黄淮平原气候生产力的变化特征及变化趋势研究
Research on Characteristics and Futural Trend of Climatic Productivity in Huanghuai Plain

全球气候变暖背景下,极端天气出现频率增大.农业是对气候敏感的高风险行业,研究气候变化以及其影响是农业适应气候变化、科学防灾减灾的必要前提.黄淮平原地处南、北过渡带,光热水资源充沛,农业上主要为小麦玉米两熟轮作,对气候变化敏感.本文取32°~35°N、112°~121°E横跨河南省、安徽省、江苏省境内的黄淮平原为研究范围,利用该区域内20个气象站点1957-2012年的气象数据,建立与年、四季、冬小麦苗期、冬小麦中期、冬小麦后期各阶段相对应的气温、降水量数据集,运用数学统计、空间分析方法分析气温、降水量、气候生产力在整个时间序列上的年代际变化、年际变化、突变发生和空间分布特征,研究不同阶段气候要素与相气候生产力的关系,确定影响气候生产力的关键要素,估算分析区域内不同阶段的气候生产潜力,并预测未来年、冬小麦生长期的气候生产力变化趋势,结论如下:(1)1957-2012年,研究区域年均气温整体上以0.198℃/10a的速率上升,其中,春季、秋季、冬季、冬小麦苗期、冬小麦中期、冬小麦后期气温分别以0.281℃/10a、0.236℃/10a、0.321℃/10a、0.316℃/10a、0.42℃/10a、0.207℃/10a的速率升高,在90年代以后,趋势更加显著,但是夏季气温以0.015℃/10a的速率降低.所有研究阶段均在所研究时间序列上发生了突变,突变点分别出现在70年代、90年代.各个阶段的气温在空间上整体呈现出由西南向东北逐渐降低的趋势,高温中心和低温中心分别位于阜阳、连云港附近.(2)1957-2012年,研究区域降水量整体上以1.367mm/10a的速率减少,其中,春季、秋季、冬小麦苗期、冬小麦中期降水量分别以3.97mm/10a、6.033mm/10a、0.401mm/10a、3.152mm/10a的速率减少,夏季、冬季、冬小麦后期降水量分别以6.734mm/10a、1.902mm/10a、0.802mm/10a的速率增加.夏季是全年的主要降水时段,该阶段降水量占全年总量的55.25%,冬小麦三个生长阶段的降水量均比较少,分别占全年降水量的13.14%、11.61%、7.875%.降水量突变分析中,各研究阶段内正、逆序列曲线在多个地方相交,但是均没有发生突变现象.空间上,降水量在各研究阶段表现出相对强的规律性,降水量由东南向西北逐渐减少,研究区西北部降水量普遍偏少.(3)研究区域内,年、夏季、冬小麦后期的气候生产力在1957-2012年时间序列上分别以7.3135kg/(hm~2·a)、10.914 kg/(hm~2·a)、2.8478 kg/(hm~2·a)的速率增加,秋季、冬小麦苗期、冬小麦中期气候生产力分别以10.672 kg/(hm~2·a)、0.9667 kg/(hm~2·a)、7.5202 kg/(hm~2·a)的速率减少.空间上,京杭大运河以东地区气候生产力普遍高于以西地区,大运河以西的地区南方普遍高于北方,尤其是河南省.江苏省、安徽省研究区内气候生产力相差不大,夏季气候生产力普遍偏高,冬小麦后期气候生产力普遍偏低,气候生产力高值中心位于江苏省盱眙附近,气候生产力低值中心位于郑州、开封附近.(4)相关分析表明,冬小麦后期气温与气候生产力间在0.01水平上表现出强正相关关系,夏季气候生产力与夏季气温在0.05水平上表现出正相关关系;所有研究阶段的降水量与对应气候生产力间均存在很强的正相关关系,相关系数均高于0.94,降水量是影响各阶段气候生产力的主导因素.(5)研究区域内,2006-2012年作物实际单位产量分别是气候生产力估算值的75.79%、68.76%、77.51%、80.84%、80.68%、82.54%、86.24%,气候生产潜力逐渐减小;生长期内冬小麦区域内实际的小麦产量是气候生产力的79.93%、87.42%、77.09%、82.20%、100.79%、86.96%、112.88%,2010年和2012年的冬小麦实际产量超过气候生产力.冬小麦生长期内对气候的利用效率要高于年气候利用效率,需要采用科学、有效的措施提高年内气候资源的利用,提高年作物单位产量.(6)研究区内年气温增加(或减少)1℃,则年气候生产力增加(或减少)326.841 kg/(hm~2·a);年降水量增加(或减少)1 mm,则研究区内年气候生产力增加(或减少)5.529 kg/(hm~2·a).在气温、降水量变化趋势不变的条件下,区域内年气候生产力每十年增加57.156kg/hm~2·a.对于冬小麦,气温上升(或下降)1℃,则气候生产力增加(或减少)49.771kg/(hm~2·a);降水量增加(或减少)1mm,冬小麦气候生产力增加(或减少)26.144kg/(hm~2·a).冬小麦生长期内,在气温、降水量变化趋势不变的条件下,冬小麦气候生产力每十年增加87.577 kg/hm~2.