全 文 ：气候变化背景下中国农业气候资源变化芋.
西北干旱区农业气候资源时空变化特征*
徐摇 超1,2 摇 杨晓光1**摇 李摇 勇1 摇 王文峰1,3
( 1 中国农业大学资源与环境学院, 北京 100193; 2 中国科学院青藏高原研究所, 北京 100085; 3 国家气象中心, 北京
100081)
摘摇 要摇 基于 1961-2007 年中国西北干旱区 78 个气象台站的气象资料,分析了西北干旱区
全年、喜凉作物和喜温作物温度生长期内热量、光照和水分的时空变化特征.结果表明:研究
期间,西北干旱区年均气温呈上升趋势,其气候倾向率为 0郾 35 益·(10 a) -1;喜凉作物和喜温
作物温度生长期内积温总体呈升高趋势,其气候倾向率分别为 67 和 50 益·d·(10 a) -1;研
究区大部站点的年日照时数呈明显下降趋势,除新疆大部地区和宁夏平原以东的喜凉作物和
喜温作物温度生长期内日照时数呈降低趋势外,其余地区均呈升高趋势;研究区大部地区的
全年参考作物蒸散量呈下降趋势,而喜凉作物和喜温作物温度生长期内的参考作物蒸散量则
表现为研究区西部下降、东部上升.与 1961-1980 年相比,1981-2007 年研究区大部地区全年
及喜凉作物和喜温作物温度生长期内的降水量呈增加趋势,其增幅的空间变化趋势均由西北
向东南递减.
关键词摇 西北干旱区摇 农业气候资源摇 时空特征
文章编号摇 1001-9332(2011)03-0763-10摇 中图分类号摇 S162郾 3摇 文献标识码摇 A
Changes of China agricultural climate resources under the background of climate change. 芋.
Spatiotemporal change characteristics of agricultural climate resources in Northwest Arid Are鄄
a. XU Chao1,2, YANG Xiao鄄guang1, LI Yong1, WANG Wen鄄feng1,3 (1College of Resources and Envi鄄
ronmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2Institute of Tibetan Plat鄄
eau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China; 3National Meterological Center,
Beijing 100081, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(3): 763-772.
Abstract: By using the 1961-2007 daily weather data from 78 meteorological stations in Northwest
Arid Area, this paper analyzed the spatiotemporal characteristics of agricultural climate resources,
i. e. , heat, light, and precipitation, in the area, both in the whole year and in temperature鄄defined
growth seasons of chimonophilous and thermophilic crops. In 1961-2007, the mean annual temper鄄
ature in the area had an increasing trend, and the climate tendency rate was 0郾 35 益·(10 a) -1 .
The accumulated temperature in temperature鄄defined growth seasons of both chimonophilous and
thermophilic crops also had an increasing trend, and the climate tendency rate was 67 and 50 益·
d·(10 a) -1, respectively. The annual sunshine hours in most stations of the research area had an
obvious decreasing trend, but the sunshine hours during the temperature鄄defined growth seasons of
chimonophilous and thermophilic crops had an increasing trend, except that in most regions of Xin鄄
jiang and east Ningxia Plain. The annual reference evapotranspiration in most regions of the study
area tended to decrease, while the reference evapotranspiration during temperature鄄defined growth
seasons of chimonophilous and thermophilic crops tended to decrease in the west but increase in the
east. Compared with that in 1961-1980, the precipitation both in the whole year and in tempera鄄
ture鄄defined growth seasons of chimonophilous and thermophilic crops in 1981-2007 increased, and
the increment reduced progressively from the northwest to the southeast.
Key words: Northwest Arid Area; agricultural climate resources; spatiotemporal characteristics.
*国家重点基础研究发展计划项目(2010CB951502)、国家科技基础性工作专项(2007FY120100)和公益性行业(农业)科研专项(200903003)
资助.
**通讯作者. E鄄mail: yangxg@ cau. edu. cn
2010鄄10鄄08 收稿,2010鄄12鄄13 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 3 月摇 第 22 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2011,22(3): 763-772
摇 摇 全球气候变化不仅影响人类生存环境,也将影
响世界经济发展和社会进步[1] . 气候变暖是全球气
候变化的主要特征,已成为国内外学者普遍关注的
热点问题之一[2] .根据 IPCC 第四次评估报告,过去
100 年全球地表温度上升了 0郾 74 益,近 50 年的温
度升高趋势为过去 100 年的 2 倍[3] .中国近 100 年
来平均地表气温增加 0郾 5 益 ~ 0郾 8 益,其增温幅度
比全球同期平均值[(0郾 6依0郾 2)益]略高[1] .
