九江市高溫熱害的時空分布特征

龔 琦，葛 薇，段里成

江西省農業氣象中心，江西南昌 330096

我國以稻米為主食的人口約占總人口的80%以上，是世界上最大的水稻(OryzasativaL.)生產、進口和消費國，因此，穩定和提高水稻產量對中國乃至全球糧食安全至關重要[1]。溫度是影響水稻生長、產量及品質形成的重要氣象因素，當環境溫度超過水稻生長臨界值時，將會對水稻生長產生影響[2]。

長江流域是我國水稻高溫熱害發生的主要區域，受西太平洋副熱帶高壓影響，每年的6—8月易形成日平均氣溫≥30 ℃或最高氣溫≥35 ℃持續3 d及以上的高溫天氣，高溫對正值水稻孕穗至開花結實期的影響較大，導致產量減少和米質變差[3]。

研究表明，長江中下游地區一季稻高溫熱害呈增加的趨勢，江西是該區域高溫熱害發生率最高且危險程度最重的區域之一[4]；一季稻頻繁的高溫熱害的危險性與該區域7—8月平均氣溫和最高氣溫有極顯著的正相關關系[5]。楊炳玉等[6]的研究表明，江西省水稻高溫熱害集中于7月中下旬和8月上旬，且1983—2010年呈極顯著增加趨勢。

九江市地處江西省西北部，熱量資源較江西南部明顯偏少，在該地區無法保證“雙季稻+油菜”種植模式安全成熟高產，因此在該地區存在明顯的雙季稻和一季稻共存的現象。楊建瑩等[7]的研究表明，江西輕、中、度高溫熱害主要影響早稻抽穗至灌漿中期，重度高溫熱害主要影響的是早稻孕穗至灌漿初期。楊軍等[8]的研究表明，7月中下旬至8月上旬高溫熱害主要影響一季稻抽穗開花期，且2003年以后高溫熱害發生站次和天數均呈增加趨勢。高溫熱害的發生對該地區的早稻和一季稻均有明顯的影響。

目前，針對江西地區不同時段高溫熱害研究較多，而有關九江地區高溫熱害發生始期、逐月分布特征及時空變化等的研究較少。因此，進一步分析九江地區高溫熱害的發生變化規律，為九江地區進一步調整雙季稻、再生稻、一季稻及油菜種植結構調整提供參考。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

氣象數據來源于九江市9個縣級氣象臺站1981—2019年的逐日平均氣溫數據資料，數據來源于江西省氣象信息中心。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候傾向率氣候傾向率一元線性回歸函數表示如下：

式(1)中，x為時間序列，y為氣候要素的擬合值，a為常數，b為氣象要素變化斜率。當b＞0時，說明y隨x呈增加趨勢；當b＜0時，說明y隨x呈下降趨勢。以b的10倍作為氣候要素的氣候傾向率[9]。

1.2.2 Manner-Kendall突變檢驗利用Manner-Kendall非參數趨勢檢驗法(以下簡稱M-K突變檢驗)分析九江地區輕度、中度、重度和總的高溫熱害站次的時間序列變化趨勢。通過構造正序列(UF)和逆序列(UB)，根據正、逆序列統計的曲線變化判斷輕度、中度、重度和總的高溫熱害站次的突變特征和變化趨勢[10]。

1.2.3 高溫熱害指標前人研究認為在水稻孕穗、抽穗及灌漿階段，日平均氣溫≥30 ℃持續3～4 d造成輕度高溫熱害，持續5～6 d造成中度高溫熱害，持續7 d及以上造成重度高溫熱害。

基于此，開展九江地區水稻生長期高溫熱害研究[11]。若某臺站某年出現一次連續的高溫熱害過程，則記為1站次，若該站出現2次高溫熱害過程則記為2站次，依此計算出每個臺站每年發生的高溫熱害站次。

2 結果與分析

2.1 高溫熱害發生始期變化特征

計算各站點高溫熱害氣候傾向率可知(表1)，九江地區9個站點氣候傾向率均為負數，表明九江地區高溫熱害發生始期呈提早趨勢。其中，德安、永修和修水站點提早天數超過4 d/10年，武寧接近3 d/10年，且修水、武寧、永修和德安4縣均分布在九江西部。因此，九江地區高溫熱害變化西部較東部更明顯[12-16]。

