苗 茜， 曾 燕， 谢志清， 王珂清

(江苏省气候中心，江苏 南京 210009)

气候变化对农业和粮食保障的影响是全世界关 注的一大问题［1］。热量作为农作物生长发育极其重要的环境条件，直接决定农作物种植区域，影响农作物的生长、产量和质量［2］。气温升高改变了地区的热量条件，在改变作物生长、产量和质量的基础上将进一步影响农产品的市场。淮河流域地处中国东部，介于长江和黄河两流域之间，地跨湖北、河南、安徽、江苏、山东5省，面积约2.7×105km2;流域西部及东北部为山区、丘陵区，其余为广阔的平原;流域位于暖温带和北亚热带的过渡区，年均气温13.7℃，年均降水量814.8 mm［3］。淮河流域作为中国重要的粮棉油生产基地之一，产量波动将牵动国家的粮食保障和农业大计，其热量资源变化趋势研究具有重要意义。

农业气象界限温度，简称界限温度，具有特定农业意义，如:生长发育期、农事活动的开始与终止的空气温度。这些有特定农业意义的空气温度可以组成农业气候热量指标系统。常用的农业气象界限温度有0℃、5℃、10℃、15℃和20℃等［4］。衡量一个地区农业热量资源的主要指标包括稳定通过各界限温度的积温及其初日、终日和持续日数等。

热量资源是农业生产决策的重要指标，其变化趋势影响农业生产的决策导向。在当前全球变暖背景下，气候变暖造成的热量资源变化对农业生产的影响基本是不利的，在加大作物遭受高温热害风险同时增加农业生产的不稳定性，主要表现为产量波动幅度变大、品质下降、农业种植结构布局改变等［5-14］，进一步加大粮食生产能力的不确定性。因此，分析热量资源的气候变化趋势对国家粮食安全具有重要意义。

1 材料与方法

2 结果

2.1 不同界限温度积温变化趋势

由表1、图1可见，1961～2007年淮河流域≥0℃、≥10℃、≥15℃积温均呈显著增加趋势，其气候倾向率分别为每10年67.7℃、62.8℃、48.0℃，具有随界限温度增加而减小的特点。结合表1可以看出，就不同年代际比较而言，≥0℃、≥10℃、≥15℃积温均呈现20世纪80年代最低、90年代开始明显增高、2000年之后达到最高的特点。≥20℃积温的年代际变化不显著。

图1 1961～2007年淮河流域不同界限温度积温变化Fig.1 Annual change of accumulated temperatures for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

表1 淮河流域不同界限温度积温的年代间变化Table 1 Decadal changes of accumulated temperatures for different boundary temperatures in Huaihe River Basin

从图2可以看出，1961～2007年淮河流域各界限温度积温发生显著变化的站点数目随着界限温度的增加而减少。除流域西北少部分站点≥0℃积温气候倾向率无明显变化趋势外，大部分站点≥0℃积温增加趋势都非常明显，尤其是东部区域，大部分站点气候倾向率大于每10年72.82℃，其高值也主要集中在东部。≥10℃积温气候倾向率总体延续≥0℃积温分布态势，但无明显变化站点数略有增多。在≥15℃积温气候倾向率空间分布图中，无明显变化趋势的站点数目明显增加，主要集中在中西部，东部苏皖鲁交界地区积温气候倾向率仍比较高。仅流域中南部少部分站点≥20℃积温气候倾向率呈显著增加趋势，绝大多数站点无明显变化。

图2 1961～2007年淮河流域不同界限温度积温气候倾向率空间分布Fig.2 Spatial distribution for the change of accumulated temperatures for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

2.2 不同界限温度持续日数变化趋势

由图3可以看出，在近47年中，淮河流域除≥20℃的持续日数没有明显变化趋势外，≥0℃、≥10℃、≥15℃的持续日数均呈显著增加趋势(P＜0.01)，尤其以≥10℃的持续日数上升趋势最为明显。就上升幅度来说，≥0℃持续日数气候倾向率最大，达每10年5.4 d;≥10℃次之，为每10年3.1 d;≥15℃最小，为每10年2.2 d。

图3 淮河流域1961～2007年不同界限温度持续日数变化Fig.3 Annual change of durations for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

由表2可以看出，≥0℃持续日数的最低值出现在20世纪80年代，20世纪90年代之后陡然上升，增加日数近25 d。自20世纪80年代开始，≥10℃和≥15℃的持续日数呈持续增加的特点，2000～2007年达到最大，与20世纪60年代的最低值相比分别增加了8.1%和6.0%。≥20℃的持续日数各年代对比总体变化不大。

