1971 －2011年福建省烤烟移栽期低温气候变化特征

马治国，张春桂，李文勇，陈 惠，徐宗焕，陈家金

(1.福建省气象科学研究所;2.福建省气象服务中心，福建 福州350001)

在全球变暖的背景下，我国日平均气温、极端气温均呈现上升趋势，升温主要分布在冬季，以低温的变化趋势最为明显［1－5］。气候变化严重影响农业生产，使作物和果树生育期提前，并影响到产量和质量［6－7］。近年，对烤烟低温寒害的研究较少，且主要集中在对烤烟生育期、农艺性状等影响以及生态适应性等方面，对于低温气候变化的研究鲜有报道。招启柏等［8］用人工气候箱人为控制温度研究低温对烤烟成花的影响，认为6 叶期左右可能是烤烟对低温较敏感的时期。沈少君等［9］研究了低温胁迫对烤烟生长和产质量的影响，得出烟苗受冻后剪除心叶处理各生育期比对照推迟，农艺性状较差，产量降低。金磊等［10］分析了花芽分化对苗期低温的敏感性，认为经低温诱导的烟株生长进程被推迟。谢远玉等［11］通过对赣南5 地点烤烟产量和品质的观测，结合当地实测气象资料分析了气候因子的影响效果，指出由于易受春寒影响，宜实施保护性栽培或选择适宜的移栽期。

福建省烤烟主要分布在西北部的内陆地区，是农业收入的重要经济来源。该区2 －3月份是受低温阴雨灾害天气影响最大、最频繁的区域，几乎每年都会对烤烟、蔬菜、早稻等作物的生长发育造成极大危害。烤烟移栽期的低温预警评估可以有效避开灾害天气，提高烤烟的产量和质量，增加经济收入。本文分析烤烟移栽期的低温气候变化趋势特征，以期为开展低温寒害预警评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 资料来源

气象数据来源于1971 －2011年福建省南平、三明和龙岩3 个地区28 个气象站的日平均气温值，数据经过福建省气象局质量审核，并修正了异常数据，保证了其准确性。福建省烤烟主要移栽期为2月下旬到3月中旬，以旬为基本的时间尺度，分成2月下旬和3月上旬、中旬3 个时间段进行移栽期低温变化趋势特征分析。

1.2 研究方法

1.2.1 ＜13 ℃负积温和低温日数的计算 烤烟移栽期＜13 ℃的低温积累到3 d 以上会产生早花等危害［12］，影响其产量和质量。因此，烤烟移栽期的低温危害评估需要考虑低于临界气温的大小及低温的持续时间。本研究根据日平均气温分析了＜13 ℃负积温和低温日数2 个气象变量。烤烟移栽期＜13 ℃负积温计算公式如下。

式中，D 为＜13 ℃负积温/℃;i 为日平均气温/℃。

低温日数是指日平均气温＜13 ℃的天数，每旬的低温日数指此旬出现的低温日数之和。

1.2.2 变化趋势分析及检验 利用最小二乘法拟合一元线性方程:y=at+b。其中，a、b 为回归系数，y 为分析变量，t 为时间。在引入气候倾向率指标后，分析低温变量的气候变化趋势。

式中，yi是低温变量第i年的值，回归系数a 表示该气候变量每10年的变化。其中，a 值的正或负反映了上升或下降趋势，其大小表示上升或下降的幅度。根据相关系数(R)对气候变量进行显著性检验。

1.2.3 多项式拟合方法 用Cubic 函数形式表示气候要素与时间t 的非线性函数关系［13］。

式中，a、b、c、d 为经验常数，用最小二乘法利用实际资料计算得出。通过多项式函数拟合曲线可以很好地反映长时间尺度的气候变化特征。根据Cubic 的阶段性极值定性地分析要素变化的转型特征，其中极小值为要素值由下降转为上升的时间点，反之则由上升转为下降的时间点。

