湖州市冬季气候变化特征及对春季物候的影响

陈中赟，李洪权

(浙江省湖州市气象局，浙江湖州313000)

自然物候现象的变化是对环境条件特别是气候变化最直观的反映，物候不仅反映了当时当地的气候和环境状态，而且还反映了过去一段时间内气候条件积累对生物和非生物的综合影响[1]。物候期的变化不仅可以敏感地指示全球气候变化，还会对生态(物种竞争、害虫与疾病、鸟类迁徙与繁殖等)、农业生产(农作物的适应能力、产量潜力、生长季长度、严寒灾害的风险等)、卫生(疾病的分布、人口数量等)等方面产生重要影响[2]。

湖州市(地理坐标119°14'－120°29'E，30°22'－31°11'N)地处长江下游太湖流域，位于太湖南岸，地势由西南向东北倾斜，西部以山地丘陵为主，东部属杭嘉湖平原水网区，河网密布。湖州地处中纬度，属东亚季风气候，处于暖温带和北亚热带过渡地带。2010年湖州市冬季平均气温较常年偏低，尤其是2011年1月份平均气温异常偏低，2011年春季物候期较往年有所推迟。前人已有研究指出，温度、降水和日照是影响物候的主要气象要素[3—8]。为此，作者系统分析了湖州市现有的物候资料(始于2000年)，并进一步和常规气象数据结合分析了湖州市冬季气候变化特征，探讨冬季平均气温、降水和日照等气象要素的变化及其对春季物候的影响，以便为当地春季物候预测提供一定参考，为促进生态系统保护、新物种引进、农业生产等重要关注问题提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

物候资料和气象资料均来自湖州市气象局档案室。物候资料根据观测时长、连续性好、代表性强的原则，选取湖州市农业气象观测站2000－2011年垂杨、玉兰、银杏、石榴、车前、芦苇、家燕、蛙和蚱蝉各个春季物候期。其中前4种为木本植物，车前和芦苇为草本植物，家燕、蛙和蚱蝉为动物。物候观测数据均采用Julian日换算方法，将逐年物候现象出现日期转化成距1月1日的实际天数，得到各物候期的时间序列。

气象资料为湖州市气象观测站1969－2010年冬季逐日平均气温、降水量和日照资料，经处理后得到冬季的气象要素(即12月至次年2月的平均值)，常年值为1971－2000年30年的气候平均值。

1.2 分析方法

线性倾向估计方法。用线性回归方程Y=bt+a(t=1，2，3，…，n)来拟合某一气象要素序列，其中a为回归常数，b为回归系数，b×10为该要素的气候倾向率。回归系数b可定量反映要素随年份的线性变化趋势，其符号表示要素的升降，数值的大小反映了上升或下降的速率。

Pearson相关系数。描述两个随机变量线性相关的统计量，用r来表示，其取值在－1.0～+1.0，当|r|＞0时，表明两变量呈一定相关，越接近于1.0，相关性越显著，当r=0时，表明两变量相互独立。

2 结果与分析

2.1 冬季气候变化特征

2.1.1 气温

1969－2010 年湖州市冬季平均气温整体呈上升趋势(图1)，气候倾向率为0.31，其中20世纪70年代到80年代初为较低水平时期，平均气温略有下降趋势，从80年代开始明显上升，之后一直维持在较高水平，这可能与全球变暖的气候大背景有关，另外，随着长三角地区的工业发展，人为温室气体排放增加也可能是其中的原因之一。从近10年的气温变化来看，平均气温呈现出了较弱的下降趋势，其中2010年冬季的平均气温达到了近10年的最低水平。

图1 湖州市逐年冬季气温的时间序列

2.1.2 降水量

1969－2010 年湖州市冬季降水量整体呈明显阶段性振荡上升趋势(图2)，1997达到最高点390.5 mm;进入21世纪后呈下降趋势，2010年达到近10年最低点129.4 mm。

图2 湖州市逐年冬季降水量和日照的时间序列

2.1.3 日照时数

1969－2010 年湖州市冬季日照时数整体呈下降趋势(图2)，其气候倾向率为－6.7，其中20世纪80年代中期前处于较高水平，平均日照时数超过400 h;80年代后期开始下降趋势明显，尤其是90年代末期到21世纪初，日照时数明显偏少，平均日照时数不到320 h;近10年来有所增加。对比发现日照时数和降水量存在较明显的负相关，相关系数为－0.3，达到了显著水平。

通过以上分析发现，近42年来冬季平均气温和降水都呈增加趋势，日照时数呈减少趋势;而近10年来与整体趋势相反，平均气温和降水呈减少趋势，日照时数有所增加。

2.2 春季物候期变化特征

2.2.1 植物

春季植物有诸多物候期，但芽膨大期、芽开放期等一些物候期特点表现不显著，人为主观性较大，而展叶始期和开花始期是春季植物物候的典型代表且特征显著，在一定程度上排除了人为因素的干扰，且资料完整度较好，因此，选用展叶始期和开花始期作为春季物候的代表进行分析。

