馬振玉 姜會(huì)飛

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193;2.山東省石島氣象臺(tái)，山東 威海 264200)

在作物適宜性種植區(qū)劃中，熱量指標(biāo)是決定性因素，適宜的熱量是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要條件[1]。以葡萄為例，熱量條件是影響葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因子。最熱月溫度[2-3]和最冷月溫度[4]是釀酒葡萄種植區(qū)劃的重要指標(biāo)。最熱月溫度反映區(qū)域高溫階段的熱狀況，最冷月溫度反映寒冷程度。優(yōu)質(zhì)佐餐酒和香檳酒的品種栽培區(qū)最熱月溫度不超過24 ℃，耐貯運(yùn)鮮食葡萄栽種區(qū)的最熱月溫度不低于23 ℃，歐洲葡萄冬季不埋土越冬區(qū)北限以年極端最低溫多年平均值不低于-15 ℃為界[5]。干紅酒用葡萄基地要求在漿果品質(zhì)形成關(guān)鍵期7—9月的日平均溫度不超過22 ℃[6]。冬季極端氣溫和低溫持續(xù)時(shí)間是決定赤霞珠等歐亞種葡萄能否安全越冬的主要因素[7]，赤霞珠葡萄種植北界以最冷月氣溫不低于-15 ℃為溫度指標(biāo)。

溫度變化是連續(xù)的，對(duì)作物影響也是持續(xù)發(fā)生作用的。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中的最熱(冷)月溫度指標(biāo)，理論上是指作物維持正常生長發(fā)育的1 個(gè)月時(shí)間長度的平均溫度上下限閾值，而在農(nóng)業(yè)氣象研究和實(shí)踐中，常簡單地以7月和1月直接統(tǒng)計(jì)最熱月和最冷月溫度[2-3,7-14]。對(duì)中國氣象局地面氣象觀測網(wǎng)站歷年逐日氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最熱(冷)月的發(fā)生時(shí)間和溫度存在明顯的時(shí)空差異，最熱月份一般分布在6、7和8月，最冷月份出現(xiàn)在12、1和2月，最熱月份多為7月，最冷月份多在1月，但不同年份有所不同。比較12個(gè)月溫度的多年平均值，則普遍存在著7月和1月對(duì)應(yīng)最熱月份和最冷月份的現(xiàn)象。

溫度變化具有明顯的年周期性規(guī)律，平均溫度的年度變化中最高(低)值對(duì)應(yīng)的時(shí)段是該年度最熱(冷)的1 個(gè)月(時(shí)間長度)。在溫度年周期變化過程中，這個(gè)最熱(冷)的1 個(gè)月時(shí)段可能跨越月份界線，而這個(gè)月的溫度變化過程對(duì)作物生長發(fā)育產(chǎn)生的影響卻是持續(xù)的，并不以月份自動(dòng)分割開。最熱(冷)月的“月”與1—12月中的“月”存在差異。在研究中以年度12 個(gè)月中的月平均溫度最高(低)值對(duì)應(yīng)的月份當(dāng)作最熱(冷)月，則可能把溫度連續(xù)變化的天氣過程通過“月份”界限人為割裂，導(dǎo)致對(duì)持續(xù)1 個(gè)月時(shí)長的平均溫度最高(低)值統(tǒng)計(jì)失真。因此，在作物適宜性種植區(qū)劃中，如果直接以7月和1月統(tǒng)計(jì)最熱月和最冷月溫度， 溫度誤差就不可避免。

