1968-2018年贵州气温日较差的时空变化

杨世琼，曾晓珊，谭 文，左 晋，李忠燕，孙 擎，梁 平

(1.贵州省山地气候环境研究所，贵州 贵阳 550002； 2.贵州省气候中心，贵州 贵阳 550002； 3.中国气象科学院，北京 100081； 4.黔东南州气象局，贵州 凯里 556000)

0 引言

【研究意义】气温日较差(DTR)是指一日内最高温度与最低温度的差值，其反映全球和区域性温度的变化幅度，不仅是全球气候的一个重要指标[1]，对农业生产及产品品质形成也具有重要的生态学意义[2]，在全球气候变暖的背景下，最高温度与最低温度的非对称性变化已引起国内外学者的极大关注[3-5]，探明1968-2018年贵州气温日较差(DTR)的时空变化，对贵州生态环境的改善、农业生产种植制度的改进和农产品质量的提高具有重要意义。【前人研究进展】KARL等[6]最早提出全球变暖主要表现在夜间温度上升，且最低温度的上升幅度大于最高温度，从而导致气温日较差呈下降趋势，该结论得到之后研究结果的证明[7-8]。VOSE等[5]对全球4 000多个站点1950-2004年的日较差数据分析指出，全球日较差的下降趋势以1980年以前为主，此后下降趋势并不显著。石岩[9]对1960-2010年我国753个站的气象数据统计研究发现，全国气温平均日较差季节性差异明显，总体呈下降趋势，其中华北、西北地区下降明显，下降幅度超过0.3℃/10a，平均气温日较差大致在1980年由正距平转为负距平。李腹广等[10]对1981-2017年贵州省黔西南州的温度数据研究指出，平均最高和最低气温均呈明显上升趋势，而平均日较差变化趋势不明显。冯秀藻等[11]研究指出，昼夜温度影响作物光合作用和呼吸作用，而昼夜温差的变化及配比对作物籽粒灌浆、千粒重、糖酸比和干物质分配等具有重要影响。陈建忠等[12]等研究发现，平均气温日较差每上升1℃，玉米的千粒重提高约35 g。杨再强等[13]研究表明，在平均温度均为18℃时，6℃昼夜温差较0℃、12℃和18℃昼夜温差更利于促进番茄的生长及其光合作用。王丛巧[14]研究发现，昼夜温差影响铁皮石斛药用成分的积累，温差适宜具有促进作用，温差过大反而产生抑制作用。王柳等[15]研究发现，在影响中国玉米产量变化的主导因子中，平均温度的权重最大为40%，而平均气温日较差为23%，且明显高于辐射和降水等。【研究切入点】国内气温平均日较差变化及其对农业生产的影响已有较多研究报道，未见关于贵州全省平均气温日较差变化特征的研究报道，亟待探明贵州省气温日较差的时空变化。【拟解决的关键问题】采用贵州省1968-2018年气温日较差数据，分析其平均日较差的时空分布特征及变化趋势，为贵州生态环境的改善、农业生产种植制度的改进和农产品气候品质评价提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 数据来源

1968-2018年的日最高(Tmax)与最低温度(Tmin)数据，来源于贵州省84个国家气象观测站，各气象观测站的分布见图1。

图1 贵州省84个国家气象观测站的分布情况Fig.1 Distribution of 84 National Meteorological Observation Stations in Guizhou Province

1.2 方法

1.2.1 气象数据预处理 对于缺失少于5 d的气象资料用历史同期数据进行插补。

1.2.2 指标计算 气温日较差(DTR)，可根据公式DTR=Tmax-Tmin计算各站点的逐日日较差，再计算相应的平均旬、月、季及年日较差。季节划分：春季指3-5月，夏季指6-8月，秋季指9-11月，冬季指12月至翌年2月。DTR随时间的变化，可用一次线性回归方程来定量描述，即y(t)=a0+a1t，式中，a1×10称为年倾向率(℃/10a)，年倾向率可表征平均DTR的年际变化趋势，正值表示呈上升趋势，负值表示呈下降趋势，对方程的相关系数进行显著性检验可确定倾向率的变化趋势是否显著，一般来讲通过0.05水平的显著性检验即可判定该样本的变化趋势显著。

1.3 数据处理与分析

采用MATLAB 2017对数据进行统计与分析，用Arc map10.3和Excel 2010制图。

2 结果与分析

2.1 气温日较差的旬际、月际和年际变化

2.1.1 旬际与月际 从图2看出，1968-2018年贵州省旬、月平均气温日较差(DTR)的变化特征。旬平均DTR在4月中旬和8月上旬最大，均为9.2℃；1月中旬最小，为5.6℃。月平均DTR在8月最大，为8.9℃；1月最小，为6.1℃；其在1-4月和6-8月呈上升趋势，4-6月和8-12月呈下降趋势；春季、夏季、秋季和冬季平均DTR分别为8.4℃、8.2℃、7.6℃和6.5℃；年平均DTR为7.7℃。

