全 文 ：长江中下游地区农业气候资源时空变化特征*
李摇 勇1,2 摇 杨晓光1**摇 代姝玮1 摇 王文峰1
( 1 中国农业大学资源与环境学院, 北京 100193; 2 贵州省气象局科技减灾处, 贵阳 550002)
摘摇 要摇 以 1981 年为时间节点,将 1961—2007 年分为 1961—1980 年(时段玉)和 1981—
2007 年(时段域)两个时间段,分析和比较两个时段的农业气候资源变化特征. 结果表明:气
候变暖背景下,长江中下游地区 1961—2007 年温度生长期内逸10 益积温气候倾向率平均为
74 益·d·10 a-1;时段域逸10 益积温较时段玉平均增加了 124 益·d;与时段玉相比,时段域
双季稻的安全种植界限向北推移了 0郾 79 个纬度. 1961—2007 年温度生长期内降水量总体表
现为增加趋势;与时段玉相比,时段域降水量增加了 1郾 6% ,降水量逸767 mm(双季稻正常生
长的需水量)的面积增加了 1郾 13伊104 km2 .时段域温度生长期内日照时数较时段玉平均减少
了 8郾 1% ;近 47 年中 91郾 1%的气象站点日照时数表现为减少趋势.与时段玉相比,时段域温度
生长期内参考作物蒸散量呈略微减少趋势,其低值区扩大、高值区缩小.时段域稳定通过 10
益初日平均较时段玉提前了 2 d,而时段域逸20 益终日平均较时段玉推迟了 2 d,两个时段
逸22 益终日基本相同.
关键词摇 长江中下游地区摇 农业气候资源摇 时空特征
*国家科技基础性工作专项(2007FY120100)和公益性行业(农业)科研专项(200803028,200903003)资助.
**通讯作者. E鄄mail: yangxg@ cau. edu. cn
2010鄄05鄄10 收稿,2010鄄09鄄06 接受.
文章编号摇 1001-9332(2010)11-2912-10摇 中图分类号摇 S162郾 3摇 文献标识码摇 A
Spatiotemporal change characteristics of agricultural climate resources in middle and lower
reaches of Yangtze River. LI Yong1,2, YANG Xiao鄄guang1, DAI Shu鄄wei1, WANG Wen鄄feng1
( 1College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193,
China; 2Division of Technology and Disaster Reduction, Guizhou Meterological Bureau, Guiyang
550002, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(11): 2912-2921.
Abstract: The period 1961 -2007 was divided into two by the time node of year 1981, and the
change characteristics of the agricultural climate resources both in period 玉 (1961-1980) and in
period 域 (1981 -2007) were analyzed and compared. The results showed that under the back鄄
ground of global warming, the average climatic trend rate of 逸10 益 accumulated temperature in
the middle and lower reaches of Yangtze River in temperature鄄defined growth season during 1961-
2007 was 74 益·d·10 a-1, and the 逸10 益 accumulated temperature in period 域 was 124 益·
d higher than that in period I. Comparing with that in period I, the safe planting boundary of double
cropping rice in period 域 moved 0郾 79毅 northward. In 1961-2007, the precipitation in tempera鄄
ture鄄defined growth season had an overall increasing trend. Comparing with those in period I, the
precipitation and the area of 逸767 mm precipitation (water requirement for normal growth of double
cropping rice) in period II were increased by 1郾 6% and 1郾 13伊104 km2, respectively. The average
sunshine hour in temperature鄄defined growth season in period II was reduced by 8郾 1% , comparing
with that in period I. In recent 47 years, about 91郾 1% stations in the reaches showed a decreasing
trend in sunshine hours. Comparing with that in period I, the reference crop evapotranspiration in
temperature鄄defined growth season in period域showed a slightly decreasing trend, and its low value
region expanded while its high value region narrowed. The beginning date of daily temperature over
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 11 月摇 第 21 卷摇 第 11 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 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2010,21(11): 2912-2921
10 益 was averagely 2 days earlier in period域than that in period I, while the ending date was in re鄄
verse. The ending date of daily temperature over 22 益 was almost the same in periods I and域.
Key words: middle and lower reaches of Yangtze River; agricultural climate resources; spatiotem鄄
poral characteristics.
摇 摇 气候变化问题是当今科学研究关注的焦点[1] .