在全球气候变化背景下,我国西北地区气候资
源和农业气候资源也发生了相应改变. 有研究结果
表明,西北地区 1987 -2003 年月平均气温、最高气
温、最低气温比 1961 -1986 年明显增高,以最低气
温的增幅最大,冬季升温幅度大于夏季,气候变暖主
要来自于最低气温的贡献[4];1961-2003 年,西北地
区<0 益负积温、逸0 益积温和逸10 益积温的平均气
候倾向率分别为 52郾 9、 50郾 7 和 49郾 3 益 · d ·
(10 a) -1 [5] .农业是对气候变化非常敏感的行业[6],
气候变化对农业结构、种植制度和农作物产量已经
或即将产生重要影响[7-9] . 西北干旱区光热资源充
足,适宜喜温、喜光作物生长,已成为我国高产优质
棉花带;该区多实行灌溉农作制,水是该区农业发展
的主要限制因素;其区域面积大,研究区内各省
(区)具有相似的自然环境和气候资源,种植制度也
相对一致,但以往少有以该农业大区作为研究对象
来分析该区农业气候资源的变化特征研究,以基于
80%保证率下喜凉作物和喜温作物温度生长期内农
业气候资源(光、温、水)变化特征的研究及参考作
物蒸散量变化特征的分析更是鲜见报道.
20 世纪 80 年代中期,刘巽浩等[10]利用中国各
地气象台站建站以来到 1980 年的气候资料,在考察
和调研的基础上,结合相关研究成果,完成了中国的
种植制度气候区划.为了与刘巽浩等[10]的研究结果
相比,加之 20 世纪全球经历了两次突变性的变暖过
程,第一次发生在 20 世纪 20 年代,第二次发生在
20 世纪 80 年代[11],本文利用西北干旱区内 78 个气
象台站的地面观测资料,以 1981 年为时间节点,比
较分析了 1961-1980(时段玉)和 1981-2007 年(时
段域)两个时段该区域喜凉作物和喜温作物温度生
长期内热量、光照和水分等农业气候资源的时空变
化特征,以期为该区域农业气候资源利用和作物布
局提供科学支撑.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
本文所研究的中国西北地区包括新疆、甘肃、内
蒙和宁夏 4 个省(自治区). 该区分为 3 个亚区,第
一个亚区包括内蒙中西部、甘肃河西走廊和宁夏平
原;第二个亚区包括新疆南疆地区;第三个亚区为新
疆北部[12],该区山地面积较大,包含天山山脉、阿尔
泰山脉和祁连山脉,且海拔相对较高(图 1).该区位
于34毅20忆-49毅10忆 N,光热资源好,降水量不足.主要
粮食作物为小麦和玉米,水稻种植较少,20 世纪后
期该区成为我国主要的棉花基地.
1郾 2摇 数据来源
本研究所用数据来自本研究组已建立的气候资
料库,包括研究区 1961-2007 年 78 个气象台站(图
1)的逐日气候资料,本文利用的气候要素有平均气
温、最高和最低气温、降水量、日照时数、平均风速和
平均相对湿度.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 稳定通过界限温度起止日期的确定摇 采用五
日滑动平均法[13]求算界限温度的起止日期.本文定
义稳定通过 0 益的持续日数为喜凉作物温度生长
期;稳定通过 10 益的持续日数为喜温作物温度生长
期[14] .在此基础上分析喜凉作物和喜温作物温度生
长期内的活动积温、降水量、日照时数和参考作物蒸
散量的变化特征.
1郾 3郾 2 气候倾向率 摇 在计算气候要素变化趋势时,
采用最小二乘法,计算样本 X i 与时间 t 的线性回归
系数( a). 气候要素的变化可用一次线性方程表
示[15]:
X i =at+b摇 ( t=1,2,…,n) (1)
以线性回归系数 a的 10 倍作为气候倾向率.
