南京站近60年农业界限温度变化特征分析

南京站近60年农业界限温度变化特征分析

南京站近60年农业界限温度变化特征分析

（南京信息工程大学应用气象学院，南京210044）

摘要：用南京站1951—2011年≥0℃、≥10℃界限温度和初终日的观测资料，采用 5 d滑动平均法和三日连续偏低法对比分析日平均气温稳定通过各界限温度（≥0℃、≥10℃）的初、终日和初终间持续日数的差异，以及积温的年际和年代的变化。结果发现：各级界限温度初日均呈提前趋势，终日均呈推迟趋势，初终间持续日数呈增加趋势，活动积温和有效积温均表现为增大趋势。20世纪80年代，≥0℃、≥10℃界限温度的积温偏少，90年代后逐年代增加的趋势，近几年热量资源最充沛，比80年代分别增加了501.1℃,534.8℃。 关键词：界限温度初终日；积温；变化

引言

农业界限温度是标志某些重要物候现象或农事活动的开始、终止或转折点的日平均温度,对确定地区布局、耕作制度、结构调整等都具有十分重要的意义

[1-2]

。南京位于31.4—32.6N，118.22—119.4E,气候

[3 -6]

属于亚热带湿润气候，四季分明，光能充足，年平均气温16℃，春季多晴天，夏季高温闷热，秋季干燥凉爽，冬季寒冷、干燥。南京春秋短、冬夏长，冬夏温差显著,在全球气候变暖的背景下变化及其对农业生产影响方面研究论文较多

[7 -10]

,相关界限温度

。本文采用南京站1951—2011年≥0℃、≥10℃界限温度

和初终日的观测资料，讨论界限温度的变化特征，以及对农业气候资源、农作物种植结构和生产布局的影响。活动积温，是指某一时段内逐日平均气温累积之和，它是研究作物生长发育对热量的要求，同时也是评价热量资源的一种指标。

10℃是春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速生长的界限温度。随着全球气候变化，各地作物关键生长季的界限温度和相应的热量资源已发生显著变化，李元华[11]通过研究河北省近50 a 0℃界限温度积温变化，得出界限温度初日提前，终日推迟，且积温增加的结论。

1. 资料及处理方法

1.1 资料

本文采用的基础资料是南京站（58238）1951.1.1—2005.1231逐日平均温度观测记录，为了保证数据的完整性，对于1951.1.1缺测的数据采用多年求平均的方法进行估计填充。

1.2 资料处理方法

[12]

1.2.1 界限温度初终日的确定

采取 5 d滑动平均法和三日连续偏低法计算稳定通过各界限温度（≥0℃、≥10℃）的初终日

。（1）

5 d滑动平均法：由春(秋)季开始出现高于(低于)某界限温度之日起，在依次算出的每个连续5日平均气温中，挑选出第1个其后不再出现低于(高于)该界限温度的五天，并在这五天中挑选出第1个(最后1个)≥该界限温度的日期，作为稳定通过该界限温度的初(终)日；（2）三日连续偏低法：在春(秋)季，以最后(先)一次出现的连续3天或以上各天日平均气温都低于某界限温度的后(前)1天，作为稳定通过该界限温度的初(终)日。

1.2.2 多年平均初终日及界限温度持续日数的确定

（1）多年平均初终日

[12]

：①定基本月(n天)，计算各年累积天数，从历年初日中选择最早出现的月份

作为基本月，以基本月的第一天作为起始日，计算各年距起始日的天数；②求多年平均累积天数N；③确定多年平均初日，当多年平均累积天数N小于基本月的天数(n)时，基本月的第N天就是多年平均初日；当N大于n时，基本月之后第1个月的(N-n)日就是多年平均初日；④采用同样方法求多年平均终日。（2）界限温度持续日数：初日日期与终日日期间隔的天数。 1.2.3 积温的求算方法

1

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活动积温：

（；当时，以0计） （1） 有效积温：

（；当时，以0计） （2）

式中：——活动积温和有效积温（℃）；n——植物某发育期的天数；——发育期中第i天的日平均气温；B——界限温度（针对植物生长发育而言，B为生物学零度）。 1.2.4 数据分析

在Excel中求算界限温度的初、终日、初终间持续日数、活动积温和有效积温，在Matlab中进行图形和回归方程模拟,并使用5 d滑动平均法和三日连续偏低法进行对比比较初日、终日、初终间日数、积温的年际以及年代变化特征。

