次旺顿珠，杜 军，次 旺，平措桑旦

（1西藏自治区气候中心，拉萨 850001；2西藏高原大气环境科学研究所，拉萨 850001；3西藏高原大气环境研究重点实验室，拉萨 850001）

0 引言

负积温是一个重要的农业气候生态指标，是日平均气温稳定小于0℃的温度总和，综合反映了冷季的持续时间和低温强度，能较好地反映冷季寒冷程度，其变化会直接制约着当地林木、果树和农作物的安全越冬，而且也影响农业病虫害的发生蔓延[1]。国内学者在负积温已有大量的研究，孔锋[2]分析认为，1961—2018年中国负积温绝对数量随着纬度和海拔的增加而增加；负积温绝对数量增加的地区仅分布在华南南部和云南南部地区；全国其他地区负积温绝对数量均呈减少趋势，尤其是青藏高原、内蒙古中部和东北地区负积温绝对数量减少幅度较大。高庆九等[3]发现华北负积温具有全区一致性增加的特点；冯滢瑛等[4]认为1957—2007年东北地区负积温的增温率由西南向东北递增；王希强等[5]分析表明1960—2015年祁连山区所有站点均表现出负积温初日推迟、终日提前、持续天数缩短趋势；丁文魁等[6]、董国庆等[7]、张霞等[8]、普宗朝等[9]分别对不同区域负积温的变化特征进行分析。赵全宁等[10]揭示了1961—2015年青海高原负积温以74.4℃/10a的速率显著升温，持续日数以3.4 d/10 a的倾向率显著减少。

“一江两河”流域属于高原温带半干旱季风气候，是西藏主要粮油生产基地，农业生产和生态环境对气候条件的依赖性较强，是一个特殊的环境变化敏感区[11]。在全球变暖大背景下，国内学者对该流域气候变化特征做了大量的研究，王蕊等[12]认为1956—2010年该流域增温趋势明显，平均增温速率为0.31℃/10 a，径流的变化趋势与降水高度一致，表现为增加→减少→增加→减少的波动规律。杨志刚等[13-14]指出1961—2010年雅鲁藏布江流域年平均降水量表现为不显著增加，平均年、干季和湿季潜在蒸散量呈微弱的增加趋势。张戈丽等[15]分析得出1959—2008年流域热量资源表现出显著的增加趋势，冬季增温最为明显。游庆龙等[16]讨论了雅鲁藏布江流域1961—2005年极端气候事件的变化趋势，认为冬季是增温最为活跃的一个季节。杜军等[17]研究表明，1981—2014年西藏“一江两河”流域油菜全生育期的降水趋于增加，水分亏缺量在减少。刘金平等[18]分析指出，2000—2014年流域积雪日数呈显著减少的趋势，降水呈不显著的增加趋势，而气温呈显著的增加趋势，最高气温对积雪变化影响最大。但至今有关西藏负积温变化特征及影响的研究尚未见报道。为此，本研究分析了全球变暖背景下西藏“一江两河”主要农区1981—2020年负积温的时空变化特征，及其与平均气温、冻土退化、积雪日数间的关系，以期为本流域农业生产布局、适应气候变化、生态环境保护等研究提供科学参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本研究选用西藏“一江两河”农区9个气象站点（图1）1980—2020年逐日平均气温资料，逐月积雪日数、最大冻土深度等。数据来源于西藏自治区气象信息网络中心。

1.2 分析方法

负积温的统计为上年稳定通过0℃终日的次日至当年稳定通过0℃初日的前一日之间日平均气温＜0℃的累积值[19]。稳定通过0℃的初、终日用5日滑动平均法求得[20]。冬季为上年12月至当年2月。通过算术平均法建立“一江两河”流域负积温要素（初日、终日、持续日数、负积温）以及冬季平均气温、积雪日数和年最大冻土深度序列数据。多年平均值为1981—2000年平均值。

气候倾向率[21]采用公式(1)进行计算。

式中：Y为冬季平均气温、负积温要素；t为时间；a0为常数项；a1为线性趋势项，把a1×10年称为冬季平均气温、负积温要素每10年的气候倾向率。对于气候倾向率的显著性，采用时间t与原序列变量y之间的相关系数进行不同程度的显著性检验（P＜0.10，P＜0.05，P＜0.01和P＜0.001）。

