第 叮 卷 第 期 年 夕 月 地理学报 丁 五 气 人 不犷 *** 近百年我国积温的变化与作物产量 王 馥棠 甲央气象局气象科学研究获少 本 文在搜 集整理 我 国长序列积温和产量 资料 的基础上 对各地 的积温和主要 作物产 量的变化作 了初步分 析 以期 从农业气 候 热量 和作物气象产量分 析方面 为气候变化 及 其 与农业生产关系的研究提 供一些参考 资料 与处理 日平 均气温 是一个比较重 要的农 业气候界限温度 从气温稳定升 至 以上 开始 一直到 稳定 下降到 以下 为止 作 物的光 合生命活动 十分 活跃 生 长发 育积极 迅 速 形成作物 最终产量 的同化 物大都是 在 此时期内产生并累积 的 因此 几十年来 人们 常以 以上时期的温度数值 简称 积温 来衡量 一地作物生育环境热量条 件的 优劣 因 此 分析积 温的 历史变迁 似 可较直观地 从农业 生产角度来讨 论气候的 变化及其 对人类的 生产和生活的影响 研 究表明 在最常用的 积 温 中 以 有效积 温更 为稳定 限于各 地 序列长 短不一 为便于比较 也为结 合作物 的产量分析 参照文献 将 有效积温距平 等级 化 为五 级 即 级 暖 年 积 温多 级 偏暖年 积 温偏多 级 正常 级 偏冷年 积 温偏少 和 级 冷年 积 温少 分析所用资料有序列 年代最 长的上 海 一 香 港 一 沈阳 一 和 成都 一 等站的 积温 包括大于 的持 续期 以及上 海的小 麦和一季晚稻 的产量 一 辽 宁省新 民等十县的 水稻产量 一 和四川 省广汉县 的中稻产 量 一 等资料 这些资料均 系建国以 来的大面 积单 产资料 按文献 作趋势处理后 再将 气象产量 等级化为五级 即 级 丰年 斗级 半平 年 级 平年 级 欠平 生 和 级 欠年 此外 还参用了天津 青岛和卢州等地的 有关 资 料 有效积温变化的基本特点 图 是上海等地的 有效积温距 平等级十年滑动平 均曲线 可以看出 除 香 港外 各地 曲线的 多年演 变基本一致 其特征是 本世纪 年 代中积 温开始 转多 高于常 年 知 年代初达到 顶峰后 就 逐渐 下降 年代 末 年 代 初是 一个低于常年的 偏少时 期 年代中后期又有一个短暂 的回升 波动 至今 仍在平 均线附 近摆 动 且 多数年份属稍 偏 多 但 各地积温多寡变化的幅 度大 小不一 其中以天 津 为最小 上海为最 大 有北小南 尔 卞林很同志参加了部 分资料的统计工作 特此表示谢意 功王馥棠 陈京玲 量预报方法研究 一 总论与趋势产 量 ***气象资 气象砚 字研究院文集 气象出版社即 将出版 王馥案 近 百年我国积 温 的变化与作物产童 价 一 二 了寸上一 花 产 互又 声以不二万了戈二石 广 一 一 一一 卜二 一 一 一一 尸 刀 一 丫 一一 忿 图 卜海等地 有效积温 践 平等级十年滑动平均曲线 卜 一 一 丫 丫 通 一 巴 大 的现 象 香港的特点是 从一 十年 代中期 开始 的回暖过 程 长期来一直在平 均线附 近 徘 徊 四十 年代稍有起 伏 六十年代至七 卜年代 才达最 高值 从演变趋势看 短期内似仍处 于偏多时期 可 见 从 有 效积温 看 除 香港 外 四十 年 代至五十 年代是 近 一 百年 来我国 积温 最多 进而也是气候上的最 暖时 期 五 十年 代后期积温开始迅速减少 虽然 十 年代 中期有一 个短暂的回暖过程 但总 的趋势在下 降变冷 西部 成都表现 尤 为明显 以上海为 例 积温的 历史演 变特点是 常年 年 平均 为 前 年积 温 偏少 为冷期 平均积 温为 后 年逐渐增多 为暖期 积温平 均为 冷 期 积温比暖 期平均少 冷期积温最 少年 为 最 多年 斗 为 振 幅为 暖期最少年 为 最 多年 斗 为 振幅计 很明显 暖 期的 变幅大于冷期的 变幅 持 续期 的变化基 本上与上述 类同 详略 如果将 年 划分为三个 年时期进行比较 的话 则建国以来的近 年是近百年来 积温最 多的 年 平均达 最 多的 年为 最少的 年为 积温 最少 气候 最冷的是上世 纪末 至本世纪 年代 的 年 