2. 两种方法对比南京站界限温度变化特征

2.1 界限温度及其生物学意义

适合南京气候特点和实际生产的界限温度及其生物学意义如下：0℃表明春季地面冰雪开始融化，土壤开始解冻，冬小麦开始返青生长；秋季稳定通过0℃，表明土地开始冻结，植物枯萎或休眠越冬，大田农事活动基本结束；≥0℃期间为农耕期，期间的活动积温是衡量地区热量资源状况的重要指标。春季日平均气温稳定通过10℃某些多年作物开始迅速积累有机物，杏花盛开，桃花怒放，小麦拔节，油菜花开，喜温作物可以开始播种

[12]

；秋季日平均气温稳定通过10℃喜温作物开始停止生长，水稻为喜温作物，日平

均气温≥10℃的积温可以反映水稻生长的热量状况。

2.2 ≥0℃、≥10℃初日、终日、初终间持续日数、积温的年际变化特征

2.2.1 界限温度初日变化

南京站日平均气温稳定通过各界限温度初日的变化趋势如图1,2所示。采用5 d滑动平均法和三日连续偏低法模拟的≥0℃初日的回归方程分别为y = -0.2781x+47.6094,y = -0.4150x+37.9936；采用5 d滑动平均法和三日连续偏低法模拟的≥10℃初日的回归方程分别为y = -0.1874x+92.6178,y =

-0.248x+92.8955。对比分析可得，南京站≥0℃、≥10℃初日均呈现出提前趋势，且表现出界限温度越高，初日提前更加显著的规律性（图1,2）。其中，≥10℃初日是水稻播种的时期，而≥10℃终日则是喜温作物停止生长的日期，水稻为喜温作物，故初日大幅度提前有利于农作物产量的增加。

图1 南京站界限温度（≥0℃）初日年际变化 图2 南京站界限温度（≥10℃）初日年际变化

2.2.2界限温度终日变化

南京站日平均气温稳定通过各界限温度终日的变化趋势如图3,4所示。采用5 d滑动平均法和三日连续偏低法模拟的≥0℃终日的回归方程分别为y = 0.0492x+360.481,y = 0.1444x+354.3081；采用5 d滑动平均法和三日连续偏低法模拟的≥10℃终日的回归方程分别为y = 0.0728x+323.9686,y =

2

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0.0775x+314.2691。对比分析可得，南京站≥0℃、≥10℃终日均呈现出推迟趋势，比较而言，≥10℃终日推迟趋势更为明显。

图3 南京站界限温度（≥0℃）终日年际变化图4 南京站界限温度（≥10℃）终日年际变化

2.2.3 界限温度初终间持续日数变化

日平均气温大于某界限温度的初、终日之间的持续日数如图5,6所示。界限温度初终间持续日数能够较好地表示相应农事季节或可供某类作物生长发育时间的长短，是确定某种作物类型和调整种植结构的重要依据。

采用5 d滑动平均法和三日连续偏低法模拟的≥0℃初终间持续日数的回归方程分别为y = 0.3273x+312.6005,y =0.5594x+316.3082；采用5 d滑动平均法和三日连续偏低法模拟的≥10℃初终间持续日数的回归方程分别为y = 0.2602x+231.350,y = 0.3255x+221.3736。对比分析可得，各界限温度期间的持续日数均呈增加趋势，表明伴随温度升高，界限温度初终日之间的天数也随之增加。比较而言，≥0℃的持续日数更为明显。

图5 南京站界限温度（≥0℃）初终间持续日数年际变化图6 南京站界限温度（≥10℃）初终间持续日数年际变化

2.2.4 界限温度积温变化

南京站活动积温、有效积温的年际变化如图7,8所示。≥0℃、≥10℃的活动积温回归方程分别为y = 80x+55670,y = 80x+47130 (注：y为活动积温，但是包含了一位小数)；≥0℃、≥10℃的有效积温回归方程分别为y = 80x+55670,y = 70x+2900(注：y为活动积温，但是包含了一位小数)。分析可得：（1）南京站界限温度积温随年际均表现为增加趋势，且有效积温和活动积温基本一致。（2）温度升高对积温的影响，十分明显。这表明，积温增多的变化趋势有利于种植业的稳定，也为种植业的结构调整提供了热量资源。

3

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图7南京站界限温度（≥0℃、≥10℃）活动积温年际变化图8南京站界限温度（≥0℃、≥10℃）有效积温年际变化

