小店区气候变化特征及其对农业生产影响的调查分析

蒋文 刘志宏 靳彦君 张宇建 左小瑞

摘 要：利用太原市小店区国家气象站1979—2020年气温和降水地面气象观测资料，分析了小店区近42年来气温和降水年际变化、季节变化的趋势及变化特征。结果表明：1）近42年来小店区年平均气温呈上升趋势，4个季节平均气温均呈上升趋势，春季上升趋势最为明显、夏季次之。2）小店区年降水量呈增长趋势，贡献最大的10年代降水量处于偏多期，主要是降水量偏多的年份占比高，增长趋势显著造成。降水量年际变化很大，降水分布不均匀，且不稳定性强，季节差异明显，秋季呈增长趋势、夏季次之。气候变化导致干旱、暴雨、高温等灾害性天气，气候极端事件频繁发生严重影响到农业生产。

关键词：气温；降水量；气候变化；农业生产

文章编号：2096-8108（2023）04-0044-06  中图分类号：S162.5+5中图分类号  文献标识码：A文献标志码

Investigation and Analysis of Climate Change Characteristics and the Impact on Agricultural Production in Xiaodian District

JIANG  Wen1，LIU  Zhihong1，JIN  Yanjun1，ZHANG Yujian2，ZUO Xiaorui3

（1.Meteorological Bureau of Xiaodian District， Taiyuan City， Taiyuan Shanxi 030000， China;

2.Meteorological Bureau of Qingxu County， Taiyuan Shanxi 030000，China;

3.Shanxi Climate Center， Taiyuan Shanxi 030000，China）

Abstract： Based on the surface meteorological observation data of temperature and precipitation in Xiaodian District， Taiyuan City from 1979 to 2020， the interannual variation， seasonal variation and variation characteristics of temperature and precipitation in Xiaodian District in recent 42 years were analyzed. The results show that ： 1 ） In the past 42 years， the annual average temperature in Xiaodian District has shown an upward trend， and the average temperature in the four seasons has shown an upward trend. The upward trend in spring is the most obvious， followed by summer. 2 ） The annual precipitation in Xiaodian District shows an increasing trend， and the precipitation in the 10 s， which contributes the most， is in a period of more precipitation， mainly due to the high proportion of years with more precipitation and the significant growth trend. The interannual variation of precipitation is very large， the distribution of precipitation is not uniform， and the instability is strong， the seasonal difference is obvious， the autumn is increasing， followed by summer. Climate change leads to disastrous weather such as drought， rainstorm and high temperature， and frequent extreme climate events seriously affect agricultural production.

Keywords：temperature; precipitation; climate change; agricultural production

在全球氣候变暖的大背景下，极端天气多发、重发，强度也在不断变化，造成的经济损失越来越严重。小店区位于山西省中部，太原城区南部，全区总面积29 500 hm2，地势北高南低，平均海拔763～780 m，以南部平川为主，东部地区为山区、丘陵地区。小店区属暖温带大陆性季风气候，四季分明，降水集中，光照充足。气候变化对小店区经济发展和人民的生活有至关重要的影响，因此，利用小店区气象数据资料，从年代及季节角度进行分析小店区近42年气候变化的特征，不仅有助于了解小店区气候变化趋势，也可为小店区农业生产提供科学依据［1］。进一步强化实况监测和预报预警，做好气象服务，降低农业生产损失，为农业生产提供更有力保障和支撑。

1 资料来源及分析方法

1.1 资料选取

选用小店区国家气象观测站1979—2020年气象记录月报表的平均气温、最高气温、最低气温、降水量的逐月资料［2］，分别计算了上述变量的年、季平均值，对其变化特征进行分析。4个季节分别为：春季（3月—5月）、夏季（6月—8月）、秋季（9月—11月）、冬季（当年12月至次年2月）。

1.2 分析方法

采用线性倾向率、气候趋势系数、多项式拟合方法分析气温和降水变化，使用M-K检验气温突变等，并利用软件计算及制图软件进行数据处理和分析［1-5］，分析小店区1979—2020年气温和降水变化特征趋势，探讨对农业生产的影响。

