唐 凯，蔡立青，陆百翔

（广东省潮州市气象局，广东 潮州521000）

气候变化背景下潮州市早稻产量模型构建与未来趋势分析

唐 凯，蔡立青，陆百翔

（广东省潮州市气象局，广东 潮州521000）

利用潮州市农业气象站1980—2009年资料和潮州市气象观测站1971—2009年均气温、降水等资料，挑选主要影响潮州市早稻产量的气象因子，采用多元回归的方法构建了潮州市早稻产量模型，并通过验证分析发现模型的模拟值与实测值的相关性良好；选定CMIP3对未来不同排放情景下做出的三种气候预估，结果表明：潮州市在21世纪总体预估是有显著变暖变湿趋势；将对未来气候预估得到的相关数据带入早稻产量模型发现在三种排放情景的下降趋势均通过显著性检验，在低排放的B1情景下潮州市早稻单产的降幅最小。

早稻产量；气候变化；气候预估；潮州市

近年来由于自然和人类活动的干扰，大气污染和温室气体浓度的升高，加剧了气候变化的速度，气候变化研究已成为目前国际及国内科学界的热点之一[1-4]。在全球气候变暖背景下，大气运行的规律受到了明显的影响，包括降水、日照等主要气候要素出现了一系列的变化，影响了人类生存的环境[5-11]。受气候变化最大的是持续了几千年的农业生产。对于水稻的生育期、种植制度和品种受气候变化影响，很多学者进行了的相关研究[12-14]，但研究在气候变化下建立水稻的产量模型的研究还较少。因此建立水稻产量模型对于做好未来产量预估以及未来粮食安全保障都有着重要的意义。

潮州位于广东省东部的潮汕平原，属于亚热带季风气候。定量做好潮州市早稻产量预估可以为在气候变化背景下潮州市早稻种植制度的修订与气候资源的科学使用提供相关支持。

1 资料和方法

本文数据来源于潮州市农业气象站1980—2009年早稻产量资料，以及潮州市气象观测站1971—2009年的逐月平均气温、降水资料。

应用潮州市气象观测站平均气温和降水资料作为产量模型因子，利用SPSS软件，通过多元非线性回归分析，建立潮州市早稻产量的预报方程，并基于国家气候中心耦合气候模式对潮州市未来主要气象要素进行分析，并将相关因子带入早稻产量的预报方程进行趋势探讨。

2 结果与分析

2.1 早稻产量模型的构建与检验

2.1.1 早稻产量模型构建为了构建潮州市早稻产量模型，根据中国气象局《农业气象观测规范》和实际农业气象观测经验，进一步细化分析气象要素与早稻产量的关系，将早稻的生育期分成秧苗期、分蘖孕穗期和抽穗成熟期三个阶段，从而挑选组合因子，将近30年早稻生育期的气温与降水平均值作为自变量x，近30年早稻产量作为因变量y，利用多元逐步回归模型拟合方程，求得潮州市早稻产量模型方程如下：

y=2 853.843-0.826 7x1-31.996 8x2-36.776x3+0.253x4-0.315 3x5-0.234 2x6（1）

表1是相关模型参数，将各自变量的t值进行比较，发现抽穗成熟期降水对因变量早稻产量的贡献最多，其次是分蘖孕穗期的降水，然后是秧苗期的降水。早稻抽穗成熟期内过多的降水对早稻的抽穗扬花有很大的影响，同时过多的降水会造成进入成熟期的早稻倒伏，早稻的孕穗期也是潮州的前汛期，降水过多影响潮州市早稻的孕穗，过低的气温会抑制处于秧苗生育期早稻的生长，而这段时间的降水有利于早稻秧苗的分蘖。

2.1.2 早稻产量模型检验图1是1980—2009年潮州市早稻单产的实测值与模型模拟值的对比，可以看出实测值与模型模拟值具有比较好的一致性，二者的趋势性比较一致，方程模型拟合效果较好，复相关系数为R=0.644，通过了α=0.01相关性检验，可以利用该模型来预估未来潮州市早稻产量变化特征。

2.2 不同排放情景下未来气候预估

目前，气候变化的预估研究均是在不同排放情景根据现有的不同复杂程度的地球气候模式来模拟的未来气候变化，使用的数据是国家气候中心采用第二种方法来对未来气候变化进行预估生成的，经过了三个阶段的研究，应该能够更加真实的反应21世纪的气候变化总体趋势。未来全球经济的发展，技术结构与土地利用的改变，世界人口的变化等人类社会的发展走向均会影响未来全球气候变化的方向[15]。在对目前排放情景分析基础上，《IPCC排放情景特别报告》(The special report on emissions scenario，SRES)中划分了4个情景“家族”，共包含6组40个排放参考的情景，这其中A1和A2强调发展经济，但在社会和经济发展程度上略有不同；而B1和B2重视可持续发展，但在发展程度上也存在不同。

本文选取了其中三种可能的未来气候情景：SRESA2、A1B和B1，分别代表高排放、中等排放和低排放三种情景来研究在未来气候情景下潮州市早稻产量的变化趋势。

采用了国家气候中心利用可靠性加权平均对IPCC第四次评估报告的20多个不同分辨率的全球气候系统模式的模拟结果制作的CMIP3数据进行了分析。该数据集分辨率为1°×1°。其中SRESA1B、B1情景下17个模式，SRESA2情景下16个模式[16-18]。

