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1資料與方法

1.1資料來源該研究選取新安氣象站1979~2008年逐年的年、季平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫以及逐年、季極端最高氣溫和極端最低氣溫及逐年無霜期、降水量等資料。

1.2劃分標(biāo)準(zhǔn)季節(jié)劃分采用氣象學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn):春季是3~5月,夏季是6~8月,秋季是9~11月,冬季是12月和次年1~2月;高溫天數(shù)指氣溫≥35℃的天數(shù),低溫指天數(shù)氣溫≤-5℃的天數(shù);無霜期指從春季的無霜日到秋季的初霜日為無霜期。

1.3研究方法研究主要采用回歸分析、趨勢(shì)線分析等方法。通過引入氣候傾向率和氣候趨勢(shì)系數(shù)來研究各要素的氣候傾向趨勢(shì)和變化幅度,并采用相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法,檢驗(yàn)氣候趨勢(shì)系數(shù)是否顯著。

2氣候變化特點(diǎn)

2.1氣溫變化特征

2.1.1平均氣溫年際變化特點(diǎn)。新安1979~2008年30年平均氣溫年際變化如所示。新安歷年平均氣溫是14.3℃。從中可以看到,20世紀(jì)80年代初期平均氣溫最低,從80年代中期開始平均氣溫在平均值以上的次數(shù)越來越多,相對(duì)峰值和相對(duì)谷值都呈明顯升高趨勢(shì);從90年代開始,波動(dòng)較大,升溫劇烈。新安近30年來,氣溫呈顯著上升趨勢(shì),擬合方程為y=0.046x+13.54,升溫傾向率達(dá)0.46℃/10a,相關(guān)系數(shù)為0.71,高于中國50年的0.22℃/10a平均水平。

2.1.2氣溫的季節(jié)變化特點(diǎn)。新安1979~2008年各季平均氣溫年際變化如所示。新安春季的平均氣溫是14.8℃,從中可以看出,新安春季增溫比其他各季的增溫都劇烈,波動(dòng)也比較大,線性增溫傾向率0.92℃/10a,相關(guān)系數(shù)為0.73,在四季中增幅最大。從90年代初期開始,氣溫上升速率加快,一直保持在較高水平,特別是從2000年以來,春季氣溫平均值基本都在15℃以上。新安冬季氣溫升高明顯(),線性增溫傾向率達(dá)0.36℃/10a。新安冬季的平均溫度是1.9℃,從80年代開始到90年代末,冬季氣溫在波動(dòng)中上升,波動(dòng)較小,80年代的平均溫度基本都在2℃以下,1984年出現(xiàn)了30年來冬季的最低值;90年代的平均溫度基本都在2℃以上,從90年代開始,增溫速率加快,冬溫顯著升高,暖冬現(xiàn)象嚴(yán)重;進(jìn)入2000年后,冬季的氣溫波幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他時(shí)期,氣溫忽高忽低,說明新安在冬季氣溫不斷升高的同時(shí),出現(xiàn)暖冬與冷冬的概率也在不斷加大。新安秋季氣溫波動(dòng)較大(),雖然有升有降,但總體在波動(dòng)中上升,增溫傾向率為0.36℃/10a,氣候趨勢(shì)系數(shù)為0.39,與冬季線性增溫傾向率相同;平均氣溫是14.3℃,與全年平均氣溫相同。由可以看出,從20世紀(jì)90年代初期開始,新安的秋季平均氣溫基本都在14℃以上,呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)。新安夏季氣溫波動(dòng)較大(),平均氣溫是25.9℃?？傮w來看,雖然新安夏季氣溫呈上升趨勢(shì),線性增溫傾向率為0.18℃/10a,但氣溫隨年度變化的相關(guān)性還不強(qiáng),尤其是從1997年開始,新安的夏季平均氣溫在波動(dòng)中有下降趨勢(shì)。

