江蘇省玉米氣候資源的變化特征與未來氣候情景預

估徐敏等

摘要：利用江蘇省淮北地區20個氣象臺站1961—2012年的氣象觀測資料，統計分析了夏玉米生育期內光、溫、水等氣候資源的變化特征；利用區域氣候模式RegCM4在代表性濃度路徑（representative concentration pathways，RCP）為4.5、8.5排放情景下的預估數據，對淮北地區未來近20年的農業氣候資源進行了預估。結果表明：近52年內，≥10 ℃ 活動積溫在各年間均在2 900 ℃以上，≥20 ℃活動積溫在各年間均在2 700 ℃以上，且熱量資源充足，在20世紀90年代存在顯著上升趨勢；日照時數、太陽總輻射都存在顯著下降趨勢，線性傾向率分別達到了-4.8 h/年、-7.5 MJ/（m2·年），2000年之后明顯低于氣候平均值；降水量呈現“明顯下降-平穩波動-快速上升”的特征；2014—2030年，2種氣候情景下，光、溫、水資源的年際波動都比較大；活動積溫（個別年份除外）為正距平，總體呈現增加趨勢；太陽凈輻射基本上也都為正距平；水分盈虧基本上以正距平為主。研究結果可為政府部門和農戶充分利用當地農業氣候資源、調整種植結構、應對氣候變化提供參考。

關鍵詞：江蘇省；氣候變化；農業氣候資源；夏玉米；情景預估

中圖分類號： S162.5+3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0095-06

收稿日期：2013-12-24

基金項目：中國氣象局氣候變化專項（編號：CCSF201318）；國家自然科學基金（編號：41005057）。

作者簡介：徐敏（1984—），女，江蘇南京人，碩士，工程師，主要從事農業氣候資源變化的研究。Tel：（025）83287133；E-mail：amin0506@163.com。全球氣候變化對陸地生態系統、糧食安全等產生了重大影響，尤其是隨著人口的不斷增加，氣候變化對全球糧食安全的威脅已成為21世紀人類必須面對的重大挑戰[1]。根據政府間氣候變化專門委員會（intergovernmental panel on climate change，IPCC）第4次評估報告，全球平均溫度在過去100年上升了0.74 ℃，20世紀50年代以來的變暖趨勢尤為明顯[2]。近50年，江蘇年平均氣溫升高了1.38 ℃，并且極端天氣氣候事件趨多增強，降水區域性變化特征顯著[3]。

農業氣候資源是農業自然資源的重要組成部分，是農業生產的基本環境條件和物質能源，在農業生產中起著主導作用，直接影響農業生產過程，并在一定程度上決定了一個地區農業生產結構和布局、作物種類和品種、種植方式、栽培管理措施和耕作制度等，最終影響農業產量的高低和農產品質量的優劣[4]。氣候變化對農業生產的影響程度和范圍以及應對措施等已成為目前國內外學者研究的熱點，研究范圍涉及到農業氣候資源的分布、利用、評價，以及不同作物在其生長期內氣候資源的變化特征分析等[5-8]。

江蘇省的玉米生產在全省糧食生產中占有重要地位，全省常年種植面積接近40萬hm2，淮北地區的玉米種植面積約20萬hm2，各縣均有種植?；幢钡貐^土壤資源較充裕，主要為黃泛沖積平原經旱耕熟化而形成的潮土類、棕壤、褐土以及洼地黑姜土等，土壤沙、堿、薄、漬，增產潛力大，是歷史上玉米集中產地。近年來，隨著生產條件的改善、新品種的推廣以及栽培技術的改進，產量逐步上升，總產僅次于稻、麥，單產低于水稻，高于小麥，為全省3大糧食作物之一。隨著氣候大背景的改變，江蘇省淮北地區玉米單產相對氣象產量自21世紀以來波動較大。而針對玉米生育期內，江蘇省淮北地區農業氣候資源時空變化特征以及未來氣候情景預估方面的研究則鮮見報道。為此，本研究將對近52年江蘇省淮北地區的農業氣候資源（光、溫、水）的時空變化特征進行分析，并對未來不同氣候情景下農業氣候資源進行預估，為當地充分利用氣候資源指導農業生產、合理調整種植結構提供依據，同時對研究和探討氣候變化背景下農業應對策略也具有重要而長遠的意義。