最近 20 年的大量研究结果表明,气候变化已经对自
然和人类社会的各个方面产生了很大影响[2] . 根据
IPCC第四次评估报告,全球平均温度在过去 100 年
( 1906—2005 年 ) 上升了 0郾 74 益, 过去 50 年
(1956—2005 年)的升温率几乎是过去 100 年的 2
倍[3] .受到气候变化影响的粮食安全问题成为 21 世
纪面临的重大挑战[4] .气候是农业生产的最主要限
制因子[5],温度、降水、风速和 CO2 浓度等的变化直
接影响作物生产力[6],气候变暖将加速作物生长、
改变光周期、增加呼吸消耗[7] . 中国是农业大国,农
业生产对气候变化非常敏感[8] . 气候变暖使平均雨
日数减少而降雨强度增加,加重局部高温干旱的危
害;春季霜冻的危害因气候变暖发育期提前而加大;
气候变化造成的农牧业损失加大,使农业生产的不
稳定性增加[9-10] .因此,研究气候变暖背景下农业气
候资源的变化特征,明确气候变化及其波动趋势,可
为提前采取相应的适应或减缓措施提供科学依据.
长江中下游地区为湿润中热水田集约农作
区[11] .该区地势低平,东面临海,处在暖温带和南亚
热带之间.该区气候温暖湿润,光照充足、热量丰富、
雨热同季,对农业生产十分有利. 该区一年可二熟、
三熟或种植双季稻,其耕作制度特征为水田、多熟、
高产和多样,盛产稻米、小麦、棉花、油菜、桑蚕、苎麻
和黄麻等,是我国第二大农业区[11-12] .
全球气候变暖背景下,长江中下游地区四季平
均气温均呈增加趋势,春、夏季增温最大[13];该区年
和夏季降水量亦表现为增加趋势[14],年降水日数显
著减少[15],而日照时数、蒸发皿蒸发量、参照蒸发量
和实际蒸发量均表现出明显减少趋势[16-18];该区秋
粮作物的气候生产潜力增加[19] . 已有研究表明,气
候变暖背景下,长江中下游地区的气候资源及农业
气候资源均发生了明显变化,对农业生产已经或即
将产生重要影响[20] .然而过去针对长江中下游地区
农业气候资源变化特征的研究尚存在两方面的薄弱
环节:一是对气候变暖背景下长江中下游地区农业
气候资源演变特征的研究多为区域内某一省或单点
的特征分析;二是过去的研究除少数分析了逸10 益
积温的变化特征,多数以常规年、季的分析为主,而
结合作物生长发育特点分析长江中下游地区作物生
长期内光、温、水演变特征的研究还鲜见报道. 有研
究发现,20 世纪全球经历了两次突变性的变暖过
程,第 1 次发生在 20 世纪 20 年代,第 2 次发生在 20
世纪 80 年代[21-22] . 20 世纪 80 年代中期,刘巽浩和
韩湘玲[23]利用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,结合农学家相关
研究成果,完成了中国的种植制度气候区划.为了与
他们当初的研究结果相比较,本研究拟利用长江中
下游地区 90 个站点 1961—2007 年地面观测资料,
将 1961—2007 年分解为 1961—1980 年(时段玉)和
1981—2007 年(时段域)两个时段,比较分析长江中
下游地区两个时段的热量、日照时数和水分等农业
气候资源的时空变化特征,旨在为长江中下游地区
合理利用农业气候资源、制定适应气候变化的对策
等提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1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,包括长江中下游地区(江苏、浙江、上海、安
徽、湖北、湖南和江西)1961—2007 年 90 个地面气
象台站的逐日气象资料,具体包括:平均气温、最高
气温和最低气温、降水量、日照时数、平均风速、平均
相对湿度.研究区域及气象站点的分布如图 1 所示.
图 1摇 长江中下游地区区域及气象站点分布
Fig. 1摇 Research region and distribution of the weather stations
in the middle and lower reaches of Yangtze River.
319211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 勇等: 长江中下游地区农业气候资源时空变化特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 温度生长期的确定 摇 本文将稳定通过 10 益
界限温度的持续日数定义为喜温作物温度生长期
(文中简称温度生长期),即某一地区一年内喜温作
物可能生长的时期[24] .
