1958—2017年遼寧省熱量資源時空演變特征分析

摘要 選用1958—2017年氣候資料，運用氣候診斷分析方法，對遼寧地區熱量資源時空變化進行分析。結果表明，遼寧省熱量資源以南部沿海區最多，西北部丘陵區和東部山區最少，中部平原區居中的分布格局;1981—2017年相比1958—1980年≥0 ℃、≥10 ℃積溫等值線向北推進100～160? km。遼寧省≥0 ℃、≥10 ℃積溫分別在1993、1996年發生氣候突變，南部沿海氣候突變較早于內陸，氣候突變前后 ≥0 ℃、≥10 ℃積溫增加194 ℃·d，其增加的量值西北部丘陵區和東部山區少于中部平原區和南部沿海區。

關鍵詞 熱量資源;積溫;時空演變;變化特征;遼寧省

中圖分類號 P 423? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）21-0231-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.059

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis on the Characteristics of Spatio-temporal Evolution of Heat Resources in Liaoning Province from 1958 to 2017

ZONG Yan-wei

（Lanzhou Vocational and Technical College of Resources and Environment， Lanzhou， Gansu 730000）

Abstract Based on the climatic data from 1958 to 2017， the temporal and spatial variation of heat resources in Liaoning Province was analyzed by using the method of climatic diagnosis and analysis.The results showed that the heat resources in Liaoning Province exhibited the most in the southern coastal area， the least in the northwestern hills and eastern mountainous areas， and the middle in the central plain area. Compared with 1958-1980， the accumulative temperature isoline of ≥0 ℃ and ≥10 ℃ pushed 100-160? km northward from 1981 to 2017. In 1993 and 1996， the accumulated temperature≥ 0 ℃ and ≥ 10 ℃ in Liaoning Province changed abruptly. The climate change in the southern coastal area was earlier than that in the inland area. Before and after the abrupt climate change， the accumulated temperature ≥ 0 ℃ and ≥ 10 ℃ increased by 194 ℃·d， and the incremental value was less in the northwest hilly area and eastern mountain area than in the central plain.

Key words Heat resources;Accumulated temperature;Temporal-spatial variation;Change characteristics;Liaoning Province

作者簡介 宗艷偉（1987—），女，遼寧朝陽人，講師，從事大氣探測技術研究。

收稿日期 2021-03-24

熱量資源是重要的氣候資源之一，與人類生活息息相關，研究熱量資源的變化與空間分布對農業經濟、農業種植業布局、農村農林牧漁業協調發展等具有重要意義。20世紀80年代以來氣候變暖明顯[1-2]，世界氣象組織（IPCC）研究指出21世紀末年平均氣溫將升高1.1～6.4 ℃[3-4]。氣溫升高、氣候變暖、熱量資源增加對自然界正負面影響同時存在，張富榮等[5-7]研究認為氣候變暖、熱量資源增加可延長農作物生長期，存在復種指數的可能性，也給霜期農業、設施農業帶來發展空間等。周廣勝等[8-9]研究認為氣候變暖對人類的負面影響更為明顯，如加劇極端性氣象災害、破壞固有的自然生態系統、冰川消融、海平面上升、土地鹽堿化以及水分的大量蒸騰使土地沙漠化等。熱量資源隨著時間和空間的變化而變化，直接影響一個地區的植物分布、農作物熟型和種植結構，是引起農業產品產量變化的重要因素[10-13]。

隨著氣候逐漸變暖，研究遼寧省熱量資源在時空分布上的變化，對氣候資源和土地資源利用、農業合理布局、促進農村精準扶貧、農業可持續發展具有重要參考作用。因此，筆者選用1958—2017年≥0 ℃、≥10 ℃積溫資料，運用氣候診斷分析方法，對遼寧省熱量資源時空演變進行分析，以期為熱量資源開發利用、農業氣候區劃以及農業產業結構調整提供決策依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

遼寧省位于東北地區的南部（118°53′～125°46′E、38°43′～43°26′N）。從東至南依次是鴨綠江水域和黃、渤二海，隔渤海海峽與山東半島遙相呼應;從西南環至東北與河北省、內蒙古自治區、吉林省接壤。全省陸地總面積14.8萬 km 占全國陸地總面積的1.5%。遼寧呈馬蹄形，東部山地，西部丘陵，中部遼河平原及南部沿海平原。遼寧屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同季，日照豐富。年日照時數2 000～3 000 h，年平均氣溫為5.1～12.4 ℃，年降水量東西差異較大，在300～1 000 mm，無霜期平均在150 d左右。

