气候变暖对西北干旱区农业气候资源的影响

气候变暖对西北干旱区农业气候资源的影响

第25卷　第7期

2010年7月自　然　资　源　学　报JOURNALOFNATURALRESOURCESVol125No1　7Jul.,2010　

气候变暖对西北干旱区农业气候资源的影响

孙　杨1,2,张雪芹,郑　度11

(11中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;21中国科学院研究生院,北京100049)

摘要:在气候变暖背景下,西北干旱区气候资源变化如何影响农业是该区农业应对气候变化研究的前提与基础。论文根据西北干旱区1961—2007年77个气象站点均一化气温数据和日照时数数据,采用5d滑动平均和线性倾向估计方法,区域差异。研究表明,霜冻日、暖日、生长期、无霜期、≥0℃与10℃且区域特色鲜明。暖日、生长期、,为“南高北低”的特征,而霜冻日则相反;≥0℃、≥10(增长率分别为80℃ d/10a、77℃ d/10a),6。农业,干旱区热量资源得以改善,作物生育期延长,[1516g/(m2 10a)];另一方面,干旱区,,水资源严重缺乏和分布不均,这造成了农。

关　词:农业气候资源;极端气温;西北干旱区

中图分类号:P467;S16213　　文献标志码:A　　文章编号:1000-3037(2010)07-1153-10农业是对气候变化响应最为敏感的部门之一,气候变化对发展现代农业提出了前所未有的严峻挑战。在全球变暖的大背景下,全球许多区域受到低温冷害和异常高温等极端天气气候事件的侵扰

显著升高[2][1]。具体到中国,近50a我国北方霜冻日数明显减少,霜冻日平均气温[3];青藏高原东中部霜日减少、暖日增加

[4]

[628];宁夏1980年代以后初霜日推迟,终霜[5]日提前,无霜期延长积温及持续日数增加;华北和青藏高原北部生长期变化趋势增加最明显;我国各地活动。因此,近年来在研究平均气温变化的同时,亦越来越多地关注极

端气温事件以及包括热量资源在内的农业气候资源的变化。

对农业生产而言,温度、光照、水分、空气成分等条件及其组合是一种可利用的自然资源。由于光、热、水、气等农业气候要素变化的时空差异,使农业气候资源存在着年际变化和区域的不均匀分布,导致农作物生长发育和产量的变化,从而影响农业生产。我国西北干旱区是气候变化的敏感区和农业生产脆弱区,气候变化对西北干旱区的农作物种植结构和地理分布、生理生态和生长发育与产量以及土壤水分和气象灾害等已产生了显著影响影响及其敏感性是正确应对气候变化对干旱区农业影响的前提与基础。

考虑到霜冻日、暖日、生长期、无霜期的长度及活动积温的大小是重要的农业气候指标,[9210]。而通过观测实验、模型模拟以及运用评价指标等手段科学评估气候变化对干旱区农业生产收稿日期:2010-02-26;修订日期:2010-05-31。

基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2009CB421300)。

第一作者简介:孙杨(1984-),湖南岳阳人,硕士研究生,研究方向为气候变化及其影响。E2mail:yangysun@http://doc.guandang.net致谢:感谢国家气象信息中心提供本文所用气象资料。

气候变暖对西北干旱区农业气候资源的影响

1154　自　然　资　源　学　报25卷它们会对植物或作物的生长产生明显的影响,本文选取霜冻日、暖日、无霜期、生长期以及作物生长临界温度的活动积温等与作物生长紧密相连的农业气候指标,探讨全球变暖背景下作物生长环境条件的变化,从而科学评价气候变化对干旱区农业生产的影响。

1　资料与方法

111　资料

本文所指西北干旱区包括新疆维吾尔自治区全境、甘肃省河西走廊、包含青海东北部在内的祁连山区、内蒙古自治区阿拉善高原以及黄河(宁夏段)以西的宁夏回族自治区部分,

[11212]不同于通常所指的干旱区,大致在年平均降水量小于200mm且地理位置在贺兰山以

西的区域范围(73°E～107°E和35°N～50°N之间)(图1)。选取区域内1961—2007年均一化历史逐日日平均、最高(低)气温,日(FrostDays,简称FD)、暖日(WarmDays,简称、(Season,简称GSL)、无霜期(Frost2freePeriod,简称FFP)10℃)的活动积温(CumulativeTemperature,简称CT),GSL用5d滑动平均法计算