因此，溫度對(duì)作物生長發(fā)育的影響和作物對(duì)溫度的反應(yīng)是一個(gè)連續(xù)的生理過程，不能按人為設(shè)定的歷法時(shí)間進(jìn)行分割。以水稻與溫度關(guān)系為例：江淮流域水稻種植以中稻為主，7月下旬—8月中旬高溫期間,中稻正處于孕穗、抽穗開花期,高溫?zé)岷?yán)重影響水稻生長發(fā)育；2003年7月下旬—8月上旬，江淮流域的持續(xù)高溫,導(dǎo)致中稻空殼率大于20%，秕谷率10%以上。高溫?zé)岷κ强缭?—8月的高溫天氣過程造成[15]，如果把7月和8月分開計(jì)算，則7月和8月的高溫日數(shù)都不足以致災(zāi)。據(jù)對(duì)江淮流域中稻高溫?zé)岷Φ难芯浚魇∫舜菏兄械窘Y(jié)實(shí)率與6—8月期間的日平均氣溫、高溫日數(shù)和連續(xù)最長高溫日數(shù)間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[16]，江西省水稻高溫?zé)岷χ饕杏?月中旬—8月上旬[16-17]。四川南充市水稻抽穗揚(yáng)花期也正處于一年中最熱的7—8月，且該地區(qū)8月氣溫常高于7月[18]。因此，在分析高溫對(duì)水稻影響時(shí)，按7月或者8月分別計(jì)算月平均溫度和高溫天數(shù)，就是人為割裂跨越7—8月的高溫過程，結(jié)果必然導(dǎo)致高溫指標(biāo)和災(zāi)害過程失真，從而使種植區(qū)劃出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致水稻高溫?zé)岷Α?/p>

因此，本研究擬以寧夏銀川地面氣象站1951—2019年逐日氣溫觀測數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，采用農(nóng)業(yè)氣象統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，統(tǒng)計(jì)溫度變化年周期中的最熱(冷)月起止日期和平均溫度，分析最熱(冷)月的起止日期和月時(shí)段平均溫度的變化規(guī)律及其與最熱(冷)月份溫度的關(guān)系，探索相對(duì)準(zhǔn)確的最熱(冷)月溫度統(tǒng)計(jì)方法，以期為作物種植區(qū)劃提供合理和有效的依據(jù)。

1 資料來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)資料來源

寧夏回族自治區(qū)銀川地面氣象站(臺(tái)站號(hào)53614，緯度38°29′ N，經(jīng)度106°13′ E，海拔高度1 111.4 m)1951-01-01—2019-03-31的逐日日均氣溫資料，數(shù)據(jù)來源于中國氣象局地面氣象觀測網(wǎng)。

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

1.2.1最熱(冷)月份溫度

氣象領(lǐng)域常以3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月—翌年2月為冬季，按春夏秋冬四季以當(dāng)年3月—翌年2月為1 個(gè)年度[8]；按年度分別統(tǒng)計(jì)12 個(gè)月的月平均溫度，分別取月平均溫度最大(小)值所在的月為最熱(冷)月份，并稱相應(yīng)月份對(duì)應(yīng)的平均溫度為最熱(冷)月份溫度(Thm,Temperature of the hottest month;Tcm,Temperature of the coldest month)。

1.2.2最熱(冷)月時(shí)段起止日期和月時(shí)段溫度

鑒于普遍存在直接以7月(1月)為最熱(冷)月統(tǒng)計(jì)最熱(冷)溫度的現(xiàn)象，且7月和1月的天數(shù)都是31 d，本研究設(shè)定31 d為1個(gè)月的時(shí)間長度(簡稱月時(shí)長)?？紤]到溫度變化的連續(xù)性，在溫度變化年周期中，為防止天氣過程的割裂和高低溫信息的丟失，分別以最熱月份出現(xiàn)的夏季6—8月和最冷月份發(fā)生的冬季12—2月向兩邊各外延1個(gè)月，即以5—9月和11—3月分別為最熱月和最冷月溫度統(tǒng)計(jì)時(shí)段。統(tǒng)計(jì)5—9月持續(xù)31 d的滑動(dòng)平均溫度，取平均溫度最高值為最熱月時(shí)段H31d (The hottest 31-day period)平均溫度TH31d(Temperature of the hottest 31-day period)，與該平均溫度所在31 d對(duì)應(yīng)的起止日期為最熱月時(shí)段起止日期SED (Start to end dates)；統(tǒng)計(jì)11—3月持續(xù)31 d的滑動(dòng)平均溫度，則平均溫度最小值為最冷月時(shí)段C31d (The coldest 31-day period)平均溫度TC31d(Temperature of the coldest 31-day period)，該溫度所在31 d對(duì)應(yīng)的起止日期為最冷月時(shí)段起止日期SED (Start to end dates)。

1.2.3標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值及其統(tǒng)計(jì)時(shí)期

