氣候變化及其對(duì)河南省冬小麥抽穗-成熟期的影響

□李彤霄 □王 君（河南省氣象科學(xué)研究所）

□趙國(guó)強(qiáng)（河南省氣象局）

近百年來，全球氣候發(fā)生了顯著的變化，給人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)的方方面面都將帶來威脅，由此產(chǎn)生了一系列不容忽視的問題。全球氣候變化成為當(dāng)今人類社會(huì)所面臨的最嚴(yán)重的全球環(huán)境問題之一。

我國(guó)氣候與世界氣候一樣也在經(jīng)歷一場(chǎng)以變暖為特征的變化。近百年來的儀器觀測(cè)顯示，我國(guó)的氣候逐漸變暖，以西北、華北、東北最明顯，其中華北地區(qū)出現(xiàn)暖干化趨勢(shì)。近40年來我國(guó)年平均氣溫以0.04℃/10年的速度上升。同時(shí)我國(guó)降水量以12.69mm/10年的速度減少，降水量20世紀(jì)80年代平均較20世紀(jì)50年代平均少34mm。

農(nóng)業(yè)是對(duì)氣候變化反應(yīng)最為敏感的領(lǐng)域之一。農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中光照、熱量、水分以及光熱和水分的匹配狀況都受到氣候變化的影響，農(nóng)作物生產(chǎn)力隨之產(chǎn)生變化。河南省是全國(guó)最重要的商品糧基地，糧食總產(chǎn)約占全國(guó)的1/10，在全國(guó)處于首位，因而河南糧食的生產(chǎn)形勢(shì)對(duì)國(guó)家的糧食安全有著重要影響。分析河南省冬小麥生育期的變化趨勢(shì)及其和氣候變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，了解其對(duì)作物發(fā)育的可能影響，對(duì)于趨利避害、充分合理利用氣候資源、評(píng)估氣候變化的可能影響等均具有重要意義。

一、資料和方法

（一）資料選取

選擇河南省30個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站1979～2007年共28a的冬小麥生育期資料和1957～2007年共51a的逐日降水、日平均氣溫和日照等氣象資料，以上資料分別由河南省氣象局農(nóng)氣中心和氣候中心提供。

（二）資料處理

在氣象資料的的處理上，將30個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站1957～2007年共51a的逐日降水、日平均氣溫和日照資料進(jìn)行平均得到全省的平均值，作為全省的氣象資料。

全省各期生育天數(shù)為30站的平均值，采用一元線性回歸方法計(jì)算全省及各站抽穗-成熟期天數(shù)和同期日照、降水、氣溫以及有效積溫變化的線性傾向率，再用arcgis采用樣條插值法做出全省冬小麥抽穗-成熟期的生長(zhǎng)天數(shù)和同期光溫水的變化趨勢(shì)圖，從而分析氣候各要素變化對(duì)冬小麥抽穗-成熟期變化的影響。

二、結(jié)果與分析

（一）河南省氣候變化情況

從河南省年平均氣溫變化圖（圖1）中可以看出，1957～2007年河南省平均氣溫有升高的趨勢(shì) (通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn))，最高為 15.4℃（2006年），最低為 13.4℃（1984年）。氣溫變化具有明顯的階段性特點(diǎn)，1957～1980年氣溫呈下降趨勢(shì)，總體上圍繞14.3℃上下波動(dòng)；1980年以后呈上升趨勢(shì)（R=0.73＞R0.01），1993年以后上升明顯，其中1980～1993年與1994～2007年年平均氣溫明顯呈階梯狀分布，1994～2007年平均氣溫比1980～1993年升高了0.9℃。

從河南省年降水量變化曲線圖（圖2）中可看出：河南省降水量略微增加，且幅度很不明顯，基本上圍繞平均值750.3mm上下波動(dòng)。最大年降水量為2003年的1091.8mm，最小為1966年的461.9mm，最大值是最小值的2倍多。從圖中還可以看出，河南省每20a有一次大的降水量，例如1964年和1984年，然后緊接著兩年降水量大量減少，隨后十幾年圍繞750mm平穩(wěn)波動(dòng)，振幅不大。