时期 其平 均积温比近 年 要少 之多 表 值 得指 出的是 虽然热量最 多的 是近 年 但 积温 持续期 最 长 平均初日又最早 的却是前 年 一 这 说明近 年暖期 的温 度强度要 地 理 学报弃卷 表 上海各时期 有效积温持续期及开始结束日比较 一 丫 饥 窝 有效积温 持续期 天 开始 日 月 阵 匡广一 剔 一 一 筋 一 时期 年 一 夕 平均 夕 最大 *** 最 引竺 竺 亏8 512 3 0 2 5 5 最短 差 结束 日 月 最早 最迟 差 20斗 多 平均 1丁 2 1 1 *** 12 1 3任 1 19斗*** 竺 一 一 2 3 3 5 斗 0 12 3 2 19 *** l 11 189*** 1 9 02 9 0一1979 263*** 1 2 8丁 52 工 斗 1 9 1 1 IQ多 21 19*** 619****** 1 12 19*** 2 23 L一n 乃一 1工 n一 且1 1勺 l 一 U一 工 l 1工 Q 产 夕了 才 一Q 一尹 J口一 O尹一尹 一 口 四卜 兰 喃 一 一八曰 一 j 绪 一已少一 一 J一 乡O一 一q一 920一1949 1 261 1 2 88了 1 234 01***4引233 2 101 4亏 194*** 1921 1942 1 192 3 竺 兰 竺l 夕j31 l 1 2 1 9 2丁 28 18 9 0一1919 竺粤 竺阵 目带 兰肆 l 吕 1 1 吕 1 9 0 2 1 8 9 l l 1 2 巧 4 24 16 11 5 12 34 19001902 此行为最大 最小 最长 最短或 最早 最迟 日的出现年份 y ea r so f exr r e m e a lu e o c e u r酬 大 于前3 0年 另外 如前所述 四十年代初至五 十年代初是近 百年中最暖 的十年时期 不 仅 平均积 温达2770 且持续期也最长 达2刊 天 3 为了 解各地农作物 主要 生育阶 段积温的变 化情况 计算了上海小 麦恢复生长后 二 一 一一 广一 一一 一 3 全 产了口 卜孙 二 资 月 一 连 一 应 5 一 月 一 气 思 戴 戴盘粼 图 2 上海等地各阶段1 0 有效积温距平等级十年滑动平均 曲线 Fig 2一五e 1 0一y e a rr u n n ingm e a nse la s s e s o fd e v ia rio n s o f a f f巴cd v ea e e u mla ted t e m pe raru r ea b ove 10 to rd i fferen tp eri司5inShonghaiandotherplaees 王馥棠 近百年我国积温的变化与作物产量 的3一5月和双季稻 的 主要生育时期5一9月 辽宁 水稻关键生育时期 6一8 月以及四川 中 稻 主要生育时期5一8月的积温 从图2可以看到 上海各阶段积温 的演变 特征基本上 与 全 年积温的 演变相似 不 同的是 春季 3一5 月积温 的波动 幅度要大于5一9月 时期的 波 动幅度 具 体达21 0 这说 明5一9月时期的热 量波动要比春季 稳定 五 十年代后至六 十 年代中虽有一 个波谷 其谷值仍在平 均线之上 两条 曲线 均可明 显地划分为前冷后暖 两个半波 只是春季 曲线由冷到 暖的 转折期 在二十 年代 中 比5一9月时期 的转折 约提前 十 年 沈阳 6一8 月积 温 的波动与全 年相比 呈前高后低的现象 即二 十年代的波峰比全 年 的 高 六十年代初的 波谷 又较全年 的要 低 但其总的 波幅 仍小于 全年 的波幅 表2 表2上海等地历年与近 3 0年 1 0 有效 积温距平比较 Table2 lh eeo m p ar i sono a n om alie s o先effeetive aeeumulatedtenlper之t ur e 10 in rhel 几 t 3 0 ye a r w ith tha r fo r 盆1 1 th e ye a r s 沈沈阳阳 成成都都 上上海海 香香港港 沈沈阳阳 成成都都 上上海海 