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...     

共和盆地界限温度初终日和积温对气候变化的响应

利用青海省共和盆地海南州气象台1953—2010年逐日平均气温,以5 d滑动平均法确定稳定通过≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃初、终日,求算初终日间持续日数、活动积温和有效积温,分析界限温度初终日、持续日数和积温的变化,应用Pearson函数求算界限温度初终日、初终日期间持续日数、活动积温和有效积温与年平均气温的相关性并建立回归模型。结果表明:共和盆地各级界限温度初日均呈提前趋势,终日均呈推后趋势,初终日间持续日数呈增加趋势,活动积温和有效积温均表现为增大趋势;各界限温度初日与年平均气温呈负相关,终日与年平均气温呈正相关,初终日间持续日数呈正相关,活动积温和有效积温与年平均气温极显著相关;若年平均气温升高1℃,则各界限温度初日提前3～6 d,终日推迟3～4 d,各界限温度期间的持续日数延长6～10 d,活动积温增加165～190℃,有效积温增加164～183℃。     

华东地区≥10℃积温的时空演变特征

利用1961-2013年华东地区86个气象台站的日平均气温等资料,采用趋势分析法、克里金空间插值法(Kriging)、Mann-kendall突变检验以及Pearson相关分析等方法,分析该区域近53a日平均气温稳定≥10℃期间积温、持续日数、初终日以及积温带的变化特征。结果表明：（1）近53a华东地区日平均气温稳定≥10℃积温及其持续日数呈显著增加趋势,气候倾向率分别为89.71℃-d-10a-1(P＜0.01)和2.96d-10a-1(P＜0.05),二者主要受初日提前和终日推迟的共同影响,且初日提前的影响更大。（2）日平均气温稳定≥10℃积温及其持续日数在空间分布上呈现明显的纬度地带性和垂直地带性特征,其变化趋势均呈现自东向西、自中部向南北两端递减的规律。（3）随着全球气候变暖,华东地区气候带的分布呈现明显的北移东扩,其中南亚热带、中亚热带的面积不断扩大,分别向北移动1.2、2.2个纬距;北亚热带约向北移动1个纬距,面积有所减小;暖温带的面积不断减小。（4）华东热量资源对平均气温的响应主要表现在积温的上升、持续日数的增加、初日的提前以及终日的延迟。     

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。     

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。     

气候变暖对西北干旱区农业热量资源变化的影响

气候变暖将改变农业气候资源尤其是热量资源的时空分布。本文通过分析西北干旱区67个气象站点的气象数据,研究了西北干旱区近50年气温、积温、霜冻的变化特征与规律。结果表明,西北干旱区气温呈上升趋势,上升幅度为0.33℃.10a 1,高于全国平均水平,其中北疆增温幅度大于其他地区。年内变化上,冬季增温幅度最大。近50年,西北干旱区≥0℃、≥10℃积温变化率分别为67.8℃.10a 1和68.8℃.10a 1,≥0℃和≥10℃积温持续的时间也呈增加趋势,其中≥0℃积温持续天数的增加主要是由于结束日期的推迟引起的,而≥10℃积温天数的增加主要是因为初始日期的提前。研究区无霜期呈增加趋势,主要表现为初霜日的延迟和终霜日的提前,其趋势分别可达2 d.10a 1和1.4 d.10a 1,前者贡献略大。西北干旱区初霜出现日期的年际波动小于终霜日,终霜出现日期晚于≥10℃积温开始日期约10 d,且气温变暖的趋势并没有引起这一状况的改变,而多数站点≥10℃积温结束日期早于初霜开始日期。     

辽宁地区近50年无霜期时空演变特征

结合GIS技术、气候倾向率以及突变分析方法,利用近50a辽宁省52个气象观测站的逐日气温资料对无霜期初日、终日以及持续日数的时空演变特征进行分析。结果表明:(1)区域平均无霜期初日以2.2d/10a的速率提前(P0.01),在1989年前后发生突变;终日和持续日数分别以1.9d/10a和3.9d/10a的速率延后和增多(P0.01),终日在1975年前后发生突变。辽宁大部地区无霜期日数以3～4d/10a速率增加(P0.01)。(2)不同基准年的气候平均值(A时段:1961-1990年,B时段:1971-2000年)有明显差异,B时段较A时段初日提前、终日延后、无霜期日数延长。(3)从年代际变化来看,无霜期日数在20世纪70年代的高值和低值区域较60年代有所扩大,80年代高值区再次扩大,低值区缩小,90年代较前者空间格局变化不大,2000年以后高值区已覆盖辽宁大部地区,低值区明显缩小。     

