1991—2020年滁州市冬小麦生育期变化特征_张鑫童.pdf

http:/2023年4月 第14卷 第8期19912020年滁州市冬小麦生育期变化特征张鑫童金华星杜少栋滁州市气象局，安徽滁州239000摘要：根据 19912020 年滁州市国家气象观测站农业气象观测资料，运用趋势分析、Mann-Kendall突变检验及 Morlet 小波分析等方法，探究安徽省滁州市冬小麦生育期的变化特征。结果表明：19912020年滁州市冬小麦生育期变化主要表现在生殖生长阶段，其中孕穗、抽穗、乳熟、成熟4个生育期距播种期天数呈极显著的缩短趋势并存在明显的突变点，除抽穗期突变年份为 2015年，其余 3 个生育期突变年份均为 2016 年；冬小麦全生育期主要表现为 1315 a 时间尺度上的年代际周期，在周期振荡最强的14 a特征时间尺度上，冬小麦全生育变化的平均周期约为5 a。关键词：冬小麦；生育期；趋势分析；Mann-Kendall突变检验；Morlet 小波分析中图分类号：S512.11文献标志码：A文章编号：1674-7909（2023）08-97-30引言由于秋冬季变暖，我国北方地区冬小麦播种期普遍推迟48 d，成熟期提前47 d，全生育期缩短49 d1。因不同地区的气候条件不同，同一种作物相同物候期的变化趋势也存在明显的地区性差异2。目前，针对安徽省滁州市冬小麦生育期变化特征的研究尚属空白。因此，笔者拟运用趋势分析、Mann-Kendall突变检验及Morlet小波分析等方法，研究19912020年滁州市冬小麦生育期变化特征，为当地气象部门开展农业气象服务提供技术支撑。1资料与方法1.1研究区域和资料研究区域为滁州市，属亚热带湿润季风气候，四季分明，季风明显，气候湿润，雨热同季。滁州市年平均气温15.4，年降水量1 0001 100 mm，全年无霜期210 d左右。19912020年滁州市冬小麦生育期记录来源于滁州市气象局农业气象观测站年报表，19902020年（冬小麦为跨年作物）滁州市国家气象观测站逐日观测数据来源于全国综合气象信息共享平台（CIMISS）。为方便统计分析，研究区内冬小麦各生育期统一确定为该生育期的普遍日期距播种日期的天数。1.2研究方法趋势分析法是基于最小二乘法建立的一元回归方程，其中回归方程的系数表征生育期的变化趋势，一般将系数的 10倍定义为变化速率3。Mann-Kendall突变检验法是一种气候诊断与预测技术，可以判断气候序列中是否存在突变4。此次研究利用该方法分析滁州市冬小麦生育期的突变特征。Morlet小波分析可以将信号分解为一系列小波函数的叠加，以便更真实地反映原信号在某一时间尺度上的变化，从而得出时间序列的显著波动模式，即周期变化5。笔者采用Morlet小波分析法探究滁州市冬小麦生育期的周期变化特征。Mann-Kendall突变检验与 Morlet小波分析均使用Matlab软件完成。2结果与分析统计分析结果表明，19912020年滁州市冬小麦播种至出苗期平均为11d，播种至三叶期平均为30d，播种至分蘖期平均为50 d，播种至拔节期平均为134 d，播种至孕穗期平均为161d，播种至抽穗期平均为168d，播种至乳熟期平均为200d，全生育期（播种至成熟期）平均为213d。2.1生育期变化趋势趋势分析结果表明，19912020年滁州市冬小麦孕穗、抽穗、乳熟、成熟4个生育期距播种期天数呈极基金项目：滁州市气象局科研项目“基于气象因子的滁州冬小麦生育期变化特征研究”（CZQXKY202005）。作者简介：张鑫童（1987），男，硕士，工程师，研究方向：应用气象。97DOI:10.19345/ki.1674-7909.2023.08.016http:/2023年4月 第14卷 第8期显著的缩短趋势（P0.01），其余生育期变化趋势不显著。由图1可知，冬小麦播种至孕穗期每10 a缩短约6.5 d，播种至抽穗期每10 a缩短约7.9 d，播种至乳熟期每10 a缩短约8.3 d，全生育期每10 a缩短约6.8 d。1990120130140150天数/d160170180199520002005年份y=-0.645 2x+1 454.7R2=0.318 2201020152020（a）冬小麦播种孕穗期变化趋势1990120130140150天数/d1601701801995 20002005年份y=-0.793 8x+175 9.4R2=0.374 720102015 2020（b）冬小麦播种抽穗期变化趋势y=-0.833 4x+1 871.3 R2=0.324 41501701902102301990199520002005201020152020天数/d年份（c）冬小麦播种乳熟期变化趋势天数/d年份y=-0.681 6x+1 579.8R2 =0.271 2 1501701902102302501990199520002005201020152020（d）冬小麦播种成熟期变化趋势图119912020年滁州市冬小麦生育期变化趋势2.2生育期突变特征19912020年对滁州市冬小麦各生育期距播种期天数进行 Mann-Kendall突变检验，结果如图 2所示。19912020年滁州市冬小麦孕穗、抽穗、乳熟、成熟4个生育期距播种期天数存在明显的突变点，其余生育期突变检验结果不显著。由图2（a）可知，20112020年冬小麦播种至孕穗期天数呈下降趋势，UF与UB曲线相交于2016年，且只存在一个交叉点，即突变年份为2016年；自2018年起，UF曲线稳定突破临界值，且下降趋势更为显著；突变后播种至孕穗期年均天数为146 d，与突变前相比缩短18 d。