黄河金三角地区近45 a 气温变化及其对农业生产的影响

裴秀苗，王志伟，范志宣，周运丽，裴昭萌

（1.山西省运城市气象局，山西运城044000；2.山西省气候中心，山西太原030006；3.山西省盐湖区气象局，山西运城044000）

随着大气中CO2等温室气体浓度的不断增加，全球气候变暖已成为国际社会关注的重大问题[1-5]。据世界气象组织宣布，2000—2010 年温度变化是有气象记录以来历史上最温暖的10 a，全球变暖已成不争的事实[6]。气候变暖不仅直接导致农作物的生长环境发生变化，同时也会间接导致其他类型的气候变化，从而影响农作物的生长[7-8]。气候变暖给农业生产带来的影响是多方位、多尺度、多层次的，气候系统带来的负面效应更加受到社会和科学界广泛的关注[9]，国内外众多学者就气候变暖以及由此给农业生产带来的影响展开了大量研究，并取得了卓越的成绩[10-28]。李晓鹤等[29]分析了天水市1964—2013 年热量资源变化及其对农业生产的影响，指出气候变暖对农作物生长发育产生了较大影响，喜温作物和越冬作物种植面积扩大，种植区北界向北扩展；春播作物玉米播种期提前，生殖生长期延长；越冬作物冬小麦推迟播种，春季提前返青，全生育期缩短；马荣[30]研究了和田市近30 a 来气温的变化及其对农业的影响，指出气候变暖使作物生长期延长，冬季气候变暖，温度偏高，有利于作物的越冬，但秋季温度较低，影响棉花生长。同时由于气温升高，降低了病虫的死亡率,使病虫数量上升，容易造成病虫害，增大了病虫害防治难度；卢冬梅等[31]分析了江西近40 a 温度变化及其对农业生产的影响，指出夏季降温减少了高温对农业生产的影响，而冬季升温则有利于冬季作物及果树的生长和安全越冬。但在冬季增温和夏季变凉的背景下,冬季冻害和夏季高温仍有发生；刘云鹏[32]对宜昌近40 a 来温度变化分析指出，积温减少，夏季低温冷害日渐突出，对农业生产特别是粮食生产已构成严重威胁。目前已有的研究结果表明，气候变暖对农业生产利弊并存，但负面影响大于正面影响。

黄河金三角地区位于黄河中游，覆盖晋、陕、豫三地，处于我国中、西部地区结合带的省际交汇区，通华北、连西北、接中原，承东启西、贯通南北，通过20 余年来不间断的经济合作与社会、资源整合，正在形成一个日臻成熟的经济社会发展平台，它所展示的区域互动效应和区域焊接功能为我国现阶段“以东带西、东中西共同发展”的战略布局提供了极具可操作性的现实价值，那么这个地区的气温变化有什么特点呢？气温的变化对农业生产的影响又是怎样的呢？由于受行政边界分割的影响，关于这个地区气候方面的研究还未见报道，因此，很有必要对该地区的气温变化进行分析。

本研究利用气候倾向率、距平及累积距平等方法，对黄河金三角地区1971—2015 年气温资料进行分析，并用Mann-Kendall 突变检验法和累积距平检验气温突变，研究其变化规律及由此而引起的对农业生产的影响，以期能够为该地区农业稳步发展起到参考作用。

1 材料和方法

1.1 资料来源

本研究基于黄河金三角地区4 个市45 个代表气象站点1971—2015 年的日平均气温、最高（低）温度资料，包括山西临汾17 个站、山西运城13 个站、陕西渭南11 个站、河南三门峡4 个站（三门峡的湖滨区和义马市没有气象站点），资料来源于中国气象数据网（http：//data.cma.cn）。季节划分标准为：春季 3—5 月、夏季 6—8 月、秋季 9—11 月、冬季为12 月至第2 年2 月。

1.2 研究方法

本研究以日资料为基础，计算月、四季和年平均气温、最高（低）温度序列，然后进行距平化处理，得到年、季距平和累积距平序列。采用气候倾向率和距平法分析春季、夏季、秋季、冬季以及年气温、最高（低）温度变化趋势，用Mann-Kendall 突变检验法检验各季和年气温的突变，判断可能发生突变的年份，结合累积距平法判断气温突变点。

2 结果与分析

2.1 气温变化分析

2.1.1 年、季平均气温变化特征 1971—2015 年黄河金三角地区年平均气温为12.4 ℃，范围在11.1～13.7 ℃，从图1 的线性拟合趋势可以看出，该地区年平均气温呈增温趋势，气候倾向率为0.286 ℃/10 a。1971—1993 年年气温距平整体为负，1994 年以后年气温距平整体为正，期间仅在2003、2011、2012 年出现负距平。可见，20 世纪80 年代至90 年代前期是该地区偏冷期，之后进入偏暖期。

