全 文 ：中国生态农业学报 2012年 10月 第 20卷 第 10期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Oct. 2012, 20(10): 1394−1403


* 国家自然科学基金国际合作与交流重大项目(40921140410)和中−英−瑞 ACCC项目(ACCC/20100515)资助
** 通讯作者: 许吟隆(1964—), 男, 博士, 研究员, 主要研究方向为气候变化。E-mail: xuyl@ami.ac.cn
苟诗薇(1982—), 女, 博士研究生, 主要研究方向为气候资源与气候变化。E-mail: goushw@126.com
收稿日期: 2012-02-12 接受日期: 2012-06-07
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.01394
SRES A1B情景下未来宁夏玉米生育期
气候资源变化分析*
苟诗薇1 张颖娴2 许吟隆1**
(1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 北京 100081; 2. 国家气候中心 北京 100081)
摘 要 玉米是宁夏的三大粮食作物之一, 其种植分布广泛, 中部干旱带和南部山区基本属于雨养玉米区,
气候条件对当地的玉米生产影响很大。观测到的气候变化已经对当地农业造成不利影响, 未来 SRES A2和 B2
情景下宁夏地区的气候变化研究也有一定成果。由于气候变化引发宁夏的气温和降水出现异常, 为分析未来
中等排放情景下气候变化可能对当地玉米生产造成的影响, 本文利用订正后的英国 Hadley 气候中心区域气候
模式 PRECIS 模拟的情景数据, 分析了 SRES A1B 情景下宁夏未来 2020s、2050s和 2080s时段相对于气候基
准时段(1961—1990年)的玉米生育期(4—9月)平均气温、最高气温、最低气温、≥10 ℃有效积温和降水的变
化, 具体方法为先分析气候基准时段宁夏的气候要素分布并与实际状况进行比较, 再将未来 3 个时段的气象
要素与气候基准时段求差值(其中降水用距平百分率表示), 分析未来玉米生育期的气候变化。结果表明: 平
均、最高和最低气温以及≥10 ℃有效积温的模拟值普遍低于实际值, 且具有相似的北高南低的空间分布状态,
而降水的模拟值在大范围区域内高于实测值, 亦呈现出相似的南高北低分布状态, 总体来讲模拟值可以较合
理地反映出宁夏的实际状况。相对于气候基准时段, 未来各气象要素总体表现为增加, 且增幅随时间推移而加
大; 未来最高气温在宁夏南部增加剧烈, 平均气温、最低气温和≥10 ℃有效积温在宁夏北部增加较多, 降水则
呈现北增南减的分布。在未来 3个时段, 最高气温和降水分别为增量最大和波动最大的气象要素, 出现极端高
温天气和发生干旱或洪涝等异常气候事件的可能性增大。总体上看, 未来气温升高对宁夏北部灌区的玉米生
产有一定促进作用, 尤其是≥10 ℃有效积温的增加可以提供更充足的热量; 而南部山区气温增加虽然对玉米
生产有利, 但是未来降水的减少将会给雨养玉米造成不利影响, 应当采取合理的应对措施。
关键词 PRECIS SRES A1B 宁夏 气候基准时段 玉米生育期 气候变化
中图分类号: S162.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)10-1394-10
Analysis of climate resource changes during maize growth period in
Ningxia under SRES A1B scenario
GOU Shi-Wei1, ZHANG Ying-Xian2, XU Yin-Long1
(1. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences,
Beijing 100081, China; 2. National Climate Center, Beijing 100081, China)
Abstract Maize is one of the three main food crops in Ningxia and is widely cultivated in central arid and south mountain zones;
where maize is mainly cultivated under rain-fed conditions and with significant influence of climatic conditions. Climate change has
adversely affected local agricultural production in Ningxia and several other studies have reported even further adversities under
SRES A2 and B2 scenarios. Also climate change has reportedly led to temperature and precipitation anomalies in Ningxia. This study
therefore analyzed the impact of future climate change on maize production under moderate emission scenario. The analysis was
based on revised data of the PRECIS regional climate model simulation under SRES A1B scenario. The data included changes in
average temperature, maximum temperature, minimum temperature, ≥10 ℃ effective accumulated temperature and precipitation for
the periods from April to September of 2011—2040 (for the 2020s), 2041—2070 (for the 2050s), 2071—2100 (for the 2080s) and
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1961—1990 (the baseline period of climate). In the first step, the study analyzed the distribution of climatic factors in Ningxia for the
baseline period and compared that with observed data for the same period. This was followed by distribution and variation analysis of
5 climatic factors for the 2020s, 2050s and 2080s under A1B scenario. These future values minus those of the baseline period yielded
the changes in the climatic factors, where precipitation was specifically expressed in anomaly percent. In the final step, climate