由图2（b）可知，播种至抽穗期天数突变年份为2015年，自2017年起下降趋势更为显著，突变后播种至抽穗期年均天数为153 d，与突变前相比缩短19 d。由图2（c）可知，播种至乳熟期天数突变年份为2016年，自2018年起下降趋势更为显著，突变后播种至乳熟期年均天数为178 d，与突变前相比缩短27 d。由图2（d）可知，19912020年滁州市冬小麦全生育期天数总体表现为先下降再上升又下降的变化过程，UF与UB曲线在95%置信区间内只存在一个交点，即突变年份为2016年，突变后播种至成熟期年均天数为195 d，与突变前相比缩短22 d。-4-20241990200020102020统计值年份UBUF临界值（a）冬小麦播种孕穗期Mann-Kendall突变检验-4-20241990200020102020统计值年份UBUF临界值（b）冬小麦播种抽穗期Mann-Kendall突变检验UBUF临界值-4-20241990200020102020统计值年份（c）冬小麦播种乳熟期Mann-Kendall突变检验UBUF临界值-4-20241990200020102020统计值年份（d）冬小麦播种成熟期Mann-Kendall突变检验图219912020年滁州市冬小麦生育期Mann-Kendall突变检验2.3全生育期周期分析分析可知，19912020年滁州市冬小麦全生育期存在显著的变化趋势和突变点。选择Matlab小波工具箱中的Morlet复小波函数对冬小麦全生育期进行周期分析，结果如图3所示。图3（a）为小波系数实部等值线图，可以反映全生育期时间序列在不同时间尺度上的98http:/周期变化，实线表示小波系数实部值为正，虚线表示小波系数实部值为负，对应冬小麦全生育期处于延长或缩短期。由图3（a）可知，19912020年滁州市冬小麦全生育期变化具有明显的周期性特征，具体表现为1315 a尺度上出现的延长与缩短趋势交替的准3次振荡，以及810 a尺度上出现的准4次振荡。图3（b）为小波系数模等值线图。模值越大，表明其所对应的时段或尺度的周期性越强。由图3（b）可知，1315 a时间尺度的模值最大，其中20052010年之间模值相对较小，说明在2005年之前和2010年之后，1315 a时间尺度的周期变化更显著。图3（c）为小波方差图，可以反映冬小麦全生育期时间序列的波动能量随尺度的分布情况，以确定全生育期变化过程中存在的主周期。由图3（c）可知，小波方差图中存在3个较为明显的峰值，依次对应4、9、14 a的时间尺度；其中最大峰值对应14 a的时间尺度，说明14 a时间尺度的周期振荡最强，为冬小麦全生育期变化的第一主周期。根据小波方差检验的结果，绘制冬小麦全生育期变化过程的主周期趋势图，如图 3（d）所示。在 14 a 特征时间尺度上，19912020年滁州市冬小麦全生育变化的平均周期约为5 a，大约经历了3个周期的减增变化。3结语19912020年滁州市冬小麦生育期变化主要体现在生殖生长阶段，其中孕穗、抽穗、乳熟、成熟4个生育期距播种期天数呈极显著的缩短趋势，生育期天数每10 a的变化速率分别为6.5、7.9、8.3、6.8 d。19912020年滁州市冬小麦孕穗、抽穗、乳熟、成熟4个生育期距播种期天数存在明显的突变点，除抽穗期突变年份为2015年，其余3个生育期突变年份均为2016年。突变前后，播种至孕穗期天数变化幅度最小（缩短了18d），播种至乳熟期天数变化幅度最大（缩短了27d）。冬小麦全生育期（播种至成熟期）主要表现为1315 a时间尺度上的年代际周期，且2005年之前和2010年之后，1315 a时间尺度的周期变化更显著。在周期振荡最强的14 a特征时间尺度上，冬小麦全生育变化的平均周期约为5 a，大约经历了3个周期的减增变化。参考文献：1 姬兴杰，朱亚玉，刘晓迎，等.气候变化对北方冬麦区冬小麦生育期的影响 J.中国农业气象，2011（4）：576-581.2 张艳玲.气候变化对商丘冬小麦生育期的影响 J.河南科学，2014（8）：1446-1450.3 李燕，郑有飞，王志伟，等.山西忻州地区植物物候与气候变化特征分析J.中国农学通报，2010（9）：339-345.4 胡玮，严昌荣，李迎春，等.气候变化对华北冬小麦生育期和灌溉需水量的影响 J.生态学报，2014（9）：2367-2377.5 王朋朋，程杰，袁峰，等.时间序列模型分析威海市近 50 年气温变化特征 J.南水北调与水利科技，2015（6）：1051-1055.2020201055010100-10-10-505-5000505-1020-205005-10-500000005102010-20-301995510小波系数实部值1520002005年份201020152020-20-1050520-5（a）小波系数实部等值线图1995510小波系数模值1520002005年份20102015202044481224221816124438343228242222181682248121618201428323444（b）小波系数模等值线图 02004006008001 0001 2001 40005101520小波方差时间尺度/a（c）小波方差图-45-35-25-15-5515253545551990200020102020小波系数实部年份（d）主周期趋势图图3基于Morlet小波分析的冬小麦全生育期周期变化张鑫童，等19912020年滁州市冬小麦生育期变化特征99