近60年荊州四季趨變特征及給作物生長影響的對策

耿一風 黃永平

（1 荊州市氣象局，荊州 434020；2 江漢平原生態氣象遙感監測技術協同創新中心，荊州 434025）

0 引言

1 資料和方法

在全球氣候變暖的背景下，中國近50年極端天氣氣候事件的頻率和強度出現了明顯的變化，同時也影響著季節的更替。中國大部分地區季節長度和起止時間也發生了顯著變化[1-5]，江漢平原作為全國重要的糧棉油等商品糧生產基地，特別是作為江漢平原腹地的荊州市，由于近些年四季變化導致當地農民對一些主產作物的播種期做了盲目性調整，由此而導致的農業氣象災害時有發生，農民感到無所適從。本文旨在分析荊州地區在全球變暖的背景下，其四季趨變特征及其對作物生長的影響，并初步做出相應的對策分析。

資料采用中國氣象局荊州國家基本站1954—2017年逐日平均氣溫作為基礎數據。季節劃分采用5 d滑動平均法[6]確定穩定通過四季界限溫度（即冬季和春季為10 ℃，夏季和秋季為22 ℃）[6-7]的起止日期。具體方法為：以5 d為滑動步長，選取該日與前后兩日的日平均氣溫值計算滑動平均，一年中，5 d滑動平均值小于10 ℃的最長一段時期內，在第一個5 d中選取第一個日平均氣溫小于10 ℃日期作為冬季的初日（入冬日），依此法可找到大于10 ℃的初日（入春日）、大于22 ℃的初日（入夏日）、小于22 ℃的初日（入秋日），再由四季的起始時間計算四季長度，然后將四季季長和各季起始日期以10年為步長做滑動平均，最后用一元線性擬合方法，檢驗四季季長和四季平均起始日期的變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 季節的氣候變化趨勢分析

以穩定通過四季界限溫度的方法得出四季起始日期，并由此計算四季季長，每年的季節依次為冬、春、夏、秋，而年日數為四季季長之和。由表1可知，荊州地區四季長度變化幅度較大，同一季節，最長日數達到最短日數的2～3倍。最短季節日數僅為34 d，發生在1997年秋天；而最長為167 d，發生在1997年夏天。從季節平均長度來看，夏季持續時間最長，冬季次之，春季和秋季長度相接近。夏季的平均長度接近秋季的2倍，夏冬兩季占到全年的63.9%。

表1 1955—2017年荊州地區四季氣候變化統計Table 1 The statistics of seasonal change during the period from 1955 to 2017 in Jingzhou

四季長度的氣候傾向率中，只有春季未通過0.01水平的顯著性檢驗，冬、秋兩季通過0.01水平的顯著性檢驗且為負值，夏季亦通過0.01水平的顯著性檢驗且為正值，說明近70年來，荊州地區夏季季長有增加的趨勢，冬、秋兩季有減少的趨勢，且冬季日數減少的傾向率大于秋季日數減少的傾向率，而夏季日數增加的傾向率大于冬、秋兩季日數減少的傾向率。

四季起始日的氣候傾向率中，冬、春、夏、秋均通過0.01水平的顯著性檢驗，春、夏為負值，即春、夏起始日有提前的趨勢；冬、秋為正值，即冬、秋兩季起始日有推后的趨勢。

2.2 季節氣候變化的突變分析

冬、夏、秋三季長度以及冬、春、夏、秋四季起始日期均通過顯著性檢驗。對其進行Mann-Kendall檢驗（圖1），由圖1a的UF曲線[8]走勢可以看出，荊州地區冬季季長變化趨勢可分為三個階段，1955—1962年、1963—1973年以及1974—2017年。1962年前，冬季日數以減少趨勢為主（僅1961年呈增加趨勢，但不顯著）；1963—1973年，冬季日數呈現增加趨勢；1974—2017年冬季日數呈減少趨勢，且在1975年之后，UF曲線超過u0.05=±1.96（P＜0.05），并在1978年突破u0.01=±2.58（P＜0.01），呈極顯著減少趨勢。圖1a中UF和UB曲線相交于1972—1973年，表明在此期間，冬季長度發生了突變，由緩慢波動變化轉為單一明顯的縮短趨勢，表明冬暖加劇。

由圖1b的UF曲線走勢可以看出，荊州地區夏季季時長變化趨勢可分為兩個階段，1955—1997年、1998—2017年。1998年前，夏季日數以減少趨勢為主（僅1961和1962年呈增加趨勢，但不顯著）；且從1970年始，UF曲線突破u0.01=±2.58（P＜0.01），呈極顯著減少趨勢，這種趨勢直至1975年結束。1998年始，夏季季長呈增加趨勢，且這種趨勢在2005年UF曲線突破u0.01=±2.58（P＜0.01），呈極顯著增加趨勢。圖1b中UF和UB曲線相交于1994—1995年之間，表明在此期間，夏季長度發生了突變，由緩慢波動變化轉為單一明顯的增長趨勢。

由圖1c的UF曲線走勢可以看出，荊州地區秋季季長變化趨勢可分為三個階段，1955—1970年、1971—1994年以及1995—2017年。1971年前，秋季日數變化趨勢不明朗；1971—1994年，秋季日數呈增加趨勢；1995年后，秋季日數步入減少趨勢，且這種趨勢在2006年UF曲線突破u0.01=±2.58（P＜0.01），呈極顯著減少趨勢。圖1c中UF和UB曲線相交于1992—1993年，表明在此期間，秋季長度發生了突變，由緩慢波動變化轉為單一明顯的縮短趨勢。