1材料與方法

1.1數據來源

歷史氣象數據：江蘇省氣候中心提供的20個氣象臺站1961—2012年的逐日平均氣溫、降水量、日照時數等常規氣象要素。

區域氣候模式模擬與預估數據[9]：國家氣候中心提供的RegCM4區域氣候模式（空間分辨率是50 km×50 km，地表一層）模擬的1961—2005年的氣溫、降水量、太陽輻射、水汽蒸發等要素，以及在IPCC AR5中提出的代表性濃度路徑（representative concentration pathways，RCP）為8.5、4.5的排放情景下，預估計算的逐日氣溫、降水、太陽輻射、水汽蒸發等要素。

玉米產量數據來自于江蘇省統計局。

1.2研究方法

1.2.1趨勢產量的模擬自1961年以來，江蘇玉米產量上下波動大，難以用一種簡單的函數模擬趨勢產量yt。故本研究先將產量序列逐步滑動分段，對每段使用灰色系統相應的各年之多個模擬值進行平均，以模擬趨勢產量和進行趨勢產量的預測，即簡稱為灰色系統GM（1，1）模型逐段滑動平均。

設有一產量原始序列：

根據（7）式便可算得歷年趨勢產量擬合值，得到趨勢產量曲線。

1.2.2相對氣象產量的計算方法產量不僅受社會因素的影響，而且還取決于歷年氣象條件的優劣。對大范圍農業區而言，農業生產水平逐年變化不大，相對穩定；但農作物的生長發育則各有特點，對氣象條件的要求也各不相同，且氣象條件逐年變化較大，故最終的產量歷年波動也不相同。因此，一般將實際產量y分離為依社會生產水平的變化而變化的趨勢產量yt、隨歷史氣象環境條件而變化的氣象產量yw和隨機誤差ε。其模型為：

y=yt+yw。（8）

在通常情況下，隨機誤差ε可以忽略不計。

由（8）式可得氣象產量yw，為了消除歷年生產水平給當時氣候產量yw造成的不適當影響，一般使用相對氣象產量yw/yt×100%進行分析。

1.2.3參考作物蒸散量參考作物蒸散量（ET0）是指假設平坦地面被特定低矮綠色植物（高0.12 m，地面反射率為0.23）全部覆蓋、土壤水分充分情況下的蒸散量。本研究采用聯合國糧食及農業組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）推薦的Penman-Monteith公式計算ET0[10]。

2結果與分析

2.1玉米種植概況

2.1.1種植面積淮北地區近50年來玉米種植面積總體上變化不大，在26萬hm2上下波動，但有2段明顯的低谷期，即20世紀70年代、20世紀90年代末至2006年；20世紀60年代基本維持在26萬hm2左右，80年代至90年代各年均大于26萬hm2。

2.1.2單產變化淮北地區近50年來玉米單產呈上升趨勢，不僅與該地區的種植制度改良、農業政策支持、品種更新、農業管理措施的提高密切相關，而且與氣候條件亦有較大的關系。利用灰色系統模型逐段滑動平均技術，將玉米單產進行分離，獲得時間趨勢產量（圖1）和相對氣象產量（圖2）。由圖2可知，20世紀60年代至90年代的40年間，淮北地區玉米的氣象產量波動相對平穩，但進入21世紀以來波動增大。

2.1.3總產量變化由圖3可以看出，淮北地區近50年來的玉米總產量呈4段變化趨勢：第1段為1961—1980年，總產呈緩慢上升趨勢，其斜率為0.729；第2段為1981—1989年，總產呈快速上升趨勢，其斜率為11.04；第3段為1990—2003年，總產呈下降趨勢，其斜率為-3.383；第4段為2004—2010年，總產呈恢復性上升趨勢，其斜率為12.11 。