从表1 可以看出，各季气温变化趋势与年一致，呈增温趋势，春季增温最明显，气候倾向率为0.44 ℃/10 a，其次是冬季，气候倾向率为 0.36 ℃/10 a，夏季增温最不明显，气候倾向率为0.11 ℃/10 a，秋季气候倾向率为0.22 ℃/10 a。春、夏、秋季在20 世纪80 年代气温最低，春、秋季在90 年代之后持续增温，90 年代增温明显；夏季在90 年代之后气温在波动中稳定，各年代际平均值稳定在24.7 ℃；而冬季气温呈持续增温趋势，90 年代增温最明显（图 2）。

表1 黄河金三角近45 a 气温年代际变化 ℃

21 世纪以来，年、春、夏、冬季的平均气温稳定，秋季继续增高。总的来说，气温呈增温趋势，与其他地区不同的是，在气候变暖中春季气温的变暖贡献最大（多数地区是冬季贡献最大）。

2.1.2 最冷月（1 月）和最热月（7 月）平均气温变化特征 1971—2015 年黄河金三角地区最冷月平均气温呈增温趋势，气候倾向率为0.24 ℃/10 a，年代际间持续增高；最热月平均气温呈波动增温趋势，气候倾向率为0.21 ℃/10 a。最热月平均气温20 世纪90 年代增温非常明显，比80 年代升高了1.0 ℃，2010—2011 年略有下降，2011 年以后再次增高（图 3）。

2.1.3 年平均最高（低）气温变化特征 从图4 和表2、3 可以看出，年平均最高、最低气温均呈增温趋势，气候倾向率分别为0.366、0.372 ℃/10 a，增温幅度均大于年平均气温；20 世纪80 年代最高气温最低，90 年代增温明显，2011 年以后，年最高平均气温有所下降；而最低气温呈稳步增温趋势。

表2 黄河金三角近45 a 平均最高气温年代际变化℃

表3 黄河金三角近45 a 最低气温年代际变化 ℃

2.2 气温突变分析

采用Mann-Kendall 检验和累积距平法对黄河金三角地区近45 a 各季和年平均气温时间序列进行突变检验，分析结果见图5。由图5-a 可知，年平均气温的UF 曲线在1973—1982 年和1995—2015 年整体上为正，表明气温呈增温趋势，且在2001—2015 年超过α＝0.05 显著水平线，表明呈显著增温趋势；1983—1994 年整体为负，表明该阶段气温呈下降趋势。在临界线（给定显著水平α＝0.05，则U0.05＝±1.96）内 UF 和 UK 在 1996 年相交。由累积距平分析结果（图5-b）可知，1993 年之前累积距平呈下降趋势，1996 年之后呈上升趋势，说明年平均气温经历了从下降到上升的过程，突变发生在1993—1996 年。综合2 种检验方法判断黄河金三角年平均气温在1996 年发生了突变。

根据Mann-Kendall 检验和累积距平法，春季气温在1996 年发生了突变，夏季气温突变点在1993 年，秋季气温在1997—1998 年发生了突变，冬季突变点在1986 年前后。

2.3 气温地域分布特征

从各地气温变化趋势可以看出，黄河金三角地区内4 个市年平均气温都呈增温趋势，但增温趋势各不相同，由南到北增温趋势逐渐增加，其中，临汾市增温最明显，气候倾向率为0.352 ℃/10 a，其次是渭南，气候倾向率为0.207 ℃/10 a，运城和三门峡接近，气候倾向率分别为0.128、0.127 ℃/10 a。

从各县（市、区）气候倾向率（图6）来看，临猗和芮城为负，其余各地均为正，表明1971—2015 年黄河金三角地区内除临猗和芮城气温呈降温趋势外，其余各县（市、区）的气温均呈增温趋势。气候倾向率较大的区域在临汾市，尧都区、乡宁和吉县的气候倾向率＞0.4 ℃/10 a，分别为 0.452、0.443、0.401 ℃/10 a，临汾市的永和、隰县、汾西、古县、翼城、襄汾、曲沃以及运城市北部的新绛、稷山、万荣气候倾向率在0.3～0.4 ℃/10 a。另外，运城南部的平陆和渭南南部的临潼区气候倾向率也在0.3～0.4 ℃/10 a，其余各地气候倾向率在0.3 ℃/10 a以下。

2.4 气温变化对农业生产的影响

黄河金三角地区是一个农业大区，主产冬小麦、玉米、大豆、经济林果、药材等，农产品丰富，但这里是雨养农业区，农业生产还未摆脱靠天吃饭的命运。随着气候变暖，干旱、雨涝等极端气候事件频发，农业生产受到很大影响。气温增暖，无霜期延长，农作物生育期延长；冬末春初气温回升快，农作物生育期提前，增大了后期遭遇晚霜冻的风险；气候变暖使杂草大量蔓延，并加快了病虫害生长发育的速度，增加农药用量，提高农业成本；气候变暖使得高温日数增多，增大了苹果高温灼伤的风险，降低了果品品质。

