青海諾木洪近61 a農業熱量資源變化特征分析

吳雙桂，韓廷芳，殷春華，陳 芳

(1.青海省諾木洪氣象站，青海 諾木洪 816102；2.青海省格爾木市氣象局，青海 格爾木 816099)

引言

氣候變化是全球研究熱點[1～3]。氣候變化不僅改變熱量資源等農業氣候資源的時空分布[4，5]，也改變了農作物種植制度和作物布局，進而改變作物的生長發育、產量和加重農業生產的脆弱性[6，7]。氣候是農業生產最主要的限制因子，特別是熱量資源的時空分布及其變化，將會對農業結構、農作物產量和種植制度產生深遠的影響[8]。在氣候變暖的背景下，農業熱量資源也有相應的響應，大量研究表明，熱量資源呈現增加趨勢[9，10]。積溫是衡量作物生長發育過程中所需熱量條件的一種指標，同時也是表征地區熱量條件的一種重要指標[11]，≥10℃積溫反映著喜溫作物所需熱量資源的多寡，是進行農業區劃的重要依據[12]。

中國枸杞之鄉諾木洪地處柴達木盆地東南邊緣，位于青藏高原腹地，海拔高度2 790 m。其地形是諾木洪河和河西洼洪積地形，是適宜的灌溉農業區。以往，諾木洪的農作物主要以小麥、油菜等為主。近些年由于農業產業結構不斷調整，諾木洪加大了枸杞種植，為提高農業經濟收入開辟了新的發展方向。近年來，國內不少學者針對≥10℃積溫的變化開展研究，楊舒琳等對晉江市農業熱量資源變化特征分析的研究表明，晉江市≥10℃積溫呈普遍增加的趨勢。袁成鑫[13]對近59 a青海湖南部地區≥0℃農業界限溫度變化特征的研究表明，農業氣候資源主要熱量指標氣溫穩定通過≥0℃的初日、終日、持續日數和積溫分別呈極顯著提前、推遲、延長和增大趨勢。因此，本文利用1961～2021年諾木洪氣象站逐日、逐年平均氣溫資料，對日平均氣溫≥0℃活動積溫及對應的持續日數以及日平均氣溫≥10℃活動積溫及對應的持續日數的熱量資源變化特征進行系統分析，以期有效指導和促進諾木洪的農業生產，同時為諾木洪的優質作物枸杞的引種及規避農業氣候變化致災風險等提供科學參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文利用諾木洪氣象站1961～2021年的逐日、逐年平均氣溫資料，研究分析這一期間諾木洪地區農業熱量資源的變化特征。

1.2 研究方法

1.2.1 活動積溫計算 活動積溫(℃·d)指某一時期內大于(包括等于)生物學下限溫度的日平均溫度的總和，即

式中，Ti為時段中第i天的日平均溫度，B為生物學下限溫度，N為計算時段的天數。

采用5日滑動平均法確定≥0℃(喜涼作物)和≥10℃(喜溫作物)界限溫度的起止日期，計算穩定通過0℃和10℃的持續日數和活動積溫等熱量要素。

1.2.2 氣候傾向率[14]通常用一次直線方程來描述氣候要素的變化趨勢：

y(t)=a+bt

式中，t為時間序列，a為經驗系數，可通過回歸分析方法中的最小二乘法求取，b為趨勢變化率，當b為正(負)表示氣溫要素有增加(減小)趨勢，b×10為氣候傾向率，表示氣溫要素10 a的變化速率。

1.2.3 Mann-Kendall 突變檢驗 M-K法通過構造正序列(UF)和逆序列(UB)進行計算，根據正逆序列統計量的曲線判斷氣象要素的變化趨勢及突變特征。當正序列(UF)的值大于0，表示序列呈上升趨勢，小于0表示呈下降趨勢。當超過臨界值線時，表示上升或下降趨勢顯著。如果UF和UB兩曲線出現交點，且交點在臨界線之間，那么交點對應的時刻便是突變開始的時間。該方法的優點是數據序列不需要遵從一定的分布，也不受少數異常測定值的干擾。一般取顯著性水平α=0.05，臨界值U0.05=±1.96。

2 結果與分析

2.1 平均氣溫年變化特征

圖1(a)為諾木洪年平均氣溫的變化趨勢，結果表明：近61 a諾木洪的年平均溫度為5.1℃，呈明顯的上升趨勢，增溫幅度為0.39 ℃/10 a，達顯著水平(R=0.87)，通過了0.001的顯著性檢驗。

圖1(b)用 Mann-Kendall 檢驗法對近61 a諾木洪年平均氣溫進行的突變檢驗分析，結果表明：近61 a諾木洪的年平均溫度UF和UB不在臨界線內，說明年平均氣溫沒有發生明顯的突變。

圖1 1961～2021年青海諾木洪年平均氣溫變化趨勢(a)、Mann-Kendall突變檢驗(b)

2.2 ≥0℃積溫變化特征

圖2(a)為諾木洪≥0℃積溫的變化趨勢，從圖2(a)可知：近61 a諾木洪的日平均氣溫穩定通過≥0℃積溫呈上升的趨勢，上升速度為84.20 ℃·d /10 a，達顯著水平(R=0.83)，通過了0.001的顯著性檢驗。年平均積溫為2 732.4℃·d，最高值出現在2016年(3 140.9℃·d)；最低值出現在1970年(2 428.1℃·d)，最高值與最低值相差712.8 ℃·d，由此也說明諾木洪≥0℃積溫的年際變化明顯。