2.2氣候變化背景下玉米的熱量、光能、水分等資源的變化特征

2.2.1熱量資源變化特征一定界限溫度以上的累積溫度是評價一地區熱量資源的重要指標之一。一般以≥10 ℃、≥20 ℃ 積溫反映喜溫作物生長期內的熱量資源。

淮北地區夏玉米在小麥收獲后于 5月中、下旬播種，9月中旬收獲，全生育期為 95～105 d，需≥10 ℃積溫 2 400～2 700 ℃。從圖4可見，1961—2012年，淮北地區夏玉米生育期內≥10 ℃的活動積溫各年均在2 900 ℃以上，因此淮北的熱量資源完全滿足夏玉米生育的需要。在全球氣候變化的大背景下，江蘇淮北地區的熱量資源也存在著較為顯著的氣候變化特征。近52年來，淮北地區夏玉米生育期內≥10 ℃活動積溫總體存在著“先降-后升-再降”的趨勢演變特征，其中20世紀80年代變化較為平穩，活動積溫基本都低于氣候平均值（1981—2010年氣候平均值為3 067 ℃），20世紀90年代上升趨勢顯著，20世紀90年代后期至2010年基本處于氣候平均值以上。活動積溫的年際波動較明顯，尤其是20世紀60、70年代，其中1967年（3 210 ℃）、1978年（3 209 ℃）、1994年（3 217 ℃）為極大值年；1972年（2 933 ℃）、1976年（2 944 ℃）、1980年（2 936 ℃）、1989年（2 947 ℃）為極小值年。

為進一步了解淮北地區區域間的農業氣候資源差異，將淮北地區大致分成3個區域：西北部（徐州）、東北部（連云港）、淮河一帶（宿遷、淮安和鹽城北部）。從這3個區域的年代際變化來看（表1），≥10 ℃活動積溫各區域變化趨勢基本上都是先下降后上升，其中1981—1990年最低；1961—1970年基本最大，3個區域≥10 ℃的活動積溫分別達到了3 106（西北部）、3 057（東北部）、3 098 ℃（淮河一帶）；區域間存在數值差異，西北部最大，淮河一帶次之，東北部最小。

2012年西北部2 9762 9252 9122 9882 972東北部2 8852 8332 8252 8942 924淮河一帶2 9532 9152 8822 9422 980

2.2.2光能資源變化特征計算發現，近52年來，淮北地區夏玉米生育期內（日平均氣溫≥10 ℃）日照時數呈顯著下降趨勢（圖5），線性趨勢達到了-4.8 h/年，通過了0.001的顯著性檢驗，這與我國大部分地區日照時數減少的趨勢一致。其中，1981—2010年的年日照時數平均值為774 h；20世紀90年代之前，各年日照時數基本上都高于氣候平均值，而2000年之后基本上都低于氣候平均值，其中2011年出現了近52年來的最低值，只有554 h，比氣候平均值少了220 h。

表3為淮北地區各區域夏玉米全生育期日照時數的年代際變化情況。從表3可知，1961—2012年，在玉米生育期內，各個區域日照時數年代際下降趨勢非常明顯。2001—2012年，西北部、東北部和淮河一帶的平均日照時數已經分別降到了708、687、631 h；區域間存在一定的差異，西北部與東北部的日照時數較為接近，淮河一帶的日照時數明顯少于這2個區域，地區分布差異與活動積溫有所不同。

表3淮北地區各區域夏玉米全生育期日照時數的年代際變化

圖6為1961—2012年淮北地區夏玉米生育期（日平均氣溫≥10 ℃）太陽總輻射的年變化情況。從圖6可知，淮北地區夏玉米生育期太陽總輻射同樣存在顯著下降的趨勢，線性趨勢達到了 -7.5 MJ/（m2·年），通過了0.001的顯著性檢驗。太陽總輻射的下降現象與我國大部分地區太陽總輻射減少的現象一致，其氣候變化特征與日照時數一致。有研究指出，我國太陽總輻射降低可能是由氣候變化造成大氣氣溶膠含量的增加所致[11]。大氣氣溶膠是指大氣與懸浮在其中的固體和液體微粒共同組成的多相體系，大氣中的氣溶膠粒子吸收、散射太陽輻射，使得地面接收的太陽輻射減少，導致光合有效輻射隨之減少，農作物生長受阻。

2.2.3水分資源變化特征研究地區農業水分資源，不僅需要考慮水分的收入（主要是降水），還要考慮水分的蒸發（作物蒸散量），并根據需水情況討論水分盈虧。本研究從夏玉米生育期內的年降水量、蒸散量、水分盈虧3個方面進行分析。

在1961—2012年，淮北地區夏玉米生育期內降水量呈現出了“明顯下降-平穩波動-快速上升”的氣候變化特征（圖7），下降期主要是在20世紀60年代，20世紀70、80年代波動較平穩，從20世紀90年代后期開始顯著上升。1981—2010年，夏玉米生育期內的氣候平均降水量為604 mm。在近52年中，共有4年出現了降水量極低值（1966、1981、1988、1994年），生育期內降水量不足400 mm；共有2年出現了降水量極大值（1963、2007年），生育期內降水量超過了900 mm。