2.4.1 冬末早春气温回升快 黄河金三角地区4 月份平均气温为13.9 ℃，比3 月份的7.0 ℃升高了6.9 ℃，比2 月份的1.3 ℃升高了12.6 ℃。冬末早春气温回升快，作物生育期提前，后期抗寒能力减弱，春季晚霜冻风险提高。2007 年3 月下旬，运城市持续回暖，气温偏高。然而4 月2、3 日该市气温骤降，最大降温幅度达15 ℃，最低地表温度降至-6 ℃，出现了罕见的霜冻灾害，致使全市13 个县、市、区农作物不同程度受冻，林果业损失惨重。在受灾的农作物中，桃、杏、李、梨等正处于开花授粉期，损失最为严重。2018 年3 月份，黄河金三角地区平均气温为11.4 ℃，比历年同期偏高3.7～4.2 ℃，气温异常偏高导致作物生育期提前，大部分地区小麦拔节期提前6～8 d，各种果类的花期均较往年提前4～10 d，至4 月上旬，杏、桃、梨已过盛花期，苹果处于盛花期。4 月7 日，我国北方地区出现大范围霜冻天气，黄河金三角地区处于此次霜冻受灾区内，已经拔节的冬小麦和各种果类普遍受冻，损失非常严重。

2.4.2 夏季气温升高，伏旱频繁发生 夏季气温呈增温趋势，气候倾向率为0.11 ℃/10 a，降水则呈减少趋势，有利于夏粮的收获、晾晒，但也使得伏旱发生频率提高，严重影响秋粮生长发育。近年来，由于惠农政策的落实和农业技术措施的不断提高，使得农业生产的总体水平也在不断提高，但粮食和经济林果的产量常常出现明显的波动，这与气候因子的变化密切相关。夏季高温不利于经济林果的生长发育和幼果膨大，对苹果着色也有一定的负面影响。7 月份气温呈现增暖趋势，高温日数增多，受其影响苹果果面灼伤概率增大,影响果品品质。1997 年6—7 月，华北地区出现了新中国成立以来罕见的特大干旱酷热天气，黄河金三角地区6 月平均气温25.1 ℃，比历年同期（24.0 ℃）偏高 1.1 ℃；7 月平均气温 27.2 ℃，比历年同期（25.5 ℃）偏高 1.7 ℃，是1971—2015 年最高值，对农林业造成严重的损失。2018 年7 月16 日至8 月20 日，该地区持续无有效降水，伏旱严重，≥35 ℃高温日数（一天中有一县达35 ℃则记为一个高温日）达30～50 d，其中，运城市多达50 d，从秋季田间调查情况来看，该地区各地苹果都有灼伤现象，以运城市果面灼伤最为严重。

2.4.3 冬季气温升高，虫卵安全越冬 黄河金三角地区冬季气温变暖，为冬季种植反季节蔬菜提供了充足的热量条件，但也给病菌存活和害虫越冬提供了有利条件，大量虫卵蛹、病菌越冬死亡率降低，病虫数量增加，容易引发来年病虫害蔓延，增大了病虫害防治难度，增加了农业投入。据调查，冬季偏暖的年份，来年春季遇雨，病虫害往往高发。

3 结论与讨论

黄河金三角地区年平均气温呈显著增温趋势，气候倾向率为0.286 ℃/10 a，各季平均气温也呈增温趋势，春季增温最明显，其次是冬季，夏季增温最少。最冷月（1 月）的月平均气温持续增高，最热月（7 月）平均气温20 世纪80 年代较低，90 年代比80 年代增高了 1.0 ℃，2010—2011 年略有下降，2011 年以后再次增高。

与全球的气温变化趋势不同的是，20 世纪80 年代是全球性气候变暖最显著的10 a，而该地区则是相对较冷的时期，年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温都处于低值区，90 年代增温明显，2011 年以后气温相对稳定在较高水平。

1971—2015 年黄河金三角地区各季和年平均气温均发生了增温突变，年和春季气温的突变点出现在1996 年，夏季出现在1993 年，秋季在1997—1998 年，冬季在 1986 年。

黄河金三角地区内4 个市年平均气温都呈增温趋势，但增温幅度各不相同，其中，临汾市增温最明显，其次是渭南，运城和三门峡接近。研究区内临猗和芮城县气温呈下降趋势，其余各县（市、区）均呈增温趋势，但增温程度不同，增温幅度较大的县（市、区）集中在临汾和运城市北部。

由于全球气候变暖，未来气候对农业生产的影响利弊并存。冬季增温，有利于反季节蔬菜的种植，但也给病虫卵蛹的越冬提供了有利条件；夏季增温虽然有利于夏粮的收获和晾晒，但使得夏旱发生概率增大，同时也给秋粮和经济林果的生长带来不利；冬末初春气温回升快，导致农作物生育期提前，抵御晚霜冻的能力减弱。