2 气温变化特征分析

2.1 气温年际变化特征分析

小店区气温变化特点是冬季寒冷，春季气温多变，夏季高温炎热，秋季凉爽晴朗，春、秋季短暂，冬、夏季时间较长。从图1与表1分析可知：小店区近42年来年平均气温整体呈上升趋势，线性倾向率0.442 ℃/10年。20世纪80年代曲线波动小，年平均气温以偏低为主；进入90年代以后，曲线波动幅度增大，上升趋势显著，比80年代上升1.33 ℃；上升趋势延续到21世纪00年代，比20世纪90年代上升0.34 ℃，呈上升趋势；21世纪10年代在波动有所回落，呈下降趋势，比00年代下降0.47 ℃，比20世纪80年代上升1.2 ℃。其中，年平均气温最高值12.5 ℃，出现在上升趋势显著20世纪90年代的1999年；最低值 9.2 ℃出现在上升趋势不明显20世纪80年代的1984年。

2.2 年平均气温突变分析

采用M-K检验和累积距平法，对小店区近42年的年平均气温时间序列进行突变检验，绘制突变曲线图。从图2分析可知：当超过α=0.05显著水平线，表明显著上升趋势，临界线（给定量显著U=0.05，则U0.05=±1.96）；20世纪80年代初期气温处于降温状态，从80年代后期开始上升，到90年代年平均气温呈上升趋势，UF和UB两条曲线相交，交叉点的位置即可判定年平均气温突变从1987年开始，之后气温呈上升趋势。

2.3 气温季节变化特征分析

从各季节气温线性倾向率变化趋势来看，春、夏、秋、冬季平均气温变化与年平均气温变化相一致，呈上升趋势。小店区春季上升趋势最为明显、夏季次之，与前两个季节相比较，秋、冬季上升趋势较弱。从图3与表1分析，结果如下：

1）春季（见图3-a）平均气温整体呈上升趋势，线性倾向率0.657 ℃/10年。春季平均气温变化在20世纪80年代以偏低为主；90年代以后气温变化大，曲线波动幅度增大，上升趋势显著，比80年代上升1.12 ℃；上升趋势延续到21世纪00年代，比20世纪90年代上升0.64 ℃；21世紀10年代持续上升，比00年代上升0.05 ℃，呈上升趋势，与20世纪80年代相比上升1.81 ℃，呈显著上升趋势。春季平均气温变化从20世纪80年代一直到21世纪10年代均呈上升趋势，上升幅度在全年中最大。

2）夏季（见图3-b）平均气温整体呈上升趋势，线性倾向率0.441 ℃/10年，上升幅度仅次于春季。夏季平均气温在20世纪80年代波动趋缓，以偏低为主；90年代气温变化剧烈，上升幅度增大，比80年代上升1.8 ℃，上升趋势显著；21世纪00年代持续上升，比20世纪90年代上升0.32 ℃，呈上升趋势；21世纪10年代气温在波动中有所回落，比00年代下降0.26 ℃，呈下降趋势，与20世纪80年代夏季平均气温相比上升1.27 ℃，呈显著上升趋势。

3）秋季（见图3-c）平均气温整体呈上升趋势，线性倾向率0.376 ℃/10年。秋季平均气温在20世纪80年代以偏低为主；90年代剧烈变化的年份少，曲线波动幅度较大，比80年代上升1.09 ℃，上升趋势显著；上升趋势延续到21世纪00年代，比20世纪90年代上升0.42 ℃，呈上升趋势；21世纪10年代气温在波动中有所回落，比00年代下降0.58 ℃，呈下降趋势，与20世纪80年代相比上升0.93 ℃，呈明显上升趋势。

4）冬季（见图3-d）平均气温整体呈上升趋势，线性倾向率0.375 ℃/10年，比秋季略低，上升幅度在全年中最弱。冬季平均气温在20世纪80年代前期以偏低为主，到后期气温快速上升；上升态势延续到20世纪90年代、21世纪00年代，气温变化剧烈，曲线波动幅度增大，90年代比80年代上升1.8 ℃，上升趋势显著，21世纪00年代比20世纪90 年代上升0.32 ℃，呈上升趋势；21世纪10年代气温波动中有所回落，比00年代下降1.04 ℃，呈下降趋势。极端最低气温出现在这一时期，-20.6 ℃出现在2020年，近42年中20世纪80年代冬季气温最冷，21世纪10年代次之，与20世纪80年代相比上升1.08 ℃，呈明显上升趋势。

