共和盆地界限溫度初終日和積溫對氣候變化的響應

趙恒和，郭連云，趙年武，蘇 芬，周秉榮

（青海省海南州氣象局，青海 共和813000）

所謂界限溫度，即農業界限溫度，又叫指標溫度，是表明某些重要現象或農事活動開始、終止的溫度[1]。所謂積溫，是指某一時段內逐日平均氣溫累積之和。積溫是研究作物生長、發育對熱量的要求[2－7]，同時也是評價熱量資源的一種指標[8－9]，是某一時段內日平均氣溫對時間的積分，是經過溫度有效性訂正的時間進程度量[10]。積溫常分為活動積溫和有效積溫，活動積溫是植物在某時段內活動溫度的總和，有效積溫是植物在某時段內有效溫度的總和[1，11]。

相關研究表明，海南州共和盆地自20世紀60年代以來年平均氣溫以0.35℃／10a的幅度升高。因此，分析共和盆地與農牧業密切相關的界限溫度初終日和積溫變化規律，可為區域種植業的布局和結構調整提供參考。

1 研究方法

1.1 界限溫度初終日的確定

氣象資料采用海南州氣象臺1953—2010年逐日平均氣溫資料。根據逐日平均氣溫，利用5d滑動平均法[4]確定共和盆地歷年各界限溫度（≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃）穩定通過的初日和終日。

1.2 積溫的求算方法

式中：Aa，Ae——活動積溫和有效積溫（℃）；n——某

界限溫度初終日間的持續天數；Ti——日平均氣溫；

B——界限溫度（針對植物生長發育而言，B為生物學零度）。

1.3 數據分析

在Excel中利用Pearson函數求算界限溫度初終日、初終日期間持續日數、活動積溫和有效積溫，與年平均氣溫的相關系數進行顯著性相關分析。

2 界限溫度初、終日對溫度升高的響應

2.1 界限溫度及其生物學意義

適合共和盆地氣候特點和農牧業生產實際的界限溫度及其生物學意義如下：0℃表示春季土壤開始解凍，天然牧草開始萌動，青稞開始播種；秋季土壤開始凍結；≥0℃期間為農耕期，期間的活動積溫是衡量地區熱量資源狀況的重要指標。3℃表示春季牧草普遍返青，青稞出苗，油菜開始播種；秋季牧草開始黃枯。5℃表示春季牧草進入快速生長階段，油菜出苗，樹林開始生長，秋季青稞成熟。10℃表示大部分牧草進入生殖生長階段，青稞和油菜進入開花、灌漿（角果形成）期。

2.2 界限溫度初、終日的平均狀況

共和盆地穩定通過各級界限溫度初、終日的平均、最早、最晚日期見表1。共和盆地穩定通過≥0℃初日在3月中旬后期，終日在10月下旬后期；穩定通過≥3℃初日在3月下旬前期，終日在10月中旬后期；穩定通過≥5℃初日在4月中旬后期，終日在10月中旬前期；穩定通過≥10℃初日在5月下旬后期，終日在9月中旬前期（表1）。界限溫度初日最早和終日最晚的年份基本在20世紀90年代以后，而初日最晚和終日最早的年份以90年代以前居多。這表明，伴隨著溫度的升高，總體上表現為界限溫度的初日提前而終日推后的趨勢。

表1 共和盆地穩定通過各級界限溫度日期（月－日）

2.3 界限溫度初、終日的變化趨勢

2.3.1 界限溫度初日變化 共和盆地日平均氣溫穩定通過各級界限溫度初日的變化趨勢如圖1所示。共和盆地≥0℃、≥3℃、≥5℃和≥10℃初日均呈現出提前趨勢，其氣候傾向率分別為－0.9d／10a，－1.3 d／10a（P＜0.10），－2.3d／10a（P＜0.01），－2.3 d／10a（P＜0.05），信度檢驗中，以≥5℃初日提前趨勢最為顯著，通過0.01信度水平檢驗；≥10℃初日提前趨勢通過信度0.05水平檢驗，≥3℃初日提前趨勢僅通過0.10信度水平檢驗；≥0℃初日提前趨勢未通過信度水平檢驗，表現出界限溫度值越高，初日提前趨勢更加顯著的規律性（圖1）。其中，≥10℃是該地區具有農業意義的最高界限溫度，≥10℃的持續時段可大致定義為本區域的夏季，農作物和牧草的生殖生長主要在此期間完成，初日較大幅度提前有利于農作物的產量增加。

