1991—2020年滁州市冬小麥生育期變化特征

張鑫童 金華星 杜少棟

滁州市氣象局，安徽 滁州 239000

0 引言

由于秋冬季變暖，我國北方地區冬小麥播種期普遍推遲4～8 d，成熟期提前4～7 d，全生育期縮短4～9 d［1］。因不同地區的氣候條件不同，同一種作物相同物候期的變化趨勢也存在明顯的地區性差異［2］。目前，針對安徽省滁州市冬小麥生育期變化特征的研究尚屬空白。因此，筆者擬運用趨勢分析、Mann-Kendall突變檢驗及Morlet小波分析等方法，研究1991—2020年滁州市冬小麥生育期變化特征，為當地氣象部門開展農業氣象服務提供技術支撐。

1 資料與方法

1.1 研究區域和資料

研究區域為滁州市，屬亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，季風明顯，氣候濕潤，雨熱同季。滁州市年平均氣溫15.4℃，年降水量1 000～1 100mm，全年無霜期210 d左右。1991—2020年滁州市冬小麥生育期記錄來源于滁州市氣象局農業氣象觀測站年報表，1990—2020年（冬小麥為跨年作物）滁州市國家氣象觀測站逐日觀測數據來源于全國綜合氣象信息共享平臺（CIM ISS）。為方便統計分析，研究區內冬小麥各生育期統一確定為該生育期的普遍日期距播種日期的天數。

1.2 研究方法

趨勢分析法是基于最小二乘法建立的一元回歸方程，其中回歸方程的系數表征生育期的變化趨勢，一般將系數的10倍定義為變化速率［3］。Mann-Kendall突變檢驗法是一種氣候診斷與預測技術，可以判斷氣候序列中是否存在突變［4］。此次研究利用該方法分析滁州市冬小麥生育期的突變特征。Morlet小波分析可以將信號分解為一系列小波函數的疊加，以便更真實地反映原信號在某一時間尺度上的變化，從而得出時間序列的顯著波動模式，即周期變化［5］。筆者采用Mor‐let小波分析法探究滁州市冬小麥生育期的周期變化特征。Mann-Kendall突變檢驗與Morlet小波分析均使用Matlab軟件完成。

2 結果與分析

統計分析結果表明，1991—2020年滁州市冬小麥播種至出苗期平均為11 d，播種至三葉期平均為30 d，播種至分蘗期平均為50 d，播種至拔節期平均為134 d，播種至孕穗期平均為161 d，播種至抽穗期平均為168 d，播種至乳熟期平均為200 d，全生育期（播種至成熟期）平均為213 d。

2.1 生育期變化趨勢

趨勢分析結果表明，1991—2020年滁州市冬小麥孕穗、抽穗、乳熟、成熟4個生育期距播種期天數呈極顯著的縮短趨勢（P<0.01），其余生育期變化趨勢不顯著。由圖1可知，冬小麥播種至孕穗期每10 a縮短約6.5 d，播種至抽穗期每10 a縮短約7.9 d，播種至乳熟期每10 a縮短約8.3 d，全生育期每10 a縮短約6.8 d。

圖1 1991—2020年滁州市冬小麥生育期變化趨勢

2.2 生育期突變特征

1991—2020年對滁州市冬小麥各生育期距播種期天數進行Mann-Kendall突變檢驗，結果如圖2所示。1991—2020年滁州市冬小麥孕穗、抽穗、乳熟、成熟4個生育期距播種期天數存在明顯的突變點，其余生育期突變檢驗結果不顯著。由圖2（a）可知，2011—2020年冬小麥播種至孕穗期天數呈下降趨勢，UF與UB曲線相交于2016年，且只存在一個交叉點，即突變年份為2016年；自2018年起，UF曲線穩定突破臨界值，且下降趨勢更為顯著；突變后播種至孕穗期年均天數為146 d，與突變前相比縮短18 d。由圖2（b）可知，播種至抽穗期天數突變年份為2015年，自2017年起下降趨勢更為顯著，突變后播種至抽穗期年均天數為153 d，與突變前相比縮短19 d。由圖2（c）可知，播種至乳熟期天數突變年份為2016年，自2018年起下降趨勢更為顯著，突變后播種至乳熟期年均天數為178 d，與突變前相比縮短27 d。由圖2（d）可知，1991—2020年滁州市冬小麥全生育期天數總體表現為先下降再上升又下降的變化過程，UF與UB曲線在95%置信區間內只存在一個交點，即突變年份為2016年，突變后播種至成熟期年均天數為195 d，與突變前相比縮短22 d。

圖2 1991—2020年滁州市冬小麥生育期Mann-Kendall突變檢驗

2.3 全生育期周期分析

分析可知，1991—2020年滁州市冬小麥全生育期存在顯著的變化趨勢和突變點。選擇Matlab小波工具箱中的Morlet復小波函數對冬小麥全生育期進行周期分析，結果如圖3所示。圖3（a）為小波系數實部等值線圖，可以反映全生育期時間序列在不同時間尺度上的周期變化，實線表示小波系數實部值為正，虛線表示小波系數實部值為負，對應冬小麥全生育期處于延長或縮短期。由圖3（a）可知，1991—2020年滁州市冬小麥全生育期變化具有明顯的周期性特征，具體表現為13～15 a尺度上出現的延長與縮短趨勢交替的準3次振蕩，以及8～10 a尺度上出現的準4次振蕩。圖3（b）為小波系數模等值線圖。模值越大，表明其所對應的時段或尺度的周期性越強。由圖3（b）可知，13～15 a時間尺度的模值最大，其中2005—2010年之間模值相對較小，說明在2005年之前和2010年之后，13～15 a時間尺度的周期變化更顯著。圖3（c）為小波方差圖，可以反映冬小麥全生育期時間序列的波動能量隨尺度的分布情況，以確定全生育期變化過程中存在的主周期。由圖3（c）可知，小波方差圖中存在3個較為明顯的峰值，依次對應4、9、14 a的時間尺度；其中最大峰值對應14 a的時間尺度，說明14 a時間尺度的周期振蕩最強，為冬小麥全生育期變化的第一主周期。根據小波方差檢驗的結果，繪制冬小麥全生育期變化過程的主周期趨勢圖，如圖3（d）所示。在14 a特征時間尺度上，1991—2020年滁州市冬小麥全生育變化的平均周期約為5 a，大約經歷了3個周期的減增變化。

圖3 基于Morlet小波分析的冬小麥全生育期周期變化

3 結語

1991—2020年滁州市冬小麥生育期變化主要體現在生殖生長階段，其中孕穗、抽穗、乳熟、成熟4個生育期距播種期天數呈極顯著的縮短趨勢，生育期天數每10 a的變化速率分別為6.5、7.9、8.3、6.8 d。

1991—2020年滁州市冬小麥孕穗、抽穗、乳熟、成熟4個生育期距播種期天數存在明顯的突變點，除抽穗期突變年份為2015年，其余3個生育期突變年份均為2016年。突變前后，播種至孕穗期天數變化幅度最?。s短了18 d），播種至乳熟期天數變化幅度最大（縮短了27d）。

冬小麥全生育期（播種至成熟期）主要表現為13～15 a時間尺度上的年代際周期，且2005年之前和2010年之后，13～15 a時間尺度的周期變化更顯著。在周期振蕩最強的14 a特征時間尺度上，冬小麥全生育變化的平均周期約為5 a，大約經歷了3個周期的減增變化。