change during maize growth period was discussed for the future scenarios. The results showed that simulated average temperature,
maximum temperature, minimum temperature and ≥10 ℃ effective accumulated temperature were generally lower than the
observation values. However, the simulated distributions were similar to the actual situation; i.e., temperatures were high in the north
and low in the south. Also while simulated precipitations for relatively large regions were higher than observation values, the
simulated and observed precipitation distributions were similar. Overall, the simulated climatic factors reflected the observed
conditions in Ningxia. Average temperature, maximum temperature, minimum temperature, ≥10 ℃ effective accumulated
temperature and precipitation for the 2020s, 2050s and 2080s were higher than those of the baseline period and the gaps also widened
with time. In south Ningxia, maximum temperature intensely increased while average temperature, minimum temperature and ≥10
℃ effective accumulated temperature more or less increased in north Ningxia under the scenario simulations. Also precipitation
increased in the north and decreased in the south of Ningxia under the scenario simulations. The future scenario analysis showed that
maximum temperature and precipitation respectively increased and fluctuated with high likelihoods of extreme hot weathers,
droughts and floods. Climate change in the future scenario facilitated maize production in the north irrigation zone of Ningxia,
especially increase in ≥10 ℃ effective accumulated temperature provided additional heat for higher maize production. In the south
mountain zone of Ningxia, however, limited precipitation negatively affected rain-fed production of maize despite any positive effect
of increased temperature on maize production. This paper put forward and discussed appropriate countermeasures for crops
production in the rain-fed condition.
Key words PRECIS, SRES A1B, Ningxia, Baseline period of climate, Maize growth period, Climate change
(Received Feb. 12, 2012; accepted Jun. 7, 2012)
宁夏回族自治区地处中国西北内陆, 黄河从中
部贯穿其间, 地势南高北低, 可分为 3 个农业地理
单元: 北部引黄灌区、中部干旱带以及南部黄土高
原沟壑区和丘陵区。玉米是宁夏三大粮食作物之一,
自 1997年开始, 玉米产量超过小麦位居宁夏粮食作
物第一位 [1], 且以饲用为主 , 在宁夏农业产业中占
有举足轻重的地位。据统计, 2009 年玉米播种面积
达 21.51万 hm2, 仅次于小麦(21.85万 hm2), 占当年
粮食作物播种面积的 26.0%。同年玉米产量达 146.6
万 t, 远远超过小麦 (61.6 万 t), 占粮食总产量的
45.3%[2]。宁夏玉米种植分布广泛, 川区为主, 山区
次之。宁夏北部灌区由于有良好的灌溉系统, 以及
光、热等自然条件, 玉米单产约为 7.2 t·hm−2[3]。而
南部山区属于典型雨养农业与农牧交错区, 玉米单
产在 3.94~5.14 t·hm−2间浮动[4], 玉米生产受灾害性
气候因素及当地气候状况影响明显。
宁夏气候受以全球变暖为主要特征的气候变化
的影响非常显著[5], 特别是中部干旱带和南部山区。
伴随着气候变化, 宁夏的极端天气事件增多, 有研
究指出日最高、最低气温表现出明显极端化趋势 ,
蒸发量增大, 导致干旱发生更加频繁; 降水量的季节
变化增大, 大到暴雨降水日数增多, 导致洪涝灾害进
一步加重[6−7]。这对宁夏农业生产构成了不利影响。
同时, 综合未来气候变化和下垫面改变的影响, 预测
未来黄河源区水资源量总体趋势是不断降低的[8], 加
上黄河用水压力增大, 宁夏可用黄河水量不断缩减,
对需水量大的玉米生产影响也较大。
对于未来宁夏气候变化趋势的研究已取得成
果。陈楠等[9]研究指出, 在 SRES B2情景下, 2080s
时段相对于气候基准时段年平均、冬季和夏季平均
气温明显上升, 宁夏北部和南部的部分地区气温上
升幅度最大, 未来年、冬季和夏季平均降水均有所
增加, 但降水随年代际呈减少趋势; 杨侃等[10]模拟
IS92 GG/GS 和 SRES A2/B2 等 4 种排放情景下 21
世纪宁夏区域气候变化表明, 气温持续升高, 在 21
世纪末升温幅度达 4~6 , ℃ 同时降水也增加, 但是
变化呈现较大波动性 ; 张颖娴等 [11]分析了 SRES
A2/B2 情景下 2080s 时段相对于气候基准时段宁夏
的日较差(日最高温度和最低温度的差)、夏季日数和
霜冻日数的变化, 结果显示大部分地区的日较差将
减小, 夏季日数在 2种情景下将分别增加 69 d和 48 d,
而霜冻日数在 2种情景下将分别减少 50 d和 36 d。
前人的研究成果主要基于高排放(A2)情景和低排放
(B2)情景下单纯的气候变化, 而本文基于中等排放
情景(A1B), 拟分析宁夏地区未来玉米生育期气候
资源的变化状况。
本文利用全球气候模式的 HadCM3Q0 驱动
PRECIS产生 SRES A1B情景下 1961—2100年宁夏
及其附近区域的情景数据订正值, 分析宁夏地区未
来 3 个时段 2011—2040 年(2020s)、2041—2070 年
1396 中国生态农业学报 2012 第 20卷