表4為淮北地區各區域夏玉米全生育期降水量的年代際變化情況。從表4可知，1961—2012年，在玉米生育期內，淮北西北部與東北部降水量的年代際變化趨勢較為一致，均是“上升—下降—再次上升”趨勢，1981—1990年為低谷期，2001—2012年降水量增加明顯；淮河一帶的生育期降水量年代際變化趨勢與其他2個區域有所不同，谷底期是在1991—2000年，降水量為587 mm；比較3個區域的年代際生育期降水量，東北部與淮河一帶基本上要大于西北部。

蒸散量是表征大氣蒸散能力，評價氣候干旱程度、植被耗水量的重要指標。從圖8可知，淮北地區夏玉米蒸散量在20

表4淮北地區各區域夏玉米全生育期降水量的年代際變化

從淮北地區各區域夏玉米全生育期蒸散量的年代際變化來看（此處數據略），1961—2012年，3個區域玉米生育期內年代際蒸散量均呈現下降趨勢。20世紀60年代，蒸散量均在520 mm以上，而到了2001—2012年年均下降到了490 mm以下；對比3個區域的蒸散強度，西北部最強，其次是東北部，淮河一帶最弱。已有研究表明，過去50年，全國絕大多數流域的年、季潛在蒸散量均呈現減少趨勢，南方各流域（西南諸河流域除外）和夏季潛在蒸散量減少趨勢尤為明顯[12]。

水分盈虧可以具體反映水分的供求矛盾，計算方法是將降水量減去蒸散量。當水分盈虧為正值時，表明水分供過于求；當等于零時，表明水分供應適宜；當為負值時，表明水分供應不足。1961—2012年，淮北地區夏玉米生育期有10年水分供應不足，其中1966年盈虧最為嚴重（-265 mm）；有3年基本供需平衡，其余均是供過于求，其中2003年最為充裕，達到了583 mm。

將1961—2012年江蘇淮北玉米單產的相對氣象產量分別與夏玉米生育期≥10 ℃活動積溫、太陽輻射、降水量進行相關性研究。分析發現，由于淮北地區的活動積溫通常都滿足玉米生育期所需，所以相對氣象產量與活動積溫2者的相關性偏弱；太陽輻射同樣如此，相關系數只有0.12；與降水量呈反相關，相關系數高達-0.51（通過了0.001的顯著性檢驗），即從生育期總耗水量來說，如果降水量過多，已經超出了玉米的需水量，則玉米單產下降。

2.3未來情景下淮北玉米農業氣候資源的可能變化

2.3.1熱量資源的可能變化在RCP 8.5高排放情景下，2014—2030年淮北地區夏玉米生育期內≥10 ℃的活動積溫距平都為正值（距平是相對于氣候模式模擬的1961—2005年氣候平均值，以下同）（圖9），說明未來17年淮北地區夏玉米生育期內≥10 ℃的活動積溫呈現出一致增多的氣候特征，且距平呈現出明顯的上升趨勢，線性趨勢達到了5.1 ℃/年；在RCP 4.5排放情景下，除2014年和2015年夏玉米生育期內≥10 ℃的活動積溫距平為負值以外，其余年份均為正值，年際變化非常顯著，2020年處于波峰，活動距平值高達207 ℃。比較2種情景，可知RCP 8.5高排放情景下的≥10 ℃活動積溫距平基本上要大于RCP 4.5，但RCP 4.5排放情景下的年際波動明顯要大于RCP 8.5，兩者的波動特征總體上呈現反位相。

在RCP4.5和RCP8.5情景下，2014—2030年夏玉米生育期內≥20 ℃的活動積溫距平與≥10 ℃的活動積溫距平時間變化特征是一致的（此處數據省略），但是波動幅度明顯要大于≥10 ℃，說明極端情況增多。

2.3.2光能資源的可能變化從圖10可知，在RCP 8.5高排放情景下，2014—2030年夏玉米生育期內的太陽凈輻射距平值基本上為正值（除2023年），說明未來獲得的太陽凈輻射增加，太陽凈輻射距平沒有明顯的變化趨勢，年際波動顯著；在RCP 4.5排放情景下，除2015、2016、2022年夏玉米生育期內的太陽凈輻射距平值為負值以外，其余均為正值，年際變化非常顯著，2020年處于波峰，距平值高達196 MJ/（m2·d）；比較2種情景，RCP 8.5高排放情景下的太陽凈輻射距平基本上要大于RCP 4.5，兩者的波動特征總體上呈現反位相。