氣候平均值(Climate normal)不僅作為標(biāo)準(zhǔn)與最近或目前的觀測資料進(jìn)行比較提供依據(jù)，在實(shí)踐指導(dǎo)中作為某地最可能出現(xiàn)的預(yù)測狀況被廣泛應(yīng)用[19]。世界氣象組織WMO (World meteorology organization)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值統(tǒng)計(jì)時(shí)期為30 年，本研究使用數(shù)據(jù)資料最晚年份是2010年，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)期(Standard normal period)1981—2010年。參照WMO對(duì)氣候平均值的統(tǒng)計(jì)方法，從1951年起，以30 年為標(biāo)準(zhǔn)，每隔10 年統(tǒng)計(jì)一次最熱(冷)月份和最熱(冷)月時(shí)段的平均溫度，得到最熱(冷)月時(shí)段起止日期、平均溫度和最熱(冷)月份溫度值4組(1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年)。以30 年標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值預(yù)估其后第1—10 年氣候值，即1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2020年的最熱(冷)月時(shí)段平均溫度和最熱(冷)月份溫度，分別以1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值為預(yù)估值。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

根據(jù)1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年共4組各30年的歷年最熱(冷)月時(shí)段起止日期和最熱(冷)月時(shí)段平均溫度，按保證率80%和50%分別測算各時(shí)期的最熱(冷)月時(shí)段起止日期和平均溫度。

以1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的最熱(冷)月時(shí)段溫度、7月(1月)的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值SCN (Standard climate normal)，作為1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2020年的最熱(冷)月時(shí)段平均溫度預(yù)估值PT (Prediction temperature)，對(duì)比分析實(shí)際值A(chǔ)T (Actual temperature)與預(yù)估值的溫度偏差TD (Temperature deviation)。氣象部門業(yè)務(wù)應(yīng)用中以溫度誤差在2 ℃以內(nèi)為準(zhǔn)確[20-21]，本研究以 2.0 ℃ 為允許的最大溫度誤差指標(biāo)TEI (Temperature error index),采用溫度偏差平均MTD (Mean temperature deviation)、溫度誤差平均MTE (Mean temperature error)、均方根誤差RMSE (Root-mean-square error)和溫度誤差指標(biāo)測算準(zhǔn)確率AR (Accuracy rate) 檢驗(yàn)最熱(冷)月溫度的預(yù)估效果，計(jì)算式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：ATi和PTi分別表示第i個(gè)預(yù)估年最熱(冷)月的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值實(shí)際溫度與預(yù)估溫度；n是統(tǒng)計(jì)年度數(shù)；m為溫度誤差≤指標(biāo)TEI的年數(shù)；ni為第i個(gè)預(yù)估年度最熱(冷)月實(shí)際溫度與預(yù)估溫度誤差，≤指標(biāo)TEI時(shí)計(jì)數(shù)為1，否則為0。

2 結(jié)果與分析

2.1 最熱(冷)月份與最熱(冷)月時(shí)段溫度

根據(jù)1951—2018年的年度最熱月份和最冷月份統(tǒng)計(jì)結(jié)果，最熱月份發(fā)生在7月的有65 年(占95.6%)，6月和8月分別為1979年和1951年及1975年，僅占總年數(shù)的1.5%和2.9%；1979年6月平均溫度21.6 ℃比7月21.5 ℃高0.1 ℃；1951年和1975年8月都是23.3 ℃，比7月分別高0.7和0.4 ℃；6、7和8月的多年平均溫度分別為21.8、23.8和21.9 ℃。比較多年平均值，7月平均溫度比6月和8月高近1.9～2.0 ℃，而6月與8月平均溫度僅相差0.1 ℃，最熱月時(shí)段平均23.77 ℃，7月平均23.75 ℃，7月僅比最熱月時(shí)段低0.02 ℃。因此，從多年平均情況來看，以7月替代最熱月份具有統(tǒng)計(jì)意義。

最熱月時(shí)段平均溫度(TH31d,Temperature of the hottest 31-day period)、最熱月份平均溫度(Thm,Temperature of the hottest month)和7月平均溫度(TJul)的年際變化見圖1。

圖1 最熱月時(shí)段平均溫度、最熱月份平均溫度和7月平均溫度的年際變化(1951—2018)Fig.1 Variation of temperature of the hottest 31-day period, the hottest month and July from 1951 to 2018