2.3 ≥0℃、≥10℃初日、终日、初终间持续日数、积温的年代际变化特征

（一）南京站≥0℃界限温度的年代际变化来看（表1）。具有以下特点：

1）≥0℃的初日出现明显的年代际变化，随着年代变化有所提前（表1）；≥0℃平均初始日期为2月8日（5 d滑动平均法）或1月25日（三日连续偏低法）（表2）；

2）≥0℃的终日，随着年代变化有所推迟，但变化幅度不大（表1）；最晚终止日期为12月31日（5 d滑动平均法和三日连续偏低法）（表2）；

3）≥0℃的初终间日数，随着年代变化增加，近几年比50年代平均提前了22d，近几年比50年代增加了15—29d（表1）；

4）各级界限温度期间活动积温和有效积温的年代际变化具有一致的规律性：即，≥0℃活动积温和有效积温，在80年代后呈现逐年代增加的趋势，近几年热量资源最充沛，比80年代增加501.1℃（表1）。

表1 日平均气温稳定通过0℃的初日、终日、初终间日数、积温变化

年代

法

50年代 60年代 70年代 80年代 90年代 近几年

13-2 10-2 1-2 14-2 3-2 1-2

初 日 （日/月）

5日滑动平均

3日连续偏低

法 10-2 31-1 27-1 23-1 16-1 20-1

法 28-12 27-12 29-12 25-12 29-12 31-12

终 日 （日/月）

5日滑动平均

3日连续偏低

法 21-12 23-12 24-12 22-12 27-12 29-12

法 318 320 331 314 329 333

持续日数 （天）

5日滑动平均

3日连续偏低

法 314 326 331 333 345 343

5596.0 5692.3 5626.2 5562.1 5816.7 6063．2 活动积温 （℃）

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表2 南京站稳定通过界限温度0℃日期

项目

法

初 日 （日/月）

5日滑动平均

3日连续偏低

法

法

终 日 （日/月）

5日滑动平均

3日连续偏低

法

法

持续日数 （天）

5日滑动平均

3日连续偏低法

平均 8-2 25-1 27-12 24-12 322 333 最早 1-1 1-1 27-11 27-11 330 330 最晚 22-3 15-3 31-12 31-12 284 277

（二）南京站≥10℃界限温度的年代际变化来看（表3）。表现为初日提前、终日推迟、持续日数延长、积温增加的趋势。其中，①≥10℃初始日期变化不大，≥10℃初始日期在60年代最晚，为4月2日； 90年代和2000年以后比50年代提前了2d和9d；但60年代≥10℃初始日期比50年代延迟了1d；≥10℃平均初始日期为3月28日（5 d滑动平均法）或3月26日（三日连续偏低法）（表4）；②与≥10℃初始日期提前程度相比较，终止日期延迟程度小于初始日期提前程度，且终止日期延迟程度趋势不明显（表3）。最晚终止日期为12月14日（5 d滑动平均法）或12月1日（三日连续偏低法）（表4）；≥10℃平均终止日期在11月23日（5 d滑动平均法）或11月14日（三日连续偏低法）（表4）。③≥10℃平均持续日数为240d（5 d滑动平均法）或233d（三日连续偏低法）（表4），并且，在此期间大多数年份持续日数以增加为主（表3）；④≥10℃积温，50年代到80年代略有下降，80年代后随着年代的变化积温均在增加，近几年增加最为明显，比80年代增加了534.8℃（表3）。

表3日平均气温稳定通过10℃的初日、终日、初终间日数、积温变化 初 日

年代

（日/月）

5日滑动平均

法

50年代 60年代 70年代 80年代 90年代 近几年

1-4 2-4 3-3 26-3 30-3 21-3

3日连续偏低

法 31-3 1-4 28-3 27-3 28-3 17-3

终 日 （日/月）

5日滑动平均

法 26-11 22-11 17-11 23-11 24-11 28-11

3日连续偏低

法 14-11 11-11 9-11 12-11 1711 17-11

持续日数 （天）

5日滑动平均

法 239 234 232 242 239 252

3日连续偏低

法 228 224 226 230 234 245

5280.0 5170.0 5050.5 5002.6 5245.7 5537.4 活动积温 （℃）

表4 南京站稳定通过界限温度10℃日期

项目

法

初 日 （日/月）

5日滑动平均

3日连续偏低

法

法

终 日 （日/月）

5日滑动平均

3日连续偏低

法

法

持续日数 （天）

5日滑动平均

3日连续偏低法

平均 28-3 26-3 23-11 14-11 240 233 最早 24-2 24-2 7-11 25-10 256 243 最晚 20-4 15-4 14-12 1-12 238 230

3 结论

1）南京站稳定通过≥0℃初日在2月25日，终日在12月25日；南京站稳定通过≥10℃初日在3月13日，

5