商洛1961—2020年10,℃界限温度变化特征
时间：2023-01-21 19:15:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
赵小宁，胡晓黎，张鸿雁
(商洛市气象局，陕西商洛 726000)
气温10 ℃是喜温作物适宜生长的起始温度，是衡量一个地区热量资源的重要指标[1-2]。近年来，全球气候变化已得到多数学者认可，相关研究表明[3-4]，我国气温有明显的升高趋势，气候变暖将导致作物生长发育改变，同时将改变热量资源的时空分布，气温稳定通过10 ℃的出现日期、持续时间、积温变化对确定某地作物布局、耕作制度、品种搭配有重要意义。
商洛位于秦岭南麓陕西省东南部，介于108°34′E～111°1′E、33°2′N～34°24′N之间，地跨长江、黄河两大流域，处在冬夏季风与青藏高原环流的交汇地带，属冬干夏湿、干湿分明的暖温带半湿润季风气候。本文利用商洛市7个国家气象观测站1961—2020年逐日气象观测资料，分析近60 a≥10 ℃初日、终日、持续时间及活动积温等热量资源特征和变化规律，为商洛农业结构优化、作物布局和灾害防御提供参考和指导。
选取商洛7个地面观测站1961—2020年逐日平均气温观测资料，采用5日滑动平均法确定气温稳定通过10 ℃的初终日日期及持续日数，计算初日和终日间的活动积温作为稳定通过10 ℃的积温值。计算7站同期算术平均值建立商洛市数据序列，分析其时间变化和突变特征。为了便于日期统计计算，以1月1日为起点记为1，将≥10 ℃的初日、终日日期转换为距离1月1日的实际日数，得到初日、终日日期序列。
运用线性倾向估计法对≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温的变化规律进行分析，并检验其显著性。采用累积距平、滑动t检验、Mann-Kendall检验法等进行突变分析和检验。运用R/S相关性分析预测其未来变化趋势。
2.1 ≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温空间分布
受地形和纬度影响，商洛≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温等值线呈纬向分布，由图1可见，≥10 ℃初日随纬度和海拔高度的增加推迟，≥10 ℃终日随纬度和海拔高度的增加提前，≥10 ℃持续日数随纬度海拔高度的增加缩短，≥10 ℃活动积温随纬度海拔高度的增加减小。商洛各县(区)≥10 ℃平均初日在4月1—13日之间，其中初日最早出现在3月5日(镇安，2013年)，最晚为6月1日(柞水，1962年)；
各县(区)≥10 ℃平均终日在10月18日—11月4日之间，其中最早出现在9月20日(柞水，1964年)，最晚出现在11月23日(商南，1980年)；
各县(区)≥10 ℃平均持续日数在188.4～216.7 d之间，其中持续日数最短115 d(柞水，1962年)，最长为247 d(商南，2019年)；
各县(区)≥10 ℃平均活动积温在3 537.8 ～4 150.3 ℃·d日之间，其中≥10 ℃活动积温最小为2 062.5 ℃·d(柞水，1962年)，最大为4 972.3 ℃·d(丹凤，2013年)。
2.2 ≥10 ℃温度气候变化趋势
2.2.1 ≥10 ℃初日 由图2可见，1961—2020年商洛市≥10 ℃平均初日呈提前趋势，线性倾向率为-2.3 d/10 a(通过0.005显著性检验)。近60 a，商洛市≥10 ℃平均初日为4月5日，最早是2014年为3月14日，最晚是2002年为4月29日。由表1可见，从年代际变化来看，20世纪60年代和80年代落后于多年平均值，其余年代比多年平均日期提前或持平，尤其是2011年以后，较平均日期提前8 d。
2.2.2 ≥10 ℃终日 由图3可见，1961—2020年商洛市≥10 ℃平均终日呈推迟趋势，线性倾向率为1.3 d/10 a，未通过0.05显著性检验，推迟趋势不明显。近60 a，商洛市≥10 ℃平均终日为10月28日，最早为1968年10月14日，最晚为2020年11月13日。由表1可见，从年代际变化来看，各年代终日变化不大，20世纪60年代、80年代和90年代稍提前于多年平均值，其余年代比多年平均日期稍晚，提前或落后的日数都变化不大，总体来说，≥10 ℃平均终日相对稳定。
表1 商洛市1961—2020年≥10 ℃初日、终日、持续日数、积温年代际分布
2.2.3 ≥10 ℃持续日数 由图4可见，1961—2020年商洛市≥10 ℃持续日数呈现增加趋势，线性倾向率为3.3 d/10 a(通过0.001显著性检验)。近60 a，商洛市≥10 ℃平均持续日数203.4 d，最短为2002年的175.9 d，最长为2019年的231.3 d。由表1可见，从年代际变化来看，20世纪60年代持续日数最短，60年代和80年代持续日数小于平均值，其余年代持续日数都超过200 d，尤其是2011年以后，持续日数明显增加，超过210 d，增长趋势较快。
2.2.4 ≥10 ℃活动积温 由图5可见，1961—2020年商洛市≥10 ℃活动积温呈增加趋势，线性倾向率为68.8(℃·d)/10 a(通过0.001显著性检验)。近60 a，商洛市≥10 ℃平均活动积温为4 041.9 ℃·d，最少为1968年的3 466.9 ℃·d，最多为2013年的4 438.3 ℃·d。由表1可见，从年代际变化来看，20世纪60年平均积温最少，60年代和80年代小于平均值，其余年代大于平均值，2011年以后，活动积温增加趋势明显。
