1967—2019年斗门二十四节气气候变化_钟成文.pdf

第 卷第 期 年 月 广 东 气 象 收稿日期：作者简介：钟成文（年生），男，本科，工程师，主要从事天气预报工作。：钟成文，张伟康，简浩宇，等 年斗门二十四节气气候变化 广东气象，（）：年斗门二十四节气气候变化钟成文，张伟康，简浩宇，雷振亮，陈佳涵（珠海市斗门区气象局，广东珠海）摘 要：采用集合经验模分解方法，确定了斗门 个节气温度和时间的阈值，分析了各节气平均温度及其在季节循环中时间节点的演变趋势，并计算了各个节气下斗门气温、降水量等气象要素的多年节气平均分布及线性趋势变化。结果表明：季节循环中气温上升阶段的气候节气都有显著提前的趋势，气温下降阶段则具有显著推迟的趋势，主要是由气温季节循环的整体增暖造成的。各个节气气温均呈增温趋势，且大部分增温明显，农业种植可根据气温变化时间规律合理调整作物种植或收获时机以提高产量；清明至秋分节气期间累积降水量占全年总降水量的 ，对灌溉水量需求较大的作物生长节点需重点把握两个节气间的时间；养殖户可于平均风速较小的节气如立秋至白露期间，以及日照时数较短的春分临近时节，主动开展增氧作业，规避部分鱼群泛塘现象带来的损失。关键词：气候学；二十四节气；集合经验模分解；斗门 中图分类号：文献标志码：“二十四节气”是我国前人根据太阳周年运动，把一年划分成 个节气的天文历法，它反映了公转时地球上四季变化，反映了农时更替，具有时令、气候、物候等方面的变化规律，对传统农业生产和日常生活具有重要的指导意义，被广泛沿用 多年，现在仍然发挥着应有的指示作用。基于全球气候变暖，广东的气候发生了显著的变化。与此同时，自然界出现了一些异常的物候现象，如鸟类下蛋、筑巢和迁徙提前，植物的生长周期异常 等。不仅如此，随着四季的平均温度升高，四季的起始时间均有不同程度的提前或推迟。那么 节气在全球变暖的大背景下，又该如何变化，相关的农谚和经验是否需要重新验证？研究表明，节气中大部分直接或间接和气温有关。近年来，许多学者已应用集合经验模分解（，）方法开展了许多气候变化方面的研究，如分析气候季节的提前趋势、气候极值的变化趋势等。珠海市斗门区是广东省传统的农业大区之一，是“国家食品安全示范区”、“国家农业科技园区”以及国内首个授牌的“都市型现代农业示范区”，地处珠江出海口西岸，咸淡水交界独特的自然条件使得该地形成众多优越的渔场，淡、海水养殖业发达。深入了解气候变化下斗门 节气的气候变化特征，特别是 个与物候有关的节气（惊蛰、清明、小满、芒种），有利于广大农户合理把握农时，及时调整计划，科学开展种养殖工作。本研究使用 方法基于平均气温，刻画出斗门气候 节气的气温变化特征，并计算分析多个气象要素 年多年节气平均分布和线性趋势变化，为适应气候变化、指导农事活动提供科学的气象参考依据。资料与方法本研究选取了斗门国家地面气象观测站 年的逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水量、平均风速、日照时数和相对湿度。为了便于矩阵运算，参照 等对闰年的处理方法，即 月 日的值用 日的平均值代替，这样既考虑了闰年的影响，又保证了每年都是 个数值。用阈值的方式来确定气候节气时间节点时，天气波动会导致原始气温和阈值有多个交点，因此本研究选用 等提出的基于 的方法自适应且唯一地确定各个气候节气的阈值。气候节气阈值计算步骤：（）用 方法对斗门 年逐日平均气温序列进行处理（信噪比取.，集合次数为 次），滤掉年内尺度高频分量，得到年循环及更长时间尺度分量（）的平滑序列，也就是第 个分量之和。为减小边界效应的影响，处理结果的首尾两年不进行分析，则分析时段为 年。（）计算 年 序列的同日气候平均值（图），然后取每个节气时间段（表）的平均气温作为该气候节气的阈值。图 年斗门平均气温季节循环及 节气对应的阈值 每年的 序列和每个气候节气阈值的交点所在的日期便是每年每个气候节气的时间（每年有 个，即上半年节气取第 个、下半年节气取第 个）。这些日期以它在 中的时间序号进行排列，并计算这些时间点的线性趋势，得到各个气候节气的提前或推迟趋势，并对结果进行 检验从而判断其统计显著性（结果见表）。本研究重点分析与物候现象密切相关的气候节气（惊蛰、清明、小满和芒种）在提前和推迟问题上的变化特征以及相关的应对措施。