1961—2023年青海湖南部地區熱量資源變化特征分析

摘要［目的］分析青海湖南部地區熱量資源變化特征。［方法］利用1961—2023年青海湖南部共和縣的逐日平均氣溫，采用線性趨勢、滑動平均、Mann-Kendall突變檢驗法等數理統計方法探討該地區≥0℃、≥10℃初終日、持續天數以及積溫的變化特征。［結果］1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃初日（終日）呈極顯著提前（推遲）趨勢?！?℃、≥10℃初日分別在2001、1985年發生了由遲到早的突變，終日分別在1994、1988年發生了由早到遲的突變。≥0℃、≥10℃持續天數呈極顯著延長趨勢，分別在1995、1978年發生了由短到長的突變。≥0℃、≥10℃積溫呈極顯著增加趨勢，分別在1993、1987年發生了由少到多的突變。［結論］熱量資源的增加對農業生產及農作物生長極為有利。

關鍵詞熱量資源；積溫；初終日；持續天數；變化特征；青海湖南部地區

中圖分類號P467"文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2024）24-0188-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.24.040

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

AnalysisofChangeCharacteristicsofThermalResourcesintheSouthofQinghaiLakeDuring1961-2023

SANGDuo-xiang，LIUWen-bing，ZHANGHai-chun

（MeteorologicalBureauinHainanPrefectureofQinghaiProvince，Gonghe，Qinghai813099）

Abstract［Objective］ToanalyzethechangecharacteristicsofthermalresourcesinthesouthofQinghaiProvince.［Method］UsingthedailyaveragetemperatureinGongheCounty，southofQinghaiLakefrom1961to2023，themathematicalstatisticalmethodssuchaslineartrend，movingaverageandMann-Kendallmethodwereusedtoexplorethechangecharacteristicsoftheinitialday（theendingday）≥0℃，≥10℃，durationandaccumulatedtemperatureinthisarea.［Result］Theinitialday≥0℃and≥10℃showedanextremelysignificantadvance（delay）trend.Theinitialday≥0℃and≥10℃wasasuddenchangefromlatetoearlyin2001and1985，theendingday≥0℃and≥10℃mutationfromearlytolateoccurredin1994and1988.Durationdays≥0℃and≥10℃showedanextremelysignificantincreasetrend，mutationfromshorttolongoccurredin1995and1978.Theaccumulatedtemperatureof≥0℃and≥10℃showedanextremelysignificantincreasingtrend.Themutationfromlesstomoreoccurredin1993and1987respectively.［Conclusion］Theincreaseinheatresourcesisextremelybeneficialforagriculturalproductionandcropgrowth.

KeywordsThermalresources;Accumulatedtemperature;Initialandendingday;Duration;Changecharacteristic;SouthofQinghaiLake

熱量資源是農業生產的重要自然資源，衡量某地區熱量資源的主要指標是穩定通過0、10 ℃等界限溫度的積溫及相應的持續天數^［1-2］。在全球氣候變化背景下，熱量資源的改善對農業的影響有利有弊^［3-9］。有關熱量資源的研究，國內學者已有諸多報道^［10-16］，如孫彥坤等^［15］研究了黑龍江省熱量資源變化特征及對水稻不同發育期生長的影響，得出水稻生育期內≥10 ℃積溫、逐日最高氣溫、逐日最低氣溫等熱量資源呈增加趨勢；杜軍等^［16］研究了西藏高原農業界限溫度的變化特征，得出1971—2000年西藏大部分站點≥0 ℃的初日提早、終日推遲、持續日數延長、積溫增加。在青海省也有相關報道^［17-19］，如劉義花等^［19］研究得出近50年湟水河流域年平均氣溫呈明顯升高趨勢，≥0 ℃、≥10 ℃的積溫總體呈增加趨勢。筆者對青海湖南部共和地區1961—2023年≥0 ℃、≥10 ℃積溫及相應的持續天數進行診斷分析，探討該地區熱量資源變化特征，以期為氣候變暖背景下青海湖南部共和地區的農業生產提供科學依據。

1資料與方法

1.1研究區概況共和縣是青海省海南藏族自治州州屬5縣之一，是青海藏區人口較多、地域遼闊、畜牧業經濟比重較大的一個縣，在青海藏區經濟社會發展布局中處于重要地位。地理坐標為98°54′～101°22′E、35°46′～37°10′N。地形以高原山地為主，平均海拔3200m，屬高原大陸性氣候，干旱少雨，氣候溫涼，日照充足，晝夜溫差大，年平均氣溫為5.2℃，年降水量為324.7mm。全縣總面積1.73萬hm2，有可利用草場125.08萬hm2，耕地3.13×104hm2。

1.2數據來源研究所需的氣象資料取自共和縣氣象局觀測的1961—2023年逐日平均氣溫。多年平均值采用1991—2020年的平均值。

1.3研究方法

1.3.1 界限溫度及其起止日期。利用5日滑動平均法^［20-21］計算得到站點歷年≥0 ℃、≥10 ℃的初終日，并計算相應期間≥0 ℃、≥10 ℃活動積溫及持續天數。