圖1 共和盆地界限溫度初日年際變化

2.3.2 界限溫度終日變化 共和盆地日平均氣溫穩定通過各級界限溫度終日的變化趨勢如圖2所示。共和盆地≥0℃、≥3℃、≥5℃和≥10℃終日均呈現出推遲趨勢，其氣候傾向率分別為2.1d／10a（P＜0.001）、1.8d／10a （P＜0.001）、1.5d／10a （P＜0.001）和2.4d／10a（P＜0.001），均通過0.001極顯著水平檢驗。比較而言，≥10℃終日推遲趨勢最為明顯。

圖2 共和盆地界限溫度終日年際變化

2.4 界限溫度期間持續日數的變化趨勢

日平均氣溫大于某界限溫度的初、終日之間的持續日數，能夠較好地表示相應農事季節或可供某類作物生長發育時間的長短，是確定某種作物類型和調整種植結構的重要依據。

各界限溫度期間的持續日數均呈增加趨勢，表明伴隨溫度升高，界限溫度初終日之間的天數也隨之增加。其氣候傾向率分別為3.0d／10a（P＜0.001）、3.1d／10a（P＜0.001）、3.8d／10a（P＜0.001）和4.7d／10a（P＜0.001），均通過0.001極顯著水平檢驗（圖3）。比較而言，≥10℃終日的持續日數增加趨勢最為明顯。界限溫度期間持續日數的年代際變化見表2。≥0℃持續日數從上世紀50年代較多，60年代至00年代由少增多，進入21世紀后明顯增加；≥3℃持續日數從50年代到80年代增加，90年代減少，00年代增加；≥5℃持續日數表現為持續增加趨勢；≥10℃持續日數呈現出增加趨勢。

圖3 共和盆地界限溫度期間持續日數年際變化

表2 各年代界限溫度期間持續日數 d

2.5 界限溫度初終日及期間持續日數與年平均氣溫的相關性

年平均氣溫是年度內逐日平均氣溫的綜合反映，伴隨溫度變化，界限溫度的初終日及期間持續日數也會相應發生改變。界限溫度初終日的早晚與初終日之間的持續天數與年平均氣溫的相關性見表3。

表3 界限溫度初終日及期間持續日數與年平均氣溫的相關系數

相關分析表明，各級界限溫度的初日與年平均氣溫呈負相關，即年平均氣溫升高，界限溫度的初日提前。其中≥5℃和≥10℃初日與年平均氣溫極顯著相關。各界限溫度終日與年平均氣溫呈正相關，即年平均氣溫升高，界限溫度終日推遲，均達到了極顯著水平。各界限溫度期間的持續日數與年平均氣溫均呈正相關，即年平均氣溫高，則界限溫度初終日之間的持續時間長，在溫度升高的氣候背景下，相應的農事季節延長。各界限溫度持續日數與年平均氣溫相關系數均達到極顯著水平。

對與年平均氣溫的相關達到較顯著及以上水平的界限溫度初終日及期間持續日數，建立如表4所列回歸方程。回歸模式顯示，若年平均氣溫升高1℃，則各界限溫度初日提前3～6d，終日推遲3～4d，各界限溫度期間的持續日數延長6～10d。

表4 界限溫度初終日及期間持續日數與年平均氣溫的回歸模式

3 界限溫度期間積溫對溫度升高的響應

3.1 積溫變化狀況

共和盆地各界限溫度期間活動積溫和有效積溫見表5。≥0℃積溫平均值為2 344.2℃，最多年達2 722.6℃，較 多 年 值 偏 多 16.4%；最 少 年 僅 為2 087.5℃，較多年值偏少11.0%。≥3℃、≥5℃、≥10℃積溫中，有效積溫平均值較活動積溫分別偏少25.6%，40.3%，68.9%，可見，隨著臨界溫度值的升高，有效積溫的降低幅度亦隨之增大。

