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67年来济南热量资源和水资源的变化

添加时间:2019-01-15 11:02

  摘    要: 利用1951—2017年济南市逐日气温、降水、日照时数观测资料, 分析讨论了济南67 a济南地区农业气候资源时间和空间的变化及差异。结果表明:67 a来济南平均气温是14.6℃, 整体呈阶段性上升趋势, 1986—2002年增温明显。≥0℃活动积温呈震荡性上升趋势, 夏季作物旺长的≥10℃活动积温也呈上升趋势, 对作物生长有利, 67年来济南水资源变化总体来说不明显, 平阴、济阳、商河三县有偏少趋势。总体来说, 济南气温升高蒸发量会增大, 降水量变化趋势不明显, 尤其平阴、济阳、商河, 会出现旱情。

  关键词: 济南; 活动积温; 倾向率; 热资源; 水资源;

  Abstract: Based on temperature, precipitation, and sunshine hours observation data of Jinan during 1951-2017. The changes of time and space of agricultural climate resources in Jinan in 67 years were analyzed. The results showed that the average temperature in Jinan was 14.6℃ in the past 67 years, and the overall trend was gradually increasd. The temperature increased significantly from 1986 to 2002.The activity temperature ≥ 0℃ showed an upward trend, and the temperature ≥ 10℃ in summer crops was also rising, which is favorable to crop growth. The changes of precipitation in Jinan in the past 67 years were generally not obvious. There were few trends in Pingyin, Jiyang and Shanghe. In general, high temperatures would lead to greater evaporation, no increase in precipitation, and drought would occur.

  Keyword: Jinan; activity temperature; tendency rate; thermal resources; water resource;

  全球气候变暖已引起了各国科学家和政府的高度关注和重视。第5次IPCC评估报告指出:最近的三个10年比1850年以来其他任何十年都更温暖;1983—2012年很有可能是北半球过去1 400年来最热的30 a。全球几乎所有地区都经历了升温过程, 1880—2012年, 全球表面平均温升达到0.85 (0.65~1.06) ℃ (基于现有3个独立数据集) , 2003—2012年的平均温度比1850—1990年平均温度升高了0.78 (0.72~0.85) ℃[1]。

  气候变暖导致降水和日照异常, 已经给自然生态、工农业和社会经济各方面带来许多新问题, 尤其对农业的影响更为严重, 气候变化特征因地区的不同而有所差异[2,3,4,5,6,7,8]。为此, 本文将对67年来济南地区农业气候资源 (热量、水、日照时数) 的时空变化特征进行分析, 为充分利用气候资源指导农业生产, 合理进行农业气候区划提供依据, 同时对研究和探讨全球变暖时的农业对策也具有十分重要而且长远的现实意义。

  1 所用资料和方法

  所用资料来自国家气象中心, 资料年代为1951—2017年共67 a。利用在济南地区6个气象台站的逐日4次观测平均气温、降水量进行计算整理得到年平均值。其中, 区域平均值为济南区域内6个站点各气象要素资料的算术平均值。利用最小二乘法拟合一元线性方程y=at+b (a、b为回归系数, y为气象要素, t为时间) , 其斜率 (a) 表示气象要素变化倾向率, a值的符号正或负反映趋势上升或下降。
 

67年来济南热量资源和水资源的变化
 

  2 热量资源变化

  2.1年平均气温

  济南1951—2017年67a平均气温为14.6℃, 整体呈阶段性上升趋势 (见图1) , 增温速率为0.19℃/10a。近67a来大体上可以分为四个特征阶段:1951—1985年为偏冷阶段, 这阶段年平均气温为14.2℃, 比多年平均值低0.4℃;1986—2002年为增暖阶段, 在此阶段内, 年平均气温持续上升, 线性倾向率为0.50℃/10a, 上升速率明显增加, 有3年气温接近历年平均值外, 其他年份均明显高于历年均值, 1998年年平均气温16.0℃, 比历年平均值高1.4℃, 是历年来温度最高的时期。2003—2012年10年间, 年平均气温出现相对低值区, 和历年平均持平。2013—2017年气温有明显回升, 这5年的平均气温达到了15.3℃, 比历年平均高0.7℃, 升温率1.7℃/10a。

  历年平均气温在地域上的分布为南高北低, 城市高郊区低 (见图2a) 。各台站近建站以来年平均气温变化的线性倾向率显示 (见图2b) , 台站气温线性倾向率均为正值, 67年气温线性倾向率变化规律是南部>北部, 东部>西部。其中章丘最高为0.354℃/10 a, 每10 a增加0.354℃。由此可见, 有历史资料记录以来的67 a, 各地气温分别增加了济南1.29℃, 章丘2.37℃, 长清、平阴1.59℃, 济阳1.1℃, 商河0.9℃。