2.1.3極端最高(最低)氣溫年際變化特點(diǎn)。新安1979~2008年極端最低氣溫變化如所示。新安極端最低氣溫多出現(xiàn)在1月和12月,極端最低氣溫氣候平均值是-10.9℃,其年際差異十分顯著,2007年最高值-4.7℃比1990年最低值-14.7℃高10℃。極端最低氣溫變暖趨勢(shì)十分明顯(),增溫劇烈,30年來極端最低氣溫除1990年的特殊年份外,總體呈明顯的波動(dòng)上升趨勢(shì),其線性擬合氣候增暖傾向率為每10年1.06℃,氣候趨勢(shì)系數(shù)為0.5。新安極端最高氣溫多出現(xiàn)在6~8月份,極端最高氣溫平均值是39.4℃。新安1979~2008年極端最高氣溫年際變化中(),有升溫趨勢(shì),線性升溫傾向率0.26℃/10a。極端最高氣溫差異十分顯著,1993年最低值36.6℃比2005年最高值41.7℃低5.1℃。與極端最低氣溫變暖趨勢(shì)相比,極端最高氣溫趨勢(shì)波動(dòng)較大,有明顯的周期性變化規(guī)律,氣溫升高與降低的周期一般為4年。

2.1.4高(低)溫天數(shù)年際變化特點(diǎn)。新安平均高溫天數(shù)是15.4d,在高溫天數(shù)年際變化序列中,其年際差異十分顯著,波動(dòng)較大,1997年出現(xiàn)高溫43d比1983年出現(xiàn)高溫2d相差41d。新安1979~2008年近30年最高氣溫天數(shù)年際變化如所示。從中可以看出,新安高溫天數(shù)峰值升高趨勢(shì)比谷值升高趨勢(shì)明顯,高溫天數(shù)的增加也十分明顯,高溫天數(shù)線性上升傾向率為2.29d/10a,氣候趨勢(shì)系數(shù)為0.27。新安平均低溫天數(shù)是19.3d,在低溫天數(shù)年際變化序列中,其年際差異十分顯著,波動(dòng)較大,1976年出現(xiàn)低溫40d比2001年出現(xiàn)低溫5d相差35d。新安1979~2008年近30a最低氣溫天數(shù)年際變化如所示,可以看出新安低溫天數(shù)的減少十分明顯,低溫天數(shù)線性下降傾向率為5.11d/10a,氣候趨勢(shì)系數(shù)為0.52。

2.2無霜期年際變化特點(diǎn)新安平均無霜期是220d,在無霜期年際變化序列中,其年際波動(dòng)不一(),在1979年到1982年間,無霜期波動(dòng)較大,最大值在2006年的271d與最小值在1976年的195d的差值為76d。從1979年開始到1988年間,無霜期上升趨勢(shì)比較穩(wěn)定,是第一個(gè)高峰期;從1991年到2002年處于較低的緩慢地上升期;從2004年開始無霜期上升迅速,振幅增大。從無霜期年際變化的總體角度看呈明顯性上升,上升傾向率為10.86d/10a,氣候傾向率為0.55。

2.3降水變化特征

2.3.1降水的年際變化特征。新安1979~2008年降水量的變化序列如圖8所示,新安年平均降水量為646.3mm,降水量總體趨勢(shì)是在波動(dòng)中明顯減少,降水遞減傾向率為3.97mm/10a,干旱化趨勢(shì)在不知不覺中發(fā)生。同時(shí)還明顯看出,氣候變暖后,年降水量振幅的相對(duì)變率比氣候變暖前有明顯的增加,表明隨著氣候的變暖新安年降水量變率增大,出現(xiàn)大旱大澇的可能性增加。就年代變化而言:80年代為豐水期,降水量比較穩(wěn)定,高于平均值34mm,90年代波動(dòng)中急劇減少,低于平均值44mm,為嚴(yán)重干旱期;2000~2008降水量比90年代有所增加,如果不考慮2003年的峰值,仍低于90年代的平均水平,其中,2003年的降水量是30年來最高,為嚴(yán)重洪澇年,使得10年平均值增大,其他年度降水量仍相對(duì)較少,干旱威脅依然存在。