2 结果与分析

根据日平均气温，结合烤烟移栽期的生长发育临界气温，分析低温对烤烟移栽期的影响，并以代表低温的负积温和低温日数为变量，进一步分析1971 －2011年福建省烤烟移栽期低温气候变化趋势特征。

2.1日平均气温对移栽期的影响

1971 －2011年福建省烤烟区移栽期平均气温见表1。由表1 可知，烤烟移栽期，南平、三明和龙岩3个地区的日平均气温从北到南呈逐渐上升的趋势，这主要是受地理纬度的影响而出现的规律性变化。从气温指标来看，福建省烤烟的最佳移栽期从南向北逐渐推移，其中龙岩地区最早达到最佳移栽期，而南平最晚。从3 个地区的多年平均气温来看，仅龙岩地区整个移栽期都能满足烤烟移栽的临界气温条件，每旬的平均气温均＞13 ℃，从而进入最佳移栽期;而三明地区2月下旬的平均气温仅11.66 ℃，低于临界气温，3月上旬后才达到临界气温;南平地区2月下旬和3月上旬的平均气温仅11.00、11.70 ℃，均低于烤烟移栽的临界水平，仅3月中旬能够达到临界气温。

表1 1971 －2011年福建省烤烟区移栽期平均气温Table 1 Average air temperature of the flue-cured tobacco transplant period in Fujian area from 1971 to 2011 ℃

在烤烟移栽期，南平、三明和龙岩地区年平均气温各旬变化趋势一致，气温从2月下旬开始逐步回升，代表适合烟苗生长发育的热量条件也随之变好(表1)。因而会造成2月下旬移栽的烟苗，尽管热量条件不是很理想，但随着时间推移，气温升高后，会安全渡过危险期的假象。其实，对气象资料的统计分析发现，3月上旬也会出现低温寒害，尤其是经过2月升温后，再次剧烈降温，对烟苗的影响更大。

北方冷空气南下带来的寒潮首先影响北部地区。因此，以处于福建省北部的南平地区为例，讨论3月上旬气温比2月下旬更低的气候特征。1971 －2011年南平地区部分年份2月下旬与3月上旬、中旬平均气温变化见表2，表中均为南平地区2月下旬光温条件较好的年份。由表2 可知，2月下旬光温条件适宜烟苗移栽和生长发育，但3月上旬遭遇最大5 －6 ℃的降温灾害天气，使得气温迅速降低，低于烤烟生长临界气温值，从而产生一段不利于烟苗生长的时间段，影响烤烟的产量和质量。统计表明，发生这类降温过程的年数占总数的41.5%，可见此类灾害发生较频繁，应该在气象服务中引起关注。

表2 1971 －2011年南平地区部分年份2月下旬与3月上旬、中旬平均气温比较Table 2 Average air temperature in late February and early March in Nanping from 1971 to 2011 ℃

2.2 负积温变化趋势

福建省烤烟＜13 ℃负积温变化趋势见图1。由图1 可知，经过6 次多项式拟合，2月下旬负积温呈单谷变化趋势。1991年左右，变化趋势由下降转为上升，表示热量条件趋于变好。1971 －1991年，基本呈单边下降趋势，尤其是1977 －1990年下降趋势更为明显，其旬负积温减少的线性趋势为:y = －1.5689x －18.64，即趋势系数每10年－15.68 ℃;R=0.48，通过了信度水平为0.10 的显著性检验。1991年后，旬负积温开始上升，其增加趋势为:y=1.7212x－38.891，气候趋势系数每10年17.21 ℃;R=0.51，通过了信度水平为0.02 的显著性检验。2月下旬多年负积温平均值为－25.22 ℃，最大值出现在2002年，为－0.71℃，最小值出现在1996年，仅－74.17 ℃，最高和最低负积温的极差值为73.46 ℃(表3)。

