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1、宁德市热量资源变化及其对茶叶生长的影响摘要:运用线性倾向估计法、EOF经验正交函数分解法、Mann-kendall非参数检验法、Morlet小波分析等4种气候统计诊断方法,对宁德市10积温和初终间日数的时空变化特征进行分析研究,并通过茶叶积温隶属度的计算,分析其对茶叶生长适应性的影响。结果说明,1)19692022年宁德市热量资源呈普遍增加趋势,90年代中期起升速加快,主要突变点在1997年前后;热量资源的增加与日平均气温升高、10初终日数增多关系密切。2)空间分布上,沿海县市的热量资源好于山区,但近51a山区的热量资源增幅略大于沿海;突变年前沿海积温和日数的变化大于山区,突变年后那么山区大于
2、沿海;山区和沿海在积温与初终日数的时间变化总趋势上虽然表现一致,但地域差异较为显著,局部年份呈现反相位变化特点。3)宁德市10积温、初终间日数及山区茶叶积温隶属度共同存在25、1015、510、关键词:热量资源;积温;初终日数;茶叶;小波分析;隶属度热量资源是指一个地区可供农作物生产利用的热量,是一种主要的农业气候资源,对区域农业种植制度和农业产量质量变化有着非常重要的影响。随着全球气候变暖的趋势不断加剧,热量资源的时空分布也随之发生改变,进而对各地农业结构布局、农作物生长发育和产量形成产生广泛而深刻的影响1-6。如孙华等7在气候变暖对中国农业生产的影响研究中发现,伴随着温度升高、积温增加,我
3、国一年两熟制、一年三熟制的种植北界较19501980年不同程度北移;赵锦等8在中国南方地区种植制度一级区界限的研究中发现,受积温增加影响,多熟种植区域向北向西推进较大,但同时高温热害的出现频率增加;戴声佩等9研究指出,华南地区10积温带向北移动了0.150.40个纬距,有利于热带作物的生产种植。但也带来热带作物抗旱能力下降、寒害致灾风险增加的问题;田月等10在气候变暖对茶树生长影响的分析中指出,春茶季、夏茶季、秋茶季热量资源的地区间差异减小,给茶叶的种植带来了更大的区域优势,同时温度持续走高,夏旱频率加大,对茶叶的生长发育也是极其不利;李柏贞等11那么在江南茶叶农业气象灾害风险区划研究中明确指
4、出随着气候变暖和现代农业开展,茶叶生产布局、栽培品种等已发生显著变化。从检索的文献资料看,目前国内有关农业热量资源的研究主要集中在大区域的时空分布及对粮食作物的影响上,但是我国地域广阔,自然地理环境和气候类型复杂多样,不同作物对气候变化的敏感度和适应性也不一样,鉴于此,本文拟在前人研究的根底上,通过对宁德市热量资源时空变化特征的分析,研究其对当地茶叶生长的影响,并运用小波理论对热量资源变化趋势做出预测,为今后有效评价和躲避气候变化对茶叶种植带来的致灾风险提供科学参考。宁德市地处东南沿海,属亚热带季风气候区,境内地理环境复杂,兼有海洋气候、山地气候、盆地气候等多种气候特点。独特的地理气候环境在一
5、定程度上影响并决定了当地农业根底和农业经济,据宁德市统计年鉴,2022年农业总产值到达224.82亿元,其中茶叶总产值近40亿元,茶产量占全省的比重为23.7%。因此,研究该区域热量资源变化及其对当地茶叶生长的影响,对因地制宜开展茶叶生产促进农业增收具有现实意义。日平均气温10是一般喜温作物播种与开始生长的界限温度1,12,10积温及日数的多少与分布情况是研究区域热量资源的一个主要着眼点和重要指标,而在茶树的生长过程中,形成茶叶产量的重要热量指标也正是以此来表达12-14。1材料与方法1.1资料来源本研究所用数据采自宁德市9个国家级气象观测站(蕉城、福安、福鼎、霞浦、古田、寿宁、周宁、柘荣、屏
6、南)提供的19692022年日平均气温,数据经过质量控制,具有代表性、准确性和比拟性,并有完整的序列。按地理位置及气候特点将蕉城、福安、福鼎、霞浦、古田划归为沿海地区,寿宁、周宁、柘荣、屏南划为山区。1.2主要研究方法利用滑动平均法计算19692022年宁德市9个气象观测站日平均气温稳定通过(5天滑动平均值临界值)10的初终间日数和积温数据15-16,通过线性倾向估计16、Mann-kendall(M-K)非参数检验16、EOF经验正交函数分解16、Morlet小波分析16-17等4种气候统计诊断方法,对宁德市10积温、初终间日数的线性变化趋势、突变区域、空间分布、周期变化等方面进行分析研究,
7、以揭示该区域热量资源的时空变化特征,并通过茶叶积温隶属度18-22的计算,分析其对茶叶生长适应性的影响。1.2.1显著性检验通过EOF经验正交函数分解出的特征值和特征向量是否具有物理意义,需进行显著性检验,本研究选用North检验法16。1.2.2茶叶积温隶属度茶树的生长必然要受到多种气候条件的综合影响,采用模糊数学法可对这些影响进行数学描述和定量化分析。有学者根据茶树生长发育的农业气候指标及受农业气候要素影响变化的柯西型分布模式,确定了符合茶树生长实际的隶属函数18-22。2结果与分析2.1积温、初终日数变化趋势及突变特征宁德市19692022年10积温变化趋势，全市平均积温在6081.24
8、867.6波动,均值为5482.4,20世纪90年代中前期的年积温多在平均值下,90年代后期开始那么多在平均值上,10a气候倾向率为111.5(通过a=0.01显著性检验)。以年代际为区分,80年代是最少期,90年代开始快速增多,10a间增加了将近167,进入21世纪,增多势头减缓,20222022、20222022年增加幅度分别为144和156。从M-K统计曲线图看,UF与UB的交点位置位于1997年前后,此点即为突变点,突变点之后积温呈快速上升趋势,并从2022年开始超过显著性水平0.05临界线,2022年后甚至超过0.001显著性水平(u0.001=2.56),不过20222022年上升