(2050s)和 2071—2100 年(2080s)玉米生育期的气候
要素相对于气候基准时段(1961—1990 年)变化情况,
探讨该排放情景下未来气候资源的变化及其可能给
玉米生产带来的影响, 为生产实践和决策者提供一
定的参考依据。
1 资料与方法
1.1 资料
区域气候模式 PRECIS(Providing Regional Cli-
mates for Impacts Studies)是由英国 Hadley气候中心
高分辨率的 GCM-HadCM3 发展而来, 水平方向网
格距为 50 km, 垂直方向分为 19层[12]。目前, 该模
式在中国应用较为广泛, 主要用于气候模拟分析和
气候变化影响评估, 并已有大量工作对其模拟能力
进行了验证。PRECIS不仅可较为合理地模拟中国区
域气候要素的时空分布和变化特征[12−15], 对于宁夏
地区的气候模拟能力也较强 [9,16], 并且订正后的模
拟值与观测值的吻合程度更高[11]。
本文使用的资料为区域气候模式系统 PRECIS
在 SRES A1B气候情景[17]下模拟的 1961—2100年情
景数据格点值, 范围在 N34°~40°、E103°~109°之间
(图 1), 要素包括平均气温、最高气温、最低气温和降
水的订正日值。订正方法为将气候基准时段的模拟值
与观测值比较, 温度采用差值订正、降水采取比例订
正, 并将该时段的订正系数用以订正未来的情景数据,
后文统称订正后情景数据为模拟值。在进行气候要素
变化的空间分析时, 利用全部格点(154个)进行空间插
值, 再提取宁夏地区的信息; 对各要素进行年际变化
分析时, 仅选用宁夏境内的格点(23个)。
1.2 方法
宁夏广泛种植春玉米, 全区玉米生育期平均为
4—9 月[18−21], 本文对同期 6 个月各格点的气象要素
日值进行处理。首先, ≥10 ℃有效积温和降水处理
为每年 4—9月的总和, 再分别对 4个时段(气候基准
时段、2020s、2050s、2080s)求 30 年的均值; 其余
要素均处理为 4个时段 4—9月的平均值。在此基础
上, 分别分析未来 3 个时段相对于气候基准时段的
气温、积温和降水等的空间变化和年际变化。由于
宁夏 4—9 月降水表现为南多北少, 总量相差可达
350 mm以上, 所以对未来降水变化计算为: 降水距
平百分比=(未来时段降水量−气候基准时段降水量)/
气候基准时段降水量×100%, 这可以更加明显地反
映未来时段降水相对于气候基准时段的偏离程度。
其次, 分别将气温处理为 4—9 月逐月均值, 降水处
理为同期的月总量, 进行未来玉米生育期内各气象
要素各月的年际变化分析。


经度 Longitude

图 1 应用于分析宁夏玉米生育期气候资源变化的 PRECIS格点分布图(a)和宁夏行政区划图(b)
Fig. 1 Distribution of PRECIS grids for analyzing changes of climate resources during maize growing season in Ningxia (a) and the
administrative map of Ningxia (b)
第 10期 苟诗薇等: SRES A1B情景下未来宁夏玉米生育期气候资源变化分析 1397