2.2.1 未来气候预估通过对CMIP3数据差值计算得到的潮州市21世纪（2001—2100年）气温、降水数据与数据集中的1971—2000年逐月平均值相比的距平值（降水为距平百分比）。然后将该距平值与1971—2000年实测值相加计算得出潮州市21世纪的降水和气温逐月的预估值。这样的集合计算可以较大幅度消除模式系统误差。

2.2.2 未来气温预估图3是在三种不同排放情景下21世纪潮州市气温变化，可以看出，在整个21世纪中，三种情景下，气温均表现为升高趋势，但幅度并不相同，其中由于A2情景排放最高，其气温升高趋势也就最为明显，B1情景因为排放最低，其气温升高趋势也最为缓和，在这三种排放情景下潮州市年平均气温的气候倾向率均通过了显著性检验。随着二氧化碳等温室气体排放的增加，21世纪的前30年，三种情景平均气温增加趋势比较类似，但到了后70年，各种情景的气温升高幅度出现了较为明显的差别，特别在排放较低的B1情景模拟下，平均气温增幅趋缓。

2.2.3 未来降水预估图4是在三种不同排放情景下21世纪潮州市降水变化趋势，可以看出在整个21世纪中，三种情景模拟下，年降水量均表现增加的趋势，只是增幅有所不同，其中在B1情景下，潮州市年降水量增加的趋势最为明显，A2情景下，潮州市年降水量增加的趋势最为缓和。伴随二氧化碳等温室气体排放的增加，21世纪前30年，三种情景降水减少趋势较为类似，但到了中后期，B1情景的降水增幅逐渐加大。未来潮州市年降水量的变化整体幅度依然不大，但是波动可能会加剧，这样对农田用水的规划有较大影响，从而导致它对早稻产量的影响也将越来越复杂。

2.3 未来潮州市早稻产量预估

利用预估的潮州市21世纪气温和降水数据通过潮州市早稻产量模型预估出在三种不同排放情景下21世纪潮州市早稻单产变化趋势见图5。在21世纪中，三种模拟的排放情景下，早稻单产均表现为减少趋势，其中A2情景下，作物单产减少趋势最为明显；B1情景下，其作物单产减少趋势相对较弱，在三种模拟情景下早稻单产气候倾向率通过了显著性检验，表明研究区域内的早稻单产在未来21世纪为较为明显的减少趋势。在三种模拟排放情景中，21世纪潮州市早稻单产都表现明显的减少趋势，其中A2情景减少趋势最明显，所以，在低排放的模拟情景下可以一定程度上减缓研究区域内早稻单产的下降趋势。控制二氧化碳等温室气体排放对研究区域的粮食安全问题有着重要的现实意义。

3 小结

（1）通过对潮州市早稻生育期的分析，选取了相关因子，通过多元回归的方法，建立了潮州市早稻产量的模型方程，并通过了相关的检验。

（2）从选取的气候模式预估结果中发现气温有显著升高态势，降水量变化率较大，但从长期来看是增加态势，说明潮州市在21世纪总体预估是有显著变暖变湿趋势。

（3）在未来三种不同排放情景下降水量及气温的变化趋势，通过早稻产量模型分析在三种排放情景的下降趋势均通过显著性检验，在低排放的B1情景下潮州市早稻单产的降幅最小，所以在未来较低的排放情景模拟下对于减缓研究区域内早稻单产的下降趋势有一定意义。

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Model Construction and Future TrendAnalysis of Rice Yield Under Climate Changes in Chaozhou

TANG Kai,CAI Li-qing,LU Bai-xiang
(Meteorological Bureau of Chaozhou,Chaozhou,Guangdong 521000,China)

Based on data from agricultural meteorological station of Chaozhou collected between 1980-2009 and datafrom meteorological observatory of Chaozhou including mean temperature and precipitation from 1971-2009,we selected the main meteorological factors influencing the yield of early rice in Chaozhou City,and by using multiple regression method we constructed the model of rice yield in Chaozhou City.Through the verification analysis we found that the simulated values had good correlation with the measured values.By selecting CMIP3,three kinds of climate forecast for the future under different emission scenarios were conducted,and results showed that the City of Chaozhou would tend to become significantly warmer and wetter in the twenty-first Century.Related data from future climate estimates were put into the rice yield model,and then it was found rice yield was to decline under three emission scenarios.This trend got through the significant test,and only under the low emission B1 scenario could Chaozhou get the smallest drop in early rice yield.

yield of early rice;climate change;prediction of climate;Chaozhou City

S511.3+1

A

2095-3704（2017）01-0071-05

10.3969/j.issn.2095-3704.2017.01.016

唐凯,蔡立青,陆百翔.气候变化背景下潮州市早稻产量模型构建与未来趋势分析[J].生物灾害科学,2017,40(1):71-75.

2017-02-01

唐凯，工程师，硕士，主要从事应用气象研究和天气预报服务工作，14102858@qq.com。