莱芜市气候变化特征及其对农业生产的影响

王琪珍　卜庆雷　王承军

摘要采用数理统计和线性趋势分析方法,对莱芜市1957～2008年的气温、降水等气候资料进行分析,结果表明:52年来莱芜市气温在波动中上升,气温变化分为2个时期,1987年前为偏冷期,1987年至今为偏暖期。极端最高气温下降,极端最低气温升高明显,冬季低温强度和持续时间明显减弱,冬季增温尤其突出;冬暖夏凉趋势加强。近10年来初霜推迟5d,终霜提前10d,平均无霜期增加10d。冬季缩短,夏季延长,春播期提前、秋播期推迟,作物生长期延长明显,提高了复种指数,资源利用明显提高。年降水量在波动中减少,降水强度增强,极端强降水事件增加,降水的时空分布更不均匀,季节差异更为明显,夏半年气候逐渐转向冷湿化,冬半年逐渐转向暖干化。气候变化对莱芜市农业生产产生了多方面的影响,农业气象灾害增加,作物病虫害发生和影响程度加重,农业生产成本增加,使农业的不稳定性增强。

关键词气候变化;特征;气象灾害;农业生产;影响;山东莱芜

中图分类号S162.5文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)15-0295-03

在过去的100年里,全球气候正在经历一次以变暖为主要特征的显著变化。这种变化对世界范围内生态、资源、环境的负面效应日益显现,导致了各类极端天气气候事件的频繁发生,已经并将继续对经济社会的可持续发展带来深远的影响。肖风劲等根据气候变化情景,从区域布局、种植结构、农作物产量和品质以及设施农业等方面分析了气候变化对我国农业的可能影响。肖国举等[1]研究指出,在过去的几十年,全球气候变化已对我国农业和农业生态系统,特别是我国北方旱区农业造成重大影响,其中不少影响是负面的或不利的。

莱芜市地处鲁中山区腹地,属于暖温带大陆性季风气候,是山东省重要的农业区,农业经济较为发达,在全球及全国气候变暖的大背景下,20世纪80年代后期以来,莱芜市气候明显变暖,农业气象灾害发生严重,农业和农村经济的发展受到严峻挑战。研究气候变化及其对农业生产的影响,对充分利用气候资源,合理调整种植结构、实现可持续发展具有重要意义。

1资料来源与处理

选用1957～2008年莱芜市逐年逐月气温、降水、初霜日、终霜日、无霜期等气象资料及气象灾害普查资料;季节划分的标准为:春季为3～5月,夏季为6～8月,秋季为9～11月,冬季为12月至翌年2月。

2结果与分析

2.1气温变化特征

2.1.1年平均气温变化特征。莱芜市自1957年开始有观测资料,分析1957～2008年的资料可知:52年来,莱芜市年平均气温呈线性递增趋势,平均每10年升高0.32℃。年平均气温为10.9～14.2℃,2006年是莱芜市历史上最暖的年份,2007年、2002年、1994年并列为次暖年份,年气候值为13.0℃。气温序列变化分为2个时期,1987年前,年平均气温多在平均值以下,称为偏冷期,从1987年开始,年平均气温多在平均值以上,称为偏暖阶段,偏暖阶段比偏冷阶段平均气温高1.0℃(见图1)。

2.1.2季、月平均气温变化特征。通过对各季平均气温进行分析,52年来莱芜市各季平均气温总体呈线性增长趋势,表现出明显的非对称性。冬季线性增温最为显著,平均每10年升高0.61℃;春季次之,平均每10年升高0.38℃;自1987年连续23年冬季平均气温高于常年,1999年、2002年冬季平均气温比常年偏高达2.4℃,暖冬突出;进入新世纪后出现7年暖冬。夏季平均气温总体上无变化,近10年来夏季平均气温比常年下降0.1℃,2003年、2004年、2007年、2008年夏季平均气温比常年偏低0.4～1.0℃,是“夏凉”明显的年份,2008年是夏季“极凉”的年份,平均气温比常年偏低1.0℃。一年中,2月份气温升高最显著,平均每10年升高0.78℃,其次为1月份,平均每10年升高0.56℃,8月份气温平均每10年下降0.04℃;而冬半年(10月至翌年4月)平均气温每10年升高0.45℃,而夏半年每10年升高0.13℃,冬半年增温更为明显。

2.1.3极端气温的变化。52年来莱芜市极端最高气温有降低的趋势,平均每10年降低0.28℃,一年中各月极端最高气温集中出现在20世纪90年代以后,2002年极端最高气温达39.9℃,是莱芜市自有气象记录以来的最高值。夏季平均气温呈降低的趋势,2001～2008年夏季平均气温比常年下降了0.5℃,其中7月份下降最明显,比常年下降0.6℃。而极端最低气温则呈明显上升趋势,平均每10年升高1.03℃,1987年后极端最低气温上升明显,1976～1986年和1997～2003年是极端最低气温2个相对偏低的阶段,前后2个阶段相比较,后一阶段低温的强度和持续时间都明显减弱。1987年前年平均低温日数为22.1d,1987～2008年年平均低温日数为6.4d,前后2个时期相差15.7d。这正说明了随着全球气候变暖,莱芜市夏季平均气温和极端最高气温下降,极端最低气温的强度减弱,持续时间缩短,冬暖夏凉趋势明显加强。