2.3.2降水的季節(jié)變化特征。新安1979~2008年近30a來各季降水情況如圖9所示。新安平均春季降水量為126.8mm。從圖9中可知,新安春季降水在波動(dòng)中呈減少趨勢(shì),遞減率為6.87mm/10a,但降水量與年際變化相關(guān)性不強(qiáng),而降水波動(dòng)性規(guī)律較明顯,春季最大降水量在整體變化趨勢(shì)中呈7~8年的周期性,最小降水量在整體變化趨勢(shì)中呈5~6年的周期性。春旱現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。新安年降水主要集中在夏季,夏季平均降水量為322mm,占全年總降水量的50%,對(duì)全年降水影響最大。由圖9可以看到:新安夏季降水同春季降水一樣呈減少趨勢(shì),遞增率為3.78mm/10a。雖然夏季降水量與年際變化相關(guān)性不強(qiáng),但夏季最大降水量波動(dòng)規(guī)律性最強(qiáng),在整體變化趨勢(shì)中呈6~7年的周期性變化,最小降水量波動(dòng)規(guī)律也相對(duì)較明顯,在整體變化趨勢(shì)中相對(duì)呈5~6年的周期性變化。新安平均秋季降水量為167.4mm。由圖9可知,新安秋季降水略有增加趨勢(shì),其降水量與年際變化相關(guān)性不強(qiáng),降水波動(dòng)規(guī)律也不明顯,波幅較大,突變性較強(qiáng)。從2003年以來秋季降水量減少明顯。新安平均冬季降水量為34.2mm。由圖9可知,新安冬季降水略有增加,遞增率為3.23mm/10a。由于冬季降水總量較少,故對(duì)全年降水變化趨勢(shì)影響不大。

3氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境的影響

3.1氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)氣候資源的影響氣候是進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自然環(huán)境中最基本最重要的條件之一。氣候年復(fù)一年,周而復(fù)始地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供著光、熱、水、空氣等能量和物質(zhì)資源。因此,從農(nóng)業(yè)的觀點(diǎn)看,氣候是一種重要的農(nóng)業(yè)自然資源。大氣中CO2等溫室氣體含量增多,引起“溫室”效應(yīng),使氣候變暖。以氣候變暖為主導(dǎo)的氣候變化必將對(duì)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成產(chǎn)生明顯的影響[1]。因?yàn)镃O2是植物進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物質(zhì)所必不可少的原料,是太陽能量的轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存以及地球生物圈賴以生存和平衡的基礎(chǔ)。一般說來,在其他條件不變時(shí),其含量增加將有利于植物的生長發(fā)育,但溫度升高、有效水分減少會(huì)抑制作物對(duì)CO2的吸收,進(jìn)而減弱光合同化過程的強(qiáng)度。氣候變暖將導(dǎo)致地表徑流、旱澇災(zāi)害頻率發(fā)生變化。對(duì)氣候變化敏感的傳染性疾病的傳播范圍可能增加;與高溫?zé)崂颂鞖庥嘘P(guān)的疾病和死亡率增加。研究表明,年平均氣溫升高1℃將引起農(nóng)田蒸散量增加10%,地表流經(jīng)量將減少62.9%,水資源總量將減少40%,土壤含水量減少10%,氣溫升高0.5℃耗水每公頃將增加30~75m3,加劇干旱的影響[2-6]。

3.2氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響隨著氣溫的升高,不定因素增多,氣候變率加大、振幅增高,時(shí)空分布不均,氣象自然災(zāi)害有明顯的加劇趨勢(shì)。主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面:①從新安的降水量來看,總體趨勢(shì)是在波動(dòng)中明顯減少,降水遞減傾向率為3.97mm/10a,再加上氣溫升高導(dǎo)致蒸發(fā)力加大,造成作物水分虧缺,產(chǎn)生嚴(yán)重干旱;②降水變率加大、振幅增高,在干旱發(fā)生頻繁的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致暴雨、冰雹、大風(fēng)等氣象自然災(zāi)害的加劇,甚至出現(xiàn)嚴(yán)重洪澇;③從各季氣溫變化振幅來看,冬季的振幅最大,正負(fù)差值達(dá)到4.2℃,說明在冬季氣溫不斷升高的同時(shí),溫度的不穩(wěn)定程度有所增加,出現(xiàn)暖冬與冷冬的概率也在不斷加大,冬季的寒潮和雪災(zāi)也會(huì)時(shí)有發(fā)生,低溫冷害和霜凍會(huì)給農(nóng)業(yè)造成損失。④從增溫速度和波動(dòng)情況來看,春季增溫比其他各季的增溫都劇烈,波動(dòng)也比較大,說明新安春季的倒春寒發(fā)生概率也很大,對(duì)農(nóng)業(yè)影響更大。由于果樹因氣候變暖開花期提前,處在開花、授粉期桃樹、梨樹、核桃、蘋果等抗凍能力下降,倒春寒不僅影響傳粉授精,更嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致果樹花朵凍枯脫落,產(chǎn)量下降。⑤從高溫天數(shù)和最高氣溫變化情況來看,新安極端最高氣溫以每10年0.26℃的速度上升,高溫天數(shù)以每10年2.29d的速度增加,說明新安炎熱時(shí)間不斷延長,干熱風(fēng)、熱浪和酷暑的影響不斷加大。由于作物生長對(duì)適宜溫度、能夠忍受的高溫和低溫都有一定的要求,超過上限的高溫會(huì)使作物遭受高溫脅迫危害,生長發(fā)育受到抑制,產(chǎn)量大大降低,如果高溫和干旱結(jié)合,就會(huì)導(dǎo)致植株大量失水,迅速枯死。夏季是蘋果、核桃、柿子幼果膨大期,超過35℃以上的高溫會(huì)嚴(yán)重抑制果實(shí)的生長發(fā)育,氣溫高達(dá)38℃以上就會(huì)對(duì)果實(shí)產(chǎn)生日灼傷害,使果實(shí)停止生長、枯死、脫落。

