新疆和田地區(qū)溫度變化及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

新疆和田地區(qū)溫度變化及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

在過去幾十年中，氣候變化顯著，引起了人們的關(guān)注。人們不僅關(guān)注全球氣候變化問題,而且更加關(guān)注區(qū)域氣候變化問題,擔(dān)心氣候變化和異常會對生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成影響。自20世紀(jì)80年代以來,許多氣候?qū)W家對全球氣候做了不少研究,世界政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第一工作組于2007年2月2日發(fā)布的第四次評估報告明確指出,近100a(1906~2005年)地球表面平均溫度上升了0.74℃,近50a的線性增溫速率為0.13℃/10a,1850年以來最暖的12個年份中有11個出現(xiàn)在近期的1995~2006年。全球變暖已是不爭的科學(xué)事實(shí)。近年來,不少學(xué)者對我國氣溫氣候變化進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,我國的增溫趨勢與北半球大體相同,但有自己的特點(diǎn)。與全球氣候變暖不同的是,我國氣候最高氣溫出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代而不是80年代以后。張明慶等研究也表明,我國各地區(qū)對全球氣候變暖的響應(yīng)也不完全相同。即使在新疆南北疆也不同,在新疆近40年北疆平均氣溫增溫率達(dá)0.36℃/10a,南疆為0.19℃/10a,各地降水量變化趨勢也不盡相同。從林學(xué)椿等學(xué)者的研究中可以看出各地氣候變化趨勢并不完全一致,也就是說氣候變化具有區(qū)域性。艾尼瓦爾·依沙木丁、玉蘇甫·阿布都拉等對和田氣候進(jìn)行了研究,得出和田市氣候存在變暖、增濕趨勢?？偟膩砜?目前對于區(qū)域氣候變化的研究還不多。全面、客觀、正確地了解和田氣候變化趨勢,對和田生態(tài)環(huán)境的改善和經(jīng)濟(jì)建設(shè)都有十分重要的意義?；诖?本文對近30年來和田市的平均溫度的變化趨勢以及周期振蕩進(jìn)行了分析,并討論了溫度變化對和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。1龍喀河的農(nóng)業(yè)區(qū)和田市位于新疆維吾爾自治區(qū)南部,位于34°22′~38°37′N和78°~80°30′E,昆侖山脈北麓,地勢南高北低,由西向東緩傾。海拔為1300~1450m,北寬南窄,東西最寬為60km,南北最長約200km,由南向北傾斜,是喀拉喀什河與玉龍喀什河的沖積平原,東臨玉龍喀什河,與洛浦縣隔河相望,西、南、北三面與和田縣接壤,總面積約189km2。深居內(nèi)陸,遠(yuǎn)距海洋,四周高山(天山、昆侖山、帕米爾高原)環(huán)繞,因而是受海洋氣流影響,大陸性強(qiáng)。西來冷濕氣流和印度洋熱濕氣流難于抵達(dá)。在我國東部盛行的東南季風(fēng),也因相距遙遠(yuǎn),難以飄臨。本區(qū)所處緯度較低、寒潮受阻于天山,因而氣溫較高,屬于暖溫帶極端干旱荒漠氣候。其主要特點(diǎn)是:夏季炎熱,冬季寒冷,四季分明,熱量豐富,晝夜溫差及年較差大,無霜期長,降水稀少,蒸發(fā)強(qiáng)烈,空氣干燥,氣候帶垂直分布也較明顯。