文中的空间分析均采用ArcGis软件进行空间插值。
2 结果与分析
2.1 气候基准时段宁夏气候要素空间分布
PRECIS 模式输出的气候基准时段 4—9 月各气
候要素模拟值 30年均值的空间分布显示, 各类气温
具有相似空间分布形态和北高南低的空间差异, 这
与实际情况具有一致性。模拟的温度高值中心主要位
于北部的石嘴山、平罗县、贺兰县和银川市一带, 南
部的温度低值中心主要位于海原县南部和西吉县西
北部地区, 同时在中卫县的最西部出现小范围低值
区。平均、最高和最低气温的南北差异分别为 4.3 ℃、
5.8 ℃和 4.3 , ℃ ≥10 ℃有效积温的南北差异达 705.9
℃。而模拟的 4—9 月降水与气温具有相反的空间分
布 , 呈现南多北少的分布形态, 这也与实际状况一
致。38°N以北地区降水模拟值在 197 mm以下, 而南
部的泾源县降水达 420 mm 以上, 南北差异最高达
293 mm。比较各气象要素实测值与模拟值的差异(图
2), 结果表明, 平均气温、最高气温、最低气温和≥10
℃有效积温的模拟值普遍低于实测值, 均以位于宁
夏的中卫西部和同心县为偏低中心, 气温偏低范围
在 3~5 ℃之间, 积温达 400~600 ℃。仅南部山区小范
围地区温度模拟值偏高, 3 类气温均相差 0~2 , ℃ 积
温相差 0~200 ℃左右。而降水则出现相反状况, 即模
拟值在大范围区域内高于实测值, 尤以中卫、中宁和
青铜峡南部地区为最, 偏高 50~80 mm, 仅隆德县南
部和泾源县的降水模拟值偏低, 约 28~55 mm。总体
看来, 模式能较合理地模拟出宁夏地区的气候状况。


经度 Longitude

图 2 气候基准时段 4—9月宁夏各气候要素实测值与模拟值差值空间分布[a、b、c、d、e分别为平均气温( )℃ 、最高
气温( )℃ 、最低气温( )℃ 、≥10 ℃有效积温( )℃ 和降水(mm)]
Fig. 2 Spatial distribution of the differences between observed and simulated climatic elements from April to September during the
baseline period of climate in Ningxia [a: average temperature (℃); b: maximum temperature (℃); c: minimum temperature (℃);
d: ≥10 ℃ effective accumulated temperature (℃); e: precipitation (mm)]
1398 中国生态农业学报 2012 第 20卷


2.2 A1B 情景下宁夏未来气候相对于气候基准时
段的变化
2.2.1 气温
图 3为未来 3个时段(2020s、2050s和 2080s, 余
同)宁夏平均气温、最高气温、最低气温相对于气候
基准时段的差值。可以看出, 3类气温在未来均表现
出升温趋势 , 且随着时间的推移增温程度逐渐加
强。3 类气温在同一时段升温值接近, 即在 2020s、



图 3 宁夏未来 4—9月气温( )℃ 相对于气候基准时段变化的空间分布(a、b、c分别为平均气温、最高气温、最低气温;
1、2、3分别为 2020s、2050s、2080s时段)
Fig. 3 Spatial distribution of future temperature ( ) variation from April to September compared to ℃ the baseline period of climate
in Ningxia (a, b and c indicate average, maximum and minimum temperature, respectively; 1, 2 and 3 indicate 2020s, 2050s and 2080s
period, respectively)
第 10期 苟诗薇等: SRES A1B情景下未来宁夏玉米生育期气候资源变化分析 1399