3.3氣候變暖對(duì)糧食作物的影響氣候變暖尤其是隨之而來的異常高溫會(huì)給糧食作物帶來以下影響:①會(huì)對(duì)作物生長產(chǎn)生不利的熱害,脅迫作物來不及灌漿甚至中斷或終止正常的生長發(fā)育進(jìn)程而提前成熟;②溫度升高加速土壤中肥料的分解和流失,蒸散率增加抵消了原本不多的降水量,從而使作物生長的水分脅迫加重;③較高的溫度加快了作物的生育進(jìn)程,縮短生育期,使之來不及累積光合同化產(chǎn)物、充盈籽粒而提前成熟,導(dǎo)致籽粒不飽滿或癟粒而減產(chǎn)。玉米、高粱和谷子是耗水量較小的喜溫作物,適應(yīng)性強(qiáng),氣溫升高對(duì)玉米、高粱和谷子產(chǎn)量影響不大[7];大豆是喜涼作物,氣溫超過25℃,就會(huì)抑制其生長,致使減產(chǎn);小麥?zhǔn)窍怖渥魑?由于冬季變暖、寒冷期縮短,會(huì)使其停止生長的越冬期縮短。王石立等的計(jì)算揭示了氣溫升高時(shí)因蒸發(fā)變大而導(dǎo)致小麥水分虧缺情況,表明小麥全生育期內(nèi)農(nóng)田蒸散量將大于當(dāng)前氣候8%~12%,以小麥拔節(jié)、抽穗階段更為突出,由于小麥全生育期水分虧缺加劇引起的小麥減產(chǎn)值將比當(dāng)前氣候下大8%~20%,灌溉將增加25%~33%,有灌溉條件的地區(qū),小麥可能增產(chǎn),但灌溉增加使生產(chǎn)成本提高,而在沒有灌溉條件的地區(qū),水分脅迫加劇則將導(dǎo)致減產(chǎn)。

3.4氣候變暖對(duì)作物病蟲害的影響害蟲是變溫動(dòng)物,其體溫隨環(huán)境溫度的變化而變化。環(huán)境溫度高,其生理代謝旺盛,生長發(fā)育快;環(huán)境溫度低,其生理代謝弱,生長發(fā)育就慢。氣候變暖,特別是冬季溫度升高,將有利于害蟲和病原體安全越冬,使來年春夏的蟲病源基數(shù)增大,引發(fā)危害面積擴(kuò)大,危害程度加重;春秋季溫度升高,將延長害蟲和病菌的可生育時(shí)期,有利于病蟲害春季早發(fā),冬季休眠推遲,危害期延長;而積溫增加,可使1年中病蟲繁育的世代增多,致使農(nóng)作物受害概率增大;空氣中CO2濃度增大,植株中含碳量增高,含氮量下降,致使害蟲的采食量增大,導(dǎo)致對(duì)農(nóng)作物的危害加重。