2.1.4季节变化特点。在气温升高的同时,莱芜市季节也在悄然发生变化,采用候平均气温低于10℃为冬季开始,高于22℃时为夏季,10～22℃之间为春、秋季[2],近10年来莱芜市平均入春和入夏时间分别提前2d和4d,入秋和入冬时间分别推迟了1d和7d,使冬季缩短,夏季延长,春播期提前、秋播期推迟,作物生长期明显延长。

2.2降水变化特征

2.2.1降水年际变化特征。52年来,莱芜市年降水量呈现出减少的趋势,平均每10年减少13.1mm,年平均降水量在264.1～1 369.3mm,气候值为695.1mm,最多年是最少年的5.2倍。年降水量时空分布不均匀,夏季平均降水量454.2 mm,占年降水量的65.3%。20世纪60年代末、70年代末至80年代是降水相对偏少的时期,60年代前期、70年代前中期、90年代是降水相对偏多的时期,2001年后降水呈现出在波动中增加的趋势,近8年平均降水量比常年多44.1mm(见图2)。

2.2.2降水月、季变化特征。分析莱芜市各季降水量变化情况可知,52年来莱芜市降水量的减少主要发生在夏季,平均每10年减少11.2mm,秋、冬、春季几乎无变化。一年中,2月、5月、6月、8月降水呈增加趋势,8月份增加最明显,其次为6月份,平均每10年分别增加7.8mm、6.3mm;其他各月呈减少趋势,7月份减少最为显著,平均每10年减少25.2 mm,其次为4月份,平均每10年减少4.3mm。冬半年各月除2月份降水略有增加外,其他各月都呈减少趋势,夏半年除7月份减少外,都呈增加趋势。年平均降水日数平均每10年减少了1.8d,大雨日数平均每10年减少0.4d,近10年来,大雨日数增加迅速,平均每10年增加3.8d,夏季平均相对湿度比常年提高8%。夏半年气候逐渐转向冷湿化,冬半年逐渐转向暖干化。

2.2.3暴雨日数变化。52年来莱芜市共出现暴雨117次,平均每年2.3次。年际变化大,总体呈增加趋势,年际间分布不均匀,20世纪50年代后期至70年代,莱芜市暴雨日数在波动中增加,80年代暴雨次数在波动中减少,90年代以来,暴雨日数和强度急剧增加,极端强降水事件增多,21世纪初是莱芜市历史上暴雨最多的时期。近10年来,7月份的降水日数呈增加趋势,平均每10年增加3.5d,暴雨日数则平均每10年减少0.18d,而8月份降水日数和暴雨日数都呈增加趋势,平均每10年分别增加7.0d和0.48d。降水的变化说明莱芜市降水时段趋于集中,降水强度趋于增强,极端强降水事件有增加的趋势,降水的时空分布更不均匀,季节差异更为明显。