最大最刁 十 234一 2 3 8 成都 上海 2 670 336 1 一3 69 2***95 296 1 一3 00 5 9 6 25 70 31*** 一2 69 263*** 2 38 1 一3 0斗 *** 4 2 香港 沈阳 一 一竺 一兰 一 一三二 二一 一 1 上 海 4 50 0 ***宝0 一4 6 6 1 1016 洛6 1 5 43 3 一 斗 8 2 勺l*** 6一 8月 ***一8月 3一***月 ***一9月 l宝 丁l一13 8 1 2 101十9斗 一12 丁 2 2 1 17***O 十 14 2 一 1 38 1 69*** 丁31 一8 2 15 5 *** 30 443 一 21 85 6 *** l 23 8 1 一3 0斗 1 542 2 1 5 0 2 3丁1一 2 15 2 18*** 202 一 1 6 2 3 84 另外 如上 所述 各地 近 3 0年的变暖趋 势在各主要生育阶段 积温的变化上也有反映 其 增 温的幅度要略小于全 年 的幅度 唯 成都例外 其近 3 0年的 变冷趋势仍保持 不变 劝对农 业生 产 实践 来说 仅有热量的多年 平均还不够 必 须进一步分 析其历年 的变 化 为此 参照文献 4 求算 并绘制 了保证 率 曲线 图略 计 算表明 各地的年 际变化 不 一 以香 港为最大最不稳定 成都 上海 次之 沈阳最小 在各阶段积温 的 变化中 成都 沈阳比较稳 定 上海5一9月次之 最 不稳 定的是 上海 3一5月 相比 之下 不难 发现 虽然成都 全年积温的变化较大 但 中稻生长 期间的农业气 候热量条 件还是相 对稳定 的 沈阳 水稻关键生长 期的热 量条件也比较稳定 唯上 海小 麦 恢复 生长后的积温不 很稳定 这 无疑与春季 冷空气 活动次 数及***雨天气的多寡变化有关 后 者是 导致小 麦生产 不稳的 重要因素之一 表 3 列出 了上 述各地与各主 要生育阶 段不同保证 率的 1 0 有效积温 例如上 海在 1 D年 中有9年可以保证 1 0 有 效积温不少 于2斗4 0 沈阳却只有一 年 在 1840 以 上 等等 5 为了探 讨 1 0 有效 积温序列演 变的 周期性按 文献 IJ的方法 进行了周期图试 吧理子 于 反 37 卷 一 一 一一 厂6 地 理学士浸 表3沈阳等地不同保证率下 的 1 0 有效积温 一 f a b飞e 3 The e全 f巴 e tl丫 ea e e u m u la te d te m pe raru re 1 0 上o r l i ff orent guar anr e e ae eu m ulat o d probabi li汀 inpr Liao ning an d otherregion s 兰生 一卜里匕色 一 鹦 二匡 土 闰 困二 止生里一 二乞二 一 竺竺伴琴 竺竺 兰兰仁二里 二兰 竺兰 一牛票 一卜 兰兰 罢 斗 缨 竺1竺 竺 竺 手今 井共卜学 答 罢 兰 兰 竺 竺 含庵 全牛 l斗 U UI斗当艺UI斗了5 l斗 6 8 U14 62 01 4亏 7 01 4*** 2 5 6 0 了 0 1 8 0 亘 回亘 6 2 0 2 8 2 斗0 2*** 咯0 2*** 0012斗*** 0 斗 斗 7夕l斗 4 0 01斗3 2 5 沈阳6一8月 5一8月 3一三月 5一9月 13乡0 132022*** 1230 2220 120 1 2 5 5 1 1 6*** 成都 上海 上 海 1910 1870 1800 176*** 1 7 斗 011 7 20 1丁 0 0 1 6 8 0 85U 2 3 10 7 04 斗多 2275 6 20 1多 多亏 14 9苏410 1 380 229512 1丁 0 12 1 斗 01212 0 2 0 *** 2 0丁 1 1 1乡斗0 0 0 2 2 2斗 70 0 02 斗 20 0 0 2 2 2 任 任 0 0 02 3丁O O O 斗斗 2 3 0 0 0斗1丁O O O 1 1 1 13******1 10 5 5 5 