3.2 各界限溫度期間積溫的變化趨勢

共和盆地活動積溫的年際變化如圖4所示。共和盆地各級界限溫度期間活動積溫均表現為增加趨勢，≥0℃，≥3℃，≥5℃，≥10℃活動積溫的氣候傾向率分別為76.9，75.4，82.3，98.7℃／10a，均通過信度0.001水平檢驗，存在隨界限溫度增高氣候傾向率增大的規律（圖4）。這表明積溫增多的變化趨勢有利于種植業的穩定，也為種植業的結構調整提供了熱量資源。

表5 界限溫度期間活動積溫和有效積溫 ℃

圖4 共和盆地界限溫度期間活動積溫年際變化

共和盆地有效積溫的年際變化見圖5。有效積溫同樣表現為增多趨勢，≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃有效積溫的氣候傾向率分別為76.9，74.4，80.5，94.2℃／10a，信度水平檢驗均達0.001。有效積溫變化與活動積溫基本一致，隨界限溫度增高氣候傾向率明顯增大。

共和盆地各級界限溫度期間活動積溫和有效積溫的年代際變化具有一致的規律性，即：≥0℃、≥3℃活動積溫和有效積溫，從20世紀50年代至80年代呈現出“高—低—高—低”的變化趨勢，從20世紀80年代到21世紀10年代積溫持續增加；而≥5℃的活動積溫和有效積溫，在20世紀50和80年代均較低，其他年代均較高；≥10℃的活動積溫和有效積溫則表現為由低到高的變化趨勢，這種變化規律與年代平均氣溫（3.2℃，3.1℃，3.7℃，3.9℃，4.6℃，5.3℃）的變化趨勢相對應。

圖5 共和盆地界限溫度期間有效積溫變化

3.3 溫度升高對積溫的影響

通過計算各級界限溫度初終日間活動積溫和有效積溫與年平均氣溫的相關系數，年平均氣溫與≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃活動積溫的相關系數依次為0.933，0.830，0.851和0.689，而與有效積溫的相關系數分別為0.932，0.849，0.857和0.673。相關分析表明，活動積溫和有效積溫與年平均氣溫的相關性均達到極顯著水平，表明溫度升高對積溫的影響十分明顯。模擬出積溫與年平均氣溫的回歸模式，見表6。

表6 積溫與年平均氣溫回歸模式

回歸模式顯示，年平均氣溫每升高1℃，將使共和盆地各級界限溫度期間活動積溫增加165～190℃，有效積溫增加164～183℃。

4 結論

（1）共和盆地穩定通過≥0℃初日在3月中旬后期，終日在10月下旬后期；穩定通過≥3℃初日在3月下旬前期，終日在10月中旬后期；穩定通過≥5℃初日在4月中旬后期，終日在10月中旬前期；穩定通過≥10℃初日在5月下旬后期，終日在9月中旬前期。

（2）各界限溫度初日均呈現出提前趨勢，其氣候傾向率分別為－0.9，－1.3，－2.3，－2.3d／10a，表現出界限溫度值越高，初日提前趨勢越明顯；終日均呈現出推遲趨勢，其氣候傾向率分別為2.1，1.8，1.5，2.4d／10a，其中≥10℃終日推遲趨勢最為明顯。

（3）各界限溫度期間的持續日數與年平均氣溫均呈正相關，相關系數均達到極顯著水平。若年平均氣溫升高1℃，則各界限溫度初日提前3～6d，終日推遲3～4d，各界限溫度期間的持續日數延長6～10d。

（4）界限溫度期間活動積溫均表現為增加趨勢，≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃活動積溫的氣候傾向率分別為76.9，75.4，82.3，98.7℃／10a，存在隨界限溫度增高氣候傾向率增大的規律；有效積溫同樣表現為增多趨勢，≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃有效積溫的氣候傾向率分別為76.9，74.4，80.5，94.2℃／10a。

（5）活動積溫和有效積溫與年平均氣溫的相關性均達到極顯著水平，年平均氣溫每升高1℃，將使共和盆地各級界限溫度期間活動積溫增加165～190℃，有效積溫增加164～183℃。

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