。

图1　西北干旱区研究区域77个站点分布

Fig11　DistributionofmeteorologicalstationsintheAridRegionofNorthwestChina(ARNC)

112　方法

11211　线性倾向估计

用xi表示样本量为n的某一气候变量,用ti表示xi所对应的时间,建立xi与ti之间的

一元线性回归方程:xi=a+bti。气温变化速率就是采用最小二乘法估计气温距平序列与自

然时间序列的线性回归系数b。

11212　5d滑动平均

以生长期为例,生长期起始日期定义为5d滑动平均气温≥0℃的日期,终止日期定义为5d滑动平均气温<0℃的日期。滑动平均具体算法为:一年中,任意连续大于等于界限温度持续最长的一段时期内,第一个5d的日平均气温中,挑取最先一个日平均气温大于等于该界限温度出现的日期,即为起始日期;同样可得终止日期。

[13]

气候变暖对西北干旱区农业气候资源的影响

7期孙　杨等:气候变暖对西北干旱区农业气候资源的影响1155　11213　基于主成分分析与聚类分析相结合的气候分型区划

基于≥0℃或≥10℃活动积温,采用主成分分析(PrincipalComponentsAnalysis,简称PCA)与具有统计检验的聚类分析(ClusterAnalysiswithStatisticalTest,简称CAST)相结合的

[14]气候分型区划方法对西北干旱区进行分区。其步骤为:首先,建立各站历年≥0℃或≥

10℃活动积温的相关矩阵,对气象变量场作旋转经验正交函数(RotatedEempiricalOrthogo2nalFunction,简称REOF)分析,选取累计方差>80%的主分量参与旋转,以各主分量作为气候区划聚类的中心变量;进而,根据与其相应的荷载场的荷载值大小,采用CAST的统计

[15216]检验,并给出一定信度α下的分区检验判据,检测分区的合理性,并对各区边界鉴定。[13]

2　结果分析

211　霜冻日、暖日、生长期、无霜期多年平均空间分布

霜冻日和暖日是用来描述极端气温事件的指标(Tn)≤

[3]0℃的日数,暖日为日最高气温(Tm)>15℃,冻。特别是初霜冻异常提早,,的植物受到的危害最为严重,一般是由于。,更准确地称为无霜冻期,指从当地的平均,即春季最后一次霜冻至秋季第一次霜冻之间的天数。生。生长期的长短多决定着植物(尤其是树木)。理论上讲,生长期应针对不同作物对气温的特殊要求而定。本文结合我国的种植制度和现实状况,重点研究日平均气温稳定通过0℃的作物生长期。

整体看,1961—2007年,西北干旱区暖日、生长期和无霜期多年平均值空间分布特征大体一致,霜冻日分布则相反(图2)。其中,多年平均霜冻日天数主要表现为自南向北增加,北疆较南疆和干旱区东部为多;而多年平均暖日天数的分布则与霜冻日相反,高值区主要集中在南疆,低值区位于北疆[图2(a)、2(b)]。此外,受海拔高度影响,祁连山区和天山山区霜冻日天数较周围为多,而暖日较周围地区为少,均为区域极值分布区。其中,吐尔尕特　　

图2　各站点1961—2007年霜冻日(a)、暖日(b)、生长期(c)与无霜期(d)多年年平均值(单位:d)

Fig12　AnnualaverageFD(a),WD(b),GSL(c)andFFP(d)intheARNCfrom1961to2007(unit:d)

气候变暖对西北干旱区农业气候资源的影响

1156　自　然　资　源　学　报25卷(40°31′N,75°24′E,350414m)、野牛沟(38°25′N,99°35′E,332010m)站点霜冻日分别达到了291和284d;而两站暖日分别仅为27和69d,为研究 …… 此处隐藏：14450字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……