1 1 16苏 0 0 0 163 3 3 3三 O O O 3 3苏 苏 Tabl巴 4 表4积温序列的周期图分析 Per夕 浏啥ram an二lys i s o f a e e m ula亡巴dt巴田伴rar ure 站名 通过 U L 1 检验的周期长度 年 三匕厉公 表5积温序列 的功率谱分析 T盔ble 5 P o认erspe e tr u m ana lys一s aec umula re一王te ujp巴 atur e 站站名名周 期 沈沈阳阳 11****************** 天天津津 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 青青岛岛 7 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 上上海海 7 8 8 8 6 9 9 9 6 2 2 2 2 2 2 2 成成都都 2 0 广广州州 6 3 2 2 香香港港 6 斗 斗 7 2 表列各周期均通过吃 置信限的红噪声检验 书 括弧内各周期均 系十分接近标准潜上界的 各 周朋 Pe r l司5inthx st able are shown withabove95 i gni fieanrIe el o f r odno is e r Pe r一 o d s i 尸a re n rhe咒 r e士erroPeriods p pro x im a r et oup perI imir o天 ton d ar d s pe c t fu n 王馥棠 近百年我国积温的变 化与作物产量 验和谱分析 最大试验周期与最大后延均取序列长度的三分之一 结果见表4与表5 图 略 表 4 为各地积温序列周期图分析中经过 U义L 1 检验的周期长度 以年为单 位 虽然各地情况不完全一致 但有趣的是可以 大致划分为四组 各组不仅有相同 的周 期 而且地理位置相近或有类似的地理地势 具体来说 上海与青岛同处 东亚海滨 有相 同的8年及其倍数周期 位于我国三北地区的沈阳 与天津有1 3年的 周期反映 地处南海 之滨的广州与香港表现为 2 2年周期与 8一9 年周期 而四川盆地 中的成都却 另有反映 这充分说明积温周期不同于温度周期 它具有明显的地区性 积温序列的功率谱分析也有类似的结果 表 5 只是各周期较周期图分析的周期为 短 天津与沈阳的不相一致 可能与天津序列过短影响分析效果有关 各阶段积温的周期图试验和功率谱分析结果与上述基本一致 图和表略 3 近30年作物产t的变化特点 影响作物产量的 因素很多 机制也很复杂 造成作物产量的年际波动很大 在当前生 产发展条件下 在经常影响作物产量逐年波动的各因素中 气象因子往往起着很重要 甚 至关键的作用 因此在设法排除偶然的或其它经常性影响因子后 可以分析研究作物产 量与气象因子间的定量关系 本文正是从这一观点出发 为剔除非气象因子的影响 参照 文献绷 以全段和分段趋势处理的方法 从原产量系列 中求算了 气象产量 序列 图 3a b 余略 o l 比较上海小麦 晚稻 辽宁水稻和四川中稻等四条气象产量曲线 图略 可以看 到 尽管曲线的起伏波动不一 但大都具有气象产量负值年数稍多于正值年份 而正值年 图 3 a 上海历年小麦产量 Fig 3aAet ualyiel d of w heatin sh a nghai 1949一1976 half 一k i logr a m pe r m u l m u 二0 1647 acre 一0 0667 heetare l 金牲 吉书琴 高桂琴 辽宁省水稻产量预报方法的研究 农业气象预报方法研究 选编X 内刊 41一4 81 9B O 1 0 2 冯达权川西平原中稻产量与光温因子关系的分析同上 3乡一40 1 9 8 0 10 0 邝 地 理学报 厂 卷 图 3 b上海历 年小麦气象产量 F19 3bM et eorologieal yieldofwhear inShanghai 19略 9一19了 6 h 二I f一k i log ra m pe r m u 的平 均值大于负值年的平 