1郾 2郾 2 参考作物蒸散量的计算 摇 本文采用 FAO
(1998)推荐的 Penman鄄Monteith 公式计算参考作物
蒸散量(ET0).参考 ET0 定义为:假定参考作物的高
度为 12 cm,作物冠层阻力为常数且等于 70 s·m-1,
地表反射率为 0郾 23,则 ET0 可由下式表示[25]:
ET0 =
0郾 408驻(Rn - G) + 酌
900
(T + 273)U2(ea - ed)
驻 + 酌(1 + 0郾 34U2)
(1)
式中:ET0 为参考作物蒸散量(mm·d-1);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 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);(为饱
和水汽压与温度关系曲线斜率(kPa·益 -1);(为干
湿常数.其中 Rn、G、驻、U2 可通过气象台站观测资料
计算求得.
1郾 2郾 3 气候倾向率 摇 用 X i 表示样本量为 n 的某一
气候变量,用 t 表示 X i 所对应的时间,建立 X i 与 t
之间的一元线性回归方程:
X i =a+bti 摇 摇 摇 ( i=1,2,…,n) (2)
式中:a为回归常数;b为回归系数,a 和 b 可以用最
小二乘法进行估计.以 b的 10 倍作为气候要素气候
倾向率[26] .
1郾 3摇 数据处理
根据上述方法计算 90 个站点的各农业气象要
素的统计量后,采用 IDW插值方法对气象数据进行
插值,设定的 Cell size参数均为 0郾 002,生成空间栅格
数据,然后根据指标要求,使用空间分析方法中的
Contour工具提取相应等值线,最后生成所需的等值
线图,种植界限的地理位移使用软件中的测量工具来
度量,取其平均值,最后结果采用 ArcGIS软件表达.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 长江中下游地区温度生长期内农业气候资源
的变化特征
2郾 1郾 1 温度生长期内热量条件的变化特征 摇 图 2A
为长江中下游地区温度生长期内逸10 益积温及气
候倾向率的分布特征.从图 2a、b 可以看出,两个时
段温度生长期内逸10 益积温总体呈由南向北递减
的纬向分布特征,时段玉的积温为 3196 ~ 6167 益·
d,时段域的积温为 3299 ~ 6191 益·d,时段域较时
段玉平均增加了 124 益·d.
摇 摇 长江中下游地区是我国双季稻的主要种植区
域.我国适于种植双季稻(多为籼稻或前季籼稻、后
季粳稻)的有效积温(撞T逸10 益)为 4500 ~ 7000 益
·d[27] .从图 2 可以看出,研究区域在两个时段除几
个零星站点外,几乎全区域温度生长期内逸10 益积
温均逸4500 益·d;与时段玉相比,时段域<4500 益
·d 的站点少了江苏省的赣榆和射阳. 5300 益·d
是双季稻的安全种植北界[27],时段域逸5300 益·d
的区域较时段玉增加了 12郾 72伊104 km2,向北推移了
0郾 79 个纬度;逸5300 益·d的区域面积变化最明显
的是湖北省和浙江省;湖北省在时段玉仅有零星站
点的积温逸5300 益·d,但在时段域湖北省的天门、
武汉、黄石和嘉鱼一带的积温平均达 5462 益·d;浙
江省杭州、洪家、大陈岛、鄞县一带的积温也由时段
玉的 5068 益·d上升至时段域的 5379 益·d.
由 2c 图可以看出,1961—2007 年,长江中下游
地区温度生长期内逸10 益积温的气候倾向率平均
为 74 益·d·10 a-1 .北部地区的气候倾向率大于南
部地区,但研究区域东北部靠近沿海的局部地区表
现出由东向西递减的趋势. 积温平均增速高于研究
区域的地区主要位于江苏省,上海市,安徽省安庆、
滁县、宿县和阜阳一带,湖北省黄石、荆州和枣阳一
带,浙江省杭州、丽水、洪家和鄞县一带,积温平均增
速为 110 益·d·10 a-1;湖南和江西两省的积温平
均增速为 45 益·d·10 a-1,除零星站点外,两省大
部分站点的积温平均增速低于研究区域.
2郾 1郾 2 温度生长期内降水量的变化特征摇 图 2B 为
长江中下游地区温度生长期内降水量及气候倾向率
的分布特征.从图 2a、b 可以看出,两个时段温度生
长期内降水量的总体分布趋势基本一致,均呈由南
向北递减的趋势. 时段玉的降水量为 675 ~ 1458
mm,时段域的降水量为 642 ~ 1490 mm.与时段玉相
比,时段域增加了 1郾 6% .两个时段降水量的最高值
和最低值均分别出现在江西省贵溪和安徽省砀山.
