托克托縣春玉米生長季水熱資源變化特征分析

楊倩

摘? ? 要：全球氣候變化將導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，一些災(zāi)害性天氣將對農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)生不利影響，利用1980—2019年托克托縣的日平均氣溫、日降水量數(shù)據(jù)對該地區(qū)的水熱資源進(jìn)行研究分析，為托克托縣合理調(diào)整農(nóng)業(yè)種植布局和優(yōu)化利用農(nóng)業(yè)氣候資源提供科學(xué)的依據(jù)。研究表明，托克托縣穩(wěn)定通過10 ℃的持續(xù)日數(shù)在142～193 d，穩(wěn)定通過10 ℃的活動(dòng)積溫平均值為3 227.5 ℃·d，總體呈現(xiàn)上升趨勢。春玉米生長季7月的活動(dòng)積溫和有效積溫的平均值均大于其他各月，其值分別為734.2 ℃·d和424.2 ℃·d。1980—2019年生長季的降水平均值為281.6 mm，氣候傾向率為7.3 mm/10 a。近40年間只有5月存在3次特旱天氣現(xiàn)象，且都發(fā)生在20世紀(jì)80年代，其余各月都無特旱天氣發(fā)生，7、8月無旱占比較大，分別占總數(shù)的35%和33%，5月發(fā)生重旱次數(shù)較多，且呈現(xiàn)增多的趨勢。

關(guān)鍵詞：托克托縣;春玉米;水熱資源;變化特征

文章編號： 1005-2690（2020）21-0006-02? ? ? ?中圖分類號： S513? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

在全球氣候變暖的大背景下，不同區(qū)域內(nèi)的年平均氣溫均呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢，極端天氣氣候事件出現(xiàn)頻率和為害強(qiáng)度不斷加重，為此應(yīng)全面掌握氣候變化規(guī)律，科學(xué)合理利用氣候資源，這對促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展和保證糧食產(chǎn)量方面意義重大。越來越多的研究結(jié)果表明，氣候變暖會(huì)進(jìn)一步加劇生態(tài)環(huán)境惡化，其涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境、水資源等不同方面。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程對氣候條件有較大的依賴性，氣候變化會(huì)對農(nóng)作物布局和結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生影響，極端災(zāi)害性天氣將對農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)生重大的影響。

托克托縣隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，位于黃河中上游分界處北岸的土默川平原上。地勢為東南高、西北和西南低，屬于溫帶大陸性氣候，四季分明，日照時(shí)間充足，為農(nóng)作物種植提供了有利條件。春玉米作為當(dāng)?shù)氐闹饕r(nóng)作物，對托克托縣春玉米生長季的水熱資源的變化特征進(jìn)行研究分析，對當(dāng)?shù)氐拇河衩追N植結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及充分利用氣候資源具有十分重要的意義。

1? ?研究資料和方法

1.1? ?研究資料

主要利用托克托縣1980—2019年40年的日平均氣溫、日降水量數(shù)據(jù)對托克托縣春玉米生長季水熱資源變化特征進(jìn)行分析研究，定義玉米的生長季為每年5—9月。

1.2? ?研究方法

1.2.1? ?氣候傾向率

某個(gè)氣象要素隨時(shí)間變化，用一次線性方程y（t）=a0+a1t定量描述，式中a1×10則為氣候傾向率，方程中系數(shù)a1可以采用最小二乘法計(jì)算。當(dāng)a1>0則表示氣象要素隨時(shí)間呈現(xiàn)增加的趨勢;當(dāng)a1<0，則表示氣象要素隨時(shí)間呈現(xiàn)減少的趨勢[1]。