1郾 3郾 3 参考作物蒸散量摇 参考作物蒸散量(ET0)指假
设平坦地面被特定低矮绿色植物(高 0郾 12 m,地面反
射率为 0郾 23)全部覆盖、土壤水分充分情况下的蒸散
量.本文采用联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的
Penman鄄Monteith公式计算 ET0 [16],其公式如下:
图 1摇 西北干旱区气象台站的位置及其海拔高度
Fig. 1摇 Location and altitude of the weather stations in North鄄
west Arid Area.
467 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
ET0 =
0郾 408驻(Rn - G) + 酌
900
T + 273U2(ea - ed)
驻 + 酌(1 + 0郾 34U2)
(2)
式中:ET0 为参考作物蒸散量(mm);Rn 为到达作物
表面的净辐射(MJ·m-2·d-1);G 为土壤热通量密
度(MJ·m-2·d-1);T 为作物冠层 2 m 高处的空气
温度 (益); U2 为作物冠层 2 m 高处的风速
(m·s-1);ed 为饱和水汽压(kPa);ea 为实际水汽压
(kPa);驻为水汽压对温度的斜率(kPa·益 -1);酌 为
干湿球常数. 其中,Rn、G、驻、U2 可通过气象台站观
测资料计算求得.
1郾 3郾 4 气温垂直递减法摇 影响气温空间分布的环境
因素很多,其中以海拔高度和地形条件的影响最显
著[17] .舒守娟等[18]研究发现,在西北地区,海拔高
度是影响气温的最主要因素.因此,本文采用气温垂
直递减法对温度进行海拔高度校正,根据气温的垂
直变化规律进行栅格化[19] .在对流层中,气温随高度
增加 而 降 低, 整 个 对 流 层 的 气 温 直 减 率 为
0郾 65 益·(100 m) -1 [20] .根据气温的垂直变化规律,
将不同经纬度和海拔高度上的气温值根据海拔高程
和气温垂直递减率投影到虚拟海平面上,公式如下:
T0 =Th+0郾 0065h (3)
式中:Th 为某气象站的实测气温(益);T0 为某气象
站对应在虚拟海平面上的气温(益);h 为某气象站
的海拔高度(m).
由于同一水准面上气温变化被认为是连续的,
所以对虚拟海平面上的气温值按一定的网格大小进
行内插和栅格化,最后,用虚拟海平面上的栅格气温
减去因海拔升高而降低的气温差,得到估算的实际
地面的气温值.
1郾 4摇 数据处理
用研究区 78 个气象台站的气温值分别计算出
稳定通过 0 益和 10 益的起始日期、终止日期、持续
日数和积温值,以及年均气温值在 80%保证率下的
数值,利用式(3)将平均气温和积温进行高度订正,通
过 ArcGIS 软件的反距离加权模块( inverse distance
weighted interpolation,IDW)进行插值,得到空间栅格
数据;利用逐日地面观测数据计算出日照时数、降水
量和参考作物蒸散量的年值及温度生长期内 80%保
证率下的数值,采用 ArcGIS 软件的 IDW模块进行插
值,得到空间栅格数据,形成空间分布图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 西北干旱区热量资源的变化特征
2郾 1郾 1 年均气温摇 由图 2 可以看出,1961-2007 年,
研究区年均气温呈纬向分布,表现为由北向南逐渐
升高的趋势.在时段玉和时段域,研究区年均气温分
别在-5郾 0 益 ~13郾 5 益和-5郾 4 益 ~14郾 6 益 .与时段
玉相比, 时段 域 年均气温平均上升 0郾 6 益 .
1961-2007年,研究区年均气温总体呈升高趋势,平
均每 10 a 上升 0郾 35 益 . 其中,河套地区、阿拉善盟
东部、宁夏平原和北疆北部的气温升幅较快,新疆地
区的临河、七角井和富蕴的气温倾向率超过
0郾 7 益·(10 a) -1,但新疆中部库车地区的气温则呈
略微降低趋势.
