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摘要：农业对气候变化最为敏感，其中气温、降水、日照等变化对农业生产至关重要。兴安盟位于内蒙古自治区东北部，地处大兴安岭中段东南坡向松嫩平原过渡带，北纬46°,是公认的寒地水稻黄金种植带、玉米黄金种植带、黄金奶源带和黄金畜牧带，拥有耕地面积2316万亩。本文根据兴安盟辖区内8个国家站1986~2020年气象资料，对兴安盟的气温、降水量、相对湿度、风速及日照时数五项主要影响农业生产的气象要素年际变化进行分析。结果表明：气温、降水量、日照时数呈上升趋势，风速和相对湿度表现为下降趋势；建议完善农田水利设施，提高灌溉保证率和田间排水率，水稻、玉米选择更耐旱品种，合理调整作物种植时间和种植密度，增强气象防灾减灾能力，提供及时有效的气象信息。
关键词：兴安盟气候；气候变化；农业生产影响；趋势分析
1研究背景和意义
研究区域气候变化的特征及机制，并预测未来气候趋势是全球及区域气候变化的核心研究内容，尤其21世纪以来极端气候事件频发，过去的30年是近1400年来北半球最温暖的30年[1]。农业是对天气变化最为敏感的部门之一，气候始终是影响农业生产的重要决定因素，随着气候变化的区域响应越发显著，气候条件的变化直接影响农业生产。及早开展气候变化对兴安盟农业影响的研究，对尽早发现存在的问题、提前采取适应性对策具有重要的战略意义。
2数据来源与研究方法
选取兴安盟辖区内8个国家气象站1986~2020年的气象资料，包括平均气温、降水量、相对湿度、日照时数、平均风速等气象要素，气象数据来源于全国综合气象信息共享平台。运用线性趋势法、MK检验、小波分析法对数据进行量化分析[2]，得到各气象要素的变化趋势、周期性、突变规律。
3气候变化的趋势分析
3.1气象要素年际变化
平均气温呈上升趋势，线性拟合率的倾向率为0.27℃/10a，2013年之后呈现出较强上升趋势，平均气温最高、最低值之间相差2.36℃。降水量呈上升趋势，线性拟合率的倾向率为24.4mm/10a，2010~2016年间的上升倾斜率最大，降水量最大、最小值相差543.4mm之多。
日照时数呈上升趋势，但拟合吻合程度较低。日照时数变化趋势可分为4段，1991~1994年下降、1994~2003年持续上升、2003~2016年持续下降、2016~2020年转为上升；年日照时数最长、最短之间相差460多小时。
湿度近30a呈下降趋势，线性拟合倾斜率为-1.21%/10a。30a间相对湿度最大年份是1994年，为57.85%；最小年份是2020年，为51.96%；两者差距仅为5.89%。
平均风速呈下降趋势，线性拟合倾斜率为-0.151m/（s·10a），拟合吻合程度较高。平均风速最大值是出现2001年的3.39m/s，最小值是出现在2014年的2.68m/s，两者风速相差0.71m/s。
3.2气象要素的四季年际变化
平均气温春季呈明显上升趋势，线性倾斜率为0.535℃/10a，2013年起上升趋势加剧。夏季呈明显上升趋势，线性倾斜率为0.418℃/10a，呈波动上升趋势，1993~2001年上升趋势明显。秋季呈上升趋势，线性倾斜率为0.318℃/10a，2001~2007年升幅较大。冬季呈下降趋势，线性倾斜率为-0.181℃/10a，拟合度较低，呈现“升降升降升”趋势。其中，2013~2019年上升趋势最明显。
降水量春季为上升趋势，线性倾向率为6.283mm/10a，近10a明显增多。夏季上升趋势不明显，拟合度极低。秋季降水量呈上升趋势，线性倾斜率为3.099mm/10a，拟合度低，2010年后以上升趋势为主。冬季降水量呈弱上升趋势，线性倾斜率和拟合度都不高，波动不大。四季降水量都呈上升趋势，夏、秋、冬三季参考性差，春、秋两季在2010年后上升趋势显著。
日照年际变化趋势不明显。春季呈上升趋势，线性倾斜率为2.751h/10a，拟合度低。夏季呈弱下降趋势，线性倾斜率和拟合度均不高，自2004年一直为波动下降趋势。秋季呈下降趋势，线性倾斜率为-2.359h/10a，拟合度低，整体波动幅度不大。冬季呈上升趋势，线性倾斜率为4.162h/10a；2003年前上升，2008年后波动下降，2017年后转为上升。
相对湿度年际变化和四季变化均为下降趋势。春季呈下降趋势，线性倾斜率为-1.427%/10a，呈“降升降”趋势。夏季同样呈下降趋势，线性倾斜率为-1.715%/10a，拟合度低。秋季依旧为下降趋势，线性倾斜率为-1.176%/10a，拟合度低。冬季为弱下降趋势，相关系数低，起伏较多。
