惠农区极端气候对宁夏菜心的影响分析

惠农区极端气候对宁夏菜心的影响分析

朱婷艳1,2，田凤1,3，李学英1,2，董国庆1,2，杨炯辉1,2，李淑君1,2

1宁夏气象防灾减灾重点实验室,银川 750002；2宁夏回族自治区惠农区气象局，宁夏 惠农 753600；3宁夏回族自治区石嘴山市气象局，宁夏 石嘴山 753000

摘要：分析宁夏回族自治区惠农区种植的宁夏菜心生育期出现的极端天气，根据宁夏菜心生育期时段选定极端气候指标，分析惠农区宁夏菜心生育期极端高温、低温、霜冻、寡照、极端降水的日数、变化特征以及突变情况，结果表明：近60年惠农区种植的宁夏菜心生育期内，高温日数的气候倾向率为0.86日/10a，年均高温日数达2.8天，主要集中在6月中旬-8月上旬，呈上升趋势；低温日数的气候倾向率为-2.83日/10a，霜冻日数的气候倾向率为-3.10日/10a，通过了0.001显著性水平检验，均呈显著减少趋势，与全球变暖趋势一致；平均寡照日数24.4天，日照充足；平均极端降水日数在0.55天，气候倾向率为-0.04日/10a，不存在明显的突变，较少的极端降水天气有利于宁夏菜心的生长。

关键字：菜心；农业；气候；极端天气

引言

在全球变暖的气候背景下，极端天气日益增多，极端气候事件给农业生产带来的风险日益频繁。杨淑萍等人的研究表明，近40多年来宁夏地区气温增幅高于全国平均值，极端气候事件增多，气象灾害风险的加剧，直接影响着农业生产[1]，干旱、冰雹、暴雨、霜冻等气象灾害对作物产量、社会经济等造成的损失不断加重[2]。温度是影响菜心生长的主要气象条件之一[3]，低温冷害一直都是冬春季影响作物生长发育的主要气象灾害，头茬宁夏菜心在惠农区的播种期（3月中下旬至4月中旬）受低温冷害影响较为严重。极端高温事件对作物生长、土壤墒情都有一定程度的影响，持续的高温、无降水还会导致气象干旱迅速发展。日照充足是宁夏惠农区作物生长的有利条件，低温寡照会给作物生长带来一定的危害，研究表明，连续3天的寡照天气，即开始对作物生长产生不同程度的危害。受全球气候变化的影响，极端降水事件区域增多，区域性和局地性特征显著，我国西部极端强降水事件增多明显[4]。区域性极端降水事件及其引发的洪涝灾害，给农业生产、社会经济带来巨大的损失。通过分析1961-2020年气温、降水、日照等数据，探讨近60年来极端气候变化特点及其对惠农区种植的宁夏菜心的影响，进而提供应对极端气候事件的对策和建议。

1 资料及处理

1.1资料来源

1961-2020年气象数据采用惠农区国家基本气象站观测资料。参考宁夏菜心质量控制技术规范(AGI2018-01-2373)中宁夏菜心生育期数据，同时结合惠农本地宁夏菜心种植特征，确定惠农区宁夏菜心生育期为3月至9月。

1.2 资料处理

本文主要讨论近60年（1961-2020年）极端气候对惠农地区宁夏菜心生长的影响。综合考虑与菜心生长期密切相关的农业气候指标，同时参考世界气象组织气候学委会（CCI/WMO）推荐的极端气候指数，选定研究的极端气候指标见表1。

表1 极端气候指标说明

根据现代气候统计诊断方法[5]，利用Excel和SPSS软件对气象观测数据的分布、形态及趋势变化等进行线性统计分析，并用相关系数进行显著性检验，确定菜心生育期低温、霜冻、寡照、极端高温、极端降水等极端天气日数、分布规律以及对宁夏菜心生长发育的影响，再利用Mann-Kendall突变检验方法, 判断各极端气候指标的阶段性、突变时间和上升、下降趋势的显著时间。

2结果与分析

2.1极端高温天气变化特征

极端高温事件对作物生长、土壤墒情都有一定程度的影响，持续的高温、无降水还会导致气象干旱迅速发展。当温度超过30℃时菜心植株生长就会受到阻得，造成菜薹叶片纤细，使得品质下降，甚至死亡。宁夏菜心不耐炎热，高温会诱发宁夏菜心病毒病，甚至让宁夏菜心叶片萎蔫，光合作用降低。随着惠农区气温的年代际增长，高温极端高温对作物的生长带来的危害越来越频繁。

结合相关研究中极端气温指标的选择和宁夏菜心生长对温度的要求选取了2个极端高温指标（表2）来分析惠农区极端高温的变化规律。

表2高温指标

近60年来，惠农区有40年出现极端高温天气（图1c），极端高温通常出现在6月中旬-8月上旬，此时正处于第三茬宁夏菜心的生育期。惠农区平均年极端高温为35.65℃，表3可见，TXx最大值达38.7℃，出现在2010年7月29日；TXn最小值达-6.5℃，出现在1988年3月6日。3月TXx最大值与TXn最小值差值达33.7℃，而8月TXx最大值与TXn最小值差值仅20.6℃，可知3月日最高气温波动幅度最大，而8月最高气温较为稳定。