從圖1可知，最熱月時(shí)段、最熱月份和7月溫度都具有明顯的年際變化，且最熱月時(shí)段溫度都大于等于最熱月份(或7月)溫度。68 年中，最熱月時(shí)段平均溫度大于最熱月份平均溫度的有63 年，占92.6%，溫度偏差最大為1.4 ℃(1999年)；最熱月時(shí)段平均溫度與最熱月份平均溫度相等的僅有5 年，只占7.4%。最熱月時(shí)段與最熱月份和7月溫度的最大偏差、平均偏差分別為1.4和2.0 ℃(1951年)、0.50和0.52 ℃。種植區(qū)劃中以最熱月份(或7月)溫度替代最熱月溫度安排作物栽種，則可能因?yàn)閷?shí)際最熱月時(shí)段溫度過高而遭受高溫?zé)岷ΑＲ虼?，從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義和作物生長發(fā)育對(duì)溫度需求講，不宜以最熱月份(或7月)替代最熱月時(shí)段。

最冷月份發(fā)生在12月和1月分別為11和57年，占總年數(shù)16.2%和83.8%；12月和1月的多年平均溫度分別為-5.8和-7.9 ℃。比較多年平均值，1月平均溫度比12月低近2.1 ℃，且年度最冷月份發(fā)生在1月的年數(shù)是12月的5倍多。68 年中，最冷月份的多年平均值-8.19 ℃，1月平均溫度-7.92 ℃，1月僅比最冷月份高0.27 ℃，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度，以1月為最冷月份是可行的。

1951—2018年最冷月時(shí)段平均溫度(TC31d,Temperature of the coldest 31-day period)、最冷月份平均溫度(Tcm,Temperature of the coldest month)和1月平均溫度(TJan,Temperature of January)的年際變化曲線于圖2。

從圖2可知，最冷月時(shí)段、最冷月份和1月溫度都具有明顯的年際變化，且最冷月時(shí)段溫度都小于等于最冷月份(1月)溫度，最冷月時(shí)段與最冷月份(1月)的溫度偏差存在明顯的年際差異。68 年中，最冷月時(shí)段平均溫度大于最冷月份溫度的有61 年，占89.7%，溫度偏差最大為3.3 ℃(2007年)；最冷月時(shí)段平均溫度與最冷月份溫度相等的僅有7 年，只占10.3%。最冷月時(shí)段比最冷月份和1月溫度最多要低3.3和4.6 ℃(1984年)，平均低0.8和1.1 ℃。種植區(qū)劃中以1月或最冷月份溫度替代最冷月溫度栽種作物，則可能因?yàn)閷?shí)際最冷月時(shí)段溫度過低而遭受低溫災(zāi)害。因此，從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義和作物生長發(fā)育對(duì)溫度需求講，簡單地以1月或最冷月份替代最冷月時(shí)段也是不科學(xué)的。

圖2 最冷月時(shí)段平均溫度、最冷月份平均溫度和1月平均溫度的年際變化(1951—2018)Fig.2 Variation of temperature of the coldest 31-day period, the coldest month and January from 1951 to 2018

1951—2018年最熱月時(shí)段與最冷月時(shí)段的起止日期SED、溫度變化范圍(RAT,Range of average temperature)和平均溫度(AT,Average temperature)，與最熱月份(以7月代替)和最冷月份(以1月替代)溫度及其保證率50%和80%的測算結(jié)果見表1。

表1 寧夏銀川最熱(冷)月時(shí)段與最熱(冷)月份平均溫度及起止日期對(duì)照(1951—2018)Table 1 Comparison of AT,RAT and SED of July,January with those of H31 d,C31 d in Yinchuan, Ningxia

綜合表1和圖1可知，寧夏銀川最熱月時(shí)段最早出現(xiàn)在6月17日—7月17日(2005年，26.0 ℃)，最晚出現(xiàn)在7月26日—8月25日(2007年，23.9 ℃)，最早與最晚日期相差39 d，超過1 個(gè)月。最熱月時(shí)段平均起止日期為7月7日—8月6日，保證率80%的起止日期始于6月30日以后、終于8月14日之前。

