不同气候态下金华市无霜期变化特征的对比分析.pdf
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1、第 9 期第 44 卷第 9 期2023 年 9 月中南农业科技South-Central Agricultural Science and TechnologyVol.44 No.9Sep.,2023楼俊伟,高昕瑜,王可欣,等.不同气候态下金华市无霜期变化特征的对比分析 J.中南农业科技,2023,44(9):119-124,136收稿日期:2023-02-09基金项目:新疆维吾尔自治区重点研发任务专项(2022B03027-1)作者简介:楼俊伟(1995-),男,浙江金华人,工程师,主要从事气候与环境变化研究工作,(电话)0579-87643059(电子信箱);通信作者,王智楷(1992-
2、),男,四川德阳人,工程师,主要从事天气气候、防灾减灾研究工作,(电子信箱)。自哥本哈根世界气候大会以来,气候变化问题引起了许多学者的关注1-5。其一大特征是全球的显著增暖现象6,而离中国最近的一次增暖则发生在20世纪8090年代,之后增暖加速7-11。与此同时,无论是气候业务上使用的19812010年气候态还是 19712000 年气候态,均包括上述 2 个年代。而选择不同时段研究则会对气候分析产生影响12。无霜期是由初霜日、终霜日确定的,而初霜日、终霜日则是由日最低气温或地面0 cm温度是否低于0 来判定,入秋后第1次低于0 则为初霜日,次年入春后最后 1次低于 0 则为终霜日13-16。
3、因此,不同气候态的初霜日、终霜日和无霜期会有差异。关于无霜期的研究有很多,有的学者分析其时空分布特征,指出初霜日、终霜日和无霜期分别呈显著推迟、提前和延长趋势17-20;也有学者研究其与海拔高 度 的 关 系,指 出 无 霜 期 有 明 显 的 海 拔 依 赖性21,22;还有学者探索其对农业生产的影响,发现无 霜 期 的 变 化 与 主 要 粮 食 产 量 有 很 强 的 关 联性23,24。已有研究大多基于获取数据的时间范围进行整体分析,针对不同气候态下无霜期变化特征的对比分析较少。而作为中国十大宜居城市之一的浙江省金华市,研究无霜期等影响宜居的气象要素十分有必要。关于金华市的无霜期研究,
4、前人研究指出20世纪 90年代以来,金华站的多年平均初霜日、终霜日和霜期分别呈显著推迟、提前和缩短趋势,而在2005年前后,则均发生了不显著的突变25。可见,基于金华市的无霜期气候态变化特征研究较少。因此,对金华市不同气候态初霜日、终霜日和无霜期变化 特 征 进 行 对 比 分 析 很 有 意 义。本 研 究 基 于19682018年的逐日最低气温数据,分别对比分析19712000年、19812010年和19892018年的初霜日、终霜日和无霜期时空变化特征,揭示三者随着气候态转变而产生的变化趋势,以期为金华市的宜居城市发展、气象防灾减灾和农业生产布局等提供参考。1资料与方法1.1资料由于地面
5、温度缺测较多,本研究气象资料选取浙江省气候中心提供的金华市所有国家气象观测站的逐日最低气温。其中,包括2个国家基本气象站,分别在金华和义乌,5个国家一般气象站,分别在兰溪、浦江、东阳、永康和武义(因磐安建站时间晚,故不同气候态下金华市无霜期变化特征的对比分析楼俊伟1,高昕瑜1,王可欣2,张鑫3,王智楷4,祝海峰1,张智利5,曹峻烽6,陈俊达7(1.武义县气象局,浙江 金华321200;2.椒江区气象局,浙江 台州318000;3.新疆石河子莫索湾气象站,新疆 石河子832000;4.四川省防雷中心,成都610072;5.内蒙古空管分局,呼和浩特010000;6.中国民用航空西南地区空中交通管理
6、局,成都610225;7.北京飞机维修工程有限公司成都分公司,成都610225)摘要:采用19682018年金华市逐日最低气温数据,通过一元线性回归和M-K突变检验等方法对比分析了不同气候态下无霜期的变化特征。结果表明,浙江省金华市平均初霜日、终霜日和无霜期分别呈显著推迟、提前和延长趋势。其中,气候态上三者的变化趋势均随着气候态更替而递增,而年代际上三者变化趋势则分别为先提前后推迟、先提前后推迟再提前和先缩短后延长。初霜日无突变,而终霜日和无霜期的突变时间则分别出现在1997年和2005年。随着气候态转变,金华市初霜日、终霜日和无霜期整体分别有推迟、提前和延长趋势。此外,空间格局分别出现西晚北