2郾 1郾 2 喜凉作物温度生长期内逸0 益积温摇 研究期
间,西北干旱区喜凉作物温度生长期内逸0 益积温
的空间分布特征与年均气温的分布特征类似,表现
为由北向南逐渐增大的纬向分布特征(图 3玉). 在
时段玉和时段域,喜凉作物温度生长期内逸0 益积
温分别为 1206 ~ 5527 益·d 和 1188 ~ 5736 益·d,
时段域较时段玉平均增加了 89 益·d.研究期间,西
北干旱区逸0 益积温总体呈增加趋势,其平均气候
倾向率为 67 益·d·(10 a) -1,但新疆的乌鲁木齐、
图 2摇 研究区年均气温及其气候倾向率的分布
Fig. 2摇 Distributions of mean annual temperature and its climatic trend rate in the study area.
a)1961-1980 年的年均值 Mean annual value during 1961-1980;b)1981-2007 年的年均值 Mean annual value during 1981-2007;c)1961-2007 年
年均值的气候倾向率 Climatic trend rate of mean annual value during 1961-2007. 下同 The same below.
5673 期摇 摇 摇 摇 徐摇 超等: 气候变化背景下中国农业气候资源变化芋郾 西北干旱区农业气候资源时空变化特征摇 摇
图 3摇 研究区喜凉作物温度生长期内逸0 益积温(玉)和喜温作物温度生长期内逸10 益积温(域)及其气候倾向率的分布
Fig. 3摇 Distributions of 逸0 益 accumulated temperature (玉) for chimonophilous crops and 逸10 益 accumulated temperature for
thermophilic crops (域) and their climatic trend rates in the study area.
库车、温泉和阿拉尔呈降低趋势. 两个时段研究区
逸4000 益·d积温带均主要分布在南疆,但与时段
玉相比,时段域的面积增加了 6郾 7伊104 km2,增加的
面积占全区总面积的 3郾 0% ;3200 ~ 4000 益·d 积
温带的北界呈现不规则的北移趋势,但未出现条带
变化,时段域比时段玉的相应面积增加了 1郾 1 伊
104 km2 .与时段玉相比,时段域喜凉作物温度生长
期的年均持续日数增加了 5 d,研究区平均气温的升
高及其持续时间的增加共同导致逸0 益积温的增加
(表 1).根据我国小麦生态型分布,新疆地区为冬春
兼播麦区,河西走廊、宁夏平原、河套地区和阿拉善
盟等地区为春播麦区[21] .由于春小麦在温度生长期
内逸0 益积温达到 2000 ~ 2400 益·d即可种植[22],
因此,研究区域大部分地区的热量不再是小麦生长
的限制因素.
2郾 1郾 3 喜温作物温度生长期内逸10 益积温摇 研究期
间,西北干旱区喜温作物生长期内逸10 益积温的分
布呈纬向分布,新疆南部高于新疆北部,而研究区域
东部的阿拉善盟高于河西走廊,这主要是由于研究
区域南高北低的地形所致(图 3域). 在时段玉和时
段域,喜温作物温度生长期内逸10 益积温分别在
116 ~ 5124 益·d 和 154 ~ 5347 益·d,与时段玉相
比,时段域平均增加 59 益·d. 1961-2007 年,研究
区逸10 益积温总体呈升高趋势,增幅为 50 益·d·
(10 a) -1,其中,新疆的七角井、巴里塘和昭苏及全
区东部的马鬃山、拐子湖、临河和呼和浩特的增幅相
对较大,而新疆的阿勒泰、乌鲁木齐和库车等局部地
区则 呈 降 低 趋 势. 与 时 段 玉 相 比, 时 段 域
逸3500 益·d 积温带面积增加 5郾 4 伊104 km2,增加
的面积主要位于南疆东侧;3000 ~ 3500 益·d 积温
带在研究区域东部同时向东、南和西 3 个方向扩展,
其中向东扩展了 1郾 6 个经度,相应的面积增加了
16郾 8伊104 km2 .与时段玉相比,时段域喜温作物温度
生长期的年均持续日数增加了 2 d,研究区平均气温
的升高及其持续时间的增加共同导致逸10 益积温
的增加 (表 1 ). 由于 逸 10 益 积温在 3600 ~
4000 益·d范围内可实现一年两熟,逸10 益积温在
3000 ~ 3500 益·d 时,小麦收获后可复种其他多种
作物[10],因此研究区热量的增加有利于提高复种指
数.玉米的种植界限受热量条件限制,栽培的稳定气
候界限与 2500 益·d 积温较一致[23] . 与时段玉相
比,时段域逸10 益积温逸2500 益·d 的区域面积增
加了 5郾 4伊104 km2 .西北干旱区喜温作物温度生长期
内逸10 益积温的增加,可使玉米种植面积增大.有
表 1摇 西北干旱区喜凉作物和喜温作物温度生长期的年均
持续日数
Table 1摇 Annual average durative days of temperature鄄de鄄
fined growing season of chimonophilous crops and ther鄄
mophilic crops in Northwest Arid Area
年份
Year
喜凉作物
Chimonophilous crops
喜温作物
Thermophilic crops
1961-1980 237 167
1981-2007 242 169
667 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
研究表明,1980 年以来,逸10 益积温的增加是新疆、
甘肃等棉花面积不断增加的最主要气象条件[24] .说
明研究区域逸10 益积温的全区性增加趋势,非常有
利于棉花种植业的发展.