3月上旬的负积温变化趋势较为复杂，主要分成4 个阶段，形成双峰变化趋势(图1)。1971 －1975年(上升阶段)—1976 －1988年(下降阶段)—1989 －2002年(上升阶段)—2003 －2011年(下降阶段)。其线性趋势分别为:y=4.249x－31.95，y= －2.203x－11.531，y=1.5502x－31.172，y= －0.025x －29.257，气候趋势系数分别为:每10年42.49、－22.03、15.50 和－0.25 ℃，显著性检验水平分别为:0.10、0.05、0.01和未通过。可见，3月上旬负积温以1989 －2002年的上升阶段最为显著，其次是1976 －1988年的下降阶段。3月上旬多年负积温平均值为－24.01 ℃，最大值出现在1980年，为－2.72 ℃，最小值出现在1988年，仅－62.87 ℃，极差值为60.15 ℃(表3)。

图1 1971 －2011年福建省烤烟区＜13 ℃负积温变化趋势Fig.1 Change trend of negative accumulated temperature ＜13 ℃in Fujian flue-cured tobacco area from 1971 to 2011

由图1 得知，随着气温的逐渐升高，3月下旬福建烟区气温进入了平稳发展期，旬负积温以震荡为主，经过线性趋势分析:y=0.0954x－16.371，呈现略微升高的趋势，但未通过显著性水平检验。3月下旬多年负积温平均值为－14.37 ℃，最大值出现在1980年，为－0.00 ℃，最小值出现在1988年，仅－52.13 ℃，极值差相对于前两旬较小，为52.13 ℃(表3)。

表3 1971 －2011年福建省烤烟区＜13 ℃负积温极值差Table 3 Extreme value of negative accumulated temperature ＜13 ℃in Fujian flue-cured tobacco area from 1971 to 2011 ℃

烤烟移栽期的负积温受3月上旬的影响最大，与其变化趋势几乎一致，40年来呈现出升—降—升—降的双峰变化规律。时间段分别为1971 －1976年、1977 －1988年、1989 －2002年、2003 －2011年。其气候趋势系数分别为:每10年12.89、－54.31、40.90 和－13.58 ℃，显著性检验水平分别为:未通过、0.05、0.20和0.50。可见，3月上旬的旬负积温变化趋势以1977 －1988年的下降过程最为显著。烤烟移栽期多年负积温平均值为－63.60 ℃，最大值出现在1980年，为－10.51 ℃，最小值出现在1988年，为－138.99℃，极值差相对于前两旬也较小，为128.48 ℃(表3)。

2.3 低温日数变化趋势

福建省烤烟区2月下旬、3月上旬和中旬及移栽期＜13 ℃低温日数变化趋势见图2。由图2 可知，2月下旬＜13 ℃低温日数呈单峰趋势，与旬负积温相反，但发生转折的时间点略有不同。1971 －1988年，旬低温日数单边上升，线性趋势为:y= 0.2125x+4.309，气候趋势系数每10年2.23 d;R=0.58，通过0.01 显著性水平检验，且非常显著。1989 －2011年，旬低温日数逐渐减少，这与20 世纪80年代后全球变暖的大趋势相一致［1］，线性趋势为:y= －0.1742x+7.056，趋势系数每10年－1.74 d;R =0.48，通过0.02 显著性水平检验。2月下旬多年低温日数平均值为5.56 d，最大值出现在1996年，为9.00 d，最小值出现在2002年，为0.70 d，极值差为8.30 d(表4)。

由图2 可知，3月上旬＜13 ℃低温日数变化分为4 个阶段，呈现双谷变化趋势，与旬负积温相反，但发生转折的时间点略有不同，分别为下降阶段(1971 －1977年)、上升阶段(1978 －1990年)、下降阶段(1991 －1999年)、上升阶段(2000 －2011年)。其线性回归方程分别为:y = －0.1929x +6.0143，y =0.2407x+5.0879，y = －0.3927x +8.8439，y =0.2657x +4.1343，气候趋势系数分别为:每10年－1.93、2.41、－3.93、2.66 d;分别通过0.50、0.10、0.02 和0.05 显著性水平检验。3月上旬低温日数在1991 －1999年下降趋势最显著，其次是2000 －2011年的上升阶段。3月上旬多年低温日数平均值为6.34 d，最大值出现在1988年，为10.00 d，最小值出现在1980年，为2.30 d，极值差为7.70 d(表4)。