研究区域的多雨区(大于 1961—2007 年温度生
长期内降水量平均值 1039 mm的区域)主要分布在
湖南省,江西省,湖北省的英山、黄石、嘉鱼一带和五
峰、来凤一带,安徽省的安庆和屯溪一带,浙江省的
4192 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 21 卷
图 2摇 长江中下游地区温度生长期内气象要素及其气候倾向率的分布特征
Fig. 2摇 Distribution characteristics of meterological factors and their climatic trend rates during temperature鄄defined growing season in
the middle and lower reaches of Yangtze River.
A: 逸10 益积温(益·d)及气候倾向率(益·d·10 a-1)逸10 益 accumulated temperature (益·d) and its climate trend rate (益·d·10 a-1); B:
降水量(mm)及气候倾向率(mm·10 a-1)Precipitation (mm) and its climate trend rate (mm·10 a-1 ); C: 日照时数(h)及气候倾向率(h·10
a-1) Sunshine (h) and its climate trend rate (h·10 a-1); D: 参考作物蒸散量(mm)及气候倾向率(mm·10 a-1)ET0(mm) and its climate trend
rate(mm·10 a-1) . a)时段玉(1961—1980 年)的均值 Mean value during period玉 (1961-1980); b) 时段域(1981-2007 年)的均值 Mean value
during period域 (1981-2007); c) 1961—2007 年均值的气候倾向率 The climate trend rate of mean value from 1961 to 2007. 下同 The same below.
洪家、金华和龙泉一带.根据《中国主要作物需水量
与灌溉》 [28]统计分析得出长江中下游地区双季稻的
需水量平均为 767 mm.时段玉和时段域温度生长期
内降水量逸767 mm(双季稻正常生长的需水量)的
面积分别占研究区域面积的 95郾 1%和 96郾 3% ,时段
域较时段玉增加了 1郾 13伊104 km2,增加的面积主要
位于安徽省蚌埠和寿县一带.与时段玉相比,时段域
降水量逸1039 mm的区域向北移动了 0郾 38 个纬度,
相应的面积增加了 3郾 9伊104 km2 .研究区域在时段玉
和时段域降水量逸1200 mm的高值区主要分布在江
西省和湖南、湖北、安徽和浙江四省的局部地区;与
时段玉相比,时段域湖南省吉首和湖北省来凤一带
的降水量缩小至 1200 mm 以下,江西省修水、吉安
一带的降水量增加到 1200 mm以上.
由 2c 图可以看出,1961—2007 年,研究区域温
度生长期内降水量的气候倾向率为-31 ~ 61 mm·
10 a-1,平均为 4 mm·10 a-1,降水量总体表现为增
加趋势,仅有 37郾 8%的站点表现为减少趋势. 降水
519211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 勇等: 长江中下游地区农业气候资源时空变化特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
量表现为减少趋势的区域主要位于江苏省赣榆、东
台和溧阳一带,浙江省金华、衢州和龙泉一带,安徽
省芜湖和宁国一带,湖北省来凤、枣阳、郧县和巴东
一带,湖南省岳阳、芷江、道县和邵阳一带.
2郾 1郾 3 温度生长期内日照时数的变化特征 摇 图 2C
为长江中下游地区温度生长期内日照时数及气候倾
向率的分布特征.从图 2a、b 可以看出,日照时数的
分布规律不如积温和降水量明显.在时段玉,日照时
数为 945 ~ 1673 h,在时段域日照时数为 843 ~ 1543
h,时段域较时段玉平均减少了 8郾 1% .
1961—2007 年温度生长期内日照时数的平均
值为 1349 h. 时段玉有 72郾 2%的站点日照时数逸
1349 h,而时段域只有 36郾 7% ,对应的面积减少了
37郾 8伊104 km2 .时段域日照时数逸1450 h 的区域从
时段玉的成片分布退化为时段域的零星分布,即湖
北省枣阳、嘉鱼和麻城一带退化为麻城单点;安徽省
砀山、芜湖和阜阳一带退化为宿县单点;江苏省内,
徐州、赣榆、射阳和盱眙一带退化为赣榆单点,南通、
吕泗和吴县一带退化为吕泗单点;浙江省衢州、鄞县
和玉环一带退化为嵊泗和大陈岛两个单点;江西省
樟树、波阳和贵溪一带日照时数降低至 1450 h 以
下;研究区域在时段域逸1450 h 的区域面积较时段
玉减少了 40郾 2伊104 km2 .