綜合表1和圖2得知，最冷月時(shí)段最早出現(xiàn)在12月1日—12月31日(1952年，-10.1 ℃；1967年，-14.6 ℃；2014年，-5.6 ℃)，最晚出現(xiàn)在1月21日—2月20日(1978年，-8.5 ℃)，最早與最晚日期相差51 d，超過1個(gè)半月。最冷月時(shí)段最早日期比最冷的1月早31 d，整整提前1 個(gè)月，最晚日期則晚20 d，說明最冷月時(shí)段起止時(shí)間的年際變化差異很大。平均起止日期為12月28日—1月27日，保證率80%的起止日期終于2月6日之前、始于12月18日以后。

1951—2018年的最熱月時(shí)段平均溫度多年平均為24.3 ℃，比7月平均溫度多年平均值高0.5 ℃；最熱月時(shí)段平均溫度80%保證率對(duì)應(yīng)的上下限也相應(yīng)比7月高0.5～0.7 ℃。最冷月平均溫度多年平均為-9.0 ℃，比1月平均溫度低1.1 ℃，最冷月時(shí)段平均溫度80%保證率對(duì)應(yīng)的上下限相應(yīng)比1月要低0.9～1.0 ℃。因此，當(dāng)采用7月或1月溫度多年平均作為最熱月或最冷月溫度指標(biāo)時(shí)，應(yīng)把7月溫度往上調(diào)高0.5～0.7 ℃，把1月溫度往下調(diào)低0.9～1.1 ℃。

2.2 不同時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值及其應(yīng)用效果檢驗(yàn)

以滑動(dòng)平均法統(tǒng)計(jì)1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年等4個(gè)30 年氣候標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段CSNP (Climatological standard normal period)中，各年度持續(xù)31 d的最熱(冷)月時(shí)段的起止日期，并把各標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段中最早、最晚和平均起止日期以及80%保證率GR80對(duì)應(yīng)的最早和最晚起止日期列于表2。

表2 不同氣候標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段最熱(冷)月時(shí)段的起止日期對(duì)照表Table 2 Start and end dates of the hottest/coldest 31-day period among 4 climatological standard normal periods

從表2可知，4個(gè)氣候標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段的最熱月時(shí)段起止日期基本接近，平均為7月8日—8月7日，1981—2010年時(shí)段早2 d、1951—1980年時(shí)段則早1 d，1961—1990和1971—2000年與平均值相同，早晚只相差3 d；30 年標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段中，最熱月時(shí)段起止日期最早和最晚出現(xiàn)的時(shí)段都在1981—2010年。4個(gè)30 年標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段間，最冷月時(shí)段平均和最晚起止日期完全相同，平均在12月28日—1月27日，最晚1月21日—2月20日，最早起止日期僅相差1 d。對(duì)應(yīng)平均、最早與最晚3個(gè)階段的起止日期，在4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段間變化很小，具有相對(duì)穩(wěn)定性。但最熱(冷)月時(shí)段起止日期的年際變化卻較大：最熱月時(shí)段平均起止期比最早起止期晚多半個(gè)月，比最晚則早超過半個(gè)月，早晚相差一個(gè)多月；最冷月時(shí)段平均起止期比最早起止期晚近1 個(gè)月，比最晚則早19～20 d，早晚相差近50 d。按保證率80%測算，最熱月時(shí)段最早起止日期與7月基本一致，但最晚則比7月要晚約半個(gè)月；即最熱月時(shí)段起始日期80%早于7月15日、晚于7月1日。最冷月時(shí)段最早起止日期為12月17—18日，最晚為1月8—9日，即最冷月時(shí)段起始日期80%早于1月8—9日、晚于12月17—18日。

分別統(tǒng)計(jì)1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的最熱月時(shí)段溫度和7月溫度在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)時(shí)段30 年中的最大值(Max,Maximum)、最小值(Min,Minimum)和標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值(SCN,Standard climate normal)，并按80%保證率統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30 年時(shí)段的溫度上限(TUp,Upper threshold temperature)和下限閾值(TLo,Lower threshold temperature)，結(jié)果列于表3。

