桐城市農業熱量資源對氣候變化的響應分析

孔令帥 江勝國

摘要：根據1961—2017年桐城市氣溫及初、終霜期等氣象資料，采用數理統計方法，分析了桐城市的氣溫和穩定通過0與10 ℃農業熱量資源及初、終霜期的變化特征及其對氣候變化的響應規律。結果表明，桐城地區氣候總體呈微弱的變暖趨勢，且冬、春季氣候變暖明顯，夏、秋季節則呈變涼趨勢，并存在3個溫暖期和2個溫涼期。農業熱量資源越來越豐富，≥0 ℃初日和≥10 ℃初日均呈微小的提早趨勢，但1997年以后存在明顯的推遲;≥0 ℃終日和≥10 ℃終日均呈延遲趨勢，且1997年以后延遲明顯;≥0 ℃和≥10 ℃初日與終日之間的持續日數均呈延長趨勢，2011年以后延長顯著;活動積溫雖然總體是增多的，但20世紀80年代中期以前是呈減少的趨勢，以后則呈增多的趨勢，尤其是2011年以來活動積溫顯著增多。無霜期顯著增多，2011—2017年無霜期長達264.6 d。

關鍵詞：桐城市;熱量資源;氣候變化;響應

中圖分類號：S162.3? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）10-0068-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.10.015? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： According to the 1961—2017， last frost in the early period and Tongcheng city air temperature and other meteorological data， using mathematical statistics method， the temperature and the stability of the Tongcheng city by 0 and 10 ℃ agricultural resources， and last frost in the early period of the heat change characteristics and regularity of response to climate change were analysised. The results showed that the climate of Tongcheng area generally presented a weak warming trend， and the climate of winter and spring was obviously warming， while the summer and autumn seasons showed a cooling trend， and there were three warm periods and two warm and cool periods. Agricultural heat resource was more and more rich， 0 ℃ or higher in the early days and 10 ℃ or higher average daily showed a trend of small early， but after 1997， there was an obvious delay; 0 and 10 ℃ or more between the initial and ending days of continuous days all showed a trend of extending， prolonging significantly after 2011; Although the cumulative temperature of activity increased in general， it tended to decrease before the mid-1980s and increase after that， especially since 2011. The frost-free period increased significantly， and the frost-free period increased to 264.6 days in 2011—2017.

Key words： Tongcheng city; heat resources; climate change; response

以全球變暖為主要特征的氣候變化已經成為當今世界重要的環境問題之一。最近幾十年，關于氣候變化的問題一直是學術界研究的熱點[1]。IPCC第5次評估報告指出，氣候變化比原來認知的要更加嚴重，在過去的130年（1880—2012年）全球平均表面溫度上升了0.85 ℃;2003—2012年平均溫度比1850—1900年上升了0.78 ℃[2]，而最近50年的升溫幾乎是過去100年的2倍[3]。Bonsal等[4]針對全球極端氣候作了較全面的分析，研究結果表明，在過去的幾十年中，隨著全球氣溫的普遍上升，加拿大極端低溫發生次數相應減少，霜凍日數也有所縮減。在全球變暖的情景下，近50年來，中國增暖明顯，全國年平均表面溫度增加了1.1 ℃，明顯高于全球或北半球同期的平均增溫速率，尤其是20世紀80年代中期以來，升溫速率顯著加快，北方地區增溫趨勢顯著。近50年中國年降水變化趨勢不明顯，但年代際波動較大，區域間存在明顯差異，極端天氣氣候事件的頻率和強度出現了明顯增強，霜凍日、寒潮事件減少，長江中下游地區和東南地區洪澇加重。中國東北和華北、西北東部的干旱日趨嚴重[5，6]。

農業生產依賴于天氣條件，全球氣候變暖使得農業生產的不穩定性增加、作物種植結構和品種布局改變、局部地區農業氣象災害事件加劇[2]。氣候變化對農作物生長發育、農作物產量、農作物種植制度及品種布局、作物生產潛力和氣候資源利用率等存在顯著的影響，對區域作物的研究表明，氣候變化對糧食產量的不利影響比有利影響更為顯著[7-10]。