7、早到西南晚东北早、西东早南北晚至中部早南北晚和西东长南北短至中部长南北短的转变。关键词:气候态;无霜期;初霜日;终霜日;变化特征;气候突变;浙江省金华市中图分类号:S164;P423.4;P467文献标识码:A文章编号:2097-2083(2023)09-0119-06中南农业科技2023 年将其舍去),各气象站点分布如图1所示。考虑到数据的连续性、统一性和时间一致性,将时间范围选取为1968年1月1日至2018年12月31日。同时,为了方便数据的计算和可视化,本研究采用Julia历26,27的历法。2930N290N2830N11930E1200E12030E气象站点金华县(市、区)金华边界
8、图1研究区气象站点分布情况1.2方法1.2.1一元线性回归一元线性回归是气象统计分析中最常用的一种方法,用于处理 2个变量之间的关系,即一个预报量与一个因子之间的关系。一般来说,对于容量为n的一组样本,预报量记为y,预报因子记为 x,斜率设为 a,截距设为 b,则该一元线性回归方程为y=ax+b。1.2.2M-K 突变检验由于 M-K(Mann-Kendall)突变检验法具有检测范围宽、定量化程度高和计算简便28等优点,常用于检测气候突变。同时,检测的气候序列需平稳、随机独立和概率分布等同29。在 M-K 突变检验中,利用 UF、UB 两个统计量进行序列分析,当UF与UB曲线的交点处于信度区间
9、内时,则该点是突变的开始30,31。2不同气候态初霜日、终霜日和无霜期的时间变化2.1不同气候态初霜日、终霜日和无霜期的年际变化图 2分别为不同气候态、年代际下金华市平均初霜日、终霜日和无霜期的线性回归。由图 2a 可知,19682018 年平均初霜日呈显著的推迟趋势,推迟速度为0.39 d/年(P0.10)的速度推迟,而19812010 年的初霜日以 0.64 d/年(P0.005)的速度显著推迟,19892018 年的初霜日以 0.85 d/年(P0.001)的速度显著推迟。可见,随着气候态更替,初霜日推迟趋势越来越明显。具体到年代际,20世纪90年代至21世纪10年代初霜日均呈推迟趋势,
10、而 20 世纪 7080 年代则呈提前趋势。其中,21 世纪10年代和20世纪70年代初霜日分别以1.00d/年(P0.10)和 1.52 d/年(P0.05)的速度显著推迟和提前。可知,随着年代际转变,初霜日呈先提前后图2不同气候态初霜日(a)、终霜日(b)和无霜期(c)的年际变化360350340330320310300初霜日/d19681976198419922000200820162024年份19681976198419922000200820162024年份19681976198419922000200820162024年份100908070605040终霜日/d3002802602
11、40220200无霜期/d21世纪10年代21世纪00年代20世纪90年代20世纪80年代20世纪70年代19892018年19812010年19712000年线性回归19682018年abc120第 9 期推迟的趋势。19682018 年 的 近 51 年,金 华 市 平 均 终霜 日 以 0.31 d/年(P0.10)速度不显著提前外,其余 2 个气候态分别以 0.32 d/年(P0.10)和 0.47 d/年(P0.05)的速度显著提前(图 2b)。可见,随着气候态更替,终霜日提前趋势随之加快。年代际上,20 世纪 70 年代、20 世纪 90 年代至 21 世纪10年代终霜日均呈提前趋
12、势,其中 20世纪 90年代和 21 世 纪 10 年 代 分 别 以 2.08 d/年(P0.10)和2.65 d/年(P0.01)的速度显著提前,而20世纪80年代则以 2.20 d/年(P0.05)的速度显著推迟。可知,随着年代际转变,终霜日呈先提前后推迟再提前的趋势。19682018 年金华市平均无霜期呈显著延长趋势,延长速度达 0.69 d/年(P0.001),其中 3 个气候态的无霜期均呈显著的延长趋势,延长速度分别为0.42 d/年(P0.10)、0.95 d/年(P0.001)和1.32 d/年(P0.001)(图 2c)。可见,随着气候态更替,无霜期延长趋势随之明显。具体到年