由 2c图可以看出,研究时段温度生长期内日照
时数气候倾向率为-84 ~ 78 h·10 a-1,平均为-36 h
·10 a-1,有 91郾 1%的站点表现为减少趋势.研究区
域温度生长期内日照时数增加的站点仅有 8 个,分
别为湖南省的通道和沅陵、安徽省蚌埠、江苏省常州
和吕泗、江西省修水、湖南省邵阳、浙江省大陈岛.日
照时数减少幅度大于 36 h·10 a-1的区域主要位于
江西省波阳、宜春、广昌和贵溪一带,浙江省杭州、玉
环、龙泉和衢州一带,安徽省滁县、亳州、安庆和宁国
一带,湖北省枣阳、天门和巴东一带.
2郾 1郾 4 温度生长期内参考作物蒸散量的变化特征摇
图 2D为长江中下游地区温度生长期内参考作物蒸
散量及气候倾向率的分布特征. 从图 2a、b 可以看
出,温度生长期内参考作物蒸散量在时段玉为 521
~ 990 mm,在时段域为 509 ~ 950 mm,时段域较时
段玉平均减少了 16 mm. 1961—2007 年温度生长期
内参考作物蒸散量的平均值为 825 mm,时段玉有
63郾 3%的站点参考作物蒸散量逸825 mm,而时段域
只有 51郾 1% ,减少的站点主要分布在安徽、湖北、湖
南和江西 4 省.对于参考作物蒸散量臆800 mm的低
值区,时段域较时段玉扩大了 18郾 4伊104 km2,扩大的
区域主要位于安徽、湖北、湖南和江苏四省. 对于参
考作物蒸散量逸900 mm的高值区,时段域较时段玉
缩小了 10郾 1伊104 km2,缩小的区域主要位于江西省.
可见,在气候变暖背景下,长江中下游地区温度生长
期内参考作物蒸散量的低值区扩大,高值区缩小.
从图 2c 可以看出,1961—2007 年研究区域温
度生长期内参考作物蒸散量气候倾向率为-77 ~ 46
mm·10 a-1,平均为-4 mm·10 a-1,其中 58郾 9%的
站点表现出减少趋势.研究区域仅有 11 个站点的参
考作物蒸散量增幅逸10 mm·10 a-1;参考作物蒸散
量减幅逸10 mm·10 a-1的区域主要分布在江西省
波阳、宜春、赣州、广昌一带. 1961—2007 年,研究区
域有 64郾 9%的站点温度生长期内参考作物蒸散量
的波动幅度在依10 mm·10 a-1 .
2郾 2摇 长江中下游地区界限温度起止日期的变化特征
粳稻安全生育期为日平均气温稳定通过 10 益
起始日序(为便于表达,简称为 10 益起始日序)至
逸20 益终止日序(简称为 20 益终止日序)的间隔天
数;籼稻为日平均气温稳定通过 10 益起始日序至逸
22 益终止日序(简称为 22 益终止日序)的间隔天
数[27] .为探讨气候变暖背景下,长江中下游地区水
稻安全生育期的变化特征,本文对稳定通过 10 益的
初日、逸20 益和逸22 益的终日的变化情况进行了
分析.为便于 GIS作图表达和分析,初日和终日分别
以起始日序和终止日序来表示,起始日序即初日在
年内所对应的儒历日,如初日为 3 月 26 日,起始日
序为第 85(86)天,终止日序代表的是终日,对应方
法同起始日序.
2郾 2郾 1 10 益起始日序的变化特征摇 图 3A 为长江中
下游地区 10 益起始日序及气候倾向率的分布特征.
从图 3a、b 可以看出,10 益起始日序总体表现为由
南向北递增的纬向分布特征,且研究区域内不同地
区 10 益起始日序的时间跨度较大. 为便于比较分
析,本文根据不同地区 10 益起始日序将研究区域划
分为 4 个亚区,分别为:亚区玉:10 益起始日序臆80
d的区域;亚区域:81 d臆10 益起始日序臆85 d;亚
区芋:86 d臆10 益起始日序臆90 d;亚区郁:10 益起
始日序逸91 d.亚区玉、域、芋和郁在时段域的面积
分别为 15郾 4 伊104、50郾 5 伊104、21郾 7 伊104 和 4郾 0 伊104
km2,与时段玉相比,时段域亚区玉的面积增加了
5郾 8伊104 km2、亚区域增加了 11郾 1伊104 km2、亚区芋
减少了 0郾 6伊104 km2、亚区郁减少了 16郾 3伊104 km2 .