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。     

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。     

未来气候变暖对羌塘自然保护区高寒草地牧草青草期的影响

基于5℃界限温度指标，利用羌塘自然保护区附近站点1971−2019年逐日平均气温、降水量和日照时数等资料，采用线性回归、Mann-Kendall检验方法和R/S分析等方法，分析了近49a自然保护区高寒草地牧草青草期及其水热气候资源的变化特征；预估了在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种排放情景下，未来80a（2021−2100年）牧草青草期的变化，以期了解和预测高寒草地生态系统的动态变化。结果表明：（1）近49a自然保护区平均每10a牧草青草期开始日提早2.81d，终止日推迟2.74d，天数延长5.56d；青草期积温、降水量和日照时数均表现为显著增加趋势，增幅分别为75.86℃·d·10a−1、15.84mm·10a−1和27.58h·10a−1。（2）在年代际变化特征上，20世纪70−90年代各站青草期开始日晚、终止日早、持续天数短、水热条件偏差；21世纪00−10年代截然相反，青草期开始日早、终止日晚、持续天数长、水热资源充沛。（3）M-K法检验显示，青草期开始日、终止日和天数的突变时间分别出现在2006年、1991年和1988年；青草期积温、降水量和日照时数分别在1988年、1999年和1981年也发生了由偏少变偏多的突变。（4）青草期要素的Hurst指数均大于0.5，表明未来青草期开始日提早、终止日推迟、天数延长，积温、降水量和日照时数均增加的变化趋势仍将持续。（5）在RCP4.5排放情景下，未来80a自然保护区牧草青草期开始日提早10d、终止日推迟9d、天数延长17d，这有利于牧草生长，牲畜抓膘，对牧业生产、草地生态系统恢复十分重要。     

农业界限温度计算方法讨论

<正> 农业气候资源通常用具有一定农业意义的气候要素值来表征。例如热量方面有生长期、各级界限温度的积温(0℃、5℃、10℃……)及其持续日数等。本文对山地界限温度的计算方法谈点粗浅看法,供讨论。一、界限温度初、终期的求算确定界限温度初、终期的统计方法很多,如五日滑动平均法、二倍偏差法、图解     

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.     

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.     

济宁市秋冬积温变迁及其对冬小麦生长的影响

利用济宁市1967-2006年的气象资料及小麦秋冬季生长发育资料,分越冬前和越冬期分析了秋冬积温变迁及其对冬小麦生长发育的影响。结果表明,1967年以来,每10 a平均冬前≥0℃积温及其≥700℃.d的几率、≥750℃.d的几率、≥800℃.d的几率均显著增加,越冬期≥0℃积温也显著增加,而负积温显著减少;冬小麦冬前旺长年的几率增加、旺长程度加重,越冬期间生长量加大。因此,早播麦田适宜播期应推迟到10月5日-9日,不宜早于10月5日,遇暖秋（10月上旬旬均温≥18℃）年开播时间可推迟至10月10日,偏春性半冬性品种在上述各适宜播期的基础上应再推迟5d,以便有效预防冬前旺长和越冬期冻害。     

气候变化对柴达木灌区小麦生育期的影响

利用柴达木盆地的格尔木、德令哈、诺木洪3个气象测点1980-2007年逐日平均气温和小麦生育期资料,研究气候变化对柴达木绿洲灌区小麦生长发育的影响。结果表明:日平均气温≥0℃、≥10℃界限温度初日提前,终日推后,积温增多,作物生长季延长;3个农业气象测点的小麦播种期推迟、成熟期提前,生长期缩短;播种-出苗期的缩短是营养生长期缩短的主要原因,乳熟-成熟期的缩短是生殖生长期缩短的主要原因;诺木洪热量条件好的区域可以在小麦收割后种植生长期较短的蔬菜。     