风速四季趋势与年际趋势相同，均为下降趋势。春季风速呈下降趋势，线性倾斜率为-0.155m/（s·10a）。夏季呈弱下降趋势，线性倾斜率为-0.094m/（s·10a），整体呈“一峰两谷”形态。秋季呈下降趋势，线性倾斜率为-0.176m/（s·10a），整体先降后升。冬季依然呈下降趋势，线性倾斜率较小为-0.098m/（s·10a）。
4兴安盟各气象要素的周期性分析
气温在16a左右振荡最明显，其次是24~26a，再次是7~8a。16a振荡偏多和偏少中心之间能形成5a左右的等差数列，气温存在10a左右的振荡周期。气温的小波方差有三个峰值，分别对应8a、16a、24a的时间尺度。
降水量在25~30a振荡最明显，在这一尺度上存在一个偏少中心和两个偏多中心，每个中心之间相差12a，降水存在24a左右的振荡周期；其次在7~8a振荡比较明显。降水方差变化曲线可存在两个峰值，分别对应7a和25a的时间尺度。
日照时数在25a的振荡最明显，其次是5a，再次是11a。在25a时间尺度上存在一个偏多中心、两个偏少中心，日照时数存在24a的振荡周期；在5a时间尺度上存在5个偏多中心和5个偏少中心，每隔3a出现一个弱中心；在11a时间尺度上存在两个偏多中心和三个偏少中心。
相对湿度在20a和11a时间尺度的振荡都很明显。在20a时间尺度上存在两个偏多中心和一个偏少中心，相邻的偏多偏少中心之间相差9a，存在18a的振荡周期；在11a时间尺度上存在三个偏多中心和三个偏少中心，存在10~11a的振荡周期。
风速在25a时间尺度振荡最为明显，其次为10a时间尺度。在25a时间尺度存在两个偏多中心和两个偏少中心，存在15~16a的振荡周期；在10a时间尺度存在五个偏多中心和四个偏少中心。
5兴安盟各气象要素的突变分析
平均气温UF值在1992~1995年间为负值，通过了0.05显著性检验，说明在1992~1995年气温显著下降；UF值在其余年份皆为正值，皆为上升趋势。UF与UB在置信区间内有两个交点，分别为1998年和2017年，说明气温在20世纪90年代末和21世纪10年代末发生突变。
降水量UF在2000~2002年以及2004年未通过0.05显著性检验，故降水变化趋势在这四年不明显。除去这四年外，UF在2013年前皆为负值，说明在2013年前降水呈显著减少趋势；UF在2013以后变为正值，且在置信区域内，说明在2013年以后降水转为显著增加趋势。UF与UB存在2012年、2013年、2018年、2019年四个交点，都在置信区间内，降水也在2013年前后由减少转为增多，与突变点极其吻合，说明年降水量在21世纪10年代有较强的突变。
日照UF值在2001~2002年、2005~2007年、2011年未通过0.05显著性检验，在以上年份中变化不明显。UF值在1991~1994年间为负值，且在置信区间内，在1991~1994年间呈显著减少趋势；UF在1995年之后均为正值，在1995~2000年、2003~2004年、2008~2010年、2012~2020年呈显著增加趋势。UF与UB存在1994年、2017年、2018年三个交点，均在置信区间范围内，突变显著，日照在20世纪90年代初期和21世纪10年代末期存在突变。
相对湿度UF值在2004年、2006~2011年、2019年不在置信区间内，在以上年份没有明显规律。UF值在1991~1995年为正值，且通过0.05显著水平，说明在1991~1995年间为显著增加的趋势；UF值在1995年后均为负值，说明在1996~2003年、2005年、2012~2018年、2020年间年相对湿度为减少趋势。UF与UB存在一个交点为1995年，并在置信区间范围内，而年相对湿度在1995年前后由增加趋势变为减少趋势，说明年相对湿度在1995年发生显著突变。
平均风速UF值在2010年后皆小于-1.96，不在置信区间范围内，21世纪10年代的平均风速呈下降趋势未通过显著性检验。UF值在仅在2002年、2004年为正值，其余年份皆为负值，说明年平均风速主要呈下降趋势，仅在2002年、2004年呈短暂上升趋势。UF和UB在2005~2006年间存在一个交点，在0.05置信水平范围内，而风速也在2005年后由上升转为下降趋势，说明21世纪初期年平均风速显著突变。
6结论与建议
通过对兴安盟主要气象要素的趋势、周期、突变分析，结合本地农业生产情况，可以得出以下结论：