可见,10 益起始日序早(臆85 d)的区域面积在明显
扩大,而 10 益起始日序晚(逸86 d)的区域面积在大
幅缩小. 研究区域时段玉的10 益起始日序平均为
6192 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 21 卷
图 3摇 长江中下游地区界限温度起止日期及其气候倾向率的分布特征
Fig. 3摇 Distribution characteristics of initial and terminate date order for critical temperature and its climate trend rate in the middle
and lower reaches of Yangtze River.
A:稳定通过 10 益起始日序(d)及气候倾向率(d·10 a-1) 逸10 益 initial date order (d) and it trends(d·10 a-1);B:逸20 益终止日序(d)及气
候倾向率(d·10 a-1)逸20 益 terminate date order (d) and its trends(d·10 a-1);C:逸22 益终止日序(d)及气候倾向率(d·10 a-1)逸22 益 ter鄄
minate date order (d) and its trends(d·10 a-1).
86 d,时段域为 84 d,时段域较时段玉平均提前 2 d.
由图 3c 可以看出,研究区域 10 益起始日序的
气候倾向率在-4郾 1 ~ 0郾 4 d·10 a-1,平均为-1郾 7 d
·10 a-1;其中有 98%的站点 10 益起始日序均有不
同程度的提前;研究区域西北部地区,即江苏省,安
徽省,湖北省的枣阳、荆州、嘉鱼、麻城一带和浙江省
的龙华、杭州、丽水、鄞县一带,10 益起始日序的减
少幅度明显高于东南部地区,即湖南省,江西省,浙
江省金华、衢州、龙泉一带和湖北省宜昌、来凤、房县
一带,可见,在气候变暖背景下,1961—2007 年研究
区域西北部地区 10 益起始日序的提前幅度大于东
南部地区.
2郾 2郾 2 20 益终止日序的变化特征摇 图 3B 为长江中
下游地区 20 益终止日序及气候倾向率的分布特征.
从图 3a、b 可以看出,20 益终止日序的空间分布与
10 益起始日序呈相反的特征,即表现为由南向北递
减的纬向分布特征.根据不同区域的 20 益终止日序
将研究区域划分为 4 个亚区,分别为:亚区玉:20 益
终止日序臆260 d;亚区域:261 d臆20 益终止日序
臆270;亚区芋:271 d臆20 益终止日序臆280 d;亚区
郁:20 益终止日序逸281 d. 亚区玉、域、芋、郁在时
段域的面积分别为 3郾 6伊104、35郾 6伊104、46郾 1伊104 和
6郾 2伊104 km2,与时段玉相比,时段域亚区玉的面积
减少了 1郾 4伊104 km2、亚区域减少了 12郾 5伊104 km2、
亚区芋增加了 10郾 0 伊104 km2、亚区郁增加了 4郾 0 伊
104 km2 .可见,20 益终止日序晚(逸271 d)的区域面
积在明显扩大,而 20 益终止日序早(臆270 d)的区
域面积在明显缩小.时段玉和时段域的 20 益终止日
序平均分别为 270 d和 272 d,即时段域平均较时段
玉推迟了 2 d.
由图 3c可以看出,研究区域 20益终止日序的
气候倾向率为-0郾 6 ~ 2郾 8 d·10 a-1,平均为 0郾 41 d
719211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 勇等: 长江中下游地区农业气候资源时空变化特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
·10 a-1,其空间分布特征总体为北部地区大于南部
地区;除湖北省房县,湖南省道县、郴州一带和江西
省南城、遂川、赣州一带外,研究区域有 84郾 4%的站
点 20 益终止日序的气候倾向率表现为增加趋势,即
20 益终日为推迟趋势.
2郾 2郾 3 22 益终止日序的变化特征摇 图 3C 为长江中
下游地区 22 益终止日序及气候倾向率的分布特征.