2郾 2摇 西北干旱区日照时数的变化特征
2郾 2郾 1 年日照时数摇 1961-2007 年,研究区年日照时
数的空间分布特征表现为由中部向两侧逐渐降低
(图 4玉).在时段玉和时段域,年日照时数分别为
2263 ~ 3375 h 和 2075 ~ 3333 h,时段域较时段玉的
平均值下降了 96 h.研究期间,西北干旱区年日照时
数总 体 呈 明 显 下 降 趋 势, 其 气 候 倾 向 率 为
-24 h·(10 a) -1,仅新疆南部、河西走廊西部、河西
走廊东部和北部地区的年日照时数呈升高趋势. 与
时段玉相比,研究区时段域年日照时数逸3000 h 区
域的西界向东缩减 1郾 3毅,东界向西缩减 3郾 2毅,面积
减少了 20郾 6伊104 km2;时段域年日照时数在 2800 ~
3000 h区域的西界最大向东缩减达 4郾 6毅,东界未呈
条带变化.
2郾 2郾 2 喜凉作物温度生长期内的日照时数 摇 1961-
2007 年,喜凉作物温度生长期内日照时数在研究区
西部的新疆呈纬向分布,表现为南高北低;而在研究
区东部则呈经向分布,表现为西高东低(图 4域).在
时段玉和时段域,西北干旱区喜凉作物温度生长期
内日照时数分别为 1372 ~ 2445 h 和 1237 ~ 2501 h,
时段域较时段玉平均下降了 4 h.研究期间,西北干
旱区喜凉作物温度生长期内日照时数总体呈升高趋
势,气候倾向率为 11 h·(10 a) -1;但在新疆的中
部、西部、东北部地区和宁夏平原东侧,喜凉作物温
度生长期内的日照时数则呈降低趋势. 与时段玉相
比,时段域喜凉作物温度生长期内日照时数
逸2200 h区域的北界向北移动 1郾 0毅,面积增加了
3郾 8伊104 km2;日照时数在 2000 ~ 2200 h区域的北界
向南缩减,面积减少了 25郾 1伊104 km2 .
2郾 2郾 3 喜温作物温度生长期内的日照时数 摇 1961-
2007 年,喜温作物温度生长期内日照时数在南疆和
阿拉善盟中部相对较高,未呈明显的经向或纬向分
布(图 4芋).在时段玉和时段域,研究区喜温作物温
度生长期内日照时数分别在108 ~ 1914 h和132 ~
图 4摇 研究区全年(玉)、喜凉作物温度生长期内(域)和喜温作物温度生长期内(芋)日照时数及其气候倾向率的分布
Fig. 4摇 Distributions of sunshine hours and its climate trend rate for the whole year (玉) and temperature鄄defined growth season of chi鄄
monophilous crops (域) and thermophilic crops (芋) in the study area.
7673 期摇 摇 摇 摇 徐摇 超等: 气候变化背景下中国农业气候资源变化芋郾 西北干旱区农业气候资源时空变化特征摇 摇
1953 h,时段域较时段玉平均下降了 15 h. 研究期
间,除新疆中部地区和宁夏平原以东地区喜温作物
温度生长期内日照时数呈降低趋势外,西北干旱区
总体呈升高趋势,其气候倾向率为 3 h·(10 a) -1 .
与时段玉相比,时段域喜温作物温度生长期内日照
时数逸1500 h的区域面积减少 2郾 5伊104 km2,1200 ~
1500 h区域的面积增加 1郾 5伊104 km2,臆1200 h区域
的面积变化不大.