從表3可知，隨著標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段時(shí)間的推移，最熱月溫度和7月溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候值，包括最大值、最小值、平均值和保證率80%對(duì)應(yīng)的上下限閾值都呈現(xiàn)出增加趨勢，說明夏季氣溫正在逐漸升高。4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段中，最熱月時(shí)段溫度最大值平均25.9 ℃(25.6～26.0 ℃)、平均值平均24.1 ℃(23.8～24.3 ℃)和最小值平均22.5 ℃(22.3～22.7 ℃)分別比7月最大值平均25.3 ℃(24.9～25.7 ℃)、平均值平均23.5 ℃(23.3～23.9 ℃)和最小值平均21.8 ℃(21.5～22.6 ℃)高0.6、0.6和0.7 ℃；80%最熱月時(shí)段溫度≥23.2 ℃、≤24.6 ℃，80%7月溫度≥22.8 ℃、≤24.1 ℃，最熱月時(shí)段溫度80%保證率上下限閾值比7月相應(yīng)都要高0.4～0.5 ℃。但30 年標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段的溫度最大變幅7月4.2 ℃(1971—2000年)比最熱月時(shí)段3.6 ℃(1961—1990年)高0.6 ℃，4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段的溫度平均變幅也是7月更大一些，說明最熱月時(shí)段溫度比7月的氣候穩(wěn)定性更大。

表3 不同氣候標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段最熱月溫度和7月溫度的氣候值對(duì)照表Table 3 Temperatures of the hottest 31-day period and July among 4 climatological standard normal periods

分別統(tǒng)計(jì)1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的最冷月時(shí)段溫度和1月溫度的在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)時(shí)段30 年中的最大值、最小值和標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值SCN (Standard climate normal)，并按80%保證率統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30 年時(shí)段的溫度上下限閾值，結(jié)果列于表4。

從表4可知，隨著標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段時(shí)間的推移，最冷月時(shí)段溫度和1月溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值呈現(xiàn)升高趨勢，說明冬季氣候在逐漸變暖。最冷月時(shí)段溫度平均值比1月低0.9～1.1 ℃，最冷月溫度年際最大變幅11.4 ℃(1951—1980年)比1月的9.1 ℃(1951—1980年)大2.3 ℃，比較4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段的溫度變幅，最冷月時(shí)段溫度的平均變幅9.1 ℃比1月大1.4 ℃，說明最冷月時(shí)段溫度比1月更不穩(wěn)定、波動(dòng)更大。80%最冷月時(shí)段溫度≥-11.2 ℃、≤-7.4 ℃，80%1月溫度≥-9.7 ℃、≤-6.8 ℃，最冷月時(shí)段溫度80%保證率上下限閾值比1月相應(yīng)高0.6～1.4 ℃。

綜合表3和表4得知，隨著氣候值統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段的推移，最熱(冷)月時(shí)段和最熱(冷)月份溫度都出現(xiàn)增加趨勢，1981—2010年最熱月時(shí)段和最熱月份溫度比1951—1980年增加0.5～0.6 ℃,最冷月時(shí)段和最冷月份溫度則增加1.6 ℃，低溫時(shí)段的增幅是高溫增幅的近3倍。

表4 不同氣候標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段最冷月溫度和1月溫度的氣候值對(duì)照表Table 4 Temperatures of the coldest 31-day period and January among 4 climatological standard normal periods

在作物種植區(qū)劃、結(jié)構(gòu)調(diào)整和新品種適栽論證的實(shí)踐中，需要利用對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果預(yù)估未來和指導(dǎo)應(yīng)用。分別以1951—1980年、1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年的最熱(冷)月時(shí)段溫度、最熱(冷)月份的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值(SCN,Standard climate normal)作為1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年和2011—2020年的最熱(冷)月時(shí)段平均溫度預(yù)估指標(biāo)值(PT,Prediction temperature)，統(tǒng)計(jì)分析實(shí)際溫度(AT,Actual temperature)與預(yù)估溫度差異，把4個(gè)氣候標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段預(yù)估的38年檢驗(yàn)結(jié)果列于表5。

