九江市高温热害的时空分布特征

龚 琦，葛 薇，段里成

江西省农业气象中心，江西南昌 330096

我国以稻米为主食的人口约占总人口的80%以上，是世界上最大的水稻(OryzasativaL.)生产、进口和消费国，因此，稳定和提高水稻产量对中国乃至全球粮食安全至关重要[1]。温度是影响水稻生长、产量及品质形成的重要气象因素，当环境温度超过水稻生长临界值时，将会对水稻生长产生影响[2]。

长江流域是我国水稻高温热害发生的主要区域，受西太平洋副热带高压影响，每年的6—8月易形成日平均气温≥30 ℃或最高气温≥35 ℃持续3 d及以上的高温天气，高温对正值水稻孕穗至开花结实期的影响较大，导致产量减少和米质变差[3]。

研究表明，长江中下游地区一季稻高温热害呈增加的趋势，江西是该区域高温热害发生率最高且危险程度最重的区域之一[4]；一季稻频繁的高温热害的危险性与该区域7—8月平均气温和最高气温有极显著的正相关关系[5]。杨炳玉等[6]的研究表明，江西省水稻高温热害集中于7月中下旬和8月上旬，且1983—2010年呈极显著增加趋势。

九江市地处江西省西北部，热量资源较江西南部明显偏少，在该地区无法保证“双季稻+油菜”种植模式安全成熟高产，因此在该地区存在明显的双季稻和一季稻共存的现象。杨建莹等[7]的研究表明，江西轻、中、度高温热害主要影响早稻抽穗至灌浆中期，重度高温热害主要影响的是早稻孕穗至灌浆初期。杨军等[8]的研究表明，7月中下旬至8月上旬高温热害主要影响一季稻抽穗开花期，且2003年以后高温热害发生站次和天数均呈增加趋势。高温热害的发生对该地区的早稻和一季稻均有明显的影响。

目前，针对江西地区不同时段高温热害研究较多，而有关九江地区高温热害发生始期、逐月分布特征及时空变化等的研究较少。因此，进一步分析九江地区高温热害的发生变化规律，为九江地区进一步调整双季稻、再生稻、一季稻及油菜种植结构调整提供参考。

1 资料来源与方法

1.1 资料来源

气象数据来源于九江市9个县级气象台站1981—2019年的逐日平均气温数据资料，数据来源于江西省气象信息中心。

1.2 研究方法

1.2.1 气候倾向率气候倾向率一元线性回归函数表示如下：

式(1)中，x为时间序列，y为气候要素的拟合值，a为常数，b为气象要素变化斜率。当b＞0时，说明y随x呈增加趋势；当b＜0时，说明y随x呈下降趋势。以b的10倍作为气候要素的气候倾向率[9]。

1.2.2 Manner-Kendall突变检验利用Manner-Kendall非参数趋势检验法(以下简称M-K突变检验)分析九江地区轻度、中度、重度和总的高温热害站次的时间序列变化趋势。通过构造正序列(UF)和逆序列(UB)，根据正、逆序列统计的曲线变化判断轻度、中度、重度和总的高温热害站次的突变特征和变化趋势[10]。

1.2.3 高温热害指标前人研究认为在水稻孕穗、抽穗及灌浆阶段，日平均气温≥30 ℃持续3～4 d造成轻度高温热害，持续5～6 d造成中度高温热害，持续7 d及以上造成重度高温热害。

基于此，开展九江地区水稻生长期高温热害研究[11]。若某台站某年出现一次连续的高温热害过程，则记为1站次，若该站出现2次高温热害过程则记为2站次，依此计算出每个台站每年发生的高温热害站次。

2 结果与分析

2.1 高温热害发生始期变化特征

计算各站点高温热害气候倾向率可知(表1)，九江地区9个站点气候倾向率均为负数，表明九江地区高温热害发生始期呈提早趋势。其中，德安、永修和修水站点提早天数超过4 d/10年，武宁接近3 d/10年，且修水、武宁、永修和德安4县均分布在九江西部。因此，九江地区高温热害变化西部较东部更明显[12-16]。