研究区全年与喜凉作物、喜温作物温度生长期
内日照时数气候倾向率分布不完全一致. 研究区年
日照时数总体呈下降趋势,而喜凉作物和喜温作物
温度生长期内的日照时数主要在新疆中部和宁夏平
原东侧地区呈下降趋势. 研究区东部大部分地区的
年日照时数呈下降趋势,而喜凉作物和喜温作物温
度生长期内日照时数却呈增加趋势,原因可能是非
温度生长期内(如冬季)日照时数的降幅高于温度
生长期内日照时数的升幅.年日照时数降低,理论上
不利于作物生产,但温度生长期内大部地区日照时
数的增加延长了作物生长阶段接受光照的时间,有
利于提高作物光合速率、增加光合能量和光合产物,
最终可提高作物的生产力和产量. 在相同管理措施
和种植品种下,温度生长期内日照时数降低的地区,
可能导致其作物或瓜果品质的降低.
2郾 3摇 西北干旱区降水量的变化特征
2郾 3郾 1 年降水量 摇 研究期间,西北干旱区年降水量
空间上呈条带分布,研究区西北部和东部降水相对
较多,而中部地区降水偏少(图 5玉).时段玉和时段
域的年降水量分别为 6 ~ 432 mm 和 8 ~ 401 mm,时
段域较时段玉平均增加 11 mm. 以降水量作为指标
所划分的干旱、半干旱、半湿润和湿润地区,对应的
年降水量分别为 200 ~ 250 mm、250 ~ 450 mm、450 ~
650 mm和>650 mm[25],据此说明研究区绝大部分
地区属于干旱地区. 1961-2007 年,研究区年降水量
的气候倾向率为 7 mm·(10 a) -1,且变化趋势呈阶
梯状分布,从西北到东南表现为由增加变为减少.年
降水量减少的区域主要分布在宁夏平原和河套地
区,其余地区的年降水量均呈增加趋势,增幅在 0 ~
36 mm·(10 a) -1 .
2郾 3郾 2 喜凉作物温度生长期内的降水量 摇 研究期
间,西北干旱区西北部和东南部喜凉作物温度生长
期内降水量相对较多(图 5域). 时段玉和时段域研
究区喜凉作物温度生长期内降水量分别在 4 ~
388 mm和 6 ~ 357 mm,时段域较时段玉平均值上升
了8 mm.春小麦生育期内降水量若小于 100 mm,将
不适宜其生长[23] .本研究区多数地区喜凉作物温度
生长期内降水量小于 100 mm,显然不能满足小麦生
长的水分需求,需要进行灌溉. 1961-2007 年,研究
区喜凉作物温度生长期内降水量总体呈升高趋势,
其气候倾向率为 5 mm·(10 a) -1,但宁夏平原、河
套地区、河西走廊西部和阿拉善盟局部呈降低趋势.
与时段玉相比,时段域喜凉作物温度生长期内降水
量逸100 mm的区域在北疆南部向西扩张,在河套地
区、宁夏平原和河西走廊东部向东扩张,其面积增加
了 14郾 0伊104 km2 .
2郾 3郾 3 喜温作物温度生长期内的降水量 摇 研究期
间,西北干旱区喜温作物温度生长期内降水量的空
间分布与年降水量相似(图 5芋). 时段玉和时段域
研究区喜温作物温度生长期内降水量分别在 3 ~
219 mm和 5 ~ 242 mm,时段域较时段玉平均增加了
9 mm.当玉米生育期内降水量小于 250 mm时,将不
适宜其生长[23],而本研究区玉米生育期内降水量均
在 250 mm以下,故该区玉米生育期需要补充灌溉.
当灌溉水充足时,棉花产量就不会受到影响.
1961-2007年,研究区喜温作物温度生长期内降水
量总体呈增加趋势,且从西北向东南方向的增幅逐
渐减小,其气候倾向率为 5 mm·(10 a) -1 . 与时段
玉相比,时段域喜温作物温度生长期内降水量
逸100 mm的区域在河套地区、宁夏平原和河西走廊
东部向东明显扩展,使该区域面积增加了 12郾 0 伊
104 km2;降水量逸50 mm的区域在北疆地区向东推
进了 3郾 7 个纬度,在北疆与南疆交界处向南扩展,相
应的面积增加了 28郾 2伊104 km2 .