本研究根據桐城市1961—2017年的逐日氣象資料，采用公認的農業氣象指標，系統地分析了氣候變化背景下桐城地區熱量資源的變化趨勢及演變特征，探討農業熱量資源對氣候變化的響應規律，以期為合理利用農業氣候資源、調整農業結構和種植制度、農作物品種布局提供科學依據。

1? 材料與方法

1.1? 資料來源

選取桐城市氣象站1961—2017年的逐日平均氣溫，逐日最高溫度，逐日最低溫度及初、終霜日期，年降水量等，全部資料均來源于桐城市氣象局。

1.2? 方法

采用數據統計的方法進行分析，簡單資料統計及積溫計算均由Excel完成，各界限溫度初、終日抄自氣象資料累年簿，均為手工計算。

1.3? 作物生長期的確定

一定界限溫度以上的積溫及其持續日數是評價某地區農業熱量資源的重要指標之一。一般以日均氣溫≥0 ℃的持續時間與積溫來反映某地區農事季節的總長度和農事季節內的熱量資源;以日均氣溫≥10 ℃的持續時間與積溫反映喜溫作物的生育期和生長期內的熱量狀況，也是規劃種植制度、發展“一優兩高”作物的重要依據。

2? 結果與分析

2.1? 平均氣溫對氣候變化的響應

桐城市1961—2010年平均氣溫為16.0 ℃，較前30年（1981—2010年）和前40年（1971—2010年）均高0.1.0 ℃，總體上增溫趨勢不明顯;年平均氣溫傾向率為0.040 ℃/10年，其中1961—2000年基本呈降溫趨勢，且以1961—1990年降溫最為顯著。各年代間溫度以1981—1990年最低，僅15.7 ℃，此前逐年是降低的，此后各年代是逐漸上升的，至2011—2017年溫度達到16.33 ℃，增溫率最大的時段是1981—2017年，傾向率為0.256 ℃/10年，通過極顯著水平檢驗。

分析年平均氣溫累計距平（圖1）可以看出，57年來桐城大致可分為3個溫暖期和2個溫涼期。

1961—1968年是第一個溫暖期，持續時間較長，其間兩個負距平也很小，平均氣溫較歷年均值高0.21 ℃，其中1961年平均氣溫達17.00 ℃，是歷史最高值;1969—1977年是第一個溫涼期，平均氣溫較歷年均值低0.14 ℃，其間有兩個微小的正距平;1978—1979年是第二個溫暖期，維持時間非常短暫，平均氣溫較歷年均值高0.70 ℃;1980—1996年為第二個溫涼期，是持續時間最長的時期，平均氣溫較歷年均值低0.29 ℃，其中1984年平均氣溫僅15.20 ℃，為歷史最低值，1993年平均氣溫15.30 ℃則為歷史第二低，其間溫度僅有兩個正距平;1997—2017年又一次出現溫暖期，平均氣溫比歷年均值高0.28 ℃，有5年平均氣溫較歷年高0.50 ℃以上，其中2007、2016、2017年平均氣溫接近歷史最高值。本次的溫暖期年平均溫度傾向率達到0.117 ℃/10年，至今已持續有21年，目前仍沒有結束的跡象。

分析四季溫度變化特征（表1）可以看出，氣候變暖主要發生在冬、春季，這與文獻[5]的結論一致。桐城地區四季溫度變化傾向率如表1所示，冬、春季傾向率為正值，說明這兩個季節的溫度呈上升的趨勢，且冬季增溫的速率大于春季;而夏、秋季傾向率為負值，表明這兩個季節的溫度呈下降的趨勢，且夏季降溫的速率遠大于秋季，總體上來說，冬、春季增溫的速率大于夏、秋季降溫的速率。