图2 1968-2018年贵州省旬际与月际平均日较差的变化Fig.2 The ten-day and monthly average diurnal temperature range variation in Guizhou Province during 1968—2018

2.1.2 年际与季节 从图3看出，1968-2018年贵州省平均气温日较差(DTR)的年际变化特征。期间全年、春季、夏季、秋季和冬季的年际变化均呈递减趋势，递减率依次为冬季(-0.157℃/10a)>秋季(-0.135℃/10a)>全年(-0.097℃/10a)>夏季(-0.066℃/10a)>春季(-0.048℃/10a)。51年间平均DTR1971年最大，为8.6℃；2012年最小，为6.6℃，平均为7.7℃，下降趋势极显著(P<0.01)。在不同季节中，春季平均DTR1969年最大，为9.9℃；2014年最小，为7.4℃；平均为8.4℃；下降趋势不显著。夏季平均DTR1972年最大，为10.2℃；1998年最小，为7.1℃；平均为8.2℃；下降趋势不显著。秋季平均DTR1998年最大,为9.6℃；2012年最小，为6.2℃；平均为7.6℃；下降趋势显著(P<0.05)。冬季平均DTR1987年最大,为8.6℃；2012年最小，为4.6℃；平均为6.5℃；下降趋势显著(P<0.05)。20世纪70年代、80年代和90年代，年平均日较差分别为7.9℃、7.7℃和7.6℃；2001-2010年和2011-2018年年平均日较差分别为7.8℃和7.4℃；年际变化呈明显的下降趋势。

注：r表示相关系数；**和*分别表示通过0.01和0.05水平的显著性检验。Note: r indicates the correlation coefficient, ** and * indicate the significance test at 0.01 and 0.05 levels, respectively.图3 1968-2018年贵州省平均日较差年际及季节的变化Fig.3 The interannual and seasonal variation of average diurnal temperature range in Guizhou Province during 1968—2018

2.2 贵州省气温日较差的空间分布

从图4看出，1968-2018年年及春、夏、秋和冬各季平均气温日较差(DTR)空间分布的变化特征。年平均DTR：全省平均DTR为5.0～9.0℃，西部、南部边缘和东南部大部平均DTR为8.0～9.0℃，其余地区<8.0℃。其中，贵州省中北部、遵义市西北部大部及普定、六枝、镇宁和关岭地区<7.0℃。整体看，全省约80%地区的年平均DTR均为7.0～8.0℃。四季平均DTR：春季全省平均DTR为7.0～10.0℃，西部和西南部边缘>9℃，其余地区均<9.0℃，其中遵义市大部、贵阳市南部、黔南州北部大部和万山<8℃；整体看，春季全省大部地区平均DTR为8.0～9.0℃。夏季全省平均DTR为7.0～10.0℃，中部及西南部大部地区平均DTR为7.0～8.0℃，其余地区均>8.0℃，其中沿河、印江、石阡和镇远平均DTR>9.0℃；整体看，夏季全省大部地区平均DTR为8.0～9.0℃。秋季全省平均DTR为6.0～10.0℃，南部边缘地区、黔东南大部及松桃和印江均>8.0℃，其中罗甸、荔波和从江均>9℃。秋季全省平均DTR为6～7℃，低值区在遵义市大部、贵阳南部及西南部大部；整体看，秋季平均DTR明显低于春季和夏季。冬季全省平均DTR为5.0～10.0℃，其中>9℃的高值区出现在威宁县，<6℃的低值区位于北部大部及万山、六枝、普定、安顺、镇宁、都匀和麻江等地，其平均DTR<6℃，其余地区大部平均DTR为6～7℃；整体看，冬季全省大部地区平均DTR为5.0～7.0℃，约占全省总面积的90%，冬季平均DTR明显低于其余季节。

图4 1968-2018年贵州省年及春、夏、秋、冬季平均日较差的空间分布Fig.4 The spatial distribution of average diurnal temperature range in the whole year, spring, summer, autumn and winter in Guizhou Province during 1968—2018

