近51a来黄河流域农业气候资源时空变化特征及未来趋势预估

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农业气候资源问题是气候资源的根本问题,气候的每一异常变化都给农业生产留下影响的痕迹。农业气候资源通常概括为热量、光照、水分三大资源。这些资源数量的多少、分配的特点及其相互配合的情况等,最终将形成各种农业气候资源类型。农业气候资源状况是农业生产和可持续发展的关键因素之一,直接影响农业生产过程。一般来说,农业气候资源是以其自身的量值、随时间的变化以及各资源不同量级的组合类型等来表示其质量优劣的;而以各资源不同量级控制的面积或总量以及各资源不同量级组合类型所控制的面积来表示其数量多少的。黄河流域对中国农业乃至整个国民经济发展具有举足轻重的作用。因此,本文以中国气象局整编的黄河流域70个气象站1960~2010a气象观测资料为基础,首先,使用气候倾向率分析法、滑动平均法、Mann-Kell检验等数学方法,对黄河流域以及该流域不同河段近51a来的热量资源(≥10℃活动积温)、光照资源、水分资源等农业气候资源的时空变化特征进行探讨;其次,以前人研究为基础,探讨黄河流域不同旱作类型区农业气候资源的差异,并选取典型站点分析黄河流域不同旱作类型区农业气候资源的变化规律;再次,应用各站点≥10℃活动积温、同期降水量资料,计算生长期干燥度指数,并统计干燥度指数时空变化规律;最后,基于R/S分析法就黄河流域农业气候资源的未来变化趋势进行了预估。本文的主要结论如下:(1)黄河流域≥10℃活动积温分布地区差异较大,垂直变化明显,多年平均活动积温介于2546.92~3104.37℃之间。该流域≥10℃活动积温的地区分布表现出明显的南北、东西差异;就年际变化而言,自1960a以来,黄河流域≥10℃活动积温呈逐年增长趋势。其中,黄河上、中、下游活动积温均呈逐年增长趋势,平均增长率分别为60.0℃/10a、58.9℃/10a和45.9℃/10a,由此可见,上游活动积温年际变化较大;黄河流域不同旱作类型区活动积温呈显著的上升趋势,气候倾向率表现为Ⅰ区>Ⅲ区>Ⅳ区>Ⅱ区>Ⅴ区,以干旱区(Ⅰ区)的增温趋势最为明显,增温速率为74.75℃/10a,并且年际变化较大。(2)该流域自1960a来日照时数整体呈不明显的减少趋势,减率为1.88h/10a,与全国日照时数在1956~2002a间一直呈下降趋势的研究结果一致。年日照时数大致呈纬向分布(即成北高南低的分布形式);全流域生长期多年平全流域平均日照时数在92.09~1630.06h之间,多年平均日照时数最多的地区分布于河套平原、宁夏北部以及下游的零星地区,日照时数的多年平均值介于1455~1630h,其中济南最多,多年平均日照时数为1630.06h,黄河流域生长期平均日照时数最少的地区是黄河源区;从气候变化倾向率来看,黄河流域生长期日照时数下降的区域主要集中在流域东部的山西及河南、山东、华北平原区,其次为上游青海湖东部的西宁、民和等地以及河南、银川、兰州、兴县等地区;日照时数呈上升趋势,主要出现在黄河上游的源区、河套地区等。日照时数年际变化在不同旱作类型区表现出明显的区域差异性,位于北部的干旱区、半干旱偏旱区以及半干旱区近51a来日照时数均呈增加趋势,其中以干旱区的增加最为明显;东南部的半湿润偏旱区和湿润区日照时数表现为减少趋势。(3)黄河流域全流域生长期多年平均降水量为46.25~798.94mm,降水量的区域分布既受天气系统的制约,又受地形等地理环境的影响,造成明显的区域性差异。空间分布的总趋势是:东南多、西北少,降水量由东南向西北递减;从总体上来看,黄河流域生长期降水量是向逐年减少的趋势发展。就降水量在不同河段的分布而言,黄河上游平均降水量自1960a开始整体变化幅度不大,属于正常波动并略有上升,其增幅为0.77mm/10a;中游的气候条件以干旱为主,其生长期降水量呈减少趋势,减率为7.72mm/10a;下游生长期降水量与上游的变化趋势一致呈上升趋势,上升幅度达3.33mm/10a,较上游变化趋势明显,51a来降水量大致出现了9次多雨、少雨的循环。从黄河流域不同旱作类型区近51a生长期平均降水量变化来看,降水量与≥10℃活动积温的变化趋势大致相反,呈不明显的减少趋势。除湿润区(Ⅴ区)的降水量表现为弱增加趋势外(增率为1.61mm/10a),其它4个区域均表现为减少趋势,以半湿润偏旱区(Ⅳ区)降水量的减少最大,平均每10a减少9.28mm,半干旱区(Ⅲ区)及半干旱偏旱区(Ⅱ区)次之,分别为-2.63mm/10a、-2.64mm/10a,干旱区的最小,为-1.18mm/10a。(4)自20世纪60年代以来,全流域生长期干燥度总体上呈平稳增大趋势,即朝逐渐干旱的方向演变。黄河上、中游干燥度变化趋势与整个流域基本一致,而黄河下游流域干燥度表现为减少趋势,总体来说,近51a来黄河中游气候有逐年变干趋势;下游干燥度除60、80年代平均值高出多年平均值外,其他年代均低于多年平均值,特别是80年代后干燥度表现为逐年代减少的趋势。黄河流域生长期干燥度的空间变化呈纬向分布,干燥度空间分布表现为:从南向北随着纬度的增加干燥度也逐渐变大,气候逐渐变得干旱。(5) R/S分析结果:不同区域活动积温、日照时数的Hurst指数的持续性强度虽有高低起伏变化,但是其Hurst指数始终大于0.5,说明黄河流域不同河段以及不同旱作类型区活动积温、日照时数变化趋势的趋势性始终保持着长期相关性特征。而降水量、干燥度大样本序列有出现Hurst指数小于等于0.5的变化转折点,说明未来降水量、干燥度变化的随机性很大。
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