2.2? 農業界限溫度出現日期對氣候變化的響應

2.2.1? 氣溫穩定通過≥0 ℃初、終日期的變化? 桐城市日平均氣溫穩定通過≥0 ℃初日出現的平均日期是1月24日，有4年出現在上一年的12月，基本與偏冷期對應，最早初日年份是1988年，出現在1987年12月3日;有近1/3的年份初日出現在2月，多數出現在溫暖期，最晚的初日是1964年2月27日;總體上，≥0 ℃初日出現日期呈提早的趨勢，傾向率為-1.16 d/10年，但自1981年以來出現日期呈延遲趨勢，特別是進入本次溫暖期（1997—2017年）以來延遲明顯（表2）。各年代間則呈波動變化，1971—1980年最遲為1月25日，1981—1990年和2001—2010年最早為1月15日，總體變化幅度不大（表3）。

日平均氣溫穩定通過≥0 ℃終日出現的平均日期是次年的1月6日，有5年的終日顯著偏早，出現在12月20日以前，其中有3年出現在偏冷期，最早的終日出現在1987年11月27日;有9年的終日出現在次年1月21日以后，屬顯著偏遲，多數出現在偏冷期，其中有3年出現在次年2月，屬異常偏遲，最晚的終日是1995年，出現在1996年2月16日。總體上出現日期呈延遲趨勢，進入本次溫暖期后延遲顯著，達到8.84 d/10年，2011年后延長更為顯著。僅1981—1990年出現日期偏早，2001—2010年較1961—1970年遲6 d，而2011—2017年則較1961—1970年遲11 d，較1981-1990年要遲17 d。

1961—2010年日平均氣溫穩定通過≥0 ℃的初日與終日之間的持續日數平均為353.3 d，最長是1988年，達405 d，最短為1985年，僅290 d，總體傾向率為2.89 d/10年，呈增多趨勢，特別是進入本次溫暖期（1997—2017年）后增多更為顯著，傾向率達6.49 d/10年。年代間之前變化不大，除1981—1990年減少外，此后呈增多趨勢，1981—2017年的傾向率為4.01 d/10年，2011—2017年較1981—1990年多12.6 d。

需要指出的是，按農業界限溫度統計方法，在1961—2010年的50年中有11年沒有出現≥0 ℃終日，下一年度的初日也不存在，這種現象在1990—2001年明顯多于其他年代，時間最長的是2000年2月3日出現了平均氣溫穩定通過≥0 ℃初日后直至2002年12月24日才出現終日，持續時間長達1 056 d，但2008年以后至今暫未出現這種現象。

2.2.2? 氣溫穩定通過≥10 ℃初、終日期的變化? 桐城日平均氣溫穩定通過≥10 ℃初日出現的平均日期是3月26日，有4年出現在上一年的3月10日及其之前，最早初日是3月7日（1990和2002年）;有5年初日出現在4月10日及其之后，最晚的初日是4月17日（2010年）。總體上，≥10 ℃初日出現日期呈提早的趨勢，傾向率為-0.97 d/10年，但進入本次溫暖期（1997—2017年）以來卻呈顯著延遲趨勢，傾向率為3.95 d/10年（表4）。各年代間≥10 ℃初日呈波動變化，1961—1970年最遲，為3月31日，2001—2010年最早，為3月22日，總體變化幅度不大（表5）。

日平均氣溫≥10 ℃終日出現的平均日期是11月15日，有2年的終日顯著偏早，出現在10月，最早的終日是10月26日（1978年）;亦有2年的終日出現在12月，最晚的終日是12月1日（1980和1998年）。總體上≥10 ℃終日出現日期呈延遲趨勢，傾向率為0.31 d/10年，延遲不太明顯。各年代間終日出現的平均日期變化也不大，相差僅1～2 d，只有2011—2017年平均終日比最早的1981—1990年偏遲7 d。

1961—2010年日平均氣溫≥10 ℃的初日與終日間的持續日數平均為235.0 d，最長為1990年，達262 d，最短為1987年，僅201 d，年際間總體傾向率為1.28 d/10年，呈增多趨勢，但進入本次溫暖期（1997—2017年）后持續日數有所減少，傾向率為-2.35 d/10年。年代間的初、終日間日數以1961—1970年最少，為230.6 d，2001—2010年最多，為238.6 d，而2011—2017年的7年平均初、終日間日數達到240.9 d，但其趨勢仍然是縮短的，傾向率為 -17.86 d/10年。