主要農(nóng)業(yè)區(qū)基本上屬于暖溫帶干旱氣候,光熱土和生物資源豐富,水源穩(wěn)定,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件比較優(yōu)越,有著種植業(yè)得天獨(dú)厚的發(fā)展優(yōu)勢,但也有大風(fēng)、沙塵暴、浮塵、低溫冷害、干旱、霜凍等氣象災(zāi)害,給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和當(dāng)?shù)厝罕娚钤斐晌：?。?0年來和田市的氣候特征有著明顯的變化,在林牧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的過程中,了解這些特征和變化規(guī)律將為和田市進(jìn)行生態(tài)環(huán)境建設(shè)和生產(chǎn)提供參考。2氣象和氣候特性本文使用中國氣象局提供的中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集中和田市1975~2005日平均氣溫的資料。通過對和田地區(qū)日平均氣溫的統(tǒng)計分析,研究了近30年來這一地區(qū)的平均溫度變化特征。先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,統(tǒng)計分析得出平均氣溫年、季節(jié)的線性變化趨勢,并用MATLAB軟件做出30年的年平均溫度的周期性變化的小波分析。氣溫季節(jié)劃分為:春季3~5月,夏季6~8月,秋季9~11月,冬季12月至次年2月。氣候?qū)W上通常將氣象要素在最近30年的平均值作為氣候基本態(tài),平均值的改變表明了氣候基本態(tài)的變化。采用30年平均資料作為描述氣候特點(diǎn)的基本時段,平滑了20~40年周期振動,能夠表現(xiàn)更加宏觀的氣候狀況。時段長度與人的自然生命期相近,適合作為人類活動的環(huán)境參數(shù)。從有氣象觀測記錄以來,30年氣候具有近似的穩(wěn)定性。近百年來各個30年比較,溫度相差不到1℃,降水量相差不足100mm?，F(xiàn)在對氣候周期的分析中,子波分析(小波分析)的應(yīng)用越來越廣泛。在胡增臻、鄧自旺等的著作中詳細(xì)地介紹了子波變換在氣候分析中的應(yīng)用。用于子波分析被認(rèn)為是傅里葉分析方法的突破性進(jìn)展,其核心是多分辨率分析。子波分析的優(yōu)點(diǎn)是:不僅可以給出氣候序列的變化尺度,還可以顯示出各頻率隨時間的變化以及不同頻率之間的關(guān)系,并且具有分析函數(shù)奇異性的能力。由于子波分析對信號處理的特殊優(yōu)勢,很快得到氣象學(xué)家的重視,將其應(yīng)用于氣象和氣候序列的時頻結(jié)構(gòu)分析,并已有不少引人注目的研究成果。本文采用Morlet小波分析了和田地區(qū)近30年的氣溫變化周期。3溫度變化特性3.1近10年來平均氣溫變化規(guī)律從每10年分段對比分析(表1)可以看出,年平均氣溫在1975~1994年變化不大,近10年年平均氣溫在上升,較前20年上升了1℃左右,春、夏、秋三季與年平均氣溫變化相一致。但冬季不同,氣溫在1985-1994年增溫就比較顯著,比1975~1984年10年期間冬季平均氣溫上升了1.5℃,而且氣溫一直在上升過程中。3.2世紀(jì)30年代中期的平均氣溫變化規(guī)律根據(jù)對近30年的日平均氣溫氣候資料的分析,結(jié)果顯示,和田市氣候存在明顯的變暖趨勢,特別是20世紀(jì)90年代以來,是近30年來最暖的時期,這與新疆整個氣候變暖趨勢是一致的。根據(jù)和田市30年來平均氣溫系列資料,以及繪制的線性趨勢曲線(圖1)可知:溫度序列在波動中上升,從20世紀(jì)90年代中后期年平均值超過30年的年平均氣溫值。一次線性擬合的傾斜率為0.0484,說明氣溫在這30年的總體趨勢是上升的。我們將這一時期的溫度距平值(圖2)進(jìn)行分析得出,90年代中后期都是以正距平為主。年平均氣溫在1984年達(dá)到最低點(diǎn),隨后有4次波動,分別在1985年、1990年、1994年和2004年達(dá)到波峰,1995年之前氣溫變化的波動范圍不大,從1995年之后氣溫急劇上升,在2004年達(dá)到最高正距平。此外在1984~2004年,年平均氣溫相差達(dá)2.26℃,在回落與上升的過程中,總體趨勢是增加的,這與整個新疆的平均氣溫變化趨勢總體上是一致的。