1.2 資料來源

研究數據來源于遼寧氣象信息服務中心，選取46個國家級氣象基準站整編氣候資料。依據農業氣象學原理[14]，統計了1958—2017年氣候資源中的熱量資源，即農業意義明顯的 ≥0 ℃積溫和 ≥10 ℃積溫。≥0 ℃積溫是日平均氣溫穩定通過0 ℃初、終日之間日平均氣溫的總和，是農業生產上的耕作期，也是冷涼植物生長的初始與結束的熱量指標;≥10 ℃積溫是日平均氣溫穩定通過10 ℃初、終日之間日平均氣溫的總和，是喜溫作物快速生長期開始、結束的熱量指標[15-16]。

1.3 分析方法

為了研究遼寧省熱量資源的區域分布、年際變化趨勢以及突變特征，采用Surfer制圖軟件[17]繪制遼寧省 ≥0 ℃積溫和 ≥10 ℃積溫的1958—2017年區域分布和不同時間段區域分布圖;采用隨時間序列變化一元線性回歸氣候傾向率[18]和Mann-Kendall氣候突變檢驗[19]等方法分析遼寧省熱量資源變化特征。計算分析在Excel程序[20]支持下完成運算。

2 結果與分析

2.1 熱量資源空間變化

2.1.1 ≥0 ℃積溫空間分布及演變。從遼寧省1958—2017年≥0 ℃積溫空間分布（圖1）可以看出，≥0 ℃積溫的空間變化特征與地形有關，最低值分布在遼西的努魯爾虎山山脈以北的老哈河流域和遼寧東部山區，最低值為3 028 ℃·d;最高值分布在遼南以及距離海岸線110 km區域，最高值為4 731 ℃·d。

按照閾值200 ℃·d指標區劃遼寧省 ≥0 ℃積溫分布，將區劃出3個不同的區域。第一區 ≥0 ℃積溫<3 750 ℃·d，平均為3 514 ℃·d，位于遼西北的老哈河流域，以建平站為代表;遼東山區由北向南延伸的吉林哈達嶺、摩離紅山及本溪的摩天嶺以東，具體包括西豐、清源、撫順、桓仁、岫巖、寬甸等地。第二區 ≥0 ℃積溫在3 750～3 950 ℃·d，平均為3 871 ℃·d，位于遼河平原，界于遼東山區和遼西山地丘陵區之間，具體包括彰武、阜新、康平、鐵嶺、遼中、義縣、黑山、沈陽、遼陽、本溪、丹東以南、莊河等地。第三區 ≥0 ℃積溫>3 950 ℃·d，平均為4 111 ℃·d，位于遼西地區南部、黃渤海沿岸及大連地區，具體包括朝陽地區南部、錦州地區南部、盤山、鞍山、葫蘆島、綏中、營口、瓦房店、大連等地。第二區比第一區多357 ℃·d，第三區比第二區多240 ℃·d，第三區比第一區多597 ℃·d。

從1958—1980、1981—2000和2001—2017年3個時間段 ≥0 ℃積溫空間分布（表1和圖1）可以看出，遼寧省≥0 ℃積溫在空間上的演變過程表現出隨著年代的變化≥0 ℃積溫逐漸增加的同時積溫等值線向北擴展的特征。

2001—2017年相對于1981—2000年，第一區、第二區、第三區≥0 ℃積溫平均分別增加109、116、112 ℃·d，積溫等值線向北推進70～90 km。

1981—2000年相對于1958—1980年，第一區、第二區、第三區 ≥0 ℃積溫平均分別增加101、102、103 ℃·d，積溫等值線向北推進50～70 km。2001—2017年相對于1958—1980年，第一區、第二區、第三區 ≥0 ℃積溫平均分別增加210、218、215 ℃·d，積溫等值線向北推進120～160 km。

2.1.2 ≥10 ℃積溫空間分布及演變。從1958—2017年不同時間段遼寧省≥10 ℃積溫空間分布（圖2）可以看出，≥10 ℃積溫的空間分布特征與 ≥0 ℃積溫空間分布有著一致性，最低值分布在西北部的老哈河流域和遼寧東部山區，最低值為2 400 ℃·d;最高值分布在遼南沿海，最高值為4 236 ℃·d。