圖1 1957-2007年河南省年平均氣溫變化過程

圖2 1957-2007年河南省年降水量變化過程

由圖3可見，河南省年日照時(shí)數(shù)呈明顯的下降趨勢(shì)，氣候傾向率為-85.3h/10a(R=0.42＞R0.01)，最長(zhǎng)年總?cè)照諗?shù)為1966年的2451.3h，最短年為2003年的1671.5h，相差779.8h。年日照時(shí)數(shù)總體上呈階梯狀變化，1957-1980年、1980-2000年、2000-2007年的年總?cè)照諘r(shí)數(shù)平均分別為2273.0h、2054.4h和1882.8h。

（二）冬小麥發(fā)育期變化情況

由圖4可見，河南省冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育期總天數(shù)在218～239d，平均為228d。近24a呈逐漸減小的趨勢(shì)，平均每10a減少3.53d（R=0.446＞R0.05）。1990年以后生育期縮短趨勢(shì)比較明顯，最長(zhǎng)與最短天數(shù)相差達(dá)到21d，縮短的速率為7.18d/10a（R=0.637＞R0.01），2000年后有所回升但波動(dòng)較大。

圖3 1957-2007年河南省年日照時(shí)數(shù)變化過程

圖4 1957-2007年河南省冬小麥生育期總天數(shù)變化過程

從全省生育期總天數(shù)趨勢(shì)分布圖（圖5）中看出，1957-2007年各地的變化情況各不相同，總體上，黃淮平原（鄭州、許昌、商丘等11個(gè)站）各站全生育期變化一致為縮短的趨勢(shì)，速率為1.0～6.0d/10a，潢川、光川一帶縮短速度超過了6.0d/10a，變化比較明顯，而在河南西部山區(qū)由于地形復(fù)雜等因素，各地的趨勢(shì)差異比較大。濟(jì)源、新安、義馬一帶和方城、桐柏一帶縮短趨勢(shì)在10.0d/10a左右。其余地區(qū)縮短的趨勢(shì)不大。

（三）冬小麥抽穗-成熟期變化及其與氣象條件的關(guān)系

1.冬小麥抽穗-成熟期天數(shù)變化

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，河南省冬小麥抽穗-成熟期天數(shù)在37～51d，平均為42d。1979-2007年全省抽穗-成熟期生長(zhǎng)天數(shù)呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，變率為2.1d/10a。但是，在河南省的不同地區(qū)，其間隔天數(shù)的變化又有所不同。變率主要集中在-2.2～4.7d/10a之間，有3個(gè)站點(diǎn)有縮短趨勢(shì)，伊川、三門峽、林州明顯縮短，變率為-2.19、-1.54、0.42d/10a，有27個(gè)站點(diǎn)有縮短趨勢(shì)，其中永城、西平明顯延長(zhǎng)，變率大于4.0d/10a，分別為4.72、4.41d/10a。從全省趨勢(shì)圖（圖6）中可以看出全省基本上都有延長(zhǎng)的趨勢(shì)，只有洛陽(yáng)、三門峽的部分地區(qū)有縮短的趨勢(shì)。

圖5 1979-2007年河南省冬小麥生育期總天數(shù)變化傾向率分布

圖6 1979-2007年河南省冬小麥抽穗-成熟期天數(shù)變化傾向率分布

2.抽穗-成熟期積溫

河南省冬小麥抽穗-成熟期≥0℃積溫在766.6-922.7℃·d。平均846.4℃·d。全省抽穗-成熟期總積溫呈增加的趨勢(shì)，變率為50.43℃·d/10a。全省大部分地區(qū)總積溫呈增加的趨勢(shì)，變率主要集中在-1.67～8.31之間。其中，三門峽、潢川、內(nèi)鄉(xiāng)、信陽(yáng)有縮短趨勢(shì)，伊川縮短明顯為-44.17℃·d/10a，其余趨勢(shì)依次減弱，為 -16.73℃·d/10a、12.55℃·d/10a、8.76℃·d/10a、3.86℃·d/10a。其余站點(diǎn)均呈增加的趨勢(shì)，其中西平增長(zhǎng)趨勢(shì)最大，為83.07℃·d/10a。從全省趨勢(shì)圖（圖7）中可以看出：全省抽穗-成熟期積溫基本上都有增加的趨勢(shì)，而洛陽(yáng)、三門峽的部分地區(qū)有減少略微明顯。總體趨勢(shì)與抽穗-成熟期天數(shù)有些相似。

