新疆棉花花鈴期障礙型低溫冷害空間變化特征及危險性評價

李一騰

（新疆維吾爾自治區(qū)氣象局，新疆烏魯木齊 830000）

新疆是我國最重要的棉花產(chǎn)區(qū)，具有悠久的棉花種植歷史，產(chǎn)出的棉花產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良，是我國棉花生產(chǎn)中發(fā)展?jié)摿Ρ容^大的省份。新疆地理位置優(yōu)越，是世界上緯度最高的棉花種植基地。新疆棉區(qū)分布范圍為北緯 18°～46°、東經(jīng) 76°～124°。緯度高，則更容易受到低溫災害。新疆的低溫災害主要集中在棉花的出苗期和結(jié)鈴期，對棉花的生長及質(zhì)量是極為不利的。自1949年以來，我國農(nóng)業(yè)氣象和農(nóng)學專家開展了對低溫冷害影響農(nóng)作物的系列研究，主要研究內(nèi)容是低溫冷害的發(fā)生規(guī)律、氣候指標、低溫冷害在影響作物生長發(fā)育時的機理以及根據(jù)相關機理如何進行防御。

相關專家的調(diào)查研究表明，新疆棉花生產(chǎn)發(fā)生低溫冷害的主要原因是新疆地處塔克拉瑪干大沙漠邊緣，具有典型的內(nèi)陸氣候和沙漠氣候。春季的氣溫回升不穩(wěn)定，秋季降溫又很快，這樣不穩(wěn)定的氣候?qū)γ藁ǚN植有極大的影響。因此，做好棉花的低溫冷害防范工作，可以大大地提高棉花的質(zhì)量[1-3]。為此，本文對新疆棉花花鈴期生長發(fā)育期間所遇到的障礙型低溫冷害進行分析，并對棉花花鈴期障礙型低溫冷害的空間分布特征和危險性做出評價。

1 研究資料與方法

1.1 資料來源

氣象資料數(shù)據(jù)主要來自新疆棉花生產(chǎn)地的9個氣象監(jiān)測點1981—2010年30年間的記錄數(shù)據(jù)，包括一天中的最高溫度、最低溫度和平均溫度，以及新疆的邊境圖和經(jīng)、緯度等基礎地理信息資料。通過對文獻和期刊的閱讀，并對文獻進行總結(jié)，確定7—8月是新疆棉花結(jié)鈴重要時期，若此時發(fā)生障礙型低溫冷害對棉花產(chǎn)量危害很大[4-6]。

1.2 研究方法

7—8月障礙型冷害天氣是指這2個月中連續(xù)3 d及以上的日平均氣溫<20℃的現(xiàn)象。通過統(tǒng)計9個站點發(fā)生冷害年數(shù)，計算其次數(shù)，應用公式p（%）=t/m×100計算其冷害發(fā)生頻率，其中p為頻率，t為低溫冷害發(fā)生次數(shù)，m為總年數(shù)，利用MATLAB軟件編程對論文數(shù)據(jù)進行處理和運用。由于棉花低溫冷害風險評估涉及研究對象在地理地形、低溫特征、土地利用等方面有區(qū)域差異，所以本文采用空間屬性描述。采用ArcGIS軟件空間分析模塊中的Idw方法（反距離權重）進行數(shù)據(jù)分析，為棉花低溫冷害風險研究提供空間分析平臺。通過氣象要素變化趨勢對氣溫變化分析，用一次線性方程表示，其中為氣象要素擬合值，氣象要素的氣候傾向率為a0×10，表示平均每10年的某一氣象要素的變化率。

2 結(jié)果與分析

2.1 平均氣溫年際變化特征

對9個氣象站1981—2010年年平均氣溫分析可知，新疆棉區(qū)中北疆烏蘇棉區(qū)、石河子棉區(qū)、瑪納斯棉區(qū)和哈密棉區(qū)的7—8月平均氣溫主要為22～26℃，最大值出現(xiàn)在1987年（26.2℃），最小值出現(xiàn)在1993年（21.9℃）。南疆棉區(qū)庫車棉區(qū)、庫爾勒棉區(qū)、阿克蘇棉區(qū)、喀什棉區(qū)、和田棉區(qū)的7—8月平均氣溫為24～27℃，最大值出現(xiàn)在2010年（27.9℃），最小值出現(xiàn)在1993年（24℃）。整體上，南疆主要棉區(qū)平均溫度高于北疆主要棉區(qū)，其中石河子棉區(qū)、瑪納斯棉區(qū)、烏蘇棉區(qū)和阿克蘇棉區(qū)平均氣溫較低。

新疆的地理位置被描述為三山夾兩盆，塔里木盆地是南疆的種植中心，準噶爾盆地是北疆的種植中心。由于北疆的緯度較高，氣溫普遍較南疆各地低，所以北疆較南疆容易發(fā)生低溫冷害。北疆主要棉區(qū)石河子棉區(qū)、烏蘇棉區(qū)、瑪納斯棉區(qū)的平均溫度呈現(xiàn)不穩(wěn)定性，波動很大。通過分析可知，受低海拔、低緯度和沙漠氣候的影響，南疆的年平均氣溫較北疆的年平均氣溫高，說明進行棉花生產(chǎn)時，南疆受到的低溫冷害危險性遠低于北疆。

