2017,Vol. 13
文章信息
- 郜红娟, 吴开慧, 王后阵
- GAO Hongjuan, WU Kaihui, WANG Houzhen
- 1961—2010年贵州省积温的时空变化特征
- Temporal and spatial variation of accumulated temperature in Guizhou Province during 1961-2010
- 亚热带农业研究, 2017, 13(1): 46-51
- Subtropical Agriculture Research, 2017, 13(1): 46-51.
- DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2017.01.010
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文章历史
- 收稿日期: 2016-09-17
2. 贵州理工学院建筑与城市规划学院, 贵州 贵阳 550003;
3. 贵州师范大学地理与环境科学学院, 贵州 贵阳 550001
2. College of Architecture and Urban Planning, Guizhou Institute of Technology, Guiyang, Guizhou 550003, China;
3. College of Geography and Environmental Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou 550001, China
农作物生长需要一定的积温，≥0 ℃和≥10 ℃的积温是影响农作物生长、发育和产量的重要气候指标。在全球气候变暖的大背景下，世界各地积温发生了突出变化[1-2]。因此，积温研究成为各国学者关注的热点。
目前，国内外对积温的研究集中在区域积温的变化规律、农作物对积温变化的响应等。如高庆久等[3]、张霞等[4]分别对华北地区和陕西省负积温的变化特征进行了分析；王涛等[5]、戴声佩等[6]分别对过去50 a长江流域和华南地区≥0 ℃的积温变化特征进行了分析；王秋菊等[7]对黑龙江省跨积温区水稻产量、品质与积温之间的关系进行了分析；吕丽华等[8]研究了不同小麦品种产量对冬前积温变化的响应；李军等[9]分析了积温变化对华东地区耕作制度的影响。然而这些研究多集中在我国中东部地区，很少关注我国西南地区积温的变化规律及对农作物的影响。
贵州省是我国西南地区重要的农业大省，2012年全省农作物播种面积5.18×106 hm2，农业生产总值达86.486亿元。在全球气候变暖的影响下，气候变化对我国西南地区农作物生长产生了重要影响[10-11]。因此，本研究分析了在全球气候变暖的影响下贵州省积温时空的变化规律，旨在通过该研究，对该区作物的栽培、育种提供帮助。
1 数据来源与研究方法 1.1 数据来源及处理本研究数据主要包括中国气象科学数据网提供的1961—2010年全国逐日气温站点数据和0.5°×0.5°逐日气温格点数据。其中，站点数据涉及贵州省19个气象站点，格点数据涉及全省86个格点。格点数据是基于全国2 416个气象站点数据和全国范围0.5°×0.5°的数字高程模型 (DEM) 数据，利用ANUSPLIN软件的薄盘样本法进行插值获得。该数据经过了严格的质量控制，具有很好的代表性和完整性[12-13]。为验证全省格点数据的可靠性，本研究利用偏差分析了格点数据与站点观测值之间的关系，发现格点数据与站点数据之间的相关系数高达0.94，说明格点数据能够很好地反映该区气温空间格局。格点数据分别统计≥0 ℃和≥10 ℃的积温数据。坡度和高程数据来源于30 m分辨率的先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型 (ASTER GDEM) 数据。农业区划数据来源于《贵州省综合农业区划》 [14](图 1)。
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图 1 贵州省气象站点及农业区分布 Figure 1 Meteorological stations and agricultural regions in Guizhou Province |
利用ArcGIS软件Kriging插值法对积温进行空间插值。该方法是基于待估点位置与已知数据位置之间的相关性、变量之间空间的相关性进行插值，其计算公式为：
γ(h)=12N(h)∑i=1N(h)[Z(xi)-Z(xi+h)]2
式中，γ(h) 为距离某点的平均方差，N(h) 为样本对数，h为空间距离，Z(xi) 和Z(xi+h) 分别为空间位置x、x+h处的值。
1.2.2 变异系数变异系数表示观测值的离散程度，其计算公式为：
CV/%=S/X×100
式中，CV为变异系数，S为观测值标准差，X为观测值平均值。
2 结果与分析 2.1 积温的时间变化1961—2010年，贵州省≥0 ℃和≥10 ℃的积温整体上均呈增加的趋势，≥0 ℃的积温在5 400~6 000 ℃之间浮动，≥10 ℃的积温在4 700~5 400 ℃之间浮动 (图 2A)。1961—2000年，≥0 ℃和≥10 ℃的积温呈小幅增加的趋势；2001—2010年，≥0 ℃和≥10 ℃的积温呈快速增加的趋势 (图 2B)。
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图 2 贵州省≥0 ℃和≥10 ℃积温的年际变化 Figure 2 Interannual variations of ≥0 ℃ and ≥10 ℃ accumulated temperature in Guizhou Province |