表1 各站点高温热害气候倾向率 d/10年

选择高温热害80%保证率这个要素分析高温热害空间上的平均特征，结果如图1所示。80%保证率高温热害发生始期主要集中在7月中下旬，且表现为东部较西部发生偏晚。因此，高温热害80%保证率在时空分布上存在差异，表现为东部开始发生时间偏晚，且九江地区普遍发生高温热害主要从7月中下旬开始。

图1 1981—2019年九江地区80%保证率高温热害发生始期分布

2.2 高温热害变化特征

分析轻度、中度、重度和总的高温热害站次随时间的发生趋势可知(图2)，1981—2019年高温热害发生总站次呈增加趋势，增加趋势为1.6次/10年。轻度、中度和重度高温热害发生均呈增加趋势，增加趋势轻度为0.1次/10年、中度为0.8次/10年、重度为0.7次/10年。因此，高温热害发生呈增加的趋势，增加趋势表现为中度＞重度＞轻度[17-19]。

图2 1981—2019年轻度、中度、重度和总高温热害发生站次的年际变化

高温热害从5月开始发生，且轻度、中度、重度和总的高温热害发生站次呈抛物线变化。高温热害主要集中在7、8月。6月发生高温热害总次数为61次，轻度高温热害占比达86%以上；7月高温热害发生总次数为479次，其中轻度占比为37.8%、中度为26.3%、重度为36.1%；8月高温热害发生总次数为412次，轻度占比为38.8%、中度为26.9%、重度为34.2%；9月高温热害发生总次数为41次，轻度占比为53.6%、重度为36.6%。由此可知，7—8月为九江地区高温热害主要发生时期，且表现为轻度＞重度＞中度。

2.3 高温热害突变及周期变化特征

由图3突变检验可知，高温热害轻度、中度、重度和总站次的UF和UB无相交，表明轻度、中度、重度和总站次无突变点。1961—2019年轻度、中度、重度和总站次的UF值以正值为主，表明轻度、中度、重度和总站次整体呈上升趋势。其中，2005年以后，中度、重度和总站次均超过了信度线，表明此时段以后高温热害中度、重度和总站次上升趋势显著。

3 结论与讨论

基于九江地区9个气象站点1981—2019年的逐日平均气温，利用气候倾向率、ArcGis插值和M-K突变检验对九江地区39年以来高温热害开始发生时间和轻度、中度、重度及总的高温热害发生站次的变化特征进行了分析，得出以下结论。

(1)1981—2019年九江地区高温热害发生初日呈提早发生趋势，提早天数表现为九江地区西部大于东部。50%保证率高温热害发生始期集中在7月上旬，80%保证率高温热害发生始期集中在7月中下旬，且均表现为九江东部开始发生时间偏晚。

(2)1981—2019年，轻度、中度、重度和总的高温热害发生站次呈增加趋势，增加趋势表现为中度＞重度＞轻度。九江地区高温热害主要发生月份为7、8月，其中，7月年平均为1.4站次，8月年平均为1.2站次。7—8月高温热害发生程度为轻度＞重度＞中度。

(3)1981—2019年轻度、中度、重度和总的高温热害发生站次无突变，但2005—2019年中度、重度和总的高温热害发生站次存在明显的上升趋势。

九江地区存在明显的“双季稻”和“一季稻+油菜”争地现象，因此，研究九江地区高温热害发生规律对九江地区水稻种植结构调整具有重要意义。

杨军等研究发现，江西早稻抽穗开花期和灌浆期高温热害多发生于每年的6—7月，中稻(一季稻)孕穗抽穗期和灌浆期高温热害主要发生于7—8月。

研究发现，九江地区高温热害发生时段主要集中在7—8月，研究结论与杨炳玉等、段里成等的结论一致[20]。

九江地区普遍发生高温热害主要在7月中下旬开始，且高温热害发生时间呈提早趋势，此时早稻处于灌浆结实期，将对早稻产量和品质具有一定的影响。

研究还发现九江地区重度高温热害发生站次多于中度，且重度高温热害呈增加趋势，重度的高温热害发生将对正处于孕穗抽穗、灌浆期的中稻(一季稻)开花结实及灌浆具有一定的影响。

因此，九江地区在进行“双季稻”和“一季稻+油菜”种植结构调整时，应考虑该地区高温热害发生规律，进一步提高九江地区水稻产量和品质。