按春季(3~5月),夏季(6~8月),秋季(9~11月),冬季(12月到次年2月),作出和田地區(qū)30年來各個季節(jié)的平均氣溫的變化曲線,如圖3所示。從圖3可以看出春夏兩季平均溫度變化不大,傾向率分別為0.033和0.017,都小于年傾向變化率,略有起伏,而秋冬兩季平均氣溫變化比較明顯,其傾向率分別為0.071和0.072,都大于年傾向變化率,冬季最大,表明平均氣溫冬季增溫幅度最大,對年平均溫度增長的貢獻(xiàn)率最大。和田市近30年來年平均最高氣溫出現(xiàn)在2004年,達(dá)到14.15℃,年平均最低氣溫出現(xiàn)在1984年,為11.89℃。夏季年平均最高氣溫出現(xiàn)在1994年,為26.09℃,冬季年均最低出現(xiàn)在1977年,為-7.4℃。由以上分析可以看出,近30年來和田地區(qū)氣候存在著明顯變暖的總趨勢,尤其是20世紀(jì)90年代以來最為明顯。和田地區(qū)的氣候變暖具有明顯的季節(jié)性,季節(jié)主要在秋、冬兩季。3.3氣候信號起伏研究表明,將Morlet小波用于氣候序列的分析時,小波系數(shù)的變化趨勢與氣候信號的起伏是基本一致的,等值線中心為冷暖中心(正小波為暖,負(fù)小波為冷),中心值的大小可以反映出波動的振蕩的強(qiáng)度。由圖4可知,和田地區(qū)年平均氣溫主要存在3年、22年、30年左右的周期振蕩。4農(nóng)業(yè)生態(tài)條件和田地區(qū)近30年的平均氣溫呈現(xiàn)上升的趨勢,20世紀(jì)90年代中后期為最暖期。和田地區(qū)是新疆重要的棉產(chǎn)區(qū),溫度變化對棉花種植、品質(zhì)、產(chǎn)量尤為關(guān)鍵。雖然近幾年來由于政策的力量和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的不斷提高,和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總體說是逐年增產(chǎn)的,但氣候原因也使糧食和棉花的單產(chǎn)出現(xiàn)了多次波動。例如:2000年,和田地區(qū)遭受了嚴(yán)重干旱、低溫、病蟲害、風(fēng)沙等多種自然災(zāi)害的侵襲,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值比上年下降了2.35%,棉花、蠶桑受災(zāi)較嚴(yán)重,棉花總產(chǎn)下降13.71%,蠶繭產(chǎn)量下降10.88%。棉花的生態(tài)特性是喜溫,喜光,較耐旱,較耐鹽堿,有無限生長習(xí)性以及較廣的適應(yīng)性。作為喜溫植物,棉花不同生長階段對溫度的需求有差別。苗期(出苗到現(xiàn)蕾)較高的溫度有利于棉苗的早發(fā),形成壯苗。在20~30℃范圍內(nèi),溫度越高,生長發(fā)育越快,現(xiàn)蕾到開花要求的適宜溫度在25℃左右,不超過30℃的情況下,氣溫高,現(xiàn)蕾開花多。花鈴期棉花由營養(yǎng)生長逐漸轉(zhuǎn)入生殖生長,是全生育期生長最旺盛的階段,適宜溫度是25~30℃。和田主要農(nóng)業(yè)區(qū)基本上屬于暖溫帶干旱氣候,光熱土和生物資源豐富,水源穩(wěn)定,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件比較優(yōu)越,有著種植業(yè)得天獨(dú)厚的發(fā)展優(yōu)勢,盡管光照充足,熱量資源豐富,適合于棉花的種植和生長,但不利的氣候條件也在制約著棉花產(chǎn)量和品質(zhì),其中溫度條件是影響當(dāng)?shù)孛藁óa(chǎn)量高低、品質(zhì)好壞的關(guān)鍵。和田春季氣溫變化不大,春季多年平均氣溫可達(dá)15.5℃,而且較為穩(wěn)定,低溫冷害的情況不多。夏季多年平均溫度可達(dá)到25℃,能滿足棉花花鈴期的要求。但秋季多年平均溫度較低,秋季的初霜凍,氣溫下降快,氣候變化強(qiáng)烈,低溫冷害使棉花產(chǎn)量下降,品質(zhì)降低。