从图 3a、b 可以看出,22 益终止日序的空间分布表
现出与 20 益终止日序基本一致的特征,即由南向北
逐步递减的纬向分布特征.根据不同区域的 22 益终
止日序将研究区域划分为 4 个亚区,分别为:亚区
玉:22 益终止日序臆249 d;亚区域:250 d臆22 益终
止日序臆259 d;亚区芋:260 d臆22 益 终止日序
臆269 d;亚区郁:22 益终止日序逸270 d. 亚区玉、
域、芋和郁在时段域的面积分别为 6郾 2伊104、44郾 0伊
104、40郾 1伊104 和 1郾 2伊104 km2,与时段玉相比,时段
域亚区玉的面积增加了 1郾 8伊104 km2、亚区域减少了
5郾 9伊104 km2、亚区芋增加了 5郾 6伊104 km2、亚区郁减
少了 1郾 5伊104 km2 .可见,22 益终止日序的变化较 10
益起始日序和 20 益终止日序复杂一些:22 益终止
日序早(臆260 d)的亚区玉和亚区域的面积在两个
时段呈相反的变化特征,同样 22 益终止日序晚
(逸260 d)的亚区芋和亚区郁的面积在两个时段也
呈相反的变化特征. 但整体来看,与时段玉相比,在
时段域亚区玉和亚区域的总面积减少了 4郾 1 伊104
km2,而亚区芋和亚区郁的总面积增加了 4郾 1 伊104
km2,这与 20 益终止日序的变化趋势基本一致,即
长江中下游地区 22 益终止日序晚的区域面积扩大,
而 22 益终止日序早的区域面积缩小.但从平均状况
来看,长江中下游地区时段玉22 益终止日序平均为
258郾 6 d,时段域平均为 258郾 7 d,两个时段基本一
致.
由图 3c 可以看出,1961—2007 年,长江中下游
地区 22 益终止日序的气候倾向率总体表现为由东
向西逐步递减的经向分布特征,气候倾向率在-0郾 2
~ 0郾 4 d·10 a-1,平均为-0郾 013 d·10 a-1 . 气候倾
向率表现为负值即 22 益终止日序呈提前趋势的站
数占研究区总站数的 53郾 3% .气候倾向率表现为正
值即 22 益终止日序呈推迟趋势的站点主要分布在
长江中下游地区的沿海一带.
3摇 讨摇 摇 论
长江中下游地区温度生长期内积温和降水量增
加,日照时数和参考作物蒸散量减少,水稻安全生育
期延长的气候变化特征,将对长江中下游地区的农
业结构、种植制度和作物产量等产生相应的影响.
3郾 1摇 积温增加对农业的影响
长江中下游地区温度生长期内逸10 益积温时
段域较时段玉平均增加了 124 益·d.温度升高、积
温增加,将使高温热害的出现频率增加,对早稻成熟
期和晚稻返青分蘖产生高温胁迫,水稻空秕率增加,
产量下降[29-30] .气候变化将使长江中下游地区主要
作物品种的布局发生变化,比较耐高温的水稻品种
将在南方占主导地位[29] . 据区域气候模式模拟,
2070 年长江流域地表气温将上升 2郾 4 益 [9],未来温
度的升高将有利于双季稻的种植,使其种植边界北
移[31] .需要说明的是,本文在分析逸4500 益·d 和
逸5300 益·d 等积温指标时,仅考虑了平均状况,
即 50%保证率,没有考虑 80%保证率.因此,该分析
结果仅代表热量资源的一个变化趋势,不能作为有
关作物布局的决定性依据.
3郾 2摇 降水量增加对农业的影响
气候变暖情景下,降水变化是影响雨养水稻气
候生产力的重要因素[32] .长江中下游地区温度生长
期内降水量的变化趋势与 Su等[33]研究的年降水量
变化趋势一致,均表现为增加.降水量的增加有利于
满足作物的水分需求,尤其对雨养水稻的生长有利.
但气候变化背景下,极端强降水平均强度和极端强
降水值都有增加趋势,极端强降水事件也趋于增
多[34],这对作物的可能影响不容忽视.
3郾 3摇 日照时数减少对农业的影响
长江中下游地区早稻的潜在生产力和现实生产
力高的原因主要是太阳辐射较强. 在一定的光照强
度范围内,水稻光合作用随光照强度增强而增
加[35] .长江中下游地区时段域温度生长期内日照时
数较时段玉减少 8郾 1% ,这将使该区域作物的光合
速率相应降低、光合能量和光合产物减少,最终影响
水稻等作物的生产力和产量.
3郾 4摇 参考作物蒸散量减少的原因
长江中下游地区温度生长期内参考作物蒸散量
的变化趋势与王艳君等[16]研究的长江流域参照蒸
发量的年平均变化趋势一致,均为下降.对于参考作
物蒸散量减少的原因,王艳君等[16]认为 20 世纪 80
年代以来,长江流域气温不断升高,但由于太阳净辐
射和风速的显著下降抵偿了气温升高所带来的蒸发
增量,反而使蒸发量减少,这可能是蒸发量下降的主
要原因.李春强等[36]研究认为,河北省年参考作物
蒸散量减少的原因主要是风速下降和日照时数减少
8192 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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 21 卷
引起的,而温度升高对参考作物蒸散量变化的作用
有限.相对湿度和日照时数是控制参考作物蒸散量
大小的主要因素,湿润地区太阳辐射供应了蒸发所
需的大部分能量,日照时数的减少将降低蒸发[37] .