应用Mann-Kendall（简称M-K方法）突变检验方法[21]，分析冬季平均气温、负积温要素的突变气候特征。

2 结果与分析

2.1 冬季平均气温和负积温的空间分布特征

在多年平均状态下（见表1），“一江两河”主要农区冬季平均气温为-2.9～1.2℃，总体呈自西向东递增分布，并随海拔升高而降低；最大值出现在泽当，最小值在江孜。农区负积温平均初日出现在11月15日—12月11日，终日结束于2月8日—3月9日，持续日数介于55.2～114.2天之间，负积温为-65.2～-330.4℃·d，其分布与冬季平均气温的基本一致。

与地理参数（经纬度、海拔高度）进行相关分析发现（见图2），冬季平均气温、负积温初日仅与海拔高度呈显著的负相关(P＜0.05)，负积温终日、持续日数和负积温与海拔高度存在显著的正相关关系(P＜0.01)，相关系数大于0.807。从图2可知，海拔平均每升高100 m，冬季平均气温降低0.63℃，负积温初日提早3.7天，终日推迟4.9天，持续日数延长9.2天，负积温减少37.7℃·d。

图2 冬季平均气温、负积温要素（初日、终日、持续日数和负积温）与海拔高度的散点图

2.2 冬季平均气温和负积温的时间变化

2.2.1 年际变化 表1给出1981—2020年“一江两河”主要农区冬季平均气温、负积温要素的年际变化趋势（气候倾向率），结果显示，1981—2020年各站冬季平均气温呈升高趋势，升幅为0.17～0.67℃/10 a（除南木林外，P＜0.10），以拉萨升幅最大(P＜0.001)，其次是墨竹工卡，为0.66℃/10 a(P＜0.001)，南木林最小。负积温初日以0.43～6.26 d/10 a的速度呈推迟趋势，其中拉萨推迟最多(P＜0.001)，拉孜次之，为5.41 d/10 a(P＜0.001)，江孜最小；终日在尼木站上趋于推迟外，其他各地均表现出提早趋势，平均每10年提早1.96～4.56天，以泽当提早的最多(P＜0.001)；持续日数在所有站点上都表现为缩短趋势，平均每10年缩短1.24～13.03天，其中拉萨缩短的最多(P＜0.001)，其次是泽当，为-8.21 d/10 a(P＜0.01)；各站负积温呈现出显著的增加趋势，为7.36～54.8(℃·d)/10 a(P＜0.05)，增幅以墨竹工卡最大，贡嘎最小。就流域平均而言，1981—2020年冬季平均气温以0.38℃/10 a的速度显著升高；负积温初日表现为推迟趋势（见图3a），为3.11 d/10 a(P＜0.001)，终日平均每10年提早了2.53天（P＜0.05，图3b），持续日数呈现出显著的缩短趋势（见图3c），缩短率为6.03 d/10 a(P＜0.001)，而负积温却以24.93(℃·d)/10 a的速度趋于增加（P＜0.01，图3d）。

图3 1981—2020年“一江两河”农区负积温初日(a)、终日(b)、持续日数(c)和负积温(d)的变化

表1 西藏“一江两河”主要农区各站冬季平均气温、负积温要素（初日、终日、持续日数和积温）的平均值(AVR)和气候倾向率(CLR)

2.2.2 年代际变化 根据分析1981—2020年西藏“一江两河”农区冬季平均气温、负积温要素（初日、终日、持续日数和积温）的10年际变化（见表2），结果表明：“一江两河”农区冬季平均气温在1980s—2000s期间表现出逐年代升高趋势，其中1980s—1990s气温偏低，以1980s偏低最为明显，是1981—2020年冬季最冷的10年；2010s冬季气温虽为正距平，但较2000s偏低0.53℃；2000s冬季是1981—2020年最为暖和的10年。负积温要素的年代际变化明显，1980s负积温初日偏早、终日偏晚、持续日数延长、负积温偏少；1990s负积温初日接近常年值，终日略偏早，持续日数略偏短，而负积温偏少16.8℃·d；进入21世纪后，“一江两河”负积温表现为初日推迟、终日提早、持续日数缩短和负积温偏多的年代际特征，其中2010s初日推迟、终日提早、持续日数缩短最为明显。

表2 1981—2020年西藏“一江两河”农区冬季平均气温、负积温要素（初日、终日、持续日数和负积温）的年代际距平

2.2.3 时间突变 利用M-K方法检验出“一江两河”农区负积温初日、终日、持续日数和积温均发生了气候突变（见图4），其中终日出现的较早，在1993年；初日和持续日数均发生在1996年，负积温出现在1995年。对比突变点前后平均值发现，突变后负积温初日推迟9天、终日提早6天、持续日数缩短17天、积温减少68.6℃·d。同理，发现冬季平均气温在1998年发生了突变（图略），从相对偏冷期跃变为相对偏暖期，突变后冬季平均气温升高了1.0℃。冬季平均气温的突变时间要晚于负积温，这也说明负积温的变化不仅受气温的影响，还与其他要素的有关。