2050s和 2080s时段分别增加约 1.7~2.0 ℃、3.3~3.7
℃和 4.5~5.0 ℃。平均气温在 2020s时段增温最高的
是宁夏南部山区, 包括西吉、固原、彭阳、隆德和
泾源的部分地区, 温度增加约 1.9 ℃; 而在 2050s和
2080s 时段增温幅度较大的地区除了宁夏南部山区
外还增加了北部地区, 包括石嘴山、惠农、平罗、
陶乐、贺兰以及银川等地, 增温约 3.4 ℃, 同时南部
增温中心缩小到彭阳和泾源县, 增温约 4.6 ℃。最
高气温在未来 3 个时段增幅较大的区域均在宁夏南
部, 2020s时段主要在西吉、固原、彭阳等部分地区,
达 2.0 ℃左右; 2050s和 2080s时段最高温度的增温
分布形态极为类似, 增幅分别为 3.7 ℃和 5.0 ℃,
温度增加最剧烈的地区均为泾源和彭阳。最低气温
在未来 3 个时段的增温中心均在宁夏北部, 主要集
中在引黄灌区; 其中 , 2020s 时段主要增温区为贺
兰、银川、永宁、青铜峡西部地区和中卫的西北部,
增温 1.8 ℃; 2050s 和 2080s 时段类似, 增温区为永
宁以北, 增幅分别达 3.9 ℃和 5.1 ℃。
从未来宁夏 4—9 月气温相对于气候基准时段
的年际变化(图 4)可以看出, 3 类气温的变化均在波
动中增加。在 2020s时段初期, 气温相对于基准时段
均出现微弱减少, 以最高气温减少最多, 达−1.1 ℃。
3 个时段中最高气温增量的年际变化最剧烈, 振幅分
别约为 4.8 ℃、6.2 ℃和 6.5 ℃。2020 s和 2050 s时段
最低气温增量的年际振荡幅度最小, 分别为 3.7 ℃和
3.6 , ℃ 而 2080s时段平均气温振幅最小, 达 4.4 ℃。
2.2.2 ≥10 ℃有效积温和降水
≥10 ℃有效积温在 2020s、2050s、2080s时段
相对于气候基准时段的变化在宁夏全区均表现为增
加(图 5a), 增幅分别为 247~310 ℃、507~591 ℃和
696~795 ℃, 积温增加随时间推移愈加强烈。其空
间分布形态与平均气温类似, 即在 2020s时段, 积温
增加较多的地区为宁夏南部山区, 包括彭阳和泾源
的东部地区; 2050s和 2080s时段增幅较大的区域集
中在宁夏北部引黄灌区, 中心位于贺兰、银川和永
宁部分地区, 南部的彭阳县东南部也增温强烈。
未来 3 个时段宁夏地区降水较气候基准时段的
变化均呈现北部增加、南部减少的趋势(图 5b)。2020s
时段石嘴山、惠农、平罗和陶乐等部分地区降水增
加最多, 达 11%以上, 西吉和隆德大部分地区降水
减少 13%以上, 0值线大约位于 37°N略偏南; 2050s
较 2020s 时段降水增加区域的范围和程度均有所上
升, 降水减少的区域缩小至海源、同心以南和彭阳
以西等山区, 增减的最大值分别达 17%和 7%; 2080s
时段降水减少的区域进一步缩小, 仅在西吉和隆德
两县, 较气候基准时段降水减少 3%以内, 降水增加
区域几乎囊括了整个宁夏, 但北部以银川为中心的
部分地区最高增量低于 2050s时段, 约为 16%。
图 6 为 4—9 月宁夏≥10 ℃有效积温和降水在
未来相对于气候基准时段变化的年际曲线。与气温
类似 , 有效积温相对于气候基准时段的变化仅在
2020s时段初期出现微弱减少, 约−60 ℃, 随后随着
时间推移增量变大, 到 2080s 时段全区平均增温达
756 ℃。积温变化的年际振荡幅度在 2050s 时段最
大、2020s时段最小, 这也与平均气温类似。未来降
水距气候基准时段变化的百分比呈现有增有减的不
稳定波动, 在各时段初期, 降水均表现出明显的增
加趋势 , 尤以 2080s 时段初最明显 , 达 149.9%。
2020s 时段后期出现未来降水减少的最大值 , 达
−62.4%。其年际振荡幅度以 2080s时段最大、2050s
时段最小, 分别显示出这两个时段降水最不稳定和
最稳定。



图 4 宁夏未来 4—9月气温相对于气候基准时段变化的年际曲线
Fig. 4 Annual variation of temperature from April to September during 2011—2100 versus the baseline period of climate in Ningxia
1400 中国生态农业学报 2012 第 20卷



经度 Longitude

图 5 宁夏未来 4—9月≥10 ℃有效积温( )℃ 和降水(%)相对于气候基准时段变化的空间分布 (a、b分别为≥10 ℃有效
积温和降水; 1、2、3分别为 2020 s、2050 s、2080 s时段)
Fig. 5 Spatial distribution of future variation of ≥10 ℃ effective accumulated temperature (℃) and precipitation (%) from April to
September compared to the baseline period of climate in Ningxia (a: ≥10℃ effective accumulated temperature; b: precipitation; 1, 2
and 3 indicate 2020s, 2050s and 2080s period, respectively)



图 6 宁夏未来 4—9月≥10 ℃有效积温和降水相对于气候基准时段变化的年际曲线
Fig. 6 Annual variation of ≥10 ℃ effective accumulated temperature and precipitation from April to September during 2011—2100
versus the baseline period of climate in Ningxia

2.2.3 气候变率分析
从气候基准时段和未来 3个时段 4—9月各要素
模拟值的年际统计分析可知(表 1), 气候基准时段 5
类气候要素均呈现上升趋势, 而该时段的实测值中
第 10期 苟诗薇等: SRES A1B情景下未来宁夏玉米生育期气候资源变化分析 1401