2.3? 活動積溫對氣候變化的響應

2.3.1? ≥0 ℃初、終日間活動積溫的變化? 1961—2010年≥0 ℃初、終日間的活動積溫平均值為5 843.2 ℃，最多是1961年，達6 200.0 ℃，最少是1985年，僅5 439.0 ℃，最多與最少相差761.0 ℃。年際間總體上呈增多趨勢，傾向率為29.40 ℃/10年，1981—2017年傾向率達到106.02 ℃/10年，1997—2017年的傾向率為58.46 ℃/10年，積溫增多的趨勢有所減緩（表6）。各年代間≥0 ℃積溫以1981—1990年最少，為5 720.3 ℃，其中1980—1987年連續8年低于均值;2001—2010年熱量資源最為豐富，平均積溫達5 965.4 ℃，2000—2009年連續10年高于均值;而2011—2017年7年平均積溫高達5 990.0 ℃，最近3年均超過了6 000 ℃，2017年更是創歷史新高，達到6 288.9 ℃（表7）。

由圖2可以看出，≥0 ℃活動積溫大致以1985年為分界點，此前呈明顯減少趨勢，進一步分析可得其傾向率達-114.06 ℃/10年，通過顯著性水平檢驗;而1985—2017年呈顯著增多趨勢，傾向率為110.84 ℃/10年，通過極顯著性水平檢驗。

2.3.2? ≥10 ℃初、終日間活動積溫的變化? 1961—2010年≥10 ℃初、終日間的活動積溫平均值為5 083.6 ℃，最多是1990年，達5 481.0 ℃，最少是1987年，僅4 535.1 ℃，最多與最少相差945.9 ℃。年際間總體上呈增多趨勢，傾向率為20.06 ℃/10年，小于≥0 ℃活動積溫的增多幅度，其中1981—2017年傾向率達到77.22 ℃/10年，而1997—2017年呈微弱的減少趨勢，其傾向率為-8.68 ℃/10年（表6）。各年代間積溫以1991—2000年最少，為5 004.1 ℃;2001—2010年最多，為5 186.7 ℃，2000—2008年連續9年高于均值;而2011—2017年7年平均積溫達到5 212.0 ℃，除2015年熱量資源較少外，其余年份≥10 ℃活動積溫均多于5 200 ℃。

由圖2還可以看出，≥10 ℃的活動積溫大致以1987年為分界點，此前呈減少趨勢，進一步分析可得其傾向率為-72.64 ℃/10年，通過顯著性水平檢驗;而1987—2017年呈增多趨勢，傾向率為96.80 ℃/10年，通過顯著性水平檢驗。

2.4? 霜期對氣候變化的響應

2.4.1? 初霜期變化? 初霜期是指秋冬季第一次出現霜現象的日期。1961—2010年桐城市初霜出現的平均日期是11月14日，有5年顯著偏早，出現在10月，而且都是在1993年以前的年份中出現的，最早的初霜日期是10月26日（1981年）;有4年初霜日出現在12月，屬于顯著偏遲，基本出現在1994年及其以后的年份，最晚的初霜日是12月7日（1998年）。總體上來說，1961—2017年初霜出現日期呈延遲的趨勢，其傾向率為2.71 d/10年，達到極顯著檢驗水平。各年代初霜期的變化情況如圖3所示，可以看出桐城市初霜期呈現顯著的延遲規律，特別是2010年以來，平均初霜期為11月29日，比歷年平均推遲15 d，期間有3年初霜日出現在12月。初霜日的推遲對保障中晚熟農作物成熟十分有利。

桐城市初霜日的歷史變化曲線見圖4。由圖4可以看出，1961年以來，初霜日存在明顯的連續4年以上的3個偏早期，分別是1966—1969年，其平均日期為11月3日，比常年平均日期早14 d;1978—1982年，其平均日期是10月31日，比歷年平均日期早17 d，歷史上最早的初霜日期（10月24日）就是出現在這段時期的1981年;1990—1993年，其平均日期為11月7日，比常年平均日期早10 d。