在月份上，≥0 ℃和≥10 ℃的积温在5—9月较为接近，均为600~900 ℃；在1—5月呈增加的趋势，在9—12月呈下降的趋势。在季节上，≥0 ℃和≥10 ℃的积温在夏季 (6—8月) 出现峰值，约为2 200 ℃；在秋季 (9—11月) 和春季 (3—5月) 较为接近，约为1 500 ℃；在冬季 (12月至次年2月) 则较低，均小于800 ℃(图 3)。
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图 3 贵州省≥0 ℃和≥10 ℃积温的月份和季节变化 Figure 3 Seasonal and monthly variations of ≥0 ℃ and ≥10 ℃ accumulated temperature in Guizhou Province |
在空间格局上，≥0 ℃和≥10 ℃的积温均呈现从西向东增加的趋势。其中，中东部地区≥0 ℃的积温为5 500~6 500 ℃，仅有南部小部分地区≥0 ℃的积温高于6 500 ℃，而西部地区≥0 ℃的积温多低于5 500 ℃。≥10 ℃的积温在中东部和南部地区多高于5 000 ℃，西部地区多低于4 500 ℃。在空间格局的变异系数上，≥0 ℃和≥10 ℃积温的变异系数呈现从西部向东部降低的趋势，与≥0 ℃积温的变异系数相比，≥10 ℃积温的变异系数较大 (图 4)。
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图 4 贵州省≥0 ℃和≥10 ℃积温及其变异系数的空间格局 Figure 4 Spatial pattern of average accumulated temperature and its variation coefficient for ≥0 ℃ and ≥10 ℃ in Guizhou Province |
在高程变化上，随着高程的增加，≥0 ℃和≥10 ℃的积温均呈降低的趋势。随着坡度的增加，≥0 ℃和≥10 ℃的积温均呈先增加后降低的趋势，其中在27.1°~36.6°处出现峰值。与≥0 ℃和≥10 ℃积温在坡度上的变化特点相比，≥0 ℃和≥10 ℃积温在高程上的变化幅度较大 (图 5)。
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图 5 贵州省≥0 ℃和≥10 ℃积温在高程和坡度上的变化 Figure 5 Variations of ≥0 ℃ and ≥10 ℃ accumulated temperature in response to elevation and slope gradient in Guizhou Province |
各农业区≥0 ℃和≥10 ℃的积温均呈现“黔南区>黔东南区>黔东北区>黔中区>黔北区>黔西区”的特点。其中，黔南山原、中山、低山、河谷农林牧暖亚热带水果防护林区，黔东南中山、低山、丘陵林农牧渔区和黔中丘原、山原农牧林城郊农业区≥0 ℃和≥10 ℃的积温较为接近；黔中丘原、山原农牧林城郊农业区和黔北中山、峡谷林牧农多种经营区≥0 ℃和≥10 ℃的积温较为接近；黔西高原、中山农牧林温带水果区≥0 ℃和≥10 ℃的积温一直最低。各农业区≥0 ℃和≥10 ℃的积温在1961—2010年均呈增加的趋势 (图 6)。
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图 6 贵州省各农业区≥0 ℃和≥10 ℃积温的变化 Figure 6 Variations of ≥0 ℃ and ≥10 ℃ accumulated temperature across agricultural regions in Guizhou Province |
1961—2010年，贵州省≥0 ℃和≥10 ℃的积温整体上呈增加的趋势，这与全球气候变暖的趋势一致[15]。2000—2010年，全省积温增加的幅度较大，1961—2000年增加幅度较小，说明全球气候变暖对积温的影响存在时间差异性[16]。全省高程东低西高，积温也呈现由东部向西部逐渐降低的特点，故而形成随着海拔的升高，积温逐渐降低的特点。此外，由于全省坡度呈现东部、南部和北部较大，西部较小的特点[17]，加之积温东高西低，因此，积温高低与坡度大小分布不一致使得积温在各坡度带变化有一定的波动性。各农业区积温的变化特点与各农业区所处位置的地形特点有关，如黔南山原、中山、低山、河谷农林牧暖亚热带水果防护林区主要位于贵州省南部，该区海拔低，纬度低，其积温较高；而黔西高原、中山农牧林温带水果区主要位于贵州省西部，该区海拔高，纬度相对较高，其积温较低。积温空间格局对全省农业种植结构和农业生产具有重要影响，南部和东部较高的积温适宜水稻、柑橘和茶叶等喜暖性作物的生长；西部较低的积温适宜小麦和马铃薯等喜凉性作物的生长，从而形成全省独特的农业生产格局。
3.2 结论1961—2010年，贵州省≥0 ℃和≥10 ℃的积温呈增加的趋势，且在2000—2010年增加的幅度较大；≥0 ℃和≥10 ℃的积温由西向东逐渐增加；随着高程的增加，≥0 ℃和≥10 ℃的积温逐渐降低；随着坡度的增加，≥0 ℃和≥10 ℃的积温先增加后降低；各农业区≥0 ℃和≥10 ℃的积温大小表现为：黔南区>黔东南区>黔东北区>黔中区>黔北区>黔西区。
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