最高气温和≥10 ℃有效积温表现为下降趋势, 同时
除最低气温的上升趋势系数接近模拟值外, 平均气
温和降水的上升趋势均低于模拟状况。除降水 30年
的均值在 2020s 时段较气候基准时段略微减少外,
其他各气候要素的均值均增加, 并呈现随时间推移
增量加大的趋势, 到 2080s时段增幅最大。从各时段
气候要素的线性趋势系数看 , 除降水在 2050s 和
2080s 时段表现为下降趋势外, 其余要素均呈现上
升趋势, 该趋势在 2050s时段最缓慢而在 2080s时段
最强烈。其中, 未来降水较气候基准时段表现出在
2020s时段其均值减少而趋势上升、其他时段则是均
值增加而趋势下降的现象, 这是由于未来宁夏降水
在南部减少、北部增加, 尤其是 2020s时段减少量高
达 58.1 mm, 而 2050s和 2080s时段该区降水减少范
围和强度均缩小 , 其均值较气候基准时段有所增
加。同时, 变化趋势的显著性检验表明, 仅 2050s时
段的最高气温和≥10 ℃有效积温以及 3个时段的降
水变化趋势不显著。同时段不同要素间比较发现 ,
降水的变异系数(CV)在 4 个时段均为最大, 表明未
来降水将是波动最大、最不稳定的气象要素, 其次
是≥10 ℃有效积温。在 2020s 和 2050s 时段, 最高
气温的 CV均为最小, 在 2080s时段略高于平均气温
的 CV, 可以认为未来最高气温将是最稳定的气象要
素。同要素未来 CV值与气候基准时段比较表明, 平
均气温、最低气温和≥10 ℃有效积温在未来虽波动
幅度有变化 , 但其不稳定性均小于气候基准时段 ,
而最高气温在 2080s 时段 , 以及降水在 2020s 和
2050s时段的 CV高于气候基准时段外, 其他时段也
表现出更稳定的状态。
2.3 A1B 情景下宁夏未来 4—9 月各月气候变率分
析及对玉米生育期的影响
为进一步分析宁夏玉米生育期内某些关键期的
气象要素在未来的变化状况, 本文分析了 4—9月逐
月的气象要素在各时段的年际变化(表 2)。结果显示,
任一月份的任一类气温在未来均高于气候基准时段,
且随时间推移增温愈发明显。而月降水量的变化相
对复杂, 仅 4—5月未来的降水较气候基准时段持续
增加, 其他月份的降水均出现明显波动。其中 6 月
和 9 月未来的降水变化较气候基准时段先减少后增
加, 7月则出现相反情况, 8月的降水在未来 3个时段
均低于气候基准时段。同一要素不同月份间 30年均
值的比较发现, 7 月的各类气温在各时段均为最大,
而 4—9月间宁夏地区降水最大值主要集中于 7月和
8月。
月气候要素模拟值各时段的 CV比较表明, 3类
气温在 4 月的 CV 均为各时段中最大的(除 2080s时
段 9 月份平均气温略高外), 表明不论在气候基准时
段还是未来, 4月的平均气温、最高气温和最低气温
均为最不稳定的气候要素, 波动较大。其中, 该月的
平均气温和最高气温均在 2020s 时段较气候基准时
段的 CV增大, 随后减小, 最低气温的 CV则呈现出
持续减小趋势。其他各月气温除极个别时段外, CV
均小于气候基准时段, 可以认为未来在升温背景下,
气温波动幅度反而会减小, 趋于稳定。降水的 CV比
气温普遍偏大, 从未来与气候基准时段的比较可以
发现, 4月、6月和 8月的降水在未来均表现出不稳
定性增加, 7月和 9月的降水则趋于稳定, 而 5月的
降水在 2020s时段波动增大, 随后趋于稳定。

表 1 宁夏气候基准时段和未来 3个时段各要素对比
Table 1 Comparison of climatic elements in the baseline period and future 3 periods in Ningxia
时段
Period
项目
Item
平均气温
Average
temperature
最高气温
Maximum
temperature
最低气温
Minimum
temperature
≥10 ℃有效积温
≥10 ℃ effective
accumulated temperature
降水
Precipitation
平均值 Mean 14.2 ℃ 21.5 ℃ 9.3 ℃ 1 100.8 ℃ 275.3 mm
线性趋势系数
Coefficient of linear trend
0.022 0.025 0.024 4.281 0.894
气候基准时段
Baseline period
of climate
CV 0.047 0.041 0.073 0.110 0.250
平均值 Mean 16.0 ℃ 23.2 ℃ 11.1 ℃ 1 380.6 ℃ 270.0 mm
线性趋势系数
Coefficient of linear trend
0.049** 0.049** 0.044** 6.913** 0.886
2020s
CV 0.043 0.037 0.060 0.085 0.262
平均值 Mean 17.5 ℃ 24.9 ℃ 12.8 ℃ 1 656.0 ℃ 285.9 mm
线性趋势系数
Coefficient of linear trend
0.037* 0.033 0.036* 5.278 −0.737
2050s
CV 0.047 0.040 0.061 0.087 0.277
平均值 Mean 18.7 ℃ 26.1 ℃ 14.0 ℃ 1 857.0 ℃ 288.4 mm
线性趋势系数
Coefficient of linear trend
0.060** 0.069** 0.071** 12.862** −1.831
2080s
CV 0.042 0.044 0.061 0.098 0.226
r0.05(30)=0.3 494, r0.01(30)=0.4 487; *和**分别代表 0.05和 0.01水平上显著。* and ** indicate significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively.
1402 中国生态农业学报 2012 第 20卷