1.2.2? ?起止日期、活動(dòng)積溫及持續(xù)時(shí)間

春玉米采用平均氣溫10 ℃作為界限溫度，利用五日滑動(dòng)平均法[2]得出穩(wěn)定通過10 ℃積溫的起始時(shí)間和終止時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、活動(dòng)積溫以及有效積溫。當(dāng)春季第1次出現(xiàn)高于10 ℃之日起，依次計(jì)算出之后每連續(xù)5 d的滑動(dòng)平均氣溫值，直到找到第1個(gè)5 d滑動(dòng)平均氣溫超過10 ℃的時(shí)間段，并挑選這段時(shí)間日平均氣溫第1個(gè)大于10 ℃的那天即為穩(wěn)定通過10 ℃的起始時(shí)間;而秋季則是挑選最先出現(xiàn)日平均氣溫低于10 ℃那天起，往前推4 d并依次計(jì)算連續(xù)5 d的滑動(dòng)平均氣溫值，直到找到第1個(gè)5 d滑動(dòng)平均氣溫低于10 ℃那段時(shí)間，并挑選這段時(shí)間第1個(gè)小于10 ℃的那天即為穩(wěn)定通過10 ℃的終止日期;起始日到終止日的時(shí)間段即為穩(wěn)定通過10 ℃的持續(xù)時(shí)間;起始日與終止日之間的各個(gè)≥10 ℃的平均氣溫的和即為活動(dòng)積溫;有效積溫就是穩(wěn)定通過10 ℃持續(xù)日數(shù)之間各個(gè)日平均氣溫減去每天界限溫度值的累加和，即為春玉米實(shí)際能夠利用的熱資源。

1.2.3? ?相對濕潤度指數(shù)

相對濕潤度指數(shù)是體現(xiàn)某時(shí)段降水量與蒸發(fā)量之間平衡的指標(biāo)之一，反映了作物生長季水分平衡特征，可以用于作物生長季月以上尺度的干旱指標(biāo)的檢測和評估[3]。

其計(jì)算方法為：

式中：P為某時(shí)段降水量，單位為毫米（mm）;PET為某時(shí)段潛在蒸散量，單位為毫米（mm），PET由Thornthwaite 公式計(jì)算。相對濕潤度干旱等級劃分見GB/T 20481—2017《氣象干旱等級》中表2：相對濕度度干旱等級劃分表。

2? ?托克托縣水熱資源分析

2.1? ?熱量資源

利用托克托縣1980—2019年的逐日平均氣溫計(jì)算穩(wěn)定通過10 ℃的熱量變化特征，如圖1所示。

托克托縣穩(wěn)定通過10 ℃的開始時(shí)間在4月中下旬或5月上旬，只有2006年和2008年的開始時(shí)間是5月中旬;而結(jié)束時(shí)間大多分布在9月下旬以及10月上中旬。穩(wěn)定通過10 ℃的持續(xù)日數(shù)在142～193 d，有明顯的上升趨勢，氣候傾向率為3.1 d/10 a。從1980—2018年40年穩(wěn)定通過10 ℃的活動(dòng)積溫平均值為3 227.5 ℃·d，總體呈現(xiàn)上升趨勢，1995年以后穩(wěn)定通過10 ℃的活動(dòng)積溫增加較明顯，并以80.4 ℃·d/10 a的速率增加。其最大活動(dòng)積溫值出現(xiàn)在1998年為3 709.1 ℃·d，持續(xù)時(shí)間為193 d，開始時(shí)間為1998年4月3日，結(jié)束時(shí)間是1998年10月13日;最小活動(dòng)積溫值出現(xiàn)在1995年為2 831.6 ℃·d，持續(xù)時(shí)間為142 d，開始時(shí)間1995年5月4日，結(jié)束時(shí)間1995年9月22日。有效積溫40年平均值為1 559.5 ℃·d，有效積溫的范圍為1 308.2～1 779.1 ℃·d，最大值與最小值分別出現(xiàn)于1984年和1998年。由上可見，托克托縣地區(qū)穩(wěn)定通過10 ℃的活動(dòng)積溫基本滿足晚熟玉米對溫度的需求，是適宜種植玉米的優(yōu)選地段。