2.3 商洛≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温突变特征
由于突变检验的方法比较多，且每一种检验方法都有不足之处，因此应用多种方法综合确定突变年份。首先根据气候要素累积距平选出可能出现突变的年份，再利用气候突变检验比较客观和准确的滑动t检验和M-K法对比确定商洛≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温的突变年份。
2.3.1 累积距平 由1961—2020年累计距平图(图6)可见，≥10 ℃初日日序的累积距平在1972前呈上升趋势，即初日为推后趋势，在1972年出现了最大值，随后平稳波动，2002年后呈下降趋势，即初日为提前趋势，突变可能出现的在1972年和2002年前后；
≥10 ℃终日日序的累积距平在1972年前呈下降趋势，即终日为提前趋势，随后波动，在1994年后呈上升趋势，即终日为推后趋势，突变可能出现在1972年和1994年前后；
≥10 ℃持续日数的累积距平在1972年前呈下降趋势，即持续日数为减少趋势，随后平稳波动，在2002年后呈上升趋势，即持续日数为增加趋势，突变可能出现在1972年和2002年前后；
积温的累积距平在1994年出现最小值，变化趋势为先减少再增加，突变可能出现在1994年前后。
2.3.2 滑动t检验 利用滑动t检验对商洛市≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温进行突变分析，分别取基准点前后子序列长度n1=n2=5，n1=n2=10，给定显著性水平α=0.01，按t分布自由度γ=n1+n2-2，给定tα值分别是3.355、2.878。由图7可见，当n1=n2=5时，终日和积温统计量图没有通过0.01显著性水平检验，即无明显突变点，初日和持续日数统计量图在1972年超过0.01显著性水平，出现了明显突变。当n1=n2=10时，终日统计量图没有通过0.01显著性水平检验，即无明显突变点，初日、持续日数统计量图在1972年超过0.01显著性水平，出现了明显突变，积温统计量图在1972年和1982年超过0.01显著性水平，出现了明显突变。
2.3.3 M-K检验 采用M-K检验对对商洛市≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温进行突变分析。初日UF曲线在1973年以后小于0，表明1973年以后初日处于下降趋势，临界线内在1990年附近UF和UB曲线有交点，可能出现突变，UF曲线超过0.01显著性水平临界线，突变较明显；
终日UF曲线在1973年以后处于上升趋势，UF和UB曲线在临界线内有多个交点，但曲线整体未超过0.01显著性水平临界线，突变不明显，出现多个杂点也说明M-K法对终日突变特征的检验效果不是很好，需要结合其它检验方法进行验证；
持续日数UF曲线在1973年以后处于上升趋势，临界线内在2002年附近UF和UB曲线有交点，可能出现突变，UF曲线超过0.01显著性水平临界线，突变较明显；
积温UF曲线在1969年以后处于上升趋势，临界线内在2003年附近UF和UB曲线有交点，可能出现突变，UF曲线超过0.01显著性水平临界线，突变较明显。
2.4 商洛≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温未来变化趋势
采用R/S分析法，计算Hurst指数对商洛≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温未来变化趋势进行分析。由表2可知，初日、终日、持续日数及积温的Hurst指数均大于0.5，说明将继续保持原来的变化趋势。其中，初日和持续日数的Hurst指数大于0.6，说明其未来变化趋势与之前较一致，初日将继续呈提前趋势，持续日数呈增长趋势，但持续性不明显；
终日和积温的Hurst指数接近于0.5，说明终日推迟趋势和积温增大趋势不显著，具有较大的随机性。
表2 商洛市≥10 ℃初日、终日、持续日数、积温的Hurst指数
(1)商洛1961—2020年≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温等值线呈纬向分布，初日随纬度和海拔高度的增加推迟，终日随纬度和海拔高度的增加提前，持续日数随纬度海拔高度的增加缩短，活动积温随纬度海拔高度的增加减小。
(2)商洛市1961—2020年≥10 ℃平均初日呈提前趋势，线性倾向率为-2.3 d/10 a(通过0.005显著性检验)，平均初日为4月5日；
平均终日呈推迟趋势，线性倾向率为1.3 d/10 a，推迟趋势不明显，平均终日为10月28日；
持续日数呈增加趋势，线性倾向为3.3 d/10 a(通过0.001显著性检验)，平均持续日数为203.4 d；
活动积温呈增加趋势，线性倾向率为68.8 ℃·d /10 a(通过0.001显著性检验)，平均活动积温为4 104.9 ℃·d。
(3)采用不同方法对商洛市1961—2020年≥10 ℃初日、终日、持续日数及积温进行突变分析，结合各种方法综合判定，终日和积温突变不明显，初日在1972年前后发生突变，持续日数在1972年和2002年前后发生突变。
(4)R/S分析表明，商洛市≥10 ℃初日将继续呈提前趋势，持续日数呈增加趋势，持续性不明显；
终日推迟趋势和积温增加趋势不显著，具有较大的随机性。