2.3 平均气温日较差倾向率的空间分布

从图5看出，1968-2018年年及春、夏、秋和冬各季平均气温日较差(DTR)倾向率的变化。年平均DTR倾向率：全省年平均DTR倾向率(万山-印江)为-0.555～0.093℃/10 a。整体看，全省共有75个站点的年倾向率为负值，占比89.3%，其中有23个站通过显著性检验(P<0.05)，年倾向率为正值的站点有10个，仅有印江站变化趋势显著。说明，全省51年年平均DTR呈明显降低趋势，其中贵阳市大部、黔南州北部、遵义东部及碧江、万山和威宁等地下降趋势较明显。四季平均DTR倾向率：春季平均DTR(万山-印江)为-0.474～0.174℃/10a，春季倾向率为负值的共有60个站点，占71.4%，其中有20个站通过显著性检验(P<0.05)；说明，春季平均DTR呈明显降低趋势，其中贵阳市中部、遵义市西南部及碧江、万山、威宁和盘州等地区下降趋势较明显。夏季平均DTR(万山-印江)为-0.660～0.193℃/10 a，夏季倾向率为负值的共有64个站点，占76.2%，其中有21个站通过显著性检验(P<0.05)；说明，夏季平均DTR呈明显的降低趋势，其中贵阳市中部、遵义市西南部及碧江、万山、威宁和盘州等地下降趋势较明显。秋季平均DTR(万山-关岭)为-0.675～0.151℃/10 a，秋季倾向率为负值的共有68个站点，占81.0%；说明，秋季平均DTR呈明显的降低趋势，其中贵阳市中部、黔南州北部及碧江、万山和三都等地下降趋势较明显。冬季平均DTR(万山-印江)为-0.443～0.035℃/10 a，冬季倾向率为负值的共有80个站点，占95.2%，其中有23个站通过显著性检验(P<0.05)；说明，冬季平均DTR呈明显降低趋势，其中贵阳市中部、贵定、龙里、三都、万山、盘州和威宁等地下降趋势较明显。

图5 1968-2018年贵州省年及春、夏、秋和冬各季平均日较差倾向率的空间分布Fig.5 The spatial distribution of average diurnal temperature range tendency rate in the whole year, spring, summer, autumn and winter in Guizhou Province during 1968—2018

3 讨论

在全球气候变暖的背景下，最高温度与最低温度的非对称性变化已引起国内外学者的极大关注[3-5]。KARL等[6]最早提出全球变暖主要表现在夜间温度上升，且最低温度的上升幅度大于最高温度，从而导致气温日较差呈下降趋势，该结论得到之后研究结果的证明[7-8]。冯秀藻等[11]研究指出，昼夜温度影响作物光合作用和呼吸作用，而昼夜温差的变化及配比对作物籽粒灌浆、千粒重、糖酸比和干物质分配等具有重要影响。陈建忠等[12]等研究发现，平均气温日较差每上升1℃，玉米的千粒重提高约35 g。杨再强等[13]研究表明，在平均温度均为18℃时，6℃昼夜温差较0℃、12℃和18℃昼夜温差更利于促进番茄的生长及其光合作用。王丛巧等[14]研究发现，昼夜温差影响铁皮石斛药用成分的积累，温差适宜具有促进作用，温差过大反而产生抑制作用。研究结果表明，贵州省平均气温日较差(DTR)为7.7℃。平均DTR的月变化呈明显的“双峰”型，平均DTR最大值(9.2℃)出现在4月中旬和8月上旬，最小值(5.6℃)出现在1月中旬。各季平均DTR依次为春季(8.4℃)>夏季(8.2℃) >秋季(7.6℃) >冬季(6.5℃)。可见，贵州省气候温和，冬无严寒、夏无酷暑；夏季正值贵州秋收粮食作物和水果产量与品质形成的关键期，日照充足，日较差大，高温热害较东部沿海地区影响小，有利于贵州省秋收粮食的干物质累积及水果糖分的积累，形成优质农产品。贵州省全年及四季平均DTR年际变化特征均呈波动下降趋势，全年下降趋势极显著(P<0.01)，倾向率为-0.097℃/10a；春季、夏季、秋季和冬季的倾向率分别为-0.048℃/10a、-0.066℃/10a、-0.135℃/10a(P<0.05)和-0.157℃/10a(P<0.05)。贵州省年平均DTR为5.0～9.0℃，平均DTR的空间分布季节性差异明显，春季和夏季的平均DTR高值区从西南向东北转换；秋季平均DTR高值区(大于9℃)位于罗甸、荔波和从江等低纬度低海拔区域。冬季全省大部地区平均DTR为5.0～7.0℃，与其余季节相比，是其变化幅度最小的季节，仅威宁>9℃，其余大部地区均<7℃。

4 结论

贵州省全年及四季平均DTR的年际变化特征均呈下降趋势，均以负倾向率为主，高值区位于贵州西部及东南部边缘地区，低值区在全省呈插花型分布。