和田種植區(qū)無霜期為210d,全年日照時數(shù)為2694.7h,關(guān)鍵在棉花開花結(jié)鈴的5~8月,月平均日照時數(shù)為24.4h,4~10月的平均氣溫為20.4℃,全年≥10℃的持續(xù)時間為210d,4~10月≥10℃的活動積溫,可以保證中熟棉花的成熟,和田由于受到極端大陸性氣候和沙漠性氣候的共同影響,夏末秋季氣溫下降非常迅速,8月份氣溫為24.1℃,到9月份便降至20℃以下,此時正值棉花吐絮期,要求溫度在20℃以上,且溫度越高,對棉花吐絮越有利。因此,秋季降溫迅速,棉花后期溫度低,熱量不足。早春大部分作物在10℃界限溫度播種出苗后容易遭受冷害。春季溫度上升緩慢而秋季降溫迅速,不利于春播作物適期播種、出苗及晚秋作物灌漿、成熟和棉花吐絮。秋、冬季增暖顯著,積溫較穩(wěn)定,出現(xiàn)秋、冬暖的現(xiàn)象,農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)秋、冬兩季溫度的變化做出調(diào)整。和田市氣候變暖,特別是秋冬兩季變化顯著使作物生長期延長。對和田小麥產(chǎn)量影響最大的是春季2~4月的倒春寒。而對玉米而言,7~9月的氣溫變化最為敏感,遠(yuǎn)高于降水對它的影響。冬季氣候變暖,就可以使越冬作物的種植區(qū)擴(kuò)展,和田近30年的冬季氣溫平均上升了約2.3℃。冬季氣溫升高,負(fù)積溫減少,不但對冬小麥安全越冬有利,而且為冬小麥種植區(qū)擴(kuò)展提供了有利的氣象條件。30年來氣候條件的改善為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、建立高效生態(tài)農(nóng)業(yè)提供了一些有利條件,這是氣候變暖對農(nóng)業(yè)帶來的有利影響。但是,隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和氣候的變化,農(nóng)業(yè)生態(tài)條件發(fā)生了一定的變化。病蟲害的發(fā)生時間及程度隨氣候的變化而變化。氣候變暖,蟲害的生長、繁殖、越冬、遷飛等生態(tài)學(xué)特征均將受到影響。冬季氣候變暖,冬溫升高,增加了冬季農(nóng)田土壤水分的蒸發(fā),還使越冬病蟲卵蛹死亡率降低,病蟲群數(shù)量增加,容易造成病蟲害,增大了病蟲害防治難度。40年來,特別是90年代以來,各種病蟲害對林牧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。例如,1964年首次在墨玉縣試驗(yàn)站發(fā)現(xiàn)了棉花枯萎病,隨后到80年代末,病情基本得到控制,但是,到了90年代,和田地區(qū)開始大面積發(fā)生,1991年發(fā)病面積達(dá)149.5hm2,分布于46個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。而到了1992年全區(qū)棉花枯萎病面積達(dá)到774.1hm2,比上年增加了近666.7hm2,分布擴(kuò)大到63個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。隨后幾年,發(fā)病面積迅速增加,到1996年全區(qū)擴(kuò)大到1.15萬hm2,絕產(chǎn)1261.3hm2。受畜牧業(yè)病蟲病的影響,春尺蠖自1997年起在和田地區(qū)連年爆發(fā)成災(zāi),嚴(yán)重危害林果業(yè)生產(chǎn),2001年爆發(fā)面積達(dá)5.62萬hm2。1992年首次在紅棗樹上發(fā)現(xiàn)了大球蚧。目前受害面積達(dá)4000hm2。過去沒有的病蟲害,現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn),過去有的病蟲害現(xiàn)在危害越來越猖獗。針對這一實(shí)際情況,需加強(qiáng)病蟲害測報,推廣綜合防治技術(shù)。5有效增加年平均氣溫5.1和田地區(qū)1975~2