3月中旬由于气温升高，稳定性强，故而旬低温日数没有出现明显的变化，但仍受全球变暖大背景的影响，40年来呈现略有降低的趋势(图2)。3月中旬多年低温日数平均值为5.12 d，最大值出现在1985年，为10.00 d，最小值出现在2002年，为1.00 d，极值差为9.00 d(表4)。

由图2 可知，移栽期的低温日数变化趋势受2月下旬走势的影响，呈单峰变化，但后期受3月上旬的影响，低温日数有所回升。整个变化趋势可分为上升阶段(1971 －1988年)、下降阶段(1989 －2002年)和上升阶段(2003 －2011年)3 个时期，其线性回归方程分别为:y =0.3773x +14.52，y = －0.4641x +22.92，y=0.7212x+10.55，气候趋势系数分别为:每10年3.77、－4.64、7.21 d;分别通过0.05、0.02 和0.20 显著水平检测。移栽期低温日数变化趋势在1971 －1988年上升阶段最为显著，其次是1989 －2002年的下降阶段。移栽期年低温日数平均值为17.03 d，最大值出现在1985年，为25.50 d，最小值出现在2002年，为5.20 d，极值差为20.30 d(表4)。

图2 1971 －2011年福建省烤烟区＜13 ℃低温日数变化趋势Fig.2 The change trend of cold days ＜13 ℃in Fujian flue-cured tobacco area from 1971 to 2011

表4 1971 －2011年福建省烤烟区移栽期＜13 ℃低温日数极值差Table 4 Extreme value of cold days ＜13 ℃in transplanting period in Fujian flue-cured tobacco area from 1971 to 2011 d

3 小结与讨论

通过对1971 －2011年日平均气温、＜13 ℃负积温和低温日数的分析，得出福建省烤烟区移栽期的低温变化特征:(1)日平均气温。烤烟移栽期，烤烟区日平均气温分布呈现从北到南逐渐上升，年平均气温从2月下旬开始逐步上升。但3月上旬仍会出现低温寒害，尤其是经过2月升温后，再次剧烈降温，对烟苗产生更大影响。(2)＜13 ℃负积温。2月下旬呈单谷变化趋势，3月上旬呈双峰变化趋势，3月下旬以震荡为主，并呈现略微升高的趋势;烤烟移栽期的负积温受3月上旬负积温的影响最大，与其变化趋势几乎一致，40年来呈现升—降—升—降的双峰变化规律。(3)＜13 ℃低温日数。2月下旬低温日数呈单峰趋势，3月上旬呈双谷趋势，3月中旬没有明显的变化趋势，但略有降低;移栽期的低温日数变化趋势受2月下旬走势的影响，形成单峰走势结构，但后期受3月上旬的影响，低温日数有所回升。(4)对称性。＜13℃旬负积温和旬低温日数2 个变量之间在2月下旬、3月上旬及整个移栽期都呈现出对称性，负积温与低温日数的变化趋势成反比相对应，只是发生转折的时间点略有不同。

影响烤烟生长的环境因素中，气象条件是重要因子之一［14－17］。对福建省烤烟的气象条件研究，应收集烤烟的产量数据，建立低温寒害与烤烟减产率之间的关系，划分低温灾害等级，进一步分析低温寒害对烤烟的影响，如有条件可通过实验数据，研究低温对烤烟品质形成的影响。本文仅利用气象站的气温数据，从时间角度分析了近40年来的气候变化特征。福建省内陆山区地形复杂，可利用遥感(RS)和地理信息(GIS)等技术建立低温与经纬度、海拔高度等地理因素的模型研究低温的空间分布规律等，达到烤烟移栽期低温的空间精细化预警的要求。

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