2.4.2? 終霜期變化? 終霜期是指春季最后一次出現霜現象的日期。1961—2010年桐城市終霜出現的平均日期是3月17日，有5年顯著偏早，出現在2月，且以1990年以后出現居多，最早終霜日期是2月6日（1990年）;有7年終霜日期顯著偏遲，出現在4月，而且均在1978年及其以前的年份中出現，最晚的終霜日期是4月9日（1963年和1972年兩次）;總體而言，1961年以來終霜出現日期呈提前的趨勢，其傾向率為-2.90 d/10年，達到顯著性檢驗水平。各年代初霜期的變化情況如圖5所示，可以看出桐城市終霜期總體上呈提前的變化趨勢，以20世紀80年代為分界點，之前終霜日期有推遲的現象，之后則顯著提前，特別是2010年以來，平均終霜日期為3月7日，比歷年平均提前10 d。終霜日期的提前對適時春播和午季作物苗期免受凍害有利。

2.4.3? 無霜期變化? 無霜期是指春季最后一次出現霜現象與秋冬季第一次出現霜現象日期之間的持續天數。1961—2010年平均無霜期為241.2 d，最長的達278 d，出現在1961年;最短的為208 d，出現在1978年，最長與最短之間相差70 d。總體來說無霜期呈逐年增長的趨勢，傾向率為5.60 d/10年，通過極顯著性水平檢驗;1978年后傾向率更是達到8.34 d/10年，顯著性水平更高。50年間有3年無霜期極短，不足220 d，且都出現在1979年以前;有6年無霜期顯著偏長，達260 d以上，多出現在1989年以后。1971—1980年無霜期最短，僅有228.7 d，1961—1970年稍長，為235.2 d，1981年后均在245 d以上，2011—2017年則長達264.6 d。1981年以前的無霜期明顯短于其后（圖6）。

3? 小結與討論

本研究系統分析了1961年以來桐城地區的熱量資源狀況，定量評價了不同年代≥0 ℃與≥10 ℃的初、終日期，持續天數及其積溫的演變特征及其對氣候變化的響應規律，以期為氣候變暖背景下合理調整桐城地區農作物品種結構布局、種植制度提供科學依據。主要結論如下。

1）年平均氣溫16.0 ℃，總體上呈微弱的增溫趨勢，其傾向率為0.040 ℃/10年，1981—2017年增溫最為明顯，傾向率達到0.256 ℃/10年。氣候變暖主要發生在冬、春季，而夏、秋季節的溫度呈下降的趨勢，且冬、春季增溫的速率大于夏、秋季降溫的速率。1961年以來存在2個溫暖期和3個溫涼期，溫暖期與溫涼期交替出現，且持續時間不等，最近一次的溫暖期已持續了21年仍沒有結束的跡象。

2）氣溫穩定通過≥0 ℃初日的平均日期為1月24日，總體上呈微小的提早趨勢，年傾向率為-1.16 d/10年，進入1997年本次溫暖期以來則轉為延遲趨勢，各年代間則是呈小幅的波動變化。

穩定通過≥10 ℃初日的平均日期是3月26日，總體上呈提早的趨勢，10年傾向率為-0.97 d/10年，1997年進入本次溫暖期后卻呈顯著延遲趨勢，傾向率為3.95 d/10年，各年代間也是呈小幅的波動變化。

3）氣溫穩定通過≥0 ℃終日的平均日期為次年1月6日，總體是呈延遲趨勢，1997年后延遲更為顯著，1981—1990年終日出現日期最早，2011—2017年最遲。

穩定通過≥10 ℃終日的平均日期為11月15日，總體上呈延遲趨勢，但延遲幅度不太明顯，各年代間的平均日期在1～2 d波動，2011—2017年平均終日顯著偏遲。

4）氣溫穩定通過≥0 ℃初日與終日之間的持續日數平均為353.4 d，總體呈延長趨勢，傾向率為2.89 d/10年，且以2011年后最為顯著，以1981—1990年最少，2011—2017年最多。