表 2 宁夏气候基准时段观测值与未来 4—9月各要素变异值比较
Table 2 Comparison of the observed values during the baseline period and the variance values of each climatic element from April
to September in future 3 periods in Ningxia
未来 4—9月变异值 Variance value from April to September in the future periods
2020s 2050s 2080s
要素
Element
月份
Month
气候基准时段观测值
Observed value during
the baseline period Δ20s CV Δ50s CV Δ80s CV
4 9.6 1.2 0.19 2.7 0.16 3.9 0.11
5 15.6 1.4 0.09 3.2 0.08 3.5 0.09
6 19.5 1.6 0.07 2.9 0.04 3.9 0.06
7 21.5 1.6 0.07 3.2 0.07 4.6 0.07
8 20.0 2.3 0.07 4.3 0.09 6.0 0.10
平均气温
Average temperature
(℃)
9 14.6 2.4 0.09 4.1 0.10 5.7 0.12
4 17.2 1.2 0.13 2.8 0.12 3.8 0.10
5 22.7 1.3 0.08 3.2 0.08 3.4 0.08
6 26.2 1.7 0.06 2.9 0.04 3.9 0.05
7 27.9 1.5 0.07 3.1 0.07 4.5 0.07
8 26.3 2.4 0.07 4.4 0.08 6.2 0.10
最高气温
Maximum temperature
(℃)
9 21.1 2.4 0.07 4.0 0.08 5.8 0.10
4 2.7 1.2 0.67 2.7 0.42 4.1 0.24
5 8.5 1.6 0.13 3.4 0.10 3.8 0.10
6 12.5 1.6 0.11 3.2 0.05 4.2 0.06
7 15.5 1.7 0.07 3.4 0.06 4.8 0.07
8 14.5 2.3 0.07 4.2 0.10 5.9 0.11
最低气温
Minmum temperature
(℃)
9 9.1 2.4 0.17 4.3 0.16 5.9 0.17
4 16.6 1.6 0.57 2.4 0.52 10.1 0.55
5 25.0 8.2 0.72 9.0 0.50 9.9 0.43
6 30.2 −5.3 0.39 3.0 0.42 6.6 0.56
7 53.6 7.1 0.55 0.7 0.53 −7.0 0.47
8 64.6 −9.5 0.52 −9.8 0.72 −10.1 0.76
降水
Precipitation
(mm)
9 38.8 −7.4 0.50 5.2 0.56 3.7 0.58
气候基准时段观测值为宁夏境内 20个气象站点实测值的均值; Δ20s、Δ50s 和 Δ80s 分别代表 2020s、2050s和 2080s时段模拟值与气候
基准时段模拟值的差值。Observed value during the baseline period of climate indicates the mean of measured values of 20 meteorological stations in
Ningxia; Δ20s, Δ50s and Δ80s indicate the D-value of simulated values between 2020s, 2050s, 2080s period and the baseline period, respectively.