2.4 气温季节变化突变分析

春季（见图4-a）和夏季（见图4-b）小店区春季和夏季气温变化整体均呈上升趋势，从20世纪80年代末期到90年代初气温开始上升，UF和UB两条曲线相交，交叉点的位置即可判定春季气温突变从1991年开始，夏季气温在1989年发生突变。秋季（见图4-c）和冬季（见图4-d）小店区秋季和冬季气温变化整体均呈上升趋势，从20世纪80年代后期开始上升，UF和UB两条曲线相交，交叉点的位置即可判定气温的突变时间，秋季和冬季突变都发生1987年。从整体上看，小店区气温突变时间分别出现在20世纪80年代后期到90年代初。

2.5 气温变化对农业生产的影响

小店区年平均气温呈上升趋势，季节平均气温与年平均气温变化相一致，呈上升趋势。上升趋势最明显春季、夏季次之。且均发生突变，时间分别出现在20世纪80年代后期到90年代初。气温上升导致气候变暖，灾害性天气和气候极端事件频繁发生，农业生产受到很大影响。温度升高加重农业病虫害的发展，造成农药用量增加，也提高农业成本。

气候的变暖，春季回暖时间较早，无霜冻期时间延长，农作物生育期随着温度上升提前，到后期遭遇春霜冻（又称晚霜冻，指春播作物苗期、果实花期、越冬作物返青后发生的霜冻，这种霜冻会使农作物遭受很大损失。）的风险增大。温度上升，农作物蒸腾速度加快，水分流失大，容易出现干旱，而季节性干旱会影响果树、苗木和特种经济作物生长发育，进而降低其产品的质量和品质，影响其经济效益。2008年10月23日至2009年2月1日连续102 d无降水，干旱造成冬小麦减产。小店区2018年4月7日最低气温-4.4 ℃，是小店区40年来同期的最低值，霜冻天气使杏、桃、梨、苹果等经济林果普遍受冻。2019年夏季6月—8月降水较历年同期偏少30%，农田旱情较重，严重危害農作物产量和品质，同时也增加农业灌溉用水量，提高农业投入成本。2020年4月19日至25日出现倒春寒、大风、降温、霜冻天气，使部分杏、桃、梨、苹果等经济林果遭遇冻害。

3 降水变化特征分析

3.1 年降水量特征分析

小店区常年平均降水量为430.3 mm，降水量年际变化很大，最多雨年达594.1 mm，最少雨年仅234.6 mm，小店区年降水量呈增长趋势。对近42年的年平均降水量进行的线性拟合，其趋势方程：y=1.040 3x+408.67（R2=0.017 2）。从图5与表2分析可知：20世纪80年代降水量变化以偏多为主，呈增长趋势；90年代降水量变化以偏少为主，呈显著减少趋势，比常年平均值减少43.36 mm，比80年代减少44.5 mm，降水量最少年份出现在这一时期，最小值234.6 mm，出现在1997年；21世纪00年代降水量相比20世纪90年代有所增长，但仍然低于常年平均值，呈明显减少趋势，比常年平均值减少14.21 mm，但比90年代增长29.15 mm；21世纪10年代降水量处于偏多期，主要是降水量偏多的年份占比高，2011—2020年中2015年、2019年偏少，其他年份以偏多为主，增长趋势显著，比常年平均值增长57.17 mm，比21世纪00年代增长100.58 mm，降水量最多年份出现在这一时期，降水量594.1 mm为最大值，出现在2016年。

3.2 降水季节变化特征分析

从各季降水量线性拟合变化趋势来看，秋季降水增长趋势最明显、夏季次之，春季降水减少趋势最  明显、冬季次之。从图6和表3分析结果如下：

1）春季（见图6-a）降水量呈明显减少趋势，减少率在全年4个季节中最大，线性拟合趋势方程：y=-0.457 5x+77.985（R2=0.028 2）。20世纪80年代降水变化以偏多为主，呈明显增长趋势，春季降水量的最大值出现在这一时期，178.4 mm出现在1991年；20世纪90年代到21世纪00年代变化以偏少为主，呈减少趋势，最小值出现在这一时期，降水量9.6 mm出现2000年；21世纪10年代降水量在波动中恢复增长态势，呈增长趋势。