2郾 4摇 西北干旱区参考作物蒸散量的变化特征
2郾 4郾 1 年参考作物蒸散量 摇 研究期间,西北干旱区
年参考作物蒸散量的空间分布呈现与年降水量相反
的特征,研究区东部分布特征为北部高于南部,新疆
东南部高于新疆西北部. 时段玉和时段域的年参考
作物蒸散量分别在 580 ~ 1686 mm 和 524 ~
2314 mm,时段域较时段玉平均下降了 37 mm(图 6
玉). 1961-2007 年,研究区年参考作物蒸散量总体
呈降低趋势,其气候倾向率为-12 mm·(10 a) -1,但
新疆东北部、阿拉善盟中部和宁夏平原却呈升高趋
势. 与时段玉相比,时段域年参考作物蒸散量
>1200 mm的区域面积减少了 36郾 5伊104 km2,面积减
少的区域主要位于南疆,但未呈现条带变化.
2郾 4郾 2 喜凉作物温度生长期内的参考作物蒸散
量摇 研究期间,西北干旱区喜凉作物温度生长期内
参考作物蒸散量呈现南疆高于北疆,阿拉善盟和河
867 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 5摇 研究区全年(玉)、喜凉作物温度生长期内(域)和喜温作物温度生长期内(芋)降水量及气候倾向率的分布
Fig. 5摇 Distributions of precipitation and its climate trend rate for the whole year (玉) and temperature鄄defined growth season of chim鄄
onophilous crops (域) and thermophilic crops (芋) in the study area.
套地区高于河西走廊和宁夏平原(图 6域). 时段玉
和时段域喜凉作物温度生长期内参考作物蒸散量分
别在434 ~ 1623 mm 和 434 ~ 2176 mm,时段域较时
段玉平均下降了 30 mm. 1961-2007 年,研究区喜凉
作物温度生长期内参考作物蒸散量的气候倾向率为
-7 mm·(10 a) -1,其中,新疆大部地区和河套地区
呈降低趋势,降幅在 0 ~ 67 mm·(10 a) -1;而阿拉
善盟、河西走廊和宁夏平原则呈升高趋势,增幅在
0 ~ 146 mm·(10 a) -1 .与时段玉相比,时段域喜凉
作物温度生长期内参考作物蒸散量>1200 mm 的区
域面积减少了 21郾 5伊104 km2,以南疆地区的缩减尤
为明显;1000 ~ 1200 mm 的区域面积增加了 4郾 5 伊
104 km2 .
2郾 4郾 3 喜温作物温度生长期内的参考作物蒸散量摇
研究期间,西北干旱区喜温作物温度生长期内参考
作物蒸散量的空间分布情况与喜凉作物温度生长期
内参考作物蒸散量相似(图 6芋). 时段玉和时段域
的喜温作物温度生长期内参考作物蒸散量分别在
122 ~ 1452 mm 和 126 ~ 1893 mm,时段域较时段玉
平均下降了 23 mm. 1961-2007 年,研究区喜温作物
温度生长期内参考作物蒸散量总体呈下降趋势,其
气候倾向率为-6 mm·(10 a) -1,下降的区域主要
位于新疆地区、河西走廊部分地区和宁夏平原东部
及其北部地区,降幅在 0 ~ 60 mm·(10 a) -1;新疆
东部地区、阿拉善盟和河西走廊的中部则呈升高趋
势,增幅在 0 ~ 126 mm·(10 a) -1,以南疆南部和阿
拉善盟中部的升高较多.与时段玉相比,时段域喜温
作物温度生长期内参考作物蒸散量>1000 mm 的区
域面积减少了 23郾 8伊104 km2,减少的区域主要位于
南疆地区.
1961-2007 年,西北干旱区年参考作物蒸散量
的变化趋势与喜凉作物、喜温作物温度生长期内参
考作物蒸散量的分布不完全一致. 研究区西部的新
疆地区全年、喜凉作物和喜温作物温度生长期内的
参考作物蒸散量均呈降低趋势;研究区东部大部地
区的年参考作物蒸散量呈下降趋势,而该区喜凉作
9673 期摇 摇 摇 摇 徐摇 超等: 气候变化背景下中国农业气候资源变化芋郾 西北干旱区农业气候资源时空变化特征摇 摇
图 6摇 研究区全年(玉)、喜凉作物温度生长期内(域)和喜温作物温度生长期内(芋)参考作物蒸散量(ET0)及气候倾向率的
分布
Fig. 6摇 Distributions of ET0 and its climate trend rate for the whole year (玉) and temperature鄄defined growth season of chimonophi鄄
lous crops (域) and thermophilic crops (芋) in the study area.