穩定通過≥10 ℃初日與終日之間的持續日數平均為235.0 d，總體也是呈延長趨勢，傾向率為1.28 d/10年，但1997年后持續日數轉為縮短趨勢，以1961—1970年持續日數最少，2011—2017年最多。

5）氣溫穩定通過≥0 ℃和10 ℃初終日之間的活動積溫分別為5 843.2、5 083.6 ℃，總體上都是呈增多趨勢，≥0 ℃的積溫以1985年為分界點，≥10 ℃的積溫以1987年為分界點，之前呈減少趨勢，之后呈顯著增多趨勢。各年代間≥0 ℃的積溫以1981—1990年最少，≥10 ℃的積溫以1991—2000年最少，均以2011—2017年最多。

6）桐城地區50年平均初霜日期為11月14日，總體呈延遲趨勢，其傾向率為2.71 d/10年，2010年以來平均初霜日期比歷年平均日期推遲了15 d。初霜日期存在3個偏早期，即1966—1969、1978—1982、1990—1993年。平均終霜日期為3月17日，總體呈提早趨勢，其傾向率為-2.90 d/10年，20世紀80年代之后則顯著提早。

平均無霜期為241.2 d，最長與最短年的無霜期相差70 d，總體來說呈逐年增多的趨勢，傾向率為5.60 d/10年，以1971—1980年無霜期最短，1981年后各年代均在245 d以上，2011—2017年則長達264.6 d。

本研究僅分析了過去一段時期熱量資源的演變規律，對于熱量資源的變化對農業生產的影響沒有展開分析、評估，對未來氣候變化也沒有進行系統的分析預測，有待今后進一步研究。氣候變化造成農業氣候熱量資源變化，使農業生產的不穩定性增加、產量波動加大，因此在加強全球、全國性氣候變化影響評估和預測研究的同時，也應該重視區域性農業氣候變化影響評估與預測方面的研究，以提高地區性農業對氣候變化的適應能力，趨利避害合理利用氣候資源。同時需要進一步建立健全農業保險機制，化解風險。

參考文獻：

[1] ALEXANDROV V A，HOOGENBOOM G. The impact of climate variability and change on crop yield in Bulgaria[J].Agricultural and forest meteorology，2000，104（4）：315-327.

[2] STOCKER T F，QIN D，PLATTNER G-K，et al. Climate change 2013：The physical science basis in Contribution of Working GroupⅠ（WG1）to the Fifth Assessment Report（AR5） of the Intergovernmental Panel on Climate Change（IPCC）[M].Cambridge，UK：Cambridge university press，2013.

[3] 秦大河，羅? 勇.全球氣候變化的原因和未來變化趨勢[J].科學對社會的影響，2008（2）：16-21.

[4] BONSAL B R，ZHANG X B，VINEENT L A，et al. Charaeteristies of daily and extreme temperature over Canada[J].Climate，2001，5（14）：1959-1976.

[5] 丁一匯，任國玉，石廣玉，等.氣候變化國家評估報告（Ⅰ）：中國氣候變化的歷史和未來趨勢[J].氣候變化研究進展，2006，2（1）：3-8.

[6] 翟盤茂，鄒旭愷.1951-2003年中國氣溫和降水變化及其對干旱的影響[J].氣候變化研究進展，2005，1（1）：16-18.

[7] 吳紹洪，羅? 勇，王? 浩，等.中國氣候變化影響與適應：態勢和展望[J].科學通報，2016，61（10）：1042-1054.

[8] 裴占江，劉? 杰，史風梅，等.氣候變化對我國農業生產的影響研究進展[J].黑龍江農業科學，2017（8）：112-118.

[9] 姜? 彤，李修倉，巢清塵，等.《氣候變化2014：影響、適應和脆弱性》的主要結論和新認知[J].氣候變化研究進展，2014，10（3）：157-166.

[10] 錢鳳魁，王文濤，劉燕華.農業領域應對氣候變化的適應措施與對策[J].中國人口·資源與環境，2014，24（5）：19-24.