時間變化趨勢上，圖1d中，冬季起始時間在1977年之前，主要表現為提前趨勢，且在1967—1972年均通過0.05水平的顯著性檢驗，入冬提早顯著。1977年后入冬表現為延后趨勢，且在1989—1996年（1994年除處）均通過0.05水平的顯著性檢驗，入冬延后顯著；另外在2000—2006年均通過0.01水平的顯著性檢驗，入冬延后極顯著；圖1d中UF和UB曲線相交于1972—1973年，表明在此期間，冬季起始日發生了突變，入冬日由提前趨勢向延后趨勢轉變。

圖1e中，春季起始時間自1955年始，基本上是提前趨勢，UF和UB曲線相交于1993—1994年之間，表明在此期間，春季起始日發生了突變，入春日由緩慢波動變化轉為單一明顯的提前趨勢，且在2001年突破u0.01＝±2.58（P＜0.01），呈極顯著提前趨勢。

圖1 荊州地區季節變化的Mann-Kendall檢驗（1955—2017年）Fig. 1 The Mann-Kendall test of seasonal changes from 1955 to 2017 in Jingzhou

由圖1f可看出，夏季起始日變化主要分為3個時期，即1955—1969年的小幅提前期、1970—1999年的波動延后期和2000—2017年一致提早期，只有在2007年之后通過0.05水平的顯著性檢驗，入夏時間呈顯著提早趨勢。

由圖1g可看出，秋季起始日變化主要分為2個時期，以1987年為界，1987年之前入秋日呈提前趨勢，且在1964—1975年表現為顯著提前趨勢，1987年之后，入秋日呈延后趨勢，UF和UB曲線相交于1986—1987年，表明在此期間，秋季起始日發生了突變，入秋日由緩慢波動變化轉為單一明顯的延后趨勢，且在1995年UF曲線突破u0.01=±2.58（P＜0.01），呈極顯著延后趨勢。

3 結論與對策

3.1 結論

近70年來，荊州的四季長度，夏季最長，冬季次之，春、秋季相接近，且秋季略短。在變化趨勢上，夏季日數表現為顯著增加，且在1994—1995年間發生突變，由緩慢波動轉為明顯的增長趨勢；冬、秋兩季日數表現為顯著減少，且冬季在1972—1973年間發生突變，由緩慢波動轉為明顯的縮短趨勢，其主要原因表現為20世紀70年代開始，入冬延后，而春季自1955年有資料記錄以來，入春日一直呈提前趨勢，這種入冬日延后而入春日提前的相向壓縮使得冬季季長自然縮短；而秋季在1992—1993年間發生突變，也由緩慢波動轉為明顯的縮短趨勢。

荊州四季起始時間變化，春、夏季起始時間有顯著的提前趨勢，春季突變發生在1993—1994年，而夏季的突變發生在1996—1997年，春、夏兩季起始時間發生突變的時間相接近，說明在20世紀90年代中后期，荊州地區表現為春季來得早，夏季也來得早。而秋、冬起始時間有顯著的推后趨勢。

3.2 對策

1）勿因氣候變暖過早播種早稻。由于入春日提前，近些年來江漢平原與洞庭湖平原部分地方農戶，在3月上中旬氣溫回暖時段即行早稻播種，這雖在有的年份有所“成效”，但不少農戶在效法中都適得其反，損失慘重。究其原因，氣候變暖過去時段性的低溫冷害，并非減少，早稻播種過早，生育期提前，在孕穗期間遭遇了日平均氣溫連續3 d或以上低于20 ℃的嚴重“五月寒”頻次增多，使其空殼率明顯增高，結實率降低。為此建議，廣大農民群眾要正確認識與應對氣候變暖，不要以為春季出現時段性的急劇增溫現象，就盲目地提前過早播種，甚至還采用特早熟品種，使生殖生長期提前，這對早稻來說，不僅抗御低溫能力明顯減弱，而且遭受低溫冷害的風險較高。對于在氣候變暖中，如何充分地利用熱量資源的問題，應聽取當地農業與氣象部門的意見，以利于科學理性決策。

2）利用夏季延長、入秋推遲的氣候趨變特點，適當推遲中稻播種期，進而在保證產量的前提下，提高稻米品質。據孟亞利等[9]研究，稻米品質受灌漿結實期平均氣溫、平均太陽輻射、平均相對濕度等因子影響，且溫度對米質的作用最大。具體來說，秈稻灌漿結實期最優平均氣溫為22.0～24.0 ℃。統計分析表明，江漢平原22.0～24.0 ℃（80%保證率）的時段，在8月22日—9月8日，如果能將秈型雜交稻抽穗揚花期控制在8月中旬后期，那么現行中稻遲熟品種的播種期，要由4月20日—5月初，相應推遲到5月15—25日。

3）冬季時間推后，暖冬頻現，導致小麥抽穗期提前，由此造成小麥生長“多害并發”。首先是過早拔節，其次是對低溫凍害的抗御能力明顯減弱，使以后穗粒數減少；尤其是若過早孕穗遇低溫天氣，將使其花粉不育率明顯增高，出現“胎里壞”，導致結實率明顯降低。基于江漢平原乃至長江中下游地區，冬小麥品種由傳統的半冬性，向偏春性、春性轉化，其播期應適當延后，像鄭麥9023播種期應安排在10月25日以后。

4）油菜的播期也應相應推遲，既考慮利用秋季氣候資源爭“秋發”，又考慮年前有13片綠葉而不抽薹，一旦發現可能生長過旺，就及早葉面噴施多效唑抑旺促壯，以免遭遇凍害。