表2 淮河流域不同界限温度持续日数的年代际变化Table 2 Decadal changes of durations for different boundary temperatures in Huaihe River Basin

由图4可见，随着界限温度增加持续日数增幅降低，从空间分布上看淮河流域中部和东部增温趋势显著于西部，且增幅较大。中东部大部分区域≥0℃持续日数气候倾向率主要为每10年3.92 ～8.53 d，最高达到每 10 年 12.34 d，无明显变化趋势站点主要位于流域西南区域。≥10℃持续日数增加显著的站点较≥0℃的增多，几乎遍布整个流域，大部分站点气候倾向率在每10年2.14 d至3.91 d之间，最高值为每10年8.53 d。≥15℃持续日数增加显著的站点比较分散，多位于流域中东部，其气候倾向率主要在每10年2.14 d至3.91 d之间，最高为每10年6.40 d。除流域东南部的少部分站点≥20℃持续日数略有增加外，大部分站点无明显变化。持续日数增加使得作物生长期相对延长，配合积温增加将使越冬作物种植北界和多熟制北界北移［16］。

图4 淮河流域1961～2007年不同界限温度持续日数气候倾向率的空间分布Fig.4 Spatial distribution for the change of durations for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

2.3 不同界限温度初日变化趋势

淮河流域稳定通过0℃和10℃初日在近47年间有显著提前趋势(图5)。其中，稳定通过0℃初日日序的气候倾向率为每10年－3.8 d，稳定通过10℃初日日序的气候倾向率为每10年－2.3 d。15℃初日略有提前，但不显著。20℃初日没有明显变化。

图5 淮河流域1961～2007年不同界限温度初日日序的变化曲线Fig.5 Annual change of beginning dates for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

由图6可见，除西部山区无明显变化趋势外，淮河流域大部分区域稳定通过0℃初日呈显著提前趋势(即:初日日序气候倾向率为负值)。全流域稳定通过10℃初日普遍呈提前趋势。稳定通过15℃和20℃初日变化趋势不明显(仅个别站点呈提前趋势)。

图6 淮河流域1961～2007年不同界限温度初日日序气候倾向率空间分布Fig.6 Spatial distribution of the change of beginning dates for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

2.4 不同界限温度终日变化趋势

从图7可以看到，淮河流域稳定通过0℃、10℃、15℃和20℃终日在近47年间均无显著变化。除少数站点的各界限温度终日日序有所推迟外，大部分站点终日日序没有显著变化(图8)。

图7 淮河流域1961～2007年不同界限温度各界限温度终日日序变化曲线Fig.7 Annual change of ending dates for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

图8 淮河流域1961～2007年不同界限温度终日日序气候倾向率空间分布Fig.8 Spatial distribution for the change of ending dates for different boundary temperatures in Huaihe River Basin from 1961 to 2007

3 讨论

热量资源是农作物生长发育所需的重要环境条件之一。衡量一个地区农业热量资源的主要指标包括稳定通过各界限温度的积温及其初日、终日和持续日数等。本研究应用淮河流域170个常规气象站1961～2007年逐日平均气温资料分析了0℃、10℃、15℃和20℃界限温度的积温、持续日数、初日和终日的变化趋势，结果表明:①淮河流域≥0℃、≥10℃和≥15℃积温均呈显著增加趋势，其气候倾向率分别为每10年67.7℃、62.8℃和48.0℃;≥20℃积温无明显变化趋势。②淮河流域≥0℃、≥10℃和≥15℃持续日数均呈显著增加趋势。就上升幅度来说，≥0℃持续日数气候倾向率最大，达每10年5.4 d;≥10℃次之，为每10年3.1 d;≥15℃最小，为每10年2.2 d。≥20℃持续日数无明显变化。③淮河流域稳定通过0℃和10℃初日有显著提前趋势。其中，稳定通过0℃初日日序的气候倾向率为每10年－3.8 d，10℃初日日序的气候倾向率为每10年－2.3 d。15℃初日略有提前，但不显著。20℃初日没有明显变化。④淮河流域稳定通过0℃、10℃、15℃和20℃终日均无显著变化。总之，因气温升高引起的热量资源变化将延长作物生长的可利用时间。

以热量资源增加为表征的气候变暖将增加农业生产的不稳定性，造成作物产量波动加大，同时加剧病虫草害;作物生长期的气温升高，将缩短养分的积累时间，降低作物产量和品质;气候变化增加了淮河流域的热量，却也增加了高温热害爆发的风险。因此，应当选育适宜品种、施用合适肥料、改变作物种植制度和种植方式以适应气候变化。

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