均值现象 仅辽宁水稻 相反 就 水稻 而言 四川 广汉中稻气 象 产量的 变化幅 度最 小 这在 一定程度上正反映了四 川水稻生长期间 气象条件的 综合影 响 比较稳定的特点 在某种 意义上说 这 与上述积温分析 幅 度 也较小的 结果不无一致 之处 当然 这 里不排除雨量等其它 因子起作用的 可能性 2 四条 气象产量曲线都有一个较 明显的1960一1 2年 低谷 它表明 196 一1962 年的产量波动 在我国具有普遍意义 因此 在具体分析 气象因子与 作物产量定量关系 的 时候 要特别注意 产量序列上这 一波动的特殊性 以提 高分析 的效果 3 表6列 出了上述四种作物不 同保证率 的气 象 产量 例 如上 海小 麦气 象产量十 年 中只有一 年大 于6 4 斤 亩等 从表6 还 可看到 小麦气象产 量的 变幅小于水稻气象产 量 的变幅 这当然与作物本身 的产量水准有一定 的关系 但联系前述上 海 3一5月阶段积温 的变幅分析 变幅 为最大 在某种程度上 也反映了春季积 温对小麦产 量的 影响不甚明 显 而其它 气象因子的常年变化 才可 能是导 致小麦气象产量波 动的主要 影响因子 如 降水 等 表6各种作物不同保证率 下的气象产量 斤 亩 Table6 M et eorologieal yieldofvarious eroPsfordifferenrguaraotee 土二仁业 土 土 土 土 二 土1土 土 土 竺 遭止阵 上里一卜 兰 一 一竺一 一竺一阵 兰一卜二生 二兰 二兰阵竺洲 一竺生 里止一 全 二竺一衅三卜 1 型 上卜 兰一卜 卫兰 二兰卜 三i 一 一竺生 二里 一三一 1 主里一 二竺一 止生 兰生 卜 二 卫上J 止里 一 止兰 阵二 二竺 四川广汉 1 中稻 1 6 1 4 2 24 2 3 一9 一2 一3 9 一6 3 4 值得指 出的是 在各作物气 象产量的周期图分析 中 大 都出现有1 2年的周期 这 说明 在作物单 产的时 间序列演变中 犯年周期可能是具 有比较 普遍意义的一种周期波 动 此外 还有6 7 和8年周期 表7 o 4 分析与讨论 l 从 1 0 有效 积温距平等级的十年滑 动平 均曲线看 图1与2 可以明显地以 3 0 王馥棠 近百年我国积温的 变化与作物产星 表 丁 作物气象产量等级的周期图分 析 al t 丁 Perio log rama n alysi o fm eteoro logi e j lyield elas s e 地名 子 乍物 通过U丫L 1检验的 周期长度 年 上海 j 麦 才 1 1 l 6 12 1 11 L汽 l 一晚 S I厂 l l 辽芍 水稻 4 1 8 1 2 3 四 厂汉 稻 6 丁 年 代中 为界 分为前 冷 后暖两 个波段 也可以按 3 0年时段划分 为三个波 段 即二十 年代以 前 的冷 期 二 十至四十年代 暖期 上 升波段 和五十至七十 年代 的暖期 稳定一下降 波段 七 十 年代以来 曲线都已开 始下 降 目前已接近 甚或 低于常 年平 均 另外 从曲线趋势 看 成都积温在未 来大量减少的 可能 性不大 但任 何程度的转暖都将使目前比较 有利 的气候 圣件 变得更为有 利 2 各地积温 的 演变均有其 特有的周期性 表4 它们将 对农业生产发生一 定的影 响 作 者认为 在未来 3 0年或5 0年的 可能偏冷期 中 这些周期只能使整个积温曲 线发生 短 析的波 动 回暖或转冷 它不 太可能改变转人偏冷期 的总趋势 3 对比近 3 0年 1950一1979 各 阶段IOec积温距平等级 和气象 产量等级的周期 图 分析 表 8 和表7 不难发现 两者大致有 相对应 的周期性 即辽宁水稻与沈阳 6一8 月的 积温 一 斗年周期 四川广汉中稻 与成都5一8月积温一6年及其倍 数周期 上海一季晚 稻 与5一9月积温 一 8年周期 这在一定 程 度上 恰恰反映了农业气 象与热 量 条件的周 期 变化对作物产量周期变化的 可能影响 这是很 有意义的 表 8 各阶段3 年 19苏 一19丁叻1 0 育效 积温 等级的 