表1 各站點高溫熱害氣候傾向率 d/10年

選擇高溫熱害80%保證率這個要素分析高溫熱害空間上的平均特征，結果如圖1所示。80%保證率高溫熱害發生始期主要集中在7月中下旬，且表現為東部較西部發生偏晚。因此，高溫熱害80%保證率在時空分布上存在差異，表現為東部開始發生時間偏晚，且九江地區普遍發生高溫熱害主要從7月中下旬開始。

圖1 1981—2019年九江地區80%保證率高溫熱害發生始期分布

2.2 高溫熱害變化特征

分析輕度、中度、重度和總的高溫熱害站次隨時間的發生趨勢可知(圖2)，1981—2019年高溫熱害發生總站次呈增加趨勢，增加趨勢為1.6次/10年。輕度、中度和重度高溫熱害發生均呈增加趨勢，增加趨勢輕度為0.1次/10年、中度為0.8次/10年、重度為0.7次/10年。因此，高溫熱害發生呈增加的趨勢，增加趨勢表現為中度＞重度＞輕度[17-19]。

圖2 1981—2019年輕度、中度、重度和總高溫熱害發生站次的年際變化

高溫熱害從5月開始發生，且輕度、中度、重度和總的高溫熱害發生站次呈拋物線變化。高溫熱害主要集中在7、8月。6月發生高溫熱害總次數為61次，輕度高溫熱害占比達86%以上；7月高溫熱害發生總次數為479次，其中輕度占比為37.8%、中度為26.3%、重度為36.1%；8月高溫熱害發生總次數為412次，輕度占比為38.8%、中度為26.9%、重度為34.2%；9月高溫熱害發生總次數為41次，輕度占比為53.6%、重度為36.6%。由此可知，7—8月為九江地區高溫熱害主要發生時期，且表現為輕度＞重度＞中度。

2.3 高溫熱害突變及周期變化特征

由圖3突變檢驗可知，高溫熱害輕度、中度、重度和總站次的UF和UB無相交，表明輕度、中度、重度和總站次無突變點。1961—2019年輕度、中度、重度和總站次的UF值以正值為主，表明輕度、中度、重度和總站次整體呈上升趨勢。其中，2005年以后，中度、重度和總站次均超過了信度線，表明此時段以后高溫熱害中度、重度和總站次上升趨勢顯著。

3 結論與討論

基于九江地區9個氣象站點1981—2019年的逐日平均氣溫，利用氣候傾向率、ArcGis插值和M-K突變檢驗對九江地區39年以來高溫熱害開始發生時間和輕度、中度、重度及總的高溫熱害發生站次的變化特征進行了分析，得出以下結論。

(1)1981—2019年九江地區高溫熱害發生初日呈提早發生趨勢，提早天數表現為九江地區西部大于東部。50%保證率高溫熱害發生始期集中在7月上旬，80%保證率高溫熱害發生始期集中在7月中下旬，且均表現為九江東部開始發生時間偏晚。

(2)1981—2019年，輕度、中度、重度和總的高溫熱害發生站次呈增加趨勢，增加趨勢表現為中度＞重度＞輕度。九江地區高溫熱害主要發生月份為7、8月，其中，7月年平均為1.4站次，8月年平均為1.2站次。7—8月高溫熱害發生程度為輕度＞重度＞中度。

(3)1981—2019年輕度、中度、重度和總的高溫熱害發生站次無突變，但2005—2019年中度、重度和總的高溫熱害發生站次存在明顯的上升趨勢。

九江地區存在明顯的“雙季稻”和“一季稻+油菜”爭地現象，因此，研究九江地區高溫熱害發生規律對九江地區水稻種植結構調整具有重要意義。

楊軍等研究發現，江西早稻抽穗開花期和灌漿期高溫熱害多發生于每年的6—7月，中稻(一季稻)孕穗抽穗期和灌漿期高溫熱害主要發生于7—8月。

研究發現，九江地區高溫熱害發生時段主要集中在7—8月，研究結論與楊炳玉等、段里成等的結論一致[20]。

九江地區普遍發生高溫熱害主要在7月中下旬開始，且高溫熱害發生時間呈提早趨勢，此時早稻處于灌漿結實期，將對早稻產量和品質具有一定的影響。

研究還發現九江地區重度高溫熱害發生站次多于中度，且重度高溫熱害呈增加趨勢，重度的高溫熱害發生將對正處于孕穗抽穗、灌漿期的中稻(一季稻)開花結實及灌漿具有一定的影響。

因此，九江地區在進行“雙季稻”和“一季稻+油菜”種植結構調整時，應考慮該地區高溫熱害發生規律，進一步提高九江地區水稻產量和品質。