3.5氣候變暖對(duì)自然植被的影響地球表面的植被類型及其分布基本上取決于年降水、年生物溫度與濕度3個(gè)要素。未來各類自然植被將發(fā)生明顯北移,南方的熱帶季風(fēng)雨林將逐漸引進(jìn),相當(dāng)多的樹木面臨不適宜的新的氣候條件可能變得更為脆弱,尤其是寒溫帶針葉林將向北移入,部分樹種甚至面臨瀕危狀態(tài)。氣候變暖,降水不能保持與溫度的同步增加,導(dǎo)致植被光合作用所需水分供應(yīng)不足,相當(dāng)多的樹種面臨不適應(yīng)新的氣候條件,會(huì)變得更加脆弱、更易遭到病蟲害侵襲。根據(jù)李英年對(duì)1987年以來黃河源區(qū)土壤濕度的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析,黃河源區(qū)下墊面蒸散量的加大使土壤向干暖化發(fā)展。這種氣候因素的影響,導(dǎo)致近十幾年來植被地上凈初級(jí)生產(chǎn)力按9.506g/(m2•a)的傾向率下降[8]。

4對(duì)策與建議

氣候變暖將導(dǎo)致地球氣候系統(tǒng)的深刻變化,使人類與生態(tài)環(huán)境業(yè)已建立起來的相互適應(yīng)關(guān)系受到顯著影響和擾動(dòng)。氣候變暖將導(dǎo)致地表流經(jīng)、旱澇災(zāi)害頻率發(fā)生變化,特別是水資源供需矛盾更加突出;氣候變化將使我國未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加,產(chǎn)量波動(dòng)大;氣候變化將影響人類居住環(huán)境,最直接的威脅是洪澇、山體滑坡和與高溫?zé)崂颂鞖庥嘘P(guān)的疾病和死亡率增加等。因此研究氣候變化的影響,探討增強(qiáng)新安農(nóng)業(yè)應(yīng)變能力的對(duì)策措施,為新安農(nóng)業(yè)今后的發(fā)展方向和結(jié)構(gòu)布局的調(diào)整提供一些科學(xué)依據(jù)和可供選擇的對(duì)策方案。

(1)調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局,發(fā)展特色農(nóng)業(yè)、旱作農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)。引進(jìn)農(nóng)業(yè)新技術(shù)、新品種,改變傳統(tǒng)的耕作方式,大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)作物經(jīng)濟(jì)林果業(yè)。

(2)水資源在減少,水需求在增加,水危機(jī)在加深。面對(duì)此環(huán)境,必須合理開發(fā)利用水資源,推廣集雨技術(shù)和節(jié)水灌溉技術(shù),推廣渠道防滲、管道輸水、噴灌滴灌等技術(shù);加大人工影響天氣力度,把開發(fā)空中水資源作為解決新安缺水問題的一條主要途徑。

(3)改變土地利用方式,采取封山育林、人工造林,陡坡耕地退耕還林還草,擴(kuò)大林草植被覆蓋,減少乃至停止坡地種植,加強(qiáng)天然林保護(hù),加快退耕還林步伐,營造農(nóng)田防護(hù)林,發(fā)展農(nóng)田林網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)林果業(yè),既能增強(qiáng)對(duì)二氧化碳的吸收庫容,還能改善農(nóng)田小氣候環(huán)境,提高農(nóng)作物的抗災(zāi)能力。堅(jiān)決杜絕砍伐林木,變林地為農(nóng)田的做法,杜絕燒荒、墾荒、“改造”荒地為“良田”補(bǔ)充耕地的辦法?？梢酝ㄟ^秸稈還田,減少殘茬生物量的燃燒增加土壤有機(jī)質(zhì)和肥力,把治理水土流失與提高土壤肥力、提高土地使用潛力等結(jié)合起來,形成作物-土壤-大氣系統(tǒng)的良性循環(huán)。

(4)加強(qiáng)病蟲害和雜草害的防治。開發(fā)利用各種高效低毒無污染的新型農(nóng)藥,包括應(yīng)用生物工程技術(shù)選育抗病蟲害和抗草害性強(qiáng)的新品種,開展生物防治,發(fā)揮自然天敵對(duì)病蟲害的調(diào)控作用,以應(yīng)對(duì)氣候變暖導(dǎo)致的病蟲害和草害可能加重的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。(5)重視氣象工作,加大對(duì)氣象的投入力度,提高氣象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,發(fā)揮氣象部門在防御氣象災(zāi)害中的重要作用。