9、速度略有停滞,2022年起积温再呈加速上升势头。全市10的初终日数平均为260.6d ,围绕平均线上下振荡的频率高于积温,但振幅较小,气候倾向率为3.7d/10a(通过a=0.01显著性检验)。从年代变化上看,与积温变化相类似,80年代积温低谷期对应的10初终日数也是最少,为253.7d,不同的是初终日数在90年代和近10a存在2个快速增多期,10a增率分别为6.5和7.7d。10的初终日数有2个突变年,分别出现在1997和2022年。比拟沿海和山区在积温上的变化,沿海地区10a积温气候倾向率在154.1110.3(通过a=0.01显著性检验,下同),平均为124.1,而山区的积温气候倾向率那
10、么在103.988.8,平均为95.9,去除基数大小不一的影响,山区的积温升高态势略大于沿海。从年代上看,沿海在80年代处于最冷期,90年代,以10a增幅250快速升温,之后的20a幅度收窄,分别为180、110;而山区最冷期那么是在70年代,80年代积温未减反增,每10a以70左右的增率持续到90年代末,之后的10a增幅加大,近10a增率更是到达210。具体到年际间的变化上也有不同,如沿海最低积温值均出现在1976年,而山区均出现在2022年;1973年所有沿海县市的积温均高于平均值,山区均偏低;1990年那么相反,沿海偏低,山区偏高;1978、1985、1998、2022、2022、202
11、2年等年份,沿海与山区在变化方向上虽较为一致,但在幅度上却有较大程度差异。沿海与山区积温变化的突变年均在1997年,突变前宁德全市的积温曲线根本上是依从沿海的走势,突变后那么是依从山区的走势。从10a气候倾向率看,突变年前全市、沿海、山区分别为-0.6、-21.6、25.7,在突变年后那么分别为61.8、58.4、66.2,进一步说明突变年前沿海的影响大于山区,突变年后那么是山区影响大于沿海。至于初终日数的变化,总体变化与积温相似,不同之处在于沿海山区均有两个突变点,沿海出现在1999及2022年,山区那么在1994及1997年;山区的震动频率大于沿海,且多数年份影响着全市积温日数的走势。从近
12、百年中国气温及近50a华东沿海区域气温的演变情况23-25来看,宁德市的气温变化趋势与大环境变化相近,摘取同时段数据比拟,19802022年宁德市的升温速率为0.46/10a,略低于整个华东区域0.55/10a的水平25,不过2022年之后的10a宁德市的升温速度加快,升温率到达0.9/10a。气温的变化势必影响到积温及其初终日数的变化,用皮尔逊法18统计积温、初终日数与气温变化三者之间的相关系数,宁德市近51a日均气温10日数、10积温、稳定通过10初终日数与日平均气温的相关系数分别为0.85、0.8、0.59,积温与初终日数的相关性那么到达0.9,说明积温的升高与日平均气温的升高关系密切,
13、但对积温影响更大的是10的初终日数,这与邱新法等26对中国10积温时空变化主导因素的研究结论是一致的。2.2积温及初终日数空间分布特征对近51a来宁德9县市日平均气温10积温及初终日数的两个原始场数值标准化后做EOF分解,并根据公式(1)进行特征值显著性检验,2个变量场的前2个特征向量的特征值均1,累积奉献率分别占总方差奉献的88.24%、82.59%,且特征值的误差范围均通过North检验,由此认为这两个特征值所对应的经验正交函数是有价值的信号,且在很大程度上概括了10积温及初终日数的分布特征。2.2.1第一模态10积温和初终日数的EOF1分别占总方差的76.70%、60.93%,分解出各分
14、量的符号相同,说明第一模态下,积温及初终间日数在空间分布上都具有较好的一致性,显然这是受全球气候变暖及大尺度天气系统影响的缘故。用ArcGIS内嵌的反距离权重法(下同)对第一特征向量进行插值订正。可以看出,2个变量场的上下值区分布类似,高值区大致在寿宁、周宁、蕉城等中北部一带,相对低值区在古田、霞浦,为宁德市东西两端。这个特征场占有很大的权重,实际上反映的是全市近51a不低于10积温及初终日数空间分布的平均状态,即宁德市全域范围在积温及初终间日数的增减变化上呈现较好的一致性,但中北部地区变化幅度相对较大,其余地区相对较小。比拟各县市51a的气候倾向率数值也可看出类似情况,如处在变量场高值区的蕉
15、城、周宁、寿宁的积温倾向率在所有县市中同属较大点。究其原因,应与快速开展的城市化效应、土地利用改变、下垫面性质改变等23-25有关。对应EOF1的时间系数,反映的是积温和初终日数的年际趋势变化,数值为正值的年份表示此年积温偏高,反之那么偏低,绝对值越大说明此种分布类型越典型。可以看出,从7090年代中前期,大多数年份数值均为负值,90年代后期开始数值根本为正值,绝对值较大的年份有2022、2022、2022、1998、1976、1987、1996和2022年,反映了这些年各县市积温和初终日数的升高或降低都呈现相对显著的一致性。由于沿海县市积温都在5000以上,对应的积温隶属度数值都为1,说明积温条件对沿海地区而言是十分有利的;但山区的积温根本都在5000以下,隶属度平均为0.93,极端年份可低至0.74,是茶叶生长的