物、喜温作物温度生长期内参考作物蒸散量普遍呈
升高趋势,其原因可能由于日照时数、风速、水汽压
等综合影响造成非温度生长期内蒸散量降低,导致
全年与温度生长期内的参考作物蒸散量呈相反的变
化趋势.
3摇 讨摇 摇 论
西北干旱区农业气候资源的变化将对农业造成
一定影响.气候变暖对研究区农业的影响存在利弊.
气候变暖使冬播期有所推迟,春播期也较过去提前,
因而作物生长期延长,有利于扩大喜温作物面积,使
多熟种植界限向北移动,提高复种指数[7];温度升
高,光资源充足,对西北干旱区来说,有利于发展喜
温的优质特色农业[8];年降水量增加,有利于越冬
作物生育期、春小麦生育期农作物的生长发育[26] .
对于日照时数减少的地区,可能会导致作物的光合
速率降低,使作物吸收的光合能量减少,最终影响作
物生产力和产量;由于积温增加,作物生育期延长,
使中晚熟品种替代中早熟品种后可能增加作物生育
后期的冷害风险;气候变化可能造成病虫害危害的
地理范围扩大,程度加剧[27] . 未来全球范围异常气
候出现的概率将增加,极端天气事件将影响农业的
生产和可持续发展,并导致粮食生产的不稳定[28] .
气候变化对农业的影响,人们主要关注农作物产量
的变化,过去 20 多年的气候变暖对西北地区的粮食
总产增加有一定抑制作用[29] .未来粮食产量若不考
虑 CO2 的肥效作用,我国 3 种主要粮食作物(小麦、
水稻和玉米)将均以减产为主,灌溉可以部分减少
减产幅度,若仅考虑 CO2 的肥效作用,3 种作物的产
量变化将以增产为主[30] .
气候变暖与农业生产、生态环境、社会发展、经
济建设的关系十分密切. 应对气候变化的农业具体
措施包括:提高复种指数,调整耕作制度;加强农业
生产管理措施,改善农业基础设施,进而减缓气候变
077 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
化的不利影响,并提高防御气象灾害的能力;加强培
育和选用抗逆品种等稳产增产技术研究[6] . 西北地
区光热资源充分,水分是农业发展的主要限制因素.
因此,西北地区应对气候变化,主要需合理配置水资
源,同时发展节水农业,保护和改善生态环境,从而
提高旱区农业的适应能力[31] .
关于西北地区热量要素的订正,本文未考虑当
地坡向、坡度、地形遮蔽等因素的影响.另外,本文仅
分析了作物温度生长期内农业气候要素的变化趋
势,没有分析主要作物不同生育阶段内气候要素变
化特征,这也是今后研究的重点之一.
4摇 结摇 摇 论
1961-2007 年,研究区年均气温呈上升趋势,喜
凉作物温度生长期内逸0 益和喜温作物温度生长期
内逸10 益积温均呈升高趋势.喜凉作物温度生长期
内逸0 益积温的空间分布呈纬向分布,由北向南逐
渐升高;喜温作物温度生长期内逸10 益积温在研究
区西部的南疆高于北疆,在研究区东部的北侧高于
南侧.年日照时数总体呈下降趋势,而喜凉作物和喜
温作物温度生长期内日照时数的气候倾向率均呈上
升趋势.全年及喜凉作物和喜温作物温度生长期内
的降水量总体呈升高趋势.西北地区水资源匮乏,不
能满足主要粮食作物(小麦、玉米)生长需求,需要
灌溉补足水分.研究区多数地区的全年参考作物蒸
散量呈下降趋势;喜凉作物和喜温作物温度生长期
内参考作物蒸散量主要表现为西部下降、东部上升.
全年与喜凉作物和喜温作物温度生长期内参考作物
蒸散量的空间分布相似.与时段玉相比,时段域西北
地区气候总体向暖湿方向变化,与其他学者的分析
结论[32-33]一致.
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作者简介摇 徐摇 超,女,1987 年生,硕士研究生.主要从事气
候变化和农业气候资源研究. E鄄mail: xuchao51@ gmail. com
责任编辑摇 杨摇 弘
277 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