按照閾值250 ℃·d指標區劃遼寧省≥10 ℃積溫空間分布，區劃出3個區域并與 ≥0 ℃積溫劃區一致。第一區 ≥10 ℃積溫在<3 300 ℃·d以下，平均為3 076 ℃·d;第二區 ≥10 ℃積溫在3 300～3 600 ℃·d，平均為3 431 ℃·d;第三區≥10 ℃積溫在>3 600 ℃·d以上，平均為3 676 ℃·d。第二區比第一區多355 ℃·d，第三區比第二區多245 ℃·d，第三區比第一區多600 ℃·d。

從1958—1980、1981—2000和2001—2017年3個時間段 ≥10 ℃積溫空間分布（表1和圖2）可以看出，遼寧省≥10 ℃積溫在空間上的演變過程表現出隨著年代的變化≥10 ℃積溫逐漸增加的同時積溫線向北擴展的特征。2001—2017年相對于1981—2000年，第一區、第二區、第三區 ≥10 ℃積溫平均分別增加82、80、74 ℃·d，積溫等值線向北推進60～70 km。1981—2000年相對于1958—1980年，第一區、第二區、第三區 ≥10 ℃積溫平均分別增加95、97、104 ℃·d，積溫等值線向北推進40～50 km。

2001—2017年相對于1958—1980年，第一區、第二區、第三區 ≥10 ℃積溫平均分別增加177、177、178 ℃·d，等值線向北推進100～120 km。

2.2 熱量資源時間分布及趨勢變化

2.2.1 ≥0 ℃積溫。

遼寧區域 ≥0 ℃積溫1958—2017年平均為3 826 ℃·d，最低值出現在1976年（建平），為3 028 ℃·d，最高值出現在2014年（鞍山），為4 731 ℃·d。遼寧區域1958—2017年 ≥0 ℃積溫年際變化趨勢（圖3a）顯示，1958—1993年積溫較低且波幅較大，1994年之后積溫較高，整個序列呈增加趨勢，序列相關系數為0.587 7，達到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為49.528（℃·d）/10 a，近60年線性增加297 ℃·d。依據Mann-Kendall突變檢驗分析，≥0 ℃積溫在1993年發生突變，突變之前（1958—1993年）≥0 ℃積溫平均為3 749 ℃·d，突變之后（1994—2017年）平均為3 943 ℃·d，同比增加194 ℃·d。

熱量資源第一區1958—2017年 ≥0 ℃積溫平均為3 509 ℃·d，最低值出現在1976年（建平），為3 028 ℃·d，最高值出現在2014年（岫巖），為4 024 ℃·d。第一區1958—2017年 ≥0 ℃積溫年際變化趨勢（圖3b）顯示，1958—1993年積溫較低，1994年之后積溫較高，整個序列呈逐漸增加趨勢，序列相關系數為0.479 8，達到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為36.745（℃·d）/10 a，近60年線性增加220 ℃·d。依據Mann-Kendall突變檢驗分析，≥0 ℃積溫在1993年發生突變，突變之前（1958—1993年）≥0 ℃積溫平均為3 447 ℃·d，突變之后（1994—2017年）平均為3 603 ℃·d，同比增加156 ℃·d。

熱量資源第二區1958—2017年 ≥0 ℃積溫平均為3 864 ℃·d，最低值出現在1976年（彰武），為3 366 ℃·d，最高值出現在2004年（鐵嶺），為4 306 ℃·d。第二區1958—2017年 ≥0 ℃積溫年際變化趨勢（圖3c）顯示，1958—1993年積溫較低，1994年之后積溫較高，整個序列呈逐漸增加趨勢，序列相關系數為0.542? 達到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為45.335（℃·d）/10 a，近60年線性增加272 ℃·d。依據Mann-Kendall突變檢驗分析，≥0 ℃積溫在1993年發生突變，突變之前（1958—1993年）≥0 ℃積溫平均為3 791 ℃·d，突變之后（1994—2017年）平均為3 972 ℃·d，同比增加181 ℃·d。

熱量資源第三區1958—2017年 ≥0 ℃積溫平均為4 106 ℃·d，最低值出現在1976年（朝陽），為3 640 ℃·d，最高值出現在2014年（鞍山），為4 731 ℃·d。第三區1958—2017年≥0 ℃積溫年際變化趨勢（圖3d）顯示，1958—1989年低值波動變化，1990年之后在高值波動變化，整個序列呈逐漸增加趨勢，序列相關系數為0.676? 達到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為66.504（℃·d）/10 a，近60年線性增加399 ℃·d。依據Mann-Kendall突變檢驗分析，≥0 ℃積溫在1989年發生突變，突變之前（1958—1989年）≥0 ℃積溫平均為3 995 ℃·d，突變之后（1990—2017年）平均為4 232 ℃·d，同比增加237 ℃·d。