周期图分析 一3 1 1 e 5 P erio d o g r a nlan a l y 1 5o f e f eer i丫 e 10 to rd i亡士 er巴 nt工 le rio 15 云 了 z aeeulnu l汪 t 已 1 r h e I asr 30 te m pe r ar ure elass巴 V e ar s 竺 一卜 竺垦 阵一 一一 竺三兰竺型兰竺竺吧竺兰匕一 兰 全亡 二 二 二巨 州二 成 者 一5月 6 1 习 5 3 2 正如笔者在文献 川中指出 作物生长的主要环境 条 件之 一的 农业气象热量因子 其 叫期波动必将影炯作物的生长 发育和产量 是 引起产量 序列周期波动的重 要原因之一 本文上述的分析结果 初步证 实了这种 对应关系的客 观存 在 参考文献 王馥某 气象学报 39 3 3 41一3书s 1 8 1 张先恭 李文宋 气象掌报 4 O 2夕 1昭一2 8 lq82 年 王馥棠 李郁竹 气象堂报 3 4 3夕 3书 一3 1 6乞 张家诚 张先恭 气象学报 3 7 2 4 一井 1 9 9 由央气象局又气气候研究所 未来与 发展 1981 年 1 期 铭一斗气 Je s11 J 1 11 J 尸 r r 1ll w e护 f 盆 地理学报 盯卷 O NT H EVAR IAT IO NO F AC C UM U LAT E DT EMP E R A T U R E D U R I NGT H EL A S T1 0 0Y E A RSAN DC R O P Y IE L DINC H INA W ang F u 一 t a n g 己a d em 夕 o f卫 刃te例20口必心 S门e月刃e C 尸n矛ral 歹护犷 o r olo夕葱ea l S e r再ee A b str a et B a s e d on th eeolleotingan dpr oc essing o f tllelo ng series data o f a eeu m ulated tem Pe rature an d oroP 户eld in our eo皿 t r y thi sar t i e l e 皿aly驴5 the variationoft le el别弥eso fd ev iationo f effeetiv e 朋eu mu l ated temperatu re 10 Cd u r i n gt h o las tl 0 y e a r s a n d t h e m e t eoro l o g i ea l a s s oe i a t i on 诫th the m eteorolog ieal 户eld variation of t h e m aineroP du ring thelast 30 yearsi nShanghaia nd otherPlaees 1 There are sPe c ifiof luet u a tion s w i th different Perio d s forthe varia tiou of 朋 二ulated to mP era ture in dif 介rent re乡ons and itw illaff e et 昭rieulturaldeveloPm ent to a certain extent T he abovementioned Perio dic fluctuationw ill only ma k e a l ittle tu rbu l enee on the eu r ye ofaeoum u l atedtemPera turofor shorttime一 w ar mi n g on d ooo ling b ut it e a n n o t e h an g e t h e g enera lt re n d 2 Th eor 甲 m oteoroleg ieal y ield n otonl
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