2.3气候变化对农业生产的影响

2.3.1气候变化对农业气象灾害的影响。莱芜市气候的变化特点对农业生产造成了多方面的影响,气候变化使莱芜农业气象灾害有加重的趋势。莱芜地处鲁中泰沂山区,属于暖温带半湿润季风气候,自然灾害发生频繁,对1957～2008年莱芜市发生的气象灾害进行统计分析,发现干旱、霜冻、病虫害等灾害成为近年来影响莱芜经济社会可持续发展的主要气象灾害,农业生产将面临更严峻的挑战。一是干旱是莱芜市的主要气象灾害,“十年九春旱”是莱芜气候的真实写照,阶段性的局部旱情几乎年年发生。据统计,52年来,莱芜市发生成灾性干旱23次,发生频率为44.2%。近30年来莱芜市春旱发生几率为75%,春播旱发生几率为67%。20世纪80年代后期以来,干旱的发生程度有所加剧,同时由于夏季降水的减少,使水库蓄水能力下降,水源储备能力减少,大田灌溉能力降低,强降水事件的增多、增强,使地表径流增加,土地涵养水分的能力降低,加剧了旱情的发生,1987年后发生成灾性干旱13次,发生频率为65%,冬半年气候的干暖化,使近10年来的干旱灾害凸显加重趋势,水资源紧缺日趋严重,2001年3月1日至6月21日,莱芜市降水量是建国以来最少的一年,8个大中型水库储水量严重下降,大部分不能正常放水,全市756座小型坝、82条河流全部干枯,地下水位下降严重,有62个村4.1万人饮水困难,1.2万头大牲畜饮水困难,直接经济损失5 500万元;紧接着2001年9月至2002年4月,出现了罕见的秋、冬、春连旱,全市40座水库、219座塘坝干涸,直接损失达3 960万元。受灾人口和影响程度均为历史之最。近10年来,小麦产量呈减产趋势,平均每10年减产60.97kg/hm²,其中2002年小麦产量为4 045 kg/hm²,为10年来最低产量,2007年次之,为4 200 kg/hm²,这主要是近年来秋旱发生几率多,冬前苗情差,春旱重,冻害和病虫害发生加重以及灌浆期的高温干旱造成的。二是冬季气温明显升高,低温持续时间和强度减弱,使越冬病虫卵死亡率降低,有利于病虫害的越冬和翌年春季暴发流行,使粮食生产波动性大,农业生产成本增加。近10年来,随着3~4月份的温暖少雨,小麦红蜘蛛、蚜虫等病害发生程度比20世纪重,2006～2007年的暖冬、春旱,导致2007年春季小麦红蜘蛛、麦蚜传播蔓延,小麦受害面积之广,受害程度之重,均为历史罕见,当年小麦总产减产9.37%[3]。三是气候变暖使农业的不稳定性增加。在连续暖冬的背景下,气温变化的极端事件增多,强度增加,冬春气温升高,冬季低温日数减少,冻害次数减少,强度减轻,但春季冻害的程度却在加剧,低温冻害的影响更加严重,严重冻害的风险依然存在。莱芜市属大陆性季风气候,四季分明。春季是冬夏过渡季节,冷空气活动频繁,莱芜市终霜日期为4月13日,此时正值小麦孕穗期,大蒜、桑苗的返青生长期,各种果树的花期,尤其是花椒正值返青、新梢生长时期,霜冻带来的损失更为严重,据统计,轻的年份作物减产2成左右,重的年份减产5成以上,甚至造成绝产[4]。一方面,由于秋冬季气温升高,暖冬导致冬前积温过多,使越冬作物旺长明显,营养消耗过多,越冬期越冬锻炼不足,耐寒能力下降;另一方面,2月份气温的急剧升高,使小麦返青较早,发育期提前明显,发育进程加快,果树萌动、开花等生育期偏早,3~4月份冷空气活动频繁,气温波动较大,易使小麦、果树等越冬作物遭受冻害,近10年来,莱芜市倒春寒天气增多,春季共发生严重冻害3次,因灾造成的损失达1亿元,最严重的是2001年3月27～28日,19个乡镇遭受低温冻害,造成48万人受灾,成灾人口15万人,农作物受灾3.7万公顷,成灾2.6万公顷,绝产0.9万公顷,直接经济损失1 200万元[5]。

2.3.2气候变化对种植制度的影响。气候变化使种植制度发生了改变。20世纪80年代以来出现了间作、套种、复种、轮作等多种形式[6],复种指数有了明显提高,近10年来平均复种指数比80年代提高5.6%。但连年复种,致使土地得不到深翻,病虫害反复发生,如西部平原大蒜种植区大蒜地里点种玉米,玉米收获后种大蒜,连年轮作,土质老化,残留病菌较多,近年来大蒜多种病害发生加重,防治难度大,严重影响了大蒜的产量和品质,使莱芜市大蒜的国际竞争力受到冲击,年出口能力降低,蒜农承受的风险增加。冬春气候变暖,为发展设施农业提供了便利。自90年代以来,莱芜市大棚蔬菜、水果、花卉种植以及大棚养殖发展迅速,使资源利用率明显提高。

3结论与讨论

通过分析可知,52年来,莱芜市气温升高,降水减少,冬半年气候逐渐干暖化,夏半年逐渐湿冷化,冬暖夏凉明显,农耕期延长,复种指数有所提高,较适宜农业生产。冬春积温的增加,无霜期的延长,使耕作制度发生变化,使春播作物播种期提前,秋播作物播种期推迟,冬季低温持续时间和强度减弱,暖冬有利于温室大棚等设施农业的发展,但使越冬病虫卵死亡率降低,病虫害发生加重。复种指数的提高,使土地连年轮作,病虫生存环境延续,多种病虫害反复发作,农业生产成本提高。年降水量的减少以及冬半年气候的干暖化,使干旱加剧,旱灾危害的程度加强。冬季低温冻害有所减轻,但春霜冻的危害加剧,小麦、林果业遭受严重冻害的风险仍然存在。气候变化使莱芜市农业气象灾害加重,气候变暖使农业的不稳定性增加,气候变化对农业生产的影响利弊并存。

4参考文献

[1] 肖国举,张强,王静.全球气候变化对农业生态系统的影响研究进展[J].应用生态学报,2007,18(8):1877-1885.

[2] 罗汉民.气候学[M].北京:气象出版社,1986.

[3] 王琪珍,王承军,卜庆雷.2006～2007年度莱芜小麦减产的气象条件分析[J].现代农业科技,2007(18):131-132.

[4] 卜庆雷,王琪珍,王西磊.莱芜市气候变化特征及对农业生产的影响分析[J].当代生态农业,2006(1):58-60.

[5] 王琪珍,王承军,卜庆雷.莱芜春季冻害特征分析[J].现代农业科技,2007(12):202-204.

[6] 裴洪芹,郭丽娜,张可欣,等.气候变化对临沂农业的影响[A].山东省气象学会2007年优秀论文集[C],2007:584-589.