2.3.3水分資源的可能變化從圖11可知，在RCP 8.5高排放情景下，2014—2030年間共有10年的夏玉米生育期內降水距平為正值，其余為負值，存在年際波動。2023年降水距平為極端高值年，降水量將增加259 mm，2021年為極端低值年，降水量將減少143 mm；在RCP 4.5排放情景下，降水距平基本上為正值（2019、2020、2026年除外），存在5年的周期振蕩。2015年降水距平為極端高值年，降水量將增加 451 mm，2020年為極端低值年，降水量將減少146 mm；比較2種情景，RCP 4.5情景下的降水距平極端幅度明顯要大于RCP 8.5情景下的幅度。

從蒸散量來看（圖略），在RCP 8.5高排放情景下，2014—2030年淮北地區夏玉米生育期內蒸散量距平基本為正值（2019、2023年除外），存在顯著年際波動。2028年為極端高值年，蒸散量將增加58 mm，2023年為極端低值年，蒸散量將減少14 mm；在RCP 4.5排放情景下，蒸散量距平也基本為正值；比較2種情景，RCP 8.5情景下的夏玉米生育期內蒸散量距平總體上要大于RCP 4.5情景。

從未來的水分盈虧情況來看（此處數據略），相對于1961—2005年的水分盈虧氣候平均值17 mm（模式模擬值），在RCP 8.5高排放情景下，2014—2030年夏玉米生育期內水分盈虧正、負距平年數分別為9、8年。2023年之前，水分盈虧距平是以正值為主，說明大部分年份夏玉米生育期內水分供應充足，而在2023年之后，除了2029年，其余均為負距平，說明2024—2030年中有6年水分供應不足，2023年水分最為充裕，水分盈虧距平高達272 mm；在RCP 4.5情景下，水分盈虧正、負距平年數分別為14、3年，2015年為極端高值年，水分盈虧距平高達446 mm；比較2種情況，RCP 4.5情景下的水分盈虧距平要略大于RCP 8.5情景，極端情況也要略明顯一些。

3討論與結論

利用1961—2012年江蘇省淮北地區夏玉米生育期內的氣象要素，計算了≥10 ℃活動積溫、≥20 ℃活動積溫、太陽總輻射、降水總量、參考作物蒸散量、水分盈虧等物理量，對光資源、熱量資源、水分資源進行了統計分析，并利用氣候模式的預估數據，對未來高、中排放情景下，農業資源變化所造成的可能影響進行了探討。主要研究結果為：（1）1961—2012年，淮北地區夏玉米生育期內≥10 ℃活動積溫各年均在2 900 ℃以上，≥20 ℃活動積溫各年均在2 700 ℃以上，熱量資源充足，≥10 ℃活動積溫總體存在著“先降-后升-再降”的趨勢演變特征，≥20 ℃活動積溫呈6次多項式趨勢變化。（2）1961—2012年，淮北地區的日照時數和太陽總輻射都存在著顯著的下降趨勢，線性傾向率分別達到了-4.8 h/年、-7.5 MJ/（m2·年），2000年之后已嚴重低于氣候平均值，且年際波動幅度非常大。太陽總輻射的顯著下降會對玉米的光合作用產生影響，從而影響到玉米的品質與產量。（3）1961—2012年，淮北地區的年降水量呈現出了“明顯下降-平穩波動-快速上升”的氣候變化特征，2000年以來上升非常明顯，但隨著日照時數的減少，蒸散量從2000年來卻出現了下降，因此，玉米的水分供應在2000年以來是非常充裕的。由此可見，夏玉米生育期內，光、溫、水資源都發生了顯著變化，特別是進入21世紀以來，年際波動顯著，使得玉米的相對氣象產量也相應出現了較為顯著的年際變化。從區域間差異來看，西北部的熱量資源較淮河一帶和東北部豐富；西北部和東北部的光能資源好于淮河一帶；東北部和淮河一帶的降水資源多于西北部。（4）在RCP 8.5和RCP 4.5未來氣候情景下，2014—2030年在夏玉米生育期內，≥20 ℃與≥10 ℃活動積溫呈現出一致增多的氣候特征；由于2種情景都是增加輻射強迫，所以2014—2030年的太陽凈輻射大于20世紀的氣候平均值；RCP 8.5（RCP 4.5）情景下水分盈虧正、負距平年數分別為9、8年（14、3年）。在未來氣候情景下，光、溫、水資源的年際波動都比較顯著，說明極端氣候事件將增多。

參考文獻：

[1]Kang Y H，Khan S，Ma X Y. Climate change impacts on crop yield，crop water productivity and food security-a review[J]. Progress in Natural Science，2009，19（12）：1665-1674.