图4 1981—2020年西藏“一江两河”农区负积温初日(a)、终日(b)、持续日数(c)和积温(d)的M-K检验

2.3 负积温要素与其他气象要素的相关分析

相关分析表明（见表3），“一江两河”农区负积温与冬季平均气温呈显著正相关，相关系数达0.954(P＜0.001)，也就是说，冬季平均气温每升高1℃，负积温增加59.6℃·d，即随着气温的升高，负积温也在升高，表明气温对负积温具有显著的正效应。负积温初日、终日、持续日数与冬季平均气温分别呈显著的正相关、负相关和负相关(P＜0.05)。根据线性方程分析显示，冬季平均气温每升高1℃，负积温初日推迟3.0天，终日提早3.5天，持续日数减少8.7天。

表3 负积温要素与其他气象要素的相关系数

一般来说，冬季积雪日数多，积雪持续时间长，冬季气温低，负积温也低。经相关分析发现，“一江两河”农区负积温与冬季积雪日数存在显著的负相关关系，显著性达到P＜0.001；负积温初日、持续日数分别与冬季积雪日数呈显著的负相关(P＜0.01)和正相关(P＜0.05)。根据线性方程分析表明，冬季积雪日数每减少1天，负积温初日推迟1.2天，持续日数缩短2.1天，而负积温增加18.1℃·d，说明积雪日数对负积温的影响不及气温。

从理论上来讲，冻土发育程度与局地小气候可能有一定的关系。研究也表明，作为冬季气候冷暖变化衡量指标之一的负积温与冻土变化存在着明显关系[2,5]。本研究分析表明，“一江两河”农区负积温与年最大冻土深度存在极显著的负相关关系，相关系数为-0.766(P＜0.001)；负积温初日、持续日数也与年最大冻土深度存在显著的相关关系。从线性方程分析发现，年最大冻土深度每减小10 cm，负积温初日推迟5.3天，持续日数缩短12.0天，负积温增加85.4℃·d。而负积温每升高100℃，年最大冻土深度减小6.8 cm，说明冻土的变化对负积温的响应十分敏感，这与王希强等[4]、丁文魁等[5]的结论一致。

2.4 负积温变化对农业的影响

1981—2020年“一江两河”农区负积温及其持续日数均趋于减少，冬季平均气温明显升高，这必然会造成冬小麦、冬青稞幼苗越冬死亡率降低，大棚、温室等设施农业生产成本降低，瓜果、蔬菜生长较快，可提前上市，增加收入，这是有利的一面。另外，负积温升高，导致作物生长发育加快，生长期缩短，品质降低；同时，也增加病虫害的越冬基数，翌年病虫害发生概率增加，致使农药施用量增多，农业生产成本增加，进而影响到作物、瓜果、蔬菜等的产量和品质；亦不利于冬小麦、冬青稞越冬期的抗寒锻炼，春季抗寒性下降，容易遭受终霜冻的危害，特别是果树开花期。

3 结论

（1）在空间分布上，“一江两河”主要农区负积温平均初日出现在11月15日—12月11日，终日结束于2月8日—3月9日，持续日数介于55.2～114.2天之间，负积温为-65.2～-330.4℃·d。负积温要素与海拔高度存在显著的相关性，海拔高度每升高100 m，负积温初日提早3.7天，终日推迟4.9天，持续日数延长9.2天，负积温减少37.7℃·d。

（2）在变化趋势上，近40年（1981—2020年）“一江两河”农区平均每10年负积温初日推迟3.11天、终日提早2.53天、持续日数缩短6.03天、负积温增加24.93℃·d。在10年际变化尺度上，负积温要素变化明显，1980s初日偏早、终日偏晚、持续日数延长、负积温偏少；1990s初日正常，终日略偏早，持续日数略偏短，负积温仍偏少；进入21世纪后，负积温表现为初日推迟、终日提早、持续日数缩短和积温偏多的年代际特征。

（3）在时间突变上，1981—2020年“一江两河”农区负积温要素均发生了气候突变，以终日突变较早，在1993年；初日和持续日数都发生在1996年，而负积温出现在1995年。突变后负积温初日推迟9天、终日提早6天、持续日数缩短17天、负积温减少68.6℃·d。

（4）在相关性上，“一江两河”农区负积温不仅与冬季平均气温呈显著正相关，还与冬季积雪日数和年最大冻土深度存在极显著的负相关关系。负积温升高与冬季平均气温上升、积雪日数减少和冻土退化具有较好的一致性。