具体分析气象要素变化对玉米生产的影响发现,
各月平均气温的升高有利于促进玉米各生育期的温
度接近适宜温度, 而降水的影响则相对复杂。宁夏
北部灌区 4—9月平均降水量在 200 mm以内, 未来
各月该区的降水变化有增有减 , 最大增幅小于 20
mm, 不会导致涝害发生, 当降水减少时, 由于灌溉
的保证, 不会出现干旱。降水变化主要对非灌区的
中、南部地区影响较大。4 月宁夏玉米处于播种前
后, 2020s 和 2050s 时段南部山区均出现小于 2 mm
的降水减少, 影响不大, 而其他地区均出现降水增
加, 尤其是 2080s 时段的中部干旱带降水增加最多,
达 14.5 mm, 这对玉米出苗有一定促进作用。未来 5
月降水在宁夏各地均增加, 南部山区增幅最大, 为
18 mm, 对苗期生长极为有利。6月玉米处于拔节期
前后, 2020s 时段中、南部地区降水减少 5~10 mm,
同时期气候基准时段实际降水量约 45 mm, 由于此
时玉米耐旱性较强, 降水损失不会对玉米生长构成
太大威胁。而 2050s和 2080s时段, 南部山区降水分
别增加 7 mm和 18 mm, 此时的玉米耐涝性差, 若淹
水会导致产量下降[22]。7月玉米处于抽雄期前后, 对
水分需求大, 耐旱力差。未来 3 个时段该月的降水
在南部山区均减少, 不利于玉米生产。尤其是 2050s
和 2080s时段, 降水减少极值可达 17 mm和 25 mm,
可能引发干旱或形成旱灾导致减产。8 月也是玉米对
水分需求较大的时期, 未来降水在宁夏全区均表现为
减少。特别是在无灌溉的中、南部地区, 降水减少量
平均为 12 mm, 以 2050s 时段最为严重, 最大值达
33.5 mm, 相对最轻的 2080s 时段降水减少最大值也
高达 25.3 mm。气候基准时段该地区实际降水量平均
为 82.7 mm, 在未来降水强烈减少的情况下, 配合气
温的升高, 干旱的发生几率也加大, 对玉米生产极为
不利。9 月玉米处于成熟期, 未来降水在南部地区有
减少趋势, 除 2020s时段平均减少 14.4 mm外, 另外 2
个时段减少量在 4 mm以内, 对玉米生产影响不大。
3 讨论与结论
(1)相对于气候基准时段, 未来宁夏全区平均、
最高和最低气温及≥10 ℃有效积温均增加 , 仅在
2020s 时段初期有所下降。其空间分布显示, 2020s
时段平均气温和≥10 ℃有效积温的增温中心位于宁
夏南部, 随后移至北部地区, 而未来最高气温和最
低气温增温中心分别位于宁夏南部和北部。未来 3
第 10期 苟诗薇等: SRES A1B情景下未来宁夏玉米生育期气候资源变化分析 1403


个时段的降水与气候基准时段相比均出现有增有减
现象, 在各时段初期, 降水显著增加。从其变化的空
间分布可以看出, 未来宁夏北部降水增加、南部减
少, 随时间推移降水增加的区域不断南扩, 且降水
减少的比例逐渐下降。气象要素模拟值的年际变化
统计分析表明, 降水在未来各时段均为波动最大、
最不稳定的气象要素, 最高气温则为各时段最稳定
要素。尽管未来最高气温的变异系数较气候基准时
段略为减小, 但增温趋势明显, 极端高温天气的出
现有很大可能; 在 2020s和 2050s时段, 由于降水的
不稳定性大, 发生干旱或洪涝等异常气候事件的可
能性也增大。
(2)玉米全生育期平均气温在 14~22 ℃时, 随气
温升高, 实际产量占适温产量(即适宜高产温度时的
产量)的相对比值也增大, 而超过 25 ℃后, 平均温
度升高会导致产量下降[21]。宁夏 4—9月平均气温在
未来 3个时段预估值分别达 18.6 ℃、20.2 ℃和 21.4
, ℃ 即使在增温最剧烈的 2080s时段, 宁夏北部引黄
灌区平均气温的最大预估值亦不会超过 25 , ℃ 即未
来增温有利于宁夏玉米产量的提高, 特别是对宁南
低温区。未来各月平均气温变化也表明, 升温使玉
米各生育期的温度更接近适宜温度, 同时≥10 ℃积
温的增加提供了更加充足的热量条件。宁夏北部地
区有良好的灌溉保证 , 受未来降水变化的影响较
小。而宁南山区属雨养玉米, 2020s和 2050s时段该
区降水量减少显著 , 易引发干旱或形成旱灾 , 而
2080s时段 6月份的降水增加较多, 可能导致水涝灾
害。同时伴随着玉米播种期、拔节期和抽雄−成熟期
的降水变率较大, 致使南部山区玉米生产面临着较
高风险。此外, 还应考虑未来异常气候事件如极端
高温和暴雨的发生可能对玉米生产不利, 如何应对
也是保证玉米生产的重要因素。
总体来讲, 在未来宁夏全区气温升高、南部降
水减少的情况下, 如何趋利避害将是玉米稳产、高
产的重要保证。可以通过提高玉米水分利用效率、
改进栽培技术、调整玉米播期、引进抗旱品种等手
段, 减小未来气候变化带来的不利影响。
(3)由于影响气候及气候变化的因素十分复杂 ,
且 PRECIS 模式系统本身也存在不完善的地方, 利
用气候情景对未来气候变化进行预估计仍具有较大
的不确定性。本文所使用的格点情景数据为 50
km×50 km, 用以分析宁夏的气候状况仍不够细致,
在未来工作中可以进一步细化至 25 km×25 km的格
点值。玉米在不同发育期对温度和水分的需求各异,
并且宁夏南北的玉米生产也有很大差异, 本文仅粗
略讨论了生育期未来气候的平均状态变化, 而分析
异常气候事件的发生和玉米主要气象灾害, 以及未
来气候变化下宁夏玉米产量变化的量化工作有待进
一步加强。
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