（1）兴安盟平均气温在上升周期内，距离下一次突变约有5a，春季的升温幅度最高、趋势最为明显；气温升高会缩短农作物的生长期、缓解低温冻害，但也会导致土壤水分蒸发加快、增加病虫害风险。兴安盟春季较易出现干旱，升温趋势可能导致春旱的加剧，影响水稻、玉米等作物的生长发育期，导致植株矮小、营养不良；夏季升温容易导致高温天气增多，可能会抑制植物光合作用、破坏水分平衡；秋季升温可能会缩短作物成熟期，但也可能扰乱作物的生长周期；冬季升温会减弱土壤保墒能力，增加虫卵越冬的机会。建议进一步完善农田水利设施，尤其是水稻这种需水量大的作物，要提高灌溉保证率和利用率；合理调整农作物种植时间，避免作物受到高温热害；选择更适宜气候变化作物，如玉米选择更耐热耐旱品种；加强病虫害防治，育苗间注意预防病虫害。
（2）降水量在增多周期内，增多趋势将维持5~10a，春季降水增多的趋势最为明显，夏、秋、冬三季趋势相对较弱。降水增多对农业的影响是多方面的，春季降水增多可能有效预防旱情，有利于春播增墒抢墒；兴安盟降水主要集中在夏季，表现为“雨热同期”的气候特征，夏季雨水增多可能更易出现强降水天气，导致土壤水分过度饱和；秋季降水多可能会影响秋收作业；冬季则可以增加土壤湿度，对来年春耕春播有利。建议注意防范强降水天气对农作物的影响，加强农田水利建设，提高排水能力；及时关注强降雨预警，尽早做好预防工作。
（3）日照时数的年际变化趋势本身并不明显，在未来5~10a呈弱上升趋势；四季的趋势也并不统一，春、冬呈上升趋势，夏、秋季呈下降趋势。水稻和玉米都是喜光植物，产量和光照密不可分，兴安盟的日照时数完全满足两种作物的生长、发育。水稻是短日性植物，秋季日照的上升有利于水稻灌浆成熟[3]；玉米在充足的光照下才能满足生长需求，春季日照的增加有利于玉米出苗，而夏季日照的减少趋势不利于玉米生长[4]。建议选育中早熟的、对日照强度相对不敏感的玉米品种，以适应日照不明显的变化趋势。
（4）相对湿度年际和四季变化均为下降趋势，在一个稳定的下降周期中。谷类作物对空气湿度的要求相对较低，适宜的湿度在50%到70%之间；兴安盟四季的相对湿度在40%到66%之间，其中春季的湿度最低。湿度的变化不仅仅影响农田的灌溉水资源分配，还会对农田的生态环境产生影响，空气湿度较低时，土壤中的水分蒸发速度加快，土壤湿度降低，这可能导致土壤质地逐渐变硬、结壳，根系无法顺利生长，影响作物的产量和品质。建议合理调整灌溉系统，提高土壤湿度，尤其要合理安排春季的土壤灌溉；同时要加强大气湿度监测和预报，有助于提高水资源利用效率、保护农田生态环境、提高农作物产量和品质。
（5）风速年际趋势与四季趋势相同，呈下降趋势，并且未来仍处于下降周期。风对农作物的作用主要在帮助植物授粉、影响蒸腾作用、影响光合作用和调节小气候这几个方面，风的危害主要是大风天气对作物造成机械损伤。风力下降可能会影响植物授粉和散热，但也能小幅度提升植物光合作用强度。兴安盟春、秋两季多大风天气，有时伴有沙尘，可能会造成作物倒伏、侵蚀土壤、污染作物，特别是水稻，在扬花期和成熟期遭遇大风天气，更容易倒伏。建议合理密植、科学施肥，降低植株抗风能力，增强植株的抗逆性；加强农田管理，减少大风带来的负面影响；加强灾害性天气预报、预警和监测，为防御风害争取时间。
参考文献：
[1]尹云鹤,吴绍洪,陈刚.19 61-2 006年我国气候变化趋势与突变的区域差异[J].自然资源学报,2009(12):84-89.
[2]付长超,刘吉平,刘志明.近60年东北地区气候变化时空分异规律的研究[J].干旱区资源与环境,2009,23(12):60-65.
[3]李树岭.农业气象条件对水稻生长季的影响分析[J].现代农业,2018(11):17.
[4]刘沫彤,李鑫杨.赤峰市玉米种植气候条件及气象服务分析[J].种子科技,2019,37(03):26,30.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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兴安盟气候变化趋势对农业生产影响分析论文
人参与 2024-07-17 10:51:23 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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