因此,可以认为长江中下游地区日照时数的显著减
少、风速的下降是温度生长期内参考作物蒸散量减
少的主要原因.
3郾 5摇 界限温度起止日期的变化对水稻的影响
与时段玉相比,长江中下游地区时段域10 益起
始日序平均提前 2 d,20 益终止日序平均推迟 2 d,
22 益终止日序基本没有发生变化,理论上使粳稻和
籼稻的安全生育期分别延长了 4 和 2 d.安全生育期
的延长意味着长江中下游地区水稻可利用积温的增
加,有利于增加该区双季稻尤其是“早籼晚粳冶的种
植面积.
3郾 6摇 气候变暖对长江中下游地区农业的影响
气候变化将给长江中下游地区未来的农业生产
带来新的挑战与机遇. 全球变暖加剧,热量资源增
加,将导致长江中下游地区蒸散比降低、灌溉需要量
增加[38] . 杨晓光等[39]研究发现,与 1950—1980 年
相比,1981—2007 年中国一年三熟制种植北界空间
位移最大的区域位于长江中下游地区的湖南、湖北、
安徽、江苏和浙江五省. 在不考虑品种变化、社会经
济等因素的前提下,由一年二熟变成一年三熟,单位
面积周年粮食单产平均可增加 27% ~ 58% .在综合
考虑气候变化和 CO2 浓度增加对作物的直接影响
后,长江中下游地区的单季稻将增产,而双季稻将减
产[38],农田生态系统中的 C4 杂草对水稻等 C3 作物
的影响将会减小[40];随着气候变暖、低温冷害等灾
害对作物造成的影响可能加重,如华南地区的寒害
致灾风险将增加[41] .
3郾 7摇 应对农业气候资源变化的措施
气候变暖背景下,长江中下游地区温度生长期
内农业气候资源发生了明显变化. 在应对气候变化
的过程中,需要大力增强农业防灾、抗灾减灾和综合
生产的能力[29];在品种和熟制布局、稻作制度等方
面也需要做出适当调整;要改善灌溉条件,努力培育
生育期较长的耐热和耐旱新品种,加大优良品种推
广力度,提高良种覆盖度[27];需加大农业政策扶持,
以有效地利用该地区的有利气候资源、减缓或适应
气候变化带来的不利影响,确保该区农业的可持续
发展.
4摇 结摇 摇 论
两个时段温度生长期内逸10 益积温总体呈由
南向北递减的纬向分布;气候变暖背景下,长江中下
游地区温度生长期内逸10 益积温气候倾向率平均
为 74 益·d·10 a-1;逸10 益积温时段域较时段玉
平均增加了 124 益·d;与时段玉相比,时段域积温
逸5300 益·d的区域向北推移了 0郾 79 个纬度.与时
段玉相比,时段域温度生长期内降水量增加了
1郾 6% ;温度生长期内降水量逸767 mm 的面积时段
域较时段玉增加了 1郾 13伊104 km2;温度生长期内降
水量总体表现为增加,仅有 37郾 8%的站点表现为减
少趋势.温度生长期内日照时数时段域较时段玉平
均减少了 8郾 1% ;1961—2007 年温度生长期内日照
时数的气候倾向率平均为-36 h·10 a-1,有 91郾 1%
的站点表现为减少趋势.与时段玉相比,时段域长江
中下游地区温度生长期内参考作物蒸散量表现为略
微减少趋势,且表现为低值区扩大、高值区缩小的趋
势.从长江中下游地区水稻安全生育期指标的变化
特征来看,时段域稳定通过 10 益初日平均较时段玉
提前了 2 d,其中西北部地区稳定通过 10 益初日的
提前幅度大于东南部地区.时段域逸20 益终日平均
较时段玉推迟了 2 d,北部地区的推迟幅度大于南部
地区.时段玉和时段域逸22 益终日基本相同.
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作者简介 摇 李 摇 勇,男,1976 年生,博士研究生,高级工程
师.主要从事气候变化和农业减灾方面的研究. E鄄mail: zyn鄄
jw@ cau. edu. cn
责任编辑摇 张凤丽
129211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 勇等: 长江中下游地区农业气候资源时空变化特征摇 摇 摇 摇 摇 摇