,仅有7%的站点变化趋势不显著。（2）从空间分布来看,分析期内≥10℃积温平均值呈现由低纬度向高纬度、由低海拔向高海拔逐渐减少的规律。（3）从各年代积温线的移动情况看,＜1600℃·d、1600～3200℃·d占的区域面积占总面积比例呈现逐年代降低的趋势;3200～4500℃·d的区域面积占总面积的比例呈现逐年代升高趋势;＞4500℃·d所占区域面积占总面积的比例在1970-1979年、1980-1989年呈降低趋势,在1990-1999年、2000-2014年呈升高趋势。（4）从时段Ⅰ（1960-1989年）和时段Ⅱ（1980-2014年）气候带的变化情况看,中亚热带从无到有,北亚热带、暖温带区域面积逐渐增加,中温带和寒温带区域面积逐渐减少,气候带在气候变暖背景下呈北移西扩的趋势。总体上,≥10℃积温呈现出向高海拔扩张和高纬度北移的趋势。