从年平均高温日数（图1c）分布来看，年均高温日数达2.8天，偏多的年份有26年，从年代际变化看，近60年惠农区高温日数的气候倾向率为0.86日/10a，通过了0.001显著性水平检验，高温日数呈上升趋势。气温在30℃以上再加上强光就易引发宁夏菜心病毒病，气温在35℃以上作物呼吸强度增强，光合速率下降，叶面温度升高，严重时造成作物灼伤，而惠农区日最高气温≥30℃以上的年平均天数在46.6天，日最高气温≥35℃以上的年平均天数在2.5天，高温日数在2000年以后增长显著，需注意防范第三茬宁夏菜心生育期内的高温危害。

图1 惠农区1961-2020年3-9月极端天气日数

2.2低温、霜冻天气变化特征

低温冷害一直都是冬春季影响作物生长发育的主要气象灾害，惠农区3月低温平均28.8天，霜冻平均22.5天，4月低温平均11.3天，霜冻平均6.4天，3-9月最低气温的最小值为-20.3℃，出现在1967年3月5日；宁夏菜心生育期内低温主要出现在3-4月，3月和4月份正处于头茬宁夏菜心的生育期，气温较低时，不利于植株叶片进行光合作用，造成宁夏菜心生长缓慢，生育期延长，因而头茬宁夏菜心生育期最长。

从惠农区种植的宁夏菜心生育期低温日数的年变化（图1a）来看，惠农区种植宁夏菜心生育期年平均低温日数为41.2天，气候倾向率为-2.83日/10a，通过了0.001显著性水平检验，呈显著减少趋势，即随着全球气温的升高，惠农区低温日数在逐步减少，从年代际变化看，尤其在进入21世纪以后，低温日数从45日锐减至35日，年平均减少了10天。从惠农区种植的宁夏菜心生育期霜冻日数的年变化（图1b）来看，近60年霜冻日数的气候倾向率为-3.10日/10a，通过了0.001显著性水平检验，呈明显下降趋势。持续的低温导致光合作用速率下降、作物呼吸作用减弱，进一步致使宁夏菜心营养物质吸收率减弱、叶面积减小，降低产量，因此低温、霜冻日数的减少，有利于宁夏菜心的生长发育。

2.3 突变性分析

从图1我们可以看出，极端高温日数在20世纪90年代出现频次最少,微弱的频数变化大致表现为先增后减再增,即20世纪70年代年增多,90年代年略减,2000年后波动略增；寡照日数在20世纪70年代出现频次最少，90年代略有增长，频数变化较弱，大致为先减少后增长；极端降水日数变化趋势较为平稳，在90年代出现的频次略有增加。近60年惠农区3-9月的极端高温日数、寡照日数、极端降水日数均未发生突变，与Mann-Kendall突变检验结果一致（图略）。

低温日数在20世纪90年代后期有一个明显的下降趋势，霜冻日数在90年代初期有一个明显的上升趋势。为了检验这两个趋势是否可信，我们利用Mann-Kendall突变检验方法, 计算低温日数和霜冻日数序列的UF和UB统计量（图2），取α=0.05，则临界值U0.05=±1.96。由图2a可以看出，UF和UB曲线相交于2000年, UF和UB相交前，UF在1994年和1999年都已超过负临界值(-1.96), 说明低温日数在20世纪90年代后期确实存在一次明显的突变现象，低温日数由增多变为减少，具体的减少时间是从1995年开始的，说明1995年前后是低温日数发生突变的时期；由图2b可见，UF和UB曲线相交于1990年， UF和UB相交时，UF超过负临界值，且继续下降，说明霜冻日数在20世纪90年代初存在一次明显的突变，霜冻日数由减少变为增多，增多主要从1992年开始，表明1992年前后霜冻日数发生突变。

图2 惠农区1961-2020年3-9月低温日数、霜冻日数M—K统计量变化

3结论

惠农区种植的宁夏菜心生育期内年均高温日数达2.8天，呈明显上升趋势；宁夏菜心生育期内低温和霜冻天气较多，尤其是头茬宁夏菜心生育期内，易造成宁夏菜心植株生长缓慢，随着全球变暖，惠农区低温和霜冻日数呈显著减少趋势，均存在明显的突变；宁夏菜心生育期惠农地区平均寡照日数24.4天；惠农地区宁夏菜心生育期的极端降水主要集中在7月和8月，平均极端降水日数1.82天，年际变化幅度较大，但下降趋势不明显。

本文主要分析探讨了惠农区宁夏菜心生育期内出现的极端天气，反映宁夏菜心生育期内不同时点需要防范的各类极端天气，以及会造成的灾害，但是宁夏菜心的种植不仅受气候条件、气象灾害的影响，同时还受宁夏菜心品种、病虫害、土壤条件以及田间管理技术等的影响，其结果可能存在部分与实际不一致的情况，还需在今后的研究中进一步讨论。

参考文献

[1]王春乙, 张继权, 霍治国,等.农业气象灾害风险评估研究进展与展望[J].气象学报,2015,73(1):19.

[2]杨淑萍.宁夏极端气候事件及其影响分析[J].中国沙漠.2008,1169-1173.

[3]甘传辉.安义县种植广东菜心的气象条件分析[J].吉林农业,2011，05:240-241.

[4]李菲, 张明军, 李小飞,等.1962—2011年来宁夏不同等级降水的变化特征[J].生态学杂志, 2013，32(8):2154－2162.

作者简介：朱婷艳（1989-），女，江苏海门人，气象工程师，大学本科，现主要从事气象服务等研究工作。