從表5可知，溫度偏差、溫度誤差、均方根誤差和準(zhǔn)確率等檢驗(yàn)指標(biāo)都表明，利用最熱月時(shí)段溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值，預(yù)估最熱月時(shí)段溫度的整體效果都比利用最熱月份溫度氣候平均值要好。利用最熱月時(shí)段溫度標(biāo)準(zhǔn)30 年的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值，預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)段后第1—10 年最熱月時(shí)段溫度與實(shí)際溫度偏差38 年的平均為0.6 ℃，而以7月溫度氣候值預(yù)估的平均偏差為1.2 ℃，比最熱月時(shí)段預(yù)估偏差高1倍。以溫度誤差小于等于2 ℃為指標(biāo)測算的準(zhǔn)確率高達(dá)92.1%，比利用7月平均溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率76.3%要高15.8%。結(jié)果表明，使用最熱月時(shí)段溫度氣候值，比采用7月代替最熱月的方法，明顯提高了氣候值指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用的有效性，降低了溫度誤差。因此，建議今后在農(nóng)業(yè)氣象應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際氣溫觀測數(shù)據(jù)計(jì)算最熱月時(shí)段溫度，并利用最熱月時(shí)段溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值來指導(dǎo)實(shí)踐。

利用最冷月時(shí)段和1月溫度的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值，對(duì)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)段后1—10 年的最冷月時(shí)段溫度的預(yù)估效果，從表5對(duì)比可知，雖然1月的溫度誤差和均方根誤差比最冷月時(shí)段相對(duì)較小，準(zhǔn)確率卻相對(duì)更高，但兩者之間的差異并不明顯。比較兩者38年的年平均溫度誤差僅相差0.3 ℃，均方根誤差只有0.1 ℃，基本在實(shí)踐應(yīng)用的可接受誤差范圍內(nèi)。以溫度誤差小于等于2 ℃為準(zhǔn)確，得到1月溫度氣候值預(yù)估準(zhǔn)確率為68.4%，比最冷月時(shí)段預(yù)估準(zhǔn)確率高13.1%。結(jié)果表明，按目前的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值預(yù)估法，寧夏銀川地區(qū)以1月統(tǒng)計(jì)最冷月溫度相對(duì)準(zhǔn)確，但準(zhǔn)確率不高，還需要進(jìn)一步探索更為準(zhǔn)確有效的方法。

表5 寧夏銀川地區(qū)最熱(冷)月時(shí)段預(yù)估效果檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 Statistical results comparison of temperatures of the hottest/coldest 31-day periods predictedby standard climate normal of TH31d/TC31d and Thm/Tcm in Yinchuan, Ningxia

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)作物種植適宜性區(qū)劃和高低溫防災(zāi)減災(zāi)管理，所使用的最熱(冷)月溫度指標(biāo)，應(yīng)該是統(tǒng)計(jì)年度為時(shí)1 個(gè)月時(shí)長的時(shí)段平均最高(低)溫度，不能簡單地通過比較全年12個(gè)月的月平均溫度，挑選出最熱(冷)月份的溫度來確定。因?yàn)樽顭?冷)月時(shí)段的起止日期并不一定是最熱(冷)月份所在的時(shí)期。

作物生長發(fā)育對(duì)溫度要求及溫度對(duì)農(nóng)業(yè)影響的時(shí)間尺度指標(biāo)隨作物、品種和生長發(fā)育階段等變化。例如湖南雙季早稻春季低溫災(zāi)害輕度、中度和重度等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)著日平均溫度<12 ℃持續(xù)3～5、6～9 和10 d以上的指標(biāo)[22]。廣東晚稻寒露風(fēng)輕、中、重災(zāi)害等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)日平均氣溫≤23 ℃且持續(xù)3～5、6～9和10 d以上的溫度和天數(shù)指標(biāo)[23]。不同作物與品種及其在不同的生長發(fā)育階段對(duì)溫度要求不同，不同研究對(duì)象的溫度指標(biāo)及其影響時(shí)長也不同。因此，最熱(冷)月指標(biāo)應(yīng)調(diào)整為最熱(冷)月時(shí)段，時(shí)段長度也要隨作物、品種及不同發(fā)育階段和不同服務(wù)目標(biāo)調(diào)整。在農(nóng)業(yè)氣候分析和適宜性區(qū)劃時(shí)，建議綜合作物生長發(fā)育過程對(duì)高低溫度指標(biāo)的保證率要求，分析≤和≥溫度指標(biāo)的保證率、發(fā)生高溫?zé)岷偷蜏貫?zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)概率，加強(qiáng)氣象服務(wù)農(nóng)業(yè)的防災(zāi)減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理。