13、代际,20世纪90年代至 21 世纪 10 年代无霜期均呈延长趋势,其中 20世纪 90 年代和 21 世纪 10 年代分别以 3.21 d/年(P0.05)和4.05 d/年(P0.001)的速度显著延长,而20 世纪 80 年代则以 2.36 d/年(P0.10)的速度显著缩短。可知,随着年代际转变,无霜期呈先缩短后延长的趋势。2.2M-K突变检验图 3分别为金华市初霜日、终霜日和无霜期的突变。可知,19682002年金华市初霜日呈提前趋势,之后呈推迟趋势,其中 2012 年起 UF 值超过=0.05的显著性水平线,说明20122018年初霜日呈十分显著的推迟趋势,但由于UF与UB曲线交点
14、在信度区间外,故初霜日无突变(图3a)。金华市终霜日在 19681979 年主要呈推迟趋势,而在之后则主要呈提前趋势,其中 19972007年主要呈显著的提前趋势,2008年以后由于 UF 值超过=0.05的显著性水平线,故该时段主要呈十分显著的提前趋势。与此同时,由于UF与UB曲线交点在 1997年,且处于信度区间内,故终霜日突变发生在1997年(图3b)。19681996年金华市无霜期主要呈缩短趋势,而1996年以后则呈延长趋势,其中2006年起延长趋势十分显著。此外,由于UF与UB曲线交点在2005年,且处于信度区间内,故无霜期突变发生在 2005年(图3c)。3不同气候态初霜日、终霜日
15、和无霜期的空间变化3.1不同气候态初霜日的空间变化图 4分别给出不同气候态初霜日的空间变化。19682018 年金华市平均初霜日空间上呈西晚北图3初霜日(a)、终霜日(b)和无霜期(c)的M-K突变检验1.96-1.96UBUF6.04.02.00-2.0-4.0数值19681976198419922000200820162024年份4.02.00-2.0-4.0数值19681976198419922000200820162024年份19681976198419922000200820162024年份5.03.01.00-1.0-3.0数值1.96-1.96UBUF1.96-1.96UBUFa
16、bc楼俊伟等:不同气候态下金华市无霜期变化特征的对比分析121中南农业科技2023 年早的分布特点,其中兰溪发生最晚,为 331 d(11 月27日),金华次之,为330 d(11月26日),而浦江则最早,为326 d(11月22日),最早与最晚相差5 d(图4a)。进入第 1个气候态,金华市平均初霜日较多年平均整体偏早,其中高值区仍在兰溪,为325 d(11月21日),低值区为浦江和义乌,二者均为321 d(11月17 日),早晚相差 4 d(图 4b)。由此可见,19712000年初霜日在空间上有西晚北早的差异。转为第 2个气候态,初霜日较上一个气候态整体推迟,最晚推迟到329 d(11月
17、25日),位于兰溪和金华,而最早则推迟到 323 d(11 月 19 日),位于浦江,早晚差值变大,为6 d(图4c)。可知,19812010年初霜日在空间上开始呈西南晚东北早的格局。19892018年的初霜日较第1个气候态整体推迟更为明显,最晚推迟到334 d(11月30日),位于兰溪、金华和永康,而最早则推迟到 328 d(11 月 24日),位于浦江,早晚差值仍为 6 d(图 4d)。可见,19892018 年初霜日在空间上呈西南晚东北早的分布特征。由此可知,随着气候态更替,金华市初霜日整体有推迟趋势,与此同时,空间格局出现西晚北早到西南晚东北早的转变。3.2不同气候态终霜日的空间变化分
18、析金华市终霜日的气候态变化特征(图 5),可知多年平均终霜日在金华和东阳结束最早,结束时间为 67 d(3月 8日),而在武义结束最晚,为 80 d(3月 21日),浦江次之,为 75 d(3月 16日),早晚相差 13 d(图 5a)。可见,19682018年终霜日在空间上呈中部早南北晚的特点。19712000 年金华市终霜日较多年平均整体有所推迟,其中,结束时间最早推迟1 d,为68 d(3月9 日),位于兰溪和东阳,而最晚则推迟 2 d,为 82 d(3月23日),位于武义,浦江仍次之,为76 d(3月17日),早晚相差14 d(图5b)。可见,19712000年终霜日在空间上呈西东早南
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