1.3.2 線性趨勢法。線性趨勢法是氣象上最常用的氣象要素趨勢分析方法^［22］，公式如下：

x（t）=a0+a1t

式中：x為氣象要素的擬合值；t為時間，表示x相對應的年份；a0為截距；a1為氣候變化的斜率。方程中的a0、a1可用最小二乘法確定，將a1×10稱為氣候傾向率。

1.3.3Mann-Kendall突變檢驗法。Mann-Kendall突變檢驗法是廣泛運用于氣象數據時間序列突變的一種非參數檢驗方法，該方法計算迅速、不受少數異常值干擾，也不需要樣本遵從一定的分布，其原理參考文獻［23-24］。該研究采用Mann-Kendall突變檢驗法對≥0℃、≥10℃初終日、持續天數、積溫進行突變檢驗分析。

1.3.4 標準偏差法。采用標準偏差法^［25］分析氣象要素異常年，確定極端事件發生概率。

1.3.5變異系數。利用變異系數來反映各氣象要素的動態穩定程度。

1.4數據統計分析利用Excel2003和DPS7.05軟件對試驗數據進行統計處理、分析。

2結果與分析

2.1≥0℃、≥10℃的初日氣候特征從1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃的初日變化趨勢（圖1a）可以看出，近63年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃初日的氣候傾向率分別為-2.73、-2.26d/10a，相關系數分別為0.550、0.335，均通過置信度α=0.01水平檢驗，≥0℃、≥10℃初日氣候傾向率均呈極顯著提前趨勢?！?℃初日提前速率大于≥10℃初日提前速率，近63年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10初日分別提前17.2和14.2d。

1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃平均初日為3月17日，最早初日為3月5日（2016年），最晚初日為4月8日（1969年），最早與最晚初日相差34d；≥0℃初日的標準偏差和變異系數分別為9.1d和11.5%。在近63年，≥0℃初日異常偏早的有3年，發生在2013、2016和2022年；異常偏遲的有17年，均在2000年以前。≥10℃平均初日為5月24日，最早初日為4月30日（2008年），最晚初日為6月24日（1970年），最早與最晚初日相差55d；≥10℃初日標準偏差為12.4d，變異系數為8.3%。在近63年，≥10℃初日異常偏早的有6年，均發生在2008年以前；異常偏遲的有12年。利用Mann-Kendall突變檢驗法對≥0℃、≥10℃初日進行突變檢驗，結果發現（圖1b），≥0℃初日在2001年發生了由遲到早的突變，突變后較突變前初日提前了9.8d；≥10℃初日在1985年發生了由遲到早的突變，突變后較突變前初日提前了9.7d。

2.2≥0℃、≥10℃的終日氣候特征由圖2a可見，1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃終日的氣候傾向率分別為1.98、1.53d/10a，相關系數分別為0.528、0.381，均通過置信度α=0.01水平檢驗，≥0℃、≥10℃終日氣候傾向率均呈極顯著推遲趨勢?！?℃終日推遲速率大于≥10℃終日推遲速率，近63年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃終日分別推遲12.5和9.7d。

1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃平均終日為11月8日，最早終日為10月21日（1987年），最晚終日為11月25日（2015年），最早與最晚終日相差35d；≥0℃終日的標準偏差和變異系數分別為6.9d、2.2%。在近63年，≥0℃終日異常偏遲的有3年，發生在1999、2015和2017年；異常偏早的有18年，均在1990年以前?！?0℃平均終日為9月21日，最早終日為9月5日（2022年），最晚終日為10月4日（2020年），最早與最晚終日相差29d；≥10℃終日標準偏差為7.4d，變異系數為2.8%。在近63年，≥10℃終日異常偏遲的有6年，均發生在1998年以后；異常偏早的有21年。利用Mann-Kendall突變檢驗法對≥0℃、≥10℃終日進行突變檢驗，結果發現（圖2b），≥0℃終日在1994年發生了由早到遲的突變，突變后較突變前終日推遲了8.3d；≥10℃終日在1988年發生了由早到遲的突變，突變后較突變前終日推遲了7.4d。

2.3≥0℃、≥10℃的持續天數氣候特征由圖3a可見，1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃持續天數的氣候傾向率分別為4.71、3.79d/10a，相關系數分別為0.712、0.469，均通過置信度α=0.01水平檢驗，≥0℃、≥10℃持續天數氣候傾向率均呈極顯著延長趨勢?！?℃持續天數延長速率明顯大于≥10℃持續天數延長速率，近63年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃持續天數分別延長29.7和23.9d。

1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃平均持續天數為236.1d，最短持續天數為204d（1968年），最長持續天數為261d（2015年），最短與最長持續天數相差57d；≥0℃持續天數標準偏差為12.1d，變異系數為5.3%。在近63年，≥0℃持續天數異常偏長的有2年，發生在2015和2016年；異常偏短的有18年，均發生在1996年以前?！?0℃平均持續天數為120.2d，最短持續天數為78d（1970年），最長持續天數為150d（2008年），最短與最長持續天數相差72d；≥10℃持續天數標準偏差為14.8d，變異系數為13.2%。在近63年，≥10℃持續天數異常偏長的有3年，發生在1994、1998、2007年；異常偏短的有22年。利用Mann-Kendall突變檢驗法對≥0℃、≥10℃持續天數進行突變檢驗，結果發現（圖3b），≥0℃持續天數在1995年發生了由短到長的突變，突變后較突變前持續天數延長了16.1d；≥10℃持續天數在1978年發生了由短到長的突變，突變后較突變前持續天數延長了13.6d。