3個熱量資源氣候區，以第三區 ≥0 ℃積溫增幅最大且氣候突變最早，第一區、第二區氣候突變時間相對較晚，積溫增加的量值也較少。

2.2.2 ≥10 ℃積溫。遼寧區域 ≥10 ℃積溫1958—2017年平均為3 393 ℃·d，最低值出現在1969年（清源），為2 400 ℃·d，最高值出現在1998年（鞍山），為4 236 ℃·d。遼寧區域1958—2017年 ≥10 ℃積溫年際變化趨勢（圖4a）顯示，整個序列呈波動逐漸上升趨勢，序列相關系數為0.482 0，達到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為45.169（℃·d）/10 a，近60年線性增加271 ℃·d。依據Mann-Kendall突變檢驗分析，≥10 ℃積溫在1996年發生突變，突變之前（1958—1996年）≥10 ℃積溫平均為3 325 ℃·d，突變之后（1997—2017年）平均為3 519 ℃·d，同比增加194 ℃·d。

熱量資源第一區1958—2017年 ≥10 ℃積溫平均為3 051 ℃·d，最低值出現在1976年（清源），為2 400 ℃·d，最高值出現在1998年（撫順），為3 737 ℃·d。第一區域1958—2017年 ≥10 ℃積溫年際變化趨勢（圖4b）顯示，1958—1996年變化趨勢平穩，1997—2017年變化呈波動下降趨勢，而整個序列呈增加趨勢，序列相關系數為0.348? 達到顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為33.445（℃·d）/10 a，近60年線性增加201 ℃·d。依據Mann-Kendall突變檢驗分析，≥10 ℃積溫在1996年發生突變，突變之前（1958—1996年）≥10 ℃積溫平均為2 994 ℃·d，突變之后（1997—2017年）平均為3 156 ℃·d，同比增加162 ℃·d。

熱量資源第二區1958—2017年 ≥10 ℃積溫平均為3 446 ℃·d，最低值出現在1972年（鐵嶺），為2 873 ℃·d，最高值出現在1998年（沈陽），為4 011 ℃·d。第二區域1958—2017年 ≥10 ℃積溫年際變化趨勢（圖4c）顯示，1958—1996年變化呈下降趨勢，1997—2017年變化也呈下降趨勢，而整個序列呈增加趨勢，序列相關系數為0.371 5，達極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為36.341（℃·d）/10 a，線性增加218 ℃·d。依據Mann-Kendall突變檢驗分析，≥10 ℃積溫在1996年發生突變，突變之前（1958—1996年） ≥10 ℃積溫平均為3 385 ℃·d，突變之后（1997—2017年）平均為3 559 ℃·d，同比增加174 ℃·d。

熱量資源第三區1958—2017年 ≥10 ℃積溫平均為3 682 ℃·d，最低值出現在1976年（朝陽），為3 640 ℃·d，最高值出現在2014年（鞍山），為4 731 ℃·d。第三區域1958—2017年 ≥10 ℃積溫年際變化趨勢（圖4d）顯示，整個序列呈逐漸增加趨勢，序列相關系數為0.620 8，達到極顯著水平（P<0.01），氣候傾向率為65.722（℃·d）/10 a，近60年線性增加394 ℃·d。依據Mann-Kendall突變檢驗分析，≥10 ℃積溫在1988年發生突變，突變之前（1958—1988年）≥10 ℃積溫平均為3 562 ℃·d，突變之后（1989—2017年）平均為3 803 ℃·d，同比增加241 ℃·d。

3個熱量資源氣候區，以第三區 ≥10 ℃積溫增幅最大且氣候突變最早，第一區、第二區氣候突變時間較晚且積溫增加的量值相對較少。

3 討論

綜上研究，遼寧省熱量資源近24年（1994—2017年）增加明顯，南部沿海高于西北部丘陵和東部山區。代表農業界限溫度的≥0 ℃、≥10 ℃積溫等值線向北推進100～160 km，積溫平均增加194 ℃·d。從積溫年際變化看，是波動升高的趨勢，而非穩定增加過程，如2010年屬低溫年，積溫在近60年（1958—2017年）中排在倒數第7位，可見氣候變暖存在不穩定性。

熱量資源增加對農業來講，可使作物生長季延長，作物生長速度加快，相對減少霜凍的危害，可引進生育期較長農作物提高生物產量，對調整耕作制度農作物品種結構、間套復種、設施農業向北擴展、提高土地綜合利用率、提高單位面積產量都十分有利。但是，熱量資源增加的同時所帶來的負面影響也不容忽視，例如，隨著熱量資源增加和積溫等值線向北擴展，病蟲的越冬、繁殖增加，危害的面積擴大等，加重了對農業的危害，氣溫升高蒸發力增強，暖干旱化日趨嚴重，給農業產生增加了較大的經濟負擔。