  图1 济南1951—2017年67年气温变化图
图1 济南1951—2017年67年气温变化图

  图2 气温变化图
图2 气温变化图

  注:该图基于审图号为GS (2017) 3320号标准地图制作, 底图无修改。

  图3 1951—2017年67 a≥0℃的活动积温图
图3 1951—2017年67 a≥0℃的活动积温图

  2.2≥0℃活动积温

  ≥0℃活动积温代表一个地区农事季节内的热量资源, 据研究:春季日平均气温稳定通过0℃的时间, 大致与积雪融化、土壤解冻的日期相当, 耐寒作物如小麦等可以播种, 农耕开始。济南1951—2017年67a≥0℃的活动积温平均为5447.1℃, 整体呈阶段性上升趋势 (见图3) , 增温速率为54.9℃/10a, 上升趋势明显。近67a来大体上可以分为三个特征阶段:1951—1981年为偏冷阶段, 这阶段年平均热积温为5 315.4℃, 比多年平均值低131.7℃;1982—2002年为增暖阶段, 在此阶段内, 年平均气温持续上升, 线性倾向率为82.3℃/10a, 上升速率明显增加, 1998年年热积温达5 916.8℃, 比历年平均值多469.7℃, 是历年来温度最高的时期。2003—2012年10年间, 年热积温出现相对低值区, 接近历年平均值。2013—2017年气温有明显回升, 这5年的平均热积温达到了5 657.2℃, 比历年平均高210.1℃, 升温率187℃/10a。

  2.3≥10℃活动积温

  ≥10℃活动积温玉米、花生、棉花等济南主要夏季作物开始播种与生长, 多数作物进入生长旺盛期。济南春季日平均气温稳定通过10℃主要分布在4—10月, 春季稳定通过10℃最早是3月12日, 最晚4月16日, 秋季稳定10℃以上结束日期最早是10月9日, 最晚11月17日, 这期间包含了大多喜温作物全生育期 (5—10月) 。对济南67a逐年5—10月≥10℃活动积温的分析结果显示 (见图4a) , 67a来济南≥10℃积温的增加速率为14.0℃·d/10a, 上升趋势明显, 多年平均值为4258.7℃·d。大体上可以分为几个变化阶段:第一阶段, 1951—1980年低于历年平均值, 但是变化是在增加的, 增加速率为27.8℃·d/10a, 值得注意的是:这阶段前15年的增加速率达144.1℃·d/10a。第二阶段, 1981—2000年≥10℃积温高于平均值, 为4307.5, 比历年平均高48.8℃·d。第三阶段, 21世纪初的10年里≥10℃积温略低于平均值的水平。第四阶段, 最近几年增加趋势尤其明显, 连续6年高于平均值, 增加速率为197.1℃·d/10a。

  图 (4b) 为5~10月≥10℃活动积温占全年≥10℃活动积温比例的变化过程, 可见, 1951—1990年比值下降明显, 这说明热量在喜温作物生育期外 (冬春季) 增加更明显。1991—2010年比值无明显变化。2011年之后比值下降明显, 综合以上分析可见, 济南≥10℃活动积温的增加主要是温度较低季节的贡献。

  3 水资源变化

  济南1951—2017年年降水量变化趋势不显着, 变率为9.7 mm/10a (见图5a) , 但年际间变化较大, 多年年平均值为689.2 mm。1951—70年代初接近平均值;20世纪70年代初至90年代初年为波动偏少阶段, 年平均降水量距平为624.3 mm, 较平均值少64.9 mm, 1975-1989年间有三年的年降水量不足400 mm, 15年间仅有5年降水量大于平均值;1990—2017年年平均降水量偏多, 表现在2003—2010年, 此期间年平均降水量距平为149.6 mm, 尤其是2003—2005年降水量异常行偏多, 3年平均降水量1 013.7mm, 2004年降水量达1 090 mm, 距平为400.8 mm。

  济南降水量变化的差异明显, 喜温作物生育期 (5—10月) 的降水倾向率 (见图5b) , 以济南市区为中心, 向外降水倾向率递减。市区、长清、章丘分别为11.5 mm/10a、10.9mm/10a、9.4mm/10a, 这三地降水量是每年增加的;济阳、商河、平阴历年降水倾向率为负值, 说明这三个县降水量是逐渐减少的, 尤其是平阴, 降水倾向率为-8.8mm/10a, 对作物生长极为不利。

  4 小结

  (1) 年平均气温为14.6℃, 大体上经历了偏冷 (1951—1985年) 、增暖 (1986—2002年) 、偏暖 (1998—2005年) 三个特征阶段, 整体呈上升趋势。

  图4 济南67年逐年活动积温分析
图4 济南67年逐年活动积温分析

  图5 济南1951—2017年降水量变化趋势图
图5 济南1951—2017年降水量变化趋势图

  注:该图基于审图号为GS (2017) 3320号标准地图制作, 底图无修改。

  (2) 气温增高导致热量资源增加, ≥0℃活动积温平均为5447.1℃, 增温速率为54.9℃/10a, 上升趋势明显。67年5—10月≥10℃活动积温平均值为4 258.7℃, 增加速率为14.0℃/10a。≥10℃活动积温增长率小于≥0℃的活动积温, 分析可知, 春秋季的热量资源增长明显。

  (3) 67年来, 水资源变化整体不明显, 近几年降水量年际变化较大。济南市区、长清和章丘年降水量略有增加趋势, 其他三县逐年减少, 尤其喜温作物生育期 (5—10月) 的降水量对作物生长影响较为不利。

  参考文献:

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