3.2 結(jié)論

1)寧夏銀川1951—2018年，最熱月時(shí)段起止日期在6月中旬—8月下旬，年度最熱月時(shí)段起止時(shí)間最早發(fā)生在2005-06-17—2005-07-17，最晚出現(xiàn)在2007年的7月26日—8月25日，早晚起止時(shí)間相差39 d，超過1 個(gè)月。多年平均的最熱月時(shí)段起止日期為7月上旬—8月上旬，比多年平均最熱月份所在的7月晚1個(gè)多星期，保證率80%的起止日期始于6月30日以后、終于8月14日之前。多年平均最熱月時(shí)段溫度比7月平均溫度高0.5 ℃，保證率80%對(duì)應(yīng)的上下限也相應(yīng)比7月高0.5～0.7 ℃。

2)寧夏銀川1951—2018年，最冷月時(shí)段起止日期在12月上旬—2月中旬波動(dòng)，年度最冷月時(shí)段起止時(shí)間最早發(fā)生在1967年的12月1日—12月31日，最晚出現(xiàn)在1978年的1月21日—2月20日，早晚相差51 d，超過一個(gè)半月。多年平均的最冷月時(shí)段起止日期為12月下旬—1月下旬，保證率80%的起止日期始于12月18日以后、終于2月6日之前。多年平均最冷時(shí)段平均溫度比1月低1.1 ℃，保證率80%對(duì)應(yīng)的上下限相應(yīng)比1月要低0.9～1.0 ℃。

3)比較1951—1980、1961—1990、1971—2000和1981—2010年4個(gè)氣候標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段，最熱月時(shí)段起止日期基本接近，平均為7月8日—8月7日，早晚只相差3 d；最冷月時(shí)段平均都在12月28日—1月27日，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段間沒有差異。但標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段內(nèi)的30 年間，最熱(冷)月時(shí)段起止日期的年際變化較大：最熱月時(shí)段平均起止期比最早起止期晚半個(gè)多月，比最晚則早半個(gè)多月，早晚相差超過1 個(gè)月；最冷月時(shí)段平均起止期比最早起止期晚近1 個(gè)月，比最晚則早19～20 d，早晚相差近50 d。最熱月時(shí)段起始日期80%早于7月15日、晚于7月1日，最冷月時(shí)段起始日期80%早于1月8—9日、晚于12月17—18日。隨著標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段時(shí)間推移，最熱月時(shí)段溫度、7月溫度、最冷月時(shí)段溫度和1月溫度都呈現(xiàn)升高趨勢，1981—2010年的最熱月時(shí)段和最熱月份溫度比1951—1980年增加了0.5～0.6 ℃,最冷月時(shí)段和最冷月份溫度則增加了1.6 ℃，最冷月時(shí)段和1月溫度的增幅是最熱月和7月的近3倍。表明最熱月時(shí)段和最冷月時(shí)段都在變暖，且最冷月時(shí)段增溫更多。

4)利用30 年標(biāo)準(zhǔn)的最熱月時(shí)段氣候平均值預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)段后第1—10 年最熱月時(shí)段溫度準(zhǔn)確率92.1%，比7月平均溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率高15.8%。而利用1月溫度氣候值預(yù)估準(zhǔn)確率68.4%，比最冷月時(shí)段的預(yù)估準(zhǔn)確率高13.1%，但比最熱月準(zhǔn)確率低23.7%。結(jié)果表明，按目前的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值預(yù)估法，最熱月時(shí)段溫度氣候值比7月明顯提高了氣候值指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用的有效性，降低了溫度誤差，但最冷月溫度卻低于1月溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率，因此對(duì)于最冷月的統(tǒng)計(jì)還需要進(jìn)一步探索更為準(zhǔn)確有效的方法。

最熱(冷)月時(shí)段溫度統(tǒng)計(jì)方法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)了最熱(冷)月起止日期和溫度的年際變化，測算了最熱(冷)月時(shí)段與最熱(冷)月份和7月(1月)的溫度誤差，明顯提高了利用世界氣象組織WMO的氣候值標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)最熱月溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率，但最冷月溫度的預(yù)估準(zhǔn)確率仍較低，還有待進(jìn)一步探究。