圖7 1979-2007年河南省冬小麥抽穗-成熟期≥0℃積溫變化傾向率分布

3.抽穗-成熟期總?cè)照諘r(shí)數(shù)

全省冬小麥抽穗-成熟期日照時(shí)數(shù)在242.2～329.7h，平均為282.9h有延長(zhǎng)的趨勢(shì)，變化傾向率為17.87h/10a。由圖8可見，大部分地區(qū)抽穗-成熟期日照時(shí)數(shù)呈減小的趨勢(shì)，變化傾向率主要集中在-10.1-39.5h/10a，9個(gè)站點(diǎn)日照時(shí)數(shù)呈縮短趨勢(shì)，其中內(nèi)鄉(xiāng)、信陽(yáng)縮短明顯，變率分別為-10.08、-10.00h/10a，其余趨勢(shì)不明顯，小于7.1h/10a；21個(gè)站呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，其中欒川、西平延長(zhǎng)趨勢(shì)較大，變率分別39.52h/10a、29.73h/10a。從全省趨勢(shì)圖（圖8）中可以看出：全省抽穗-成熟期總?cè)照諘r(shí)數(shù)大部分地區(qū)呈增加趨勢(shì)，但以略微增加為主；其余地區(qū)呈較少趨勢(shì)，且趨勢(shì)不是很明顯。

圖8 1979-2007年河南省冬小麥抽穗-成熟期總?cè)照諘r(shí)數(shù)變化傾向率分布

4.抽穗-成熟期總降水量

河南省冬小麥抽穗-成熟期總降水量在20.2-195.9mm。平均為93.3mm。全省抽穗-成熟期總降水量呈減少的趨勢(shì)，變率為19.53mm/10a。全省各地區(qū)的變率主要集中在-46.5～11.7mm/10a之間。其中，西華、正陽(yáng)有所減少，變率為11.65mm/10a、1.08mm/10a；其余站點(diǎn)明顯增加，潢川、許昌明顯減少，都少于-35.00mm/10a，依次為 46.55mm/10a、36.39mm/10a。從全省趨勢(shì)圖（圖9）中可以看出：河南省大部分地區(qū)抽穗-成熟期總降水量呈減少的趨勢(shì)，其中中部地區(qū)許昌、封丘一帶較少趨勢(shì)明顯。

圖9 1979-2007年河南省冬小麥抽穗-成熟期總降水量變化傾向率分布

三、結(jié)論與討論

1.河南省近51a來平均氣溫有升高的趨勢(shì)，1993年以后上升非常明顯；日照時(shí)數(shù)呈明顯的下降趨勢(shì)，減少速度為85.3h/10a；降水量略微增加，且幅度很不明顯，基本上圍繞平均值750.3mm上下波動(dòng)。

2.河南省冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育期總天數(shù)近24a呈逐漸減小的趨勢(shì)，平均每10a減少3.53d。全省各地都有所減少，但減少的程度各不相同。

3.河南省越冬期變化基本上以延長(zhǎng)為主但各地略有不同。其中，伊川、三門峽、林州明顯縮短，永城、西平明顯延長(zhǎng)。

4.河南省冬小麥生長(zhǎng)抽穗-成熟期≥0℃積溫呈增加的趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)有增加的趨勢(shì)，總降水量呈減少的趨勢(shì)。

5.從抽穗-成熟期全省冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育天數(shù)變化與光溫水變化趨勢(shì)圖中，可以發(fā)現(xiàn)，河南省各期≥0℃積溫趨勢(shì)圖與小麥抽穗-成熟期生長(zhǎng)天數(shù)趨勢(shì)圖，趨勢(shì)上有一定的相似性，說明小麥有效積溫的增加與生長(zhǎng)天數(shù)的變化可能有一定的聯(lián)系；抽穗-成熟期冬小麥生長(zhǎng)期變化趨勢(shì)與日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)正好相同，表明抽穗-成熟期小麥日照時(shí)數(shù)與生長(zhǎng)天數(shù)的變化也有一定的聯(lián)系。而降水量變化趨勢(shì)與生長(zhǎng)天數(shù)的變化趨勢(shì)沒有相似性，表明河南省降水量變化趨勢(shì)對(duì)冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響很小。