2）夏季（见图6-b）降水量呈增长的趋势，线性拟合趋势方程：y=0.854 6x+ 233.93（R2 = 0.013 6）。20世纪80年代到21世纪00年代降水曲线剧烈变化的年份少，以偏少为主，呈减少趋势；夏季降水量最大值和最小值均出现在20世纪90年代，最大值473.2 mm出现在1996年，最小值110.6 mm出现在1997年；21世纪10年代变化剧烈以偏多为主，呈增长趋势。

3）秋季（见图6-c）降水量呈增长的趋势，增长率在全年中最大，线性拟合趋势方程：y=1.104 6x+ 77.204（R2=0.085 9）。20世纪80年代降水变化以偏多为主，呈增长趋势；90年代以偏少为主，呈减少趋势，最小值出现在这一期间，最小值26.7 mm，出现在1998年；21世纪00年代到10年代降水变化剧烈，呈显著增长趋势，秋季降水量最大值190.7 mm出现在2003年。

4）冬季（见图6-d）降水量呈明显减少趋势，而且减少率仅次于春季，线性拟合趋势方程：y=0.006x+ 9.613 6（R2=0.000 1）。20世纪80年代到21世纪10年代降水变化剧烈变化的年份少，以偏少为主，减少趋势十分显著。冬季降水量最大值30.6 mm出现在2003年，最小值0.0出现在1999年，为小店区近42年来首次出现“一个无有效降水的冬季”。

3.3 降水对农业生产的影响

小店区年降水量呈增长趋势，贡献最大的21世纪10年代降水量处于偏多期，主要是降水量偏多的年份占比高。降水量年际变化大，分布不均匀，季节差异明显，降水过少或过多的不均匀，或雨量过分集中的降水暴雨、强降水、连阴雨天气，极易引发旱涝灾害，给农业生产带来严重影响［5］。降水量过多的年份，暴雨、强降水、连阴雨天气的会造成渍涝，农田受淹，可能会造成农作物减产甚至绝收。相对降水量过少年份，农作物生长发育过程中需水不足，极易出现季节性干旱，造成农作物减产。2017年7月23日—29日，降水量145.3 mm降水范围大，强度大，导致玉米、高梁被淹；10月7日—10日的连阴雨天气，降水量111.3 mm，对大秋作物收晒产生不利影响。2019年9月10日—13日出现连阴雨天气，降水量88.5 mm，此次连阴雨天气导致枣的果面裂纹，进而影响品质和产量。

4 结论

小店区近42年来气温呈上升趋势，降水呈增长趋势，波动幅度较大，旱涝交替状况造成阶段性干旱，暴雨、强降水引发渍涝，给农作物生长带来严重影响。随着气候变暖，干旱现象频率发生，季节性干旱会影响果树、苗木和特种经济作物生长发育，进而降低其产品的质量和品质，影响其经济效益。极端天气极易造成暴雨频率增加，农田受淹，产生渍涝灾害。

中文致谢

参考文献

［1］ 张军.太原近45年气候变暖特征研究［J］.太原科技.2007（8）：72-74.

［2］ 周晋红，张军，刘武华.近45年来太原气候变化特征研究［J］.干旱地区农业研究，2008（3）：7-13.

［3］ 牛旭，李洪建，严俊霞.1951—2012年太原市气候变化基本特征研究［J］.山西农业科学，2013，41（12）：1352-1357.

［4］ 程永明，张卉，杨任明.近40年山西东南部地区气温变化特征分析 ［J］.中国农学通报，2016，32（12）：158-162.

［5］ 裴秀苗，王志伟，范志宣，等.黄河金三角地区近45年气温变化及其对农业生产的影响 ［J］.山西农业科学，2020，48（8）：1283-1288.

收稿日期：2023-05-19中文收稿日期

第一作者简介：蒋 文（1969-），女，高级工程师，主要从事农业气象研究。E-mail：506863227@qq.com