展叶始期。图3－4是湖州站2000－2011年植物展叶始期和开花始期时间序列。

图3 湖州市植物展叶始期的时间序列

图4 湖州市植物开花始期的时间序列

图3－4可以看出，木本植物中玉兰、银杏和石榴的展叶始期都有不同程度的推迟;垂杨展叶始期近12年来存在微弱的提前趋势，而从近年来的变化来看，则存在推迟趋势。这可能与近10年来冬季平均气温的下降有一定的关系。草本植物与木本植物相反，近12年来展叶始期都有提前趋势，这可能与其他气象因子的影响有关。

开花始期。由于芦苇的开花始期在8－9月份，冬季气候变化是否能影响6个月以上还不清楚，银杏开花期的资料到2005年以后终止，因此在这里暂不分析。木本植物中玉兰和石榴开花始期存在推迟趋势;垂杨的开花始期与展叶始期相近，整体上略有提前趋势，而近年来则有推迟趋势。因此，木本植物的开花始期近12年来整体上表现为推迟趋势。草本植物中以车前为代表，也存在明显的推迟趋势。可以看出，春季植物的开花始期都存在推迟现象。

2.2.2 动物

与春季植物的物候期类似，家燕的始见和蛙的始鸣也呈现推迟趋势。2002年以前始见(鸣)期呈提前趋势，2003年以后推迟趋势明显(图5)。

图5 湖州市动物始见(鸣)的时间序列

2.3 冬季气候变化对植物物候的影响

2.3.1 平均气温

表1给出了2000－2011年湖州站冬季气象要素与春季植物物候期的相关系数。

表1 2000－2011年湖州站冬季气象要素与植物春季物候期的相关系数

表1可以看出，冬季平均气温与木本植物的叶芽膨大期、草本植物的萌芽期均为负相关，但只有石榴可以通过95%的信度检验。虽然负相关程度不典型，但也能一定程度地反映冬季平均气温与木本植物叶芽膨大期、草本植物萌芽期的负相关关系，说明冬季的平均气温越高(低)，则木本植物的叶芽膨大期或草本植物的萌芽期越早(晚)。

展叶始期与冬季平均气温也均为负相关，木本植物中银杏未能通过信度检验，其他均达到了95%的信度标准。虽然银杏展叶始期与冬季平均气温未能通过检验，但也十分接近90%的信度水平。草本植物与冬季的平均气温也都为负相关，但均未能通过信度检验。因此，冬季平均气温与木本植物的展叶始期具有较好的负相关关系，与草本植物的展叶始期负相关不明显。

从开花始期与冬季平均气温的相关系数可以看出，木本植物中垂杨和玉兰为负相关且通过95%以上的信度检验，银杏和石榴为正相关，但相关系数较小;草本植物中车前为负相关且通过90%的信度检验，芦苇为正相关，相关系数较小。由此说明植物的开花始期与冬季平均气温大体上也呈负相关关系。

从以上分析可以看出，冬季平均气温与植物春季物候期整体呈负相关关系，是植物春季物候期的敏感因子，平均气温越高则植物春季物候期越早，平均气温的高低对植物春季物候期的早晚具有一定的指示意义。

2.3.2 降水

冬季降水量与植物春季物候期的相关系数大体正负均等。与木本植物多为负相关关系且基本都通不过信度检验，仅银杏的开花始期可以通过99%的信度检验;与草本植物的萌芽期和展叶始期正相关显著，且多数可通过95%的信度检验。说明冬季降水量对木本植物春季物候期影响不明显，而与草本植物的萌芽期和展叶始期有较好的正相关关系。

2.3.3 日照

冬季日照时数与植物春季物候期的相关关系以负相关性为主，与木本植物相关性正负均等且都通不过信度检验，与草本植物的萌芽期和展叶始期负相关显著，且多数可以通过99%的信度检验。说明木本植物对冬季日照的敏感性不强，而草本植物萌芽期和展叶始期对冬季日照较敏感。

2.4 气候变化对动物物候的影响

2000－2011 年湖州市冬季气象要素与春季动物始见(鸣)期的相关系数(表2)可看出，冬季平均气温与动物始见期为负相关且相关系数较高;降水量和日照与动物始见期的相关性不明显。说明平均气温是影响春季动物物候期的敏感因子。

表2 2000－2011年湖州站冬季气象要素与动物始见期的相关系数

3 小结

近42年来冬季的平均气温和降水都呈增加趋势，日照时数呈减少趋势;而近10年则与整体趋势相反，平均气温和降水呈减少趋势，日照时数有所增加。日照时数和降水量存在较明显的负相关。近12年来木本植物的展叶始期和开花始期整体上呈现推迟趋势;草本植物的展叶始期有所提前而开花始期有所推迟。

冬季平均气温与春季植物物候期呈负相关关系，平均气温越高(低)则春季物候期提前(推迟)，平均气温是春季植物物候期的敏感因子，尤其对木本植物的展叶始期具有较好的指示意义。冬季降水量对春季木本植物影响不明显，与草本植物的萌芽期和展叶始期有较好的正相关关系。冬季日照时数与春季植物的物候期基本为负相关，对春季木本植物影响不明显，与草本植物的萌芽期和展叶始期有较好的负相关关系。冬季平均气温与春季动物物候期有较好的负相关性，而降水和日照对春季动物物候期影响不明显。

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