[2]IPCC. Climate change 2007：synthesis report[M]. Oslo：Intergovernment Panel on Climate Change，2007：543-544.

[3]江蘇省氣象局. 江蘇省氣候圖集[M].北京：氣象出版社，2009：6-7.

[4]郭建平. 氣候變化情景下中國農業氣候資源演變趨勢[M]. 北京：氣象出版社，2010：1-2.

[5]劉志娟，楊曉光，王文峰，等. 氣候變化背景下我國東北三省農業氣候資源變化特征[J]. 應用生態學報，2009，20（9）：2199-2206.

[6]李勇，楊曉光，王文峰，等. 氣候變化背景下中國農業氣候資源變化Ⅰ.華南地區農業氣候資源時空變化特征[J]. 應用生態學報，2010，21（10）：2605-2614.

[7]代姝瑋，楊曉光，趙孟，等. 氣候變化背景下中國農業氣候資源變化Ⅱ.西南地區農業氣候資源時空變化特征[J]. 應用生態學報，2011，22（2）：442-452.

[8]Rosegrant M W，Cline S A. Global food security：challenges and policies[J]. Science，2003，302（5652）：1917-1919.

[9]Gao X J，Wang M L，Giorgi F. Climate change over China in the 21st century as simulated by BCC_CSM1.1-RegCM4.0[J]. Atmospheric and Oceanic Science Letters，2013，6（5）：381-386.

[10]Allen R G，Pereira L S，Raes D，et al. Crop evapotranspiration：guidelines for computing crop water requirements[R]. Rome：Food and Agriculture Organization of United Nations，1998：196-205.

[11]李曉文，李維亮，周秀驥. 中國近30年太陽輻射狀況研究[J]. 應用氣象學報，1998，9（1）：25-32.

[12]高歌，陳德亮，任國玉，等. 1956—2000年中國潛在蒸散量變化趨勢[J]. 地理研究，2006，25（3）：378-387.

從未來的水分盈虧情況來看（此處數據略），相對于1961—2005年的水分盈虧氣候平均值17 mm（模式模擬值），在RCP 8.5高排放情景下，2014—2030年夏玉米生育期內水分盈虧正、負距平年數分別為9、8年。2023年之前，水分盈虧距平是以正值為主，說明大部分年份夏玉米生育期內水分供應充足，而在2023年之后，除了2029年，其余均為負距平，說明2024—2030年中有6年水分供應不足，2023年水分最為充裕，水分盈虧距平高達272 mm；在RCP 4.5情景下，水分盈虧正、負距平年數分別為14、3年，2015年為極端高值年，水分盈虧距平高達446 mm；比較2種情況，RCP 4.5情景下的水分盈虧距平要略大于RCP 8.5情景，極端情況也要略明顯一些。