2.4≥0℃、≥10℃積溫氣候特征由圖4a可見，1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃積溫的氣候傾向率分別為85.31、82.40（℃·d）/10a，相關系數分別為0.830、0.647，均通過置信度α=0.001水平檢驗，≥0℃、≥10℃積溫氣候傾向率均呈極顯著增加趨勢。≥0℃積溫增加速率大于≥10℃積溫增加速率，近63年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃積溫分別增加537.5和519.1℃·d。

1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃平均積溫為2540.8℃·d，最多年為2840.8℃·d（2022年），最少年為2079.3℃·d（1976年），最高值較最低值偏多36.6%；≥0℃積溫標準偏差為188.5℃·d，變異系數為7.8%。在近63年，≥0℃積溫異常偏多有3年，出現在2013、2016和2022年，概率為4.8%；積溫異常偏少的有27年，均出現在1993年之前，概率為42.9%?！?0℃平均積溫為1788.3℃·d，最高積溫為2099.8℃·d（2008年），最低積溫為1139.0℃·d（1967年），最高值較最低值偏多84.4%；≥10℃積溫標準偏差為233.6℃·d，變異系數為14.3%。在近63年，≥10℃積溫異常偏多有2年，出現在1998和2008年，概率為3.2%；積溫異常偏少的有24年，基本出現在1997年之前，概率為38.1%。利用Mann-Kendall突變檢驗法對≥0℃、≥10℃積溫進行突變檢驗，結果發現（圖4b），≥0℃積溫、≥10℃積溫發生由少到多的突變點分別在1993和1987年，積溫較突變前分別增加了307.3和324.9℃·d。

3討論

受全球氣候變暖的影響，青海湖南部地區的農業氣候資源也發生了明顯變化。趙恒和等^［26］研究發現青海省共和盆地各級界限溫度初日提前、終日推后、初終間持續日數延長、積溫增加。劉義花等^［19］研究發現氣候變暖使湟水河流域≥0 ℃、≥10 ℃的積溫總體呈增加趨勢，熱量資源更加豐富。張曉云等^［27］研究得出1961—2017年貴南縣≥10 ℃的初日提前、終日推遲、持續日數延長、積溫增加。溫度升高將導致高原小麥生育期延長，增加小麥的干物質產量和籽粒產量^［28］。劉彩紅等^［29］研究表明溫度上升加快了春小麥的生理發育速度，營養生長階段提前，全生育期延長，發育期縮短。同時，氣溫升高使得作物蒸騰與地表面蒸發加大、加快，導致水資源短缺，造成作物水分供應不足，發生階段性干旱等^［30-31］，使農業生產環境進一步惡化。可見，氣候變暖導致熱量資源顯著增加對農業生產不全是有利的，其穩定性不足也會給農業生產帶來不利影響^［32-34］。該研究利用青海湖南部共和地區1961—2023年逐日氣溫資料，研究該地區≥0 ℃、≥10 ℃積溫變化特征，以期為當地合理利用農業氣候資源、積極應對氣候變暖對農業生產的影響提供科學依據。

4結論

（1）1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃初日分別以-2.73、-2.26d/10a的氣候傾向率呈極顯著提前趨勢，近63年≥0℃、≥10℃初日分別提前17.2和14.2d?！?℃、≥10℃初日分別在2001、1985年發生了由遲到早的突變，突變后較突變前≥0℃、≥10℃初日分別提前了9.8、9.7d。

（2）1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃終日分別以1.98、1.53d/10a的氣候傾向率呈極顯著推遲趨勢，近63年≥0℃、≥10℃終日分別推后12.5和9.7d?！?℃、≥10℃終日分別在1994、1988年發生了由早到遲的突變，突變后較突變前≥0℃、≥10℃終日分別推遲了8.3、7.4d。

（3）1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃持續天數分別以4.71、3.79d/10a的氣候傾向率呈極顯著延長趨勢，近63年≥0℃、≥10℃持續天數分別延長29.7和23.9d?！?℃、≥10℃持續天數分別在1995、1978年發生了由短到長的突變，突變后較突變前≥0℃、≥10℃持續天數分別延長了16.1和13.6d。

（4）1961—2023年青海湖南部共和地區≥0℃、≥10℃積溫分別以85.31、82.40（℃·d）/10a的氣候傾向率呈極顯著增加趨勢，近63年≥0℃、≥10℃積溫分別增加537.5和519.1℃·d?！?℃、≥10℃積溫分別在1993、1987年發生了由少到多的突變，突變后較突變前≥0℃、≥10℃積溫分別增加了307.3、324.9℃·d。

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