圖2(b)用 Mann-Kendall 檢驗法對近61 a諾木洪≥0℃積溫進行的突變檢驗分析，結果表明：近61 a諾木洪≥0℃積溫UF線呈明顯的上升趨勢，但UF和UB不在臨界線內，說明≥0℃積溫沒有發生明顯的突變。

2.3 ≥10℃積溫變化特征

圖3(a)為諾木洪≥10℃積溫的變化趨勢，從圖3(a)可知：近61 a諾木洪的日平均氣溫穩定通過≥10℃積溫呈上升的趨勢，上升速度為91.0℃·d /10 a，達顯著水平(R=0.79)，通過了0.001的顯著性檢驗。年平均積溫為2 270.5℃·d，最高值也是出現在2016年(2 713.3℃·d)；最低值出現在1986年(1 952.5℃·d)，最高值與最低值相差760.8℃·d，說明諾木洪≥10℃積溫的年際變化幅度較大。

圖3(b)用 Mann-Kendall 檢驗法對近61 a諾木洪≥10℃積溫進行的突變檢驗分析。從圖3(b)可見：≥10℃積溫UF線呈明顯的上升趨勢，UF和UB相交于±1.96臨界線內，兩者的交點是1997年，說明積溫的突變年份為1997年，2000年開始UF線超過臨界線，說明2000年以后≥10℃積溫表現為顯著的上升趨勢。

圖2 1961～2021年青海諾木洪≥0℃積溫變化趨勢(a)、Mann-Kendall突變檢驗(b)

2.4 ≥0℃積溫持續日數

圖4(a)為諾木洪≥0℃積溫持續日數的變化趨勢，由圖4(a)可見，近61 a諾木洪的日平均氣溫穩定通過≥0℃積溫持續日數呈上升趨勢，上升速度為3.46d /10 a，達顯著水平(R=0.66)，通過了0.001的顯著性檢驗。年平均積溫持續日數為239 d，最高值出現在2015年(264 d)；最低值出現在1970年(215 d)，最高值與最低值相差49 d?？傮w來看，諾木洪≥0℃積溫持續日數的年際變化與≥0℃積溫的年際變化基本相符。

圖4(b)用 Mann-Kendall 檢驗法對近61 a諾木洪≥0℃積溫持續日數進行的突變檢驗分析。結果表明：≥0℃積溫持續日數UF線呈明顯的上升趨勢，UF和UB相交于±1.96臨界線內，兩者的交點是1996年，即積溫持續日數的突變年份為1996年，說明1996年以后≥0℃積溫持續日數呈增加趨勢，1998年開始UF線超過臨界線，說明1998年以后≥0℃積溫持續日數上升趨勢明顯。

圖3 1961～2021年青海諾木洪≥10℃積溫變化趨勢(a)、Mann-Kendall突變檢驗(b)

2.5 ≥10℃積溫持續日數

圖5(a)為諾木洪≥10℃積溫持續日數的變化趨勢，由圖5(a)可見，近61 a諾木洪的日平均氣溫穩定通過≥10℃積溫持續日數呈上升趨勢，上升速度為3.81 d /10 a，達顯著水平(R=0.70)，通過了0.001的顯著性檢驗。年平均積溫持續日數為147 d，最高值出現在1998年(167 d)；最低值出現在1986年(128 d)，最高值與最低值相差39 d?？傮w來看，諾木洪≥10℃積溫持續日數的年際變化與≥10℃積溫的年際變化基本同步。

圖5(b)用 Mann-Kendall 檢驗法對近61 a諾木洪≥10℃積溫持續日數進行的突變檢驗分析。由圖5(b)可知，≥10℃積溫持續日數UF線呈明顯的上升趨勢，UF和UB相交于±1.96臨界線內，兩者的交點也是1996年，即積溫持續日數的突變年份為1996年，21世紀開始UF線超過臨界線，說明21世紀以后≥10℃積溫持續日數呈明顯的上升趨勢。

圖4 1961～2021年青海諾木洪≥0℃積溫持續日數變化趨勢(a)、Mann-Kendall突變檢驗(b)

圖5 1961～2021年青海諾木洪≥10℃積溫持續日數變化趨勢(a)、Mann-Kendall突變檢驗(b)

3 結論與討論

近61 a諾木洪的年平均溫度呈明顯的上升趨勢，增溫幅度為0.39℃/10 a，達顯著水平(R=0.87)，通過了0.001的顯著性檢驗，年平均氣溫沒有發生明顯的突變。

近61 a諾木洪的日平均氣溫穩定通過≥0℃積溫和≥10℃積溫均呈上升的趨勢，上升速度為84.20℃·d /10 a、91.0℃·d /10 a，通過了0.001的顯著性檢驗，≥0℃積溫沒有發生明顯的突變，≥10℃積溫于1997年發生了突變。

近61 a諾木洪的日平均氣溫穩定通過≥0℃積溫持續日數和≥10℃積溫持續日數均呈上升趨勢，上升速度為3.46 d /10 a、3.81 d /10 a，通過了0.001的顯著性檢驗，兩者均在1996年發生了突變?？傮w來看，諾木洪≥0℃積溫持續日數的年際變化與≥0℃積溫的年際變化基本相符，≥10℃積溫持續日數的年際變化與≥10℃積溫的年際變化基本同步。

經濟作物枸杞在諾木洪農作物中所占比重很大，日益增加的農業熱量資源對枸杞影響較大，也使原本受熱量限制的病蟲害擴散增大，給枸杞種植戶帶來了一些病蟲害防治的困難。因此，對于近61 a來諾木洪農業熱量資源增加的趨勢下，需合理評估、開發和利用熱量資源，及時有效規避農業氣象風險。