3討論與結論

利用1961—2012年江蘇省淮北地區夏玉米生育期內的氣象要素，計算了≥10 ℃活動積溫、≥20 ℃活動積溫、太陽總輻射、降水總量、參考作物蒸散量、水分盈虧等物理量，對光資源、熱量資源、水分資源進行了統計分析，并利用氣候模式的預估數據，對未來高、中排放情景下，農業資源變化所造成的可能影響進行了探討。主要研究結果為：（1）1961—2012年，淮北地區夏玉米生育期內≥10 ℃活動積溫各年均在2 900 ℃以上，≥20 ℃活動積溫各年均在2 700 ℃以上，熱量資源充足，≥10 ℃活動積溫總體存在著“先降-后升-再降”的趨勢演變特征，≥20 ℃活動積溫呈6次多項式趨勢變化。（2）1961—2012年，淮北地區的日照時數和太陽總輻射都存在著顯著的下降趨勢，線性傾向率分別達到了-4.8 h/年、-7.5 MJ/（m2·年），2000年之后已嚴重低于氣候平均值，且年際波動幅度非常大。太陽總輻射的顯著下降會對玉米的光合作用產生影響，從而影響到玉米的品質與產量。（3）1961—2012年，淮北地區的年降水量呈現出了“明顯下降-平穩波動-快速上升”的氣候變化特征，2000年以來上升非常明顯，但隨著日照時數的減少，蒸散量從2000年來卻出現了下降，因此，玉米的水分供應在2000年以來是非常充裕的。由此可見，夏玉米生育期內，光、溫、水資源都發生了顯著變化，特別是進入21世紀以來，年際波動顯著，使得玉米的相對氣象產量也相應出現了較為顯著的年際變化。從區域間差異來看，西北部的熱量資源較淮河一帶和東北部豐富；西北部和東北部的光能資源好于淮河一帶；東北部和淮河一帶的降水資源多于西北部。（4）在RCP 8.5和RCP 4.5未來氣候情景下，2014—2030年在夏玉米生育期內，≥20 ℃與≥10 ℃活動積溫呈現出一致增多的氣候特征；由于2種情景都是增加輻射強迫，所以2014—2030年的太陽凈輻射大于20世紀的氣候平均值；RCP 8.5（RCP 4.5）情景下水分盈虧正、負距平年數分別為9、8年（14、3年）。在未來氣候情景下，光、溫、水資源的年際波動都比較顯著，說明極端氣候事件將增多。

參考文獻：

[1]Kang Y H，Khan S，Ma X Y. Climate change impacts on crop yield，crop water productivity and food security-a review[J]. Progress in Natural Science，2009，19（12）：1665-1674.

[2]IPCC. Climate change 2007：synthesis report[M]. Oslo：Intergovernment Panel on Climate Change，2007：543-544.

[3]江蘇省氣象局. 江蘇省氣候圖集[M].北京：氣象出版社，2009：6-7.

[4]郭建平. 氣候變化情景下中國農業氣候資源演變趨勢[M]. 北京：氣象出版社，2010：1-2.

[5]劉志娟，楊曉光，王文峰，等. 氣候變化背景下我國東北三省農業氣候資源變化特征[J]. 應用生態學報，2009，20（9）：2199-2206.

[6]李勇，楊曉光，王文峰，等. 氣候變化背景下中國農業氣候資源變化Ⅰ.華南地區農業氣候資源時空變化特征[J]. 應用生態學報，2010，21（10）：2605-2614.

[7]代姝瑋，楊曉光，趙孟，等. 氣候變化背景下中國農業氣候資源變化Ⅱ.西南地區農業氣候資源時空變化特征[J]. 應用生態學報，2011，22（2）：442-452.

[8]Rosegrant M W，Cline S A. Global food security：challenges and policies[J]. Science，2003，302（5652）：1917-1919.

[9]Gao X J，Wang M L，Giorgi F. Climate change over China in the 21st century as simulated by BCC_CSM1.1-RegCM4.0[J]. Atmospheric and Oceanic Science Letters，2013，6（5）：381-386.

[10]Allen R G，Pereira L S，Raes D，et al. Crop evapotranspiration：guidelines for computing crop water requirements[R]. Rome：Food and Agriculture Organization of United Nations，1998：196-205.

[11]李曉文，李維亮，周秀驥. 中國近30年太陽輻射狀況研究[J]. 應用氣象學報，1998，9（1）：25-32.

[12]高歌，陳德亮，任國玉，等. 1956—2000年中國潛在蒸散量變化趨勢[J]. 地理研究，2006，25（3）：378-387.

從未來的水分盈虧情況來看（此處數據略），相對于1961—2005年的水分盈虧氣候平均值17 mm（模式模擬值），在RCP 8.5高排放情景下，2014—2030年夏玉米生育期內水分盈虧正、負距平年數分別為9、8年。2023年之前，水分盈虧距平是以正值為主，說明大部分年份夏玉米生育期內水分供應充足，而在2023年之后，除了2029年，其余均為負距平，說明2024—2030年中有6年水分供應不足，2023年水分最為充裕，水分盈虧距平高達272 mm；在RCP 4.5情景下，水分盈虧正、負距平年數分別為14、3年，2015年為極端高值年，水分盈虧距平高達446 mm；比較2種情況，RCP 4.5情景下的水分盈虧距平要略大于RCP 8.5情景，極端情況也要略明顯一些。