陇中黄土高原半干旱区霜冻时空分异特征

基于1971—2016年陇中黄土高原半干旱区逐日地面最低温度资料,采用气候统计学方法,研究了霜冻初、终日和无霜冻期时空变化、异常分布特征。结果表明:研究区域最早霜冻初日为8月25日;最晚霜冻终日为6月28日;平均无霜冻期125～149 d。近46 a来,研究区域霜冻初日呈推迟趋势,平均每10 a推迟3.1 d,无霜冻期显著延长,平均每10 a延长3.9 d。无霜期日数显著延长,增加了作物生长季热量条件,有利于作物生长季延长,使得喜温和越冬作物适宜种植区域由低海拔向高海拔区域推进。冬小麦、玉米适宜区、可种植区扩大;春小麦适宜种植区、不可种植区缩小;农作物复种指数明显增加,但霜冻波动的不稳定性变化增加了低温冻害的风险。     

气候变暖对烤烟气候适生性和大田可用日数的影响

为了研究气候变暖对毕节烟区烤烟及大田可用天数的影响,利用毕节烟区1971—2010年的气候资料,分析近40年来毕节烟区气候的变化趋势及特点、烤烟气候适生性指数(CFI)和大田可用天数与温度的关系及变化趋势。结果表明:毕节烟区年均温一直呈比较平稳的上升趋势,增幅为0.38℃-10a-1;毕节烟区近40年年均降雨量为1 047.78 mm,大田期年均降雨量为527.03 mm,大田期降雨量随着气候变暖而逐渐减少;毕节烟区近40年年均日照时数为1 318.20 h,大田期年均日照时数为632.70 h,大田期年均日照时数也随着气候变暖而逐渐减少;1971—2010年间毕节烟区年平均CFI为0.62,且呈逐年上升趋势。日均温≥13℃初日随着气候变暖一直在提前,40年间提前了将近30 d,平均为7.5 d-10a-1;日均温≥18℃终日随着气候变暖一直在滞后,近40年间烤烟采收终期延后了27 d,平均为6.75 d-10a-1;40年间烤烟大田可用日数也一直随年均温呈平稳增加趋势,近40年间共增加了58 d,增幅为14.5 d-10a-1。气候变暖导致毕节烟区降雨量减少、日照时数变短,但烤烟CFI随之升高,有利于烤烟的生长,同时气候变暖导致毕节烟区烤烟的大田可用日数增加。     

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。     

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。     

气候突变后伊犁河谷两熟制作物种植区的变化及风险分析

利用伊犁河谷10个气象台站1961-2010年≥0℃和≥10℃积温、无霜期逐日气象数据指标,采用线性趋势分析、累积距平及t-检验和空间插值等方法对伊犁河谷热量资源的时空特征进行分析;结合当地两熟制种植方式即冬小麦-早熟玉米、冬小麦-早熟大豆和冬小麦-牧草对热量条件的要求,分析了气候突变前后两熟制种植区的变化情况;利用突变后历年热量资料计算各地热量大于两熟制所需热量临界值的保证率,分析了两熟制种植区的气候风险.结果表明,（1）50a来伊犁河谷≥0℃和≥10℃积温、无霜期分别以89.9℃·d/10a、88.0℃·d/10a及5.4d/10a的倾向率上升（P＜0.05）,并均在1997年发生了突变.（2）突变后伊犁河谷热量资源在空间分布上总体呈平原最多,丘陵次之,山区最少的特点.（3）伊犁河谷各区域突变前热量条件无法满足两熟制种植要求,突变后平原区域≥0℃和≥10℃积温、无霜期年平均分别达4217.7℃·d、3649.6℃·d和197d,均超过两熟制热量要求,且最低热量条件保证率85.7％,成为伊犁河谷两熟制最适宜种植区,若平原麦后复播大豆,其热量保证率可达93％以上,但复种早熟玉米仍有一定风险.研究结果可为伊犁河谷乃至整个北疆地区发展多熟制种植提供理论依据.