2.2 氣溫傾向率

應用氣候傾向率的方法對新疆9個站點7—8月棉花花鈴期平均溫度變化趨勢進行分析。結(jié)果表明，在20世紀80年代，石河子、阿克蘇、庫車、庫爾勒和哈密棉區(qū)的平均氣溫傾向率為正值；烏蘇、瑪納斯、喀什及和田棉區(qū)的平均氣溫傾向率為負值；90年代，9個站點的平均氣溫傾向率均為正值；在21世紀00年代，阿克蘇、庫爾勒、喀什及和田棉區(qū)的平均氣溫傾向率為正值，烏蘇、石河子、瑪納斯、庫車和哈密棉區(qū)的平均氣溫傾向率為負值。由此可以看出，新疆在20世紀90年代整體增溫非常明顯，整體的平均氣溫傾向率都為正值；從21世紀00年代，石河子、瑪納斯、烏蘇、庫車和哈密棉區(qū)平均氣溫傾向率為負值，因而近幾年這五大棉區(qū)發(fā)生低溫冷害的危險性會更高。

分析新疆棉區(qū)9個站點20世紀80年代、90年代及21世紀00年代的7—8月平均氣溫傾向率空間分布可知，在20世紀80年代，新疆中部棉區(qū)平均溫度呈上升趨勢，平均氣溫傾向率為正值，北疆棉區(qū)烏蘇和瑪納斯、南疆棉區(qū)喀什及和田平均溫度呈下降趨勢，平均氣溫傾向率為負值；20世紀90年代，新疆棉區(qū)平均溫度變化整體呈上升趨勢，全疆棉區(qū)平均氣溫傾向率為正值；進入21世紀00年代，北疆棉區(qū)增溫并不明顯，部分棉區(qū)出現(xiàn)平均氣溫傾向率為負值情況；南疆棉區(qū)溫度變化呈增溫趨勢，其氣溫傾向率為正值。從近30年平均溫度變化看，因為北疆棉區(qū)烏蘇、石河子和瑪納斯氣溫傾向率會出現(xiàn)負值，其平均溫度呈下降趨勢或增溫不明顯，所以北疆棉區(qū)較南疆棉區(qū)更有發(fā)生低溫冷害的趨勢。

2.3 冷害頻率

新疆棉花障礙型低溫冷害指標為：在7—8月，出現(xiàn)連續(xù)3 d的日平均氣溫<20℃的降溫天氣。通過對新疆阿克蘇、喀什等9個地區(qū)的氣象觀測點30年來7—8月的觀測資料分析，篩選出每個站點30年間的冷害年，并統(tǒng)計其發(fā)生冷害的頻率。

1981—2010年，北疆烏蘇、石河子、瑪納斯和哈密棉區(qū)共發(fā)生冷害的次數(shù)20世紀80年代為1次，20世紀90年代為9次，21世紀00年代為7次；南疆庫車、庫爾勒、喀什、阿克蘇及和田棉區(qū)總共發(fā)生冷害的次數(shù)20世紀80年代為3次，20世紀90年代為8次，21世紀00年代為1次?？梢钥闯?，在20世紀90年代新疆棉區(qū)發(fā)生障礙型冷害的次數(shù)較多、風險較大，整體呈現(xiàn)由20世紀80年代向90年代發(fā)生次數(shù)上升的趨勢和20世紀90年代向21世紀00年代發(fā)生次數(shù)下降的趨勢。其中，北疆石河子和瑪納斯棉區(qū)發(fā)生冷害的次數(shù)偏高，其未來發(fā)生障礙型低溫冷害的危險性會更大。

統(tǒng)計新疆棉區(qū)9個站點1981—2010年30年中7—8月棉花花鈴期發(fā)生冷害的年份和年數(shù)，利用頻率公式計算冷害發(fā)生頻率，使用處理軟件ArcGIS對9個研究基地30年間氣溫低于20℃的次數(shù)進行繪圖，結(jié)果如圖1。可以看出，北疆棉區(qū)發(fā)生冷害的頻率較高，尤其是石河子棉區(qū)和瑪納斯棉區(qū)冷害發(fā)生頻率最大；石河子、瑪納斯、烏蘇這三大棉區(qū)對冷害的預防和治理要比其他棉區(qū)更加嚴峻，所以北疆棉區(qū)要更加重視冷害的預防和治理。

3 結(jié)論與討論

本文利用新疆棉區(qū)9個站點1981—2010年的氣象觀測數(shù)據(jù)，主要采用概率計算和統(tǒng)計方法、空間數(shù)據(jù)分析方法，對新疆棉區(qū)低溫冷害空間變化特征進行分析、對冷凍災害進行風險評估。結(jié)果表明，在新疆棉區(qū)中，北疆由于地理位置和緯度的原因，較南疆地區(qū)種植棉花更容易遭受低溫冷凍災害。新疆棉區(qū)7—8月棉花花鈴期平均溫度南疆較北疆高，南疆、北疆溫度差異較大，發(fā)生冷害概率的差異也有所不同。