3討論與結論

利用1961—2012年江蘇省淮北地區夏玉米生育期內的氣象要素，計算了≥10 ℃活動積溫、≥20 ℃活動積溫、太陽總輻射、降水總量、參考作物蒸散量、水分盈虧等物理量，對光資源、熱量資源、水分資源進行了統計分析，并利用氣候模式的預估數據，對未來高、中排放情景下，農業資源變化所造成的可能影響進行了探討。主要研究結果為：（1）1961—2012年，淮北地區夏玉米生育期內≥10 ℃活動積溫各年均在2 900 ℃以上，≥20 ℃活動積溫各年均在2 700 ℃以上，熱量資源充足，≥10 ℃活動積溫總體存在著“先降-后升-再降”的趨勢演變特征，≥20 ℃活動積溫呈6次多項式趨勢變化。（2）1961—2012年，淮北地區的日照時數和太陽總輻射都存在著顯著的下降趨勢，線性傾向率分別達到了-4.8 h/年、-7.5 MJ/（m2·年），2000年之后已嚴重低于氣候平均值，且年際波動幅度非常大。太陽總輻射的顯著下降會對玉米的光合作用產生影響，從而影響到玉米的品質與產量。（3）1961—2012年，淮北地區的年降水量呈現出了“明顯下降-平穩波動-快速上升”的氣候變化特征，2000年以來上升非常明顯，但隨著日照時數的減少，蒸散量從2000年來卻出現了下降，因此，玉米的水分供應在2000年以來是非常充裕的。由此可見，夏玉米生育期內，光、溫、水資源都發生了顯著變化，特別是進入21世紀以來，年際波動顯著，使得玉米的相對氣象產量也相應出現了較為顯著的年際變化。從區域間差異來看，西北部的熱量資源較淮河一帶和東北部豐富；西北部和東北部的光能資源好于淮河一帶；東北部和淮河一帶的降水資源多于西北部。（4）在RCP 8.5和RCP 4.5未來氣候情景下，2014—2030年在夏玉米生育期內，≥20 ℃與≥10 ℃活動積溫呈現出一致增多的氣候特征；由于2種情景都是增加輻射強迫，所以2014—2030年的太陽凈輻射大于20世紀的氣候平均值；RCP 8.5（RCP 4.5）情景下水分盈虧正、負距平年數分別為9、8年（14、3年）。在未來氣候情景下，光、溫、水資源的年際波動都比較顯著，說明極端氣候事件將增多。

參考文獻：

[1]Kang Y H，Khan S，Ma X Y. Climate change impacts on crop yield，crop water productivity and food security-a review[J]. Progress in Natural Science，2009，19（12）：1665-1674.

[2]IPCC. Climate change 2007：synthesis report[M]. Oslo：Intergovernment Panel on Climate Change，2007：543-544.

[3]江蘇省氣象局. 江蘇省氣候圖集[M].北京：氣象出版社，2009：6-7.

[4]郭建平. 氣候變化情景下中國農業氣候資源演變趨勢[M]. 北京：氣象出版社，2010：1-2.

[5]劉志娟，楊曉光，王文峰，等. 氣候變化背景下我國東北三省農業氣候資源變化特征[J]. 應用生態學報，2009，20（9）：2199-2206.

[6]李勇，楊曉光，王文峰，等. 氣候變化背景下中國農業氣候資源變化Ⅰ.華南地區農業氣候資源時空變化特征[J]. 應用生態學報，2010，21（10）：2605-2614.

[7]代姝瑋，楊曉光，趙孟，等. 氣候變化背景下中國農業氣候資源變化Ⅱ.西南地區農業氣候資源時空變化特征[J]. 應用生態學報，2011，22（2）：442-452.

[8]Rosegrant M W，Cline S A. Global food security：challenges and policies[J]. Science，2003，302（5652）：1917-1919.

[9]Gao X J，Wang M L，Giorgi F. Climate change over China in the 21st century as simulated by BCC_CSM1.1-RegCM4.0[J]. Atmospheric and Oceanic Science Letters，2013，6（5）：381-386.

[10]Allen R G，Pereira L S，Raes D，et al. Crop evapotranspiration：guidelines for computing crop water requirements[R]. Rome：Food and Agriculture Organization of United Nations，1998：196-205.

[11]李曉文，李維亮，周秀驥. 中國近30年太陽輻射狀況研究[J]. 應用氣象學報，1998，9（1）：25-32.

[12]高歌，陳德亮，任國玉，等. 1956—2000年中國潛在蒸散量變化趨勢[J]. 地理研究，2006，25（3）：378-387.