4 結論

（1）遼寧省熱量資源隨著地形、地勢、地理分布特點出現2個低值中心，努魯爾虎山山脈以北地區和遼寧東部山區，高值區出現在南部沿海。依據 ≥0 ℃積溫200 ℃·d和 ≥10 ℃積溫250 ℃·d的分區指標，遼寧省可分為3個差異明顯的熱量資源氣候區域。

（2）遼寧省熱量資源從1958年波動變化至2017年，≥0 ℃積溫等值線向北推進120～160 km，≥10 ℃積溫等值線向北推進100～120 km。

（3）遼寧全省平均 ≥0 ℃、≥10 ℃積溫年際變化氣候傾向率分別為49.528、45.169（℃·d）/10 a，近60年線性增加297、271 ℃·d。各個氣候區氣候傾向率各不同，線性增加的積溫也存在差異，積溫從北至南呈逐漸增加，南部積溫高的區域熱量資源增加更明顯，以第三區最多，第二區次之，第一區熱量資源增加的量則最少。

（4）遼寧全省 ≥0 ℃積溫在1993年發生氣候突變，突變之后增加積溫194 ℃·d。≥10 ℃積溫在1996年發生突變，突變后積溫增加194 ℃·d。第三區熱量資源氣候突變的時間早于第二區和第一區。

參考文獻

[1]

左洪超，呂世華，胡隱樵.中國近50年氣溫及降水量的變化趨勢分析[J].高原氣象，2004，23（2）：238-244.

[2] 任國玉，郭軍，徐銘志，等.近50年中國地面氣候變化基本特征[J].氣象學報，2005，63（6）：942-956.

[3] 葉海英.哥本哈根世界氣候大會（COP15）背景[EB/OL].（2009-12-26）[2020-11-05].http：//discover.news.163.com/09/1026/16/5MIK8-G4K000125LI.html.

[4] 秦大河，羅勇，陳振林，等.氣候變化科學的最新進展：IPCC第四次評估綜合報告解析[J].氣候變化研究進展，2007，3（6）：311-314.

[5] 張富榮，尹洪濤，張國林，等.遼寧西部熱量資源及霜期變化特征[J].中國農學通報，2015，31（14）：183-187.

[6] 屈振江.陜西農作物生育期熱量資源對氣候變化的響應研究[J].干旱區資源與環境，2010，24（1）：75-79.

[7] 劉德祥，董安祥，鄧振鏞.中國西北地區氣候變暖對農業的影響[J].自然資源學報，2005，20（1）：119-125.

[8] 周廣勝，張新時，高素華，等.中國植被對全球變化反應的研究[J].Acta botanica sinica，1997，39（9）：879-888.

[9] 江學頂，劉育，夏北成.全球氣候變化及其對生態系統的影響[J].中山大學學報論叢，2003，23（5）：258-260.

[10] 張玉書，班顯秀，紀瑞鵬，等.遼寧省氣候資源分析[J].氣象科技，2004，32（1）：39-43.

[11] 石劍，杜春英，王育光，等.黑龍江省熱量資源及其分布[J].黑龍江氣象，2005（4）：29-32.

[12] 蔡福，張玉書，陳鵬獅，等.近50年遼寧熱量資源時空演變特征分析[J].自然資源學報，2009，24（9）：1635-1646.

[13] 李宏偉，李秀華，王林海，等.包頭地區近46年農業熱量資源的時空變化特征[J].安徽農業科學，2018，46（35）：149-154.

[14] 馮秀藻，陶炳炎.農業氣象學原理[M].北京：氣象出版社，1991：72-127.

[15] 高紹鳳，陳萬隆，朱超群，等.應用氣候學[M].北京：氣象出版社，2004：40-46.

[16] 云南大學生物系.植物生態學[M].北京：人民教育出版社，1980.

[17] 陸志波，陸雍森.Surfer8.0在環境評價和規劃中的應用[J].同濟大學學報（自然科學版），2005，33（2）：191-195.

[18] 魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術[M].2版.北京：氣象出版社，2007：13-204.

[19] 段若溪，姜會飛.農業氣象學[M].北京：氣象出版社，2006：5-35.

[20] 安維默.用Excel管理和分析數據[M].北京：人民郵電出版社，2003：208-263.