其中立春、雨水、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、大雪、冬至、小寒、大寒等 个节气有个别年份出现未达阈值的情况，因此不对这 个节气进行时间变化趋势分析。表 年斗门平均气温 节气气候变化趋势节气日期阈值 年提前趋势 节气日期阈值 年提前趋势 立春 月 日立秋 月 日雨水 月 日处暑 月 日惊蛰 月 日）白露 月 日）春分 月 日）秋分 月 日）清明 月 日）寒露 月 日）谷雨 月 日）霜降 月 日）立夏 月 日）立冬 月 日）小满 月 日）小雪 月 日）芒种 月 日）大雪 月 日夏至 月 日冬至 月 日小暑 月 日小寒 月 日 大暑 月 日大寒 月 日）通过 的信度检验 此外，本研究还计算了斗门平均气温、最高气温、最低气温、降水量、平均风速、日照时数和相对湿度的多年节气平均分布和线性趋势变化，并以 检验方法判断其统计显著性。每个节气的平均气象要素是以节气间平均值表示，即该节气至下一节气的前一天平均值（变动日期 取中间日期为代表，的以后 为代表）。斗门气候节气变化特征从斗门平均气温资料揭示的 节气的基本特征（图 和表）可以看出，气温最高的节气是大暑（.），气温最低的节气是大寒（.），这两个季节性极端高、低温节点在当前全球变暖的大环境下维持。当前，气象上普遍采用 作为春、冬季切换的阈值，作为夏、秋季切换的阈值。许多研究常用 滑动平均温度进行判定，而本研究的 方法排除了 滑动平均方法消除不掉的高频波动的干扰，所得结果更为稳定可靠。从图 可以看出，斗门全年平均气温均维持在 以上，根据该标准，斗门属于典型的无冬区，清明过后便到达斗门春夏转换的节点，而立冬前后则为夏秋季转换的节点。近几十年全国立春平均气温还在 以下，斗门立春平均气温却达到.，显著高于全国平均气温，由此可见，以 节气作为农时参考，要更多地结合当地的气温变化情况。对除第 章里 个节气以外的 个节气的时间节点变化趋势进行分析可以发现，气温上升阶段的气候节气都有显著提前的系统性趋势，其中惊蛰和芒种提前趋势相对较明显，平均每 年分别提前.和.。而气温下降阶段的气候广东气象第 卷 节气具有显著推迟的系统性趋势，其中白露和秋分推迟趋势相对较明显，平均每 年分别推迟.和.。另外，相比于第一个 年（年），近 年（年）斗门平均气温明显增暖（图），部分节气如小寒、大寒在气候态上趋于消失，由此可见，气温季节循环的整体增暖是导致气候 节气的提前和推迟的主要原因。图 年与 年斗门平均气温季节循环及 节气对应阈值 节气中反映物候的惊蛰、清明、小满和芒种均趋于提前，其中惊蛰提前趋势最为明显。惊蛰节气在农事上具有相当重要的意义，到了惊蛰，斗门正抓紧进行早稻的播种工作，水稻孕穗期高温会影响花器官发育，伤害正在开放的颖花，影响花粉活力、数量以及颖花授粉受精的过程，增加空、秕粒率，从而影响产量。在斗门气候节气惊蛰显著提前的背景下，应当因地制宜，通过提早播种或改种生育期较长的品种来有效避免水稻在高温时段抽穗扬花，从而减少气候变暖带来的不利影响。清明节气也与农业生产有着密切的关系，如有“清明前后，点瓜种豆”、“植树造林，莫过清明”等农谚，因此，与清明节气相应的农业生产活动都可较常年经验提前。对华南而言，小满正是适宜水稻栽插的季节，有“立夏小满正栽秧”的农谚，水稻栽插的时机早晚，与产量的高低密切相关。鉴于斗门气候小满趋于显著提前，田里蓄满水、华南栽插水稻等相应的农事活动都可适当提前开展。芒种节气华南栽插中稻也应考虑气候芒种提前的趋势做出相应的提前决定，以免因错过农时，气温继续升高，水稻营养生长期缩短，影响产量。以上讨论的惊蛰、清明、小满和芒种节气变化的农业意义和适应对策只是就气温变化而言，实际工作中还需考虑降水、日照等其他因素的影响，更进一步还需考虑现代农业技术。斗门 节气气象要素变化在气候 节气存在显著变化的气候变化背景下，计算分析各个节气下各个气象要素的变化特征，更有助于本地因地制宜，合理规划相应的农事活动。为了直观观察不同节气 多年来各气象要素的变化情况，分别计算了平均气温、最高气温、最低气温、降水量、平均风速、日照时数和相对湿度的多年节气平均分布及线性趋势变化。气温对农业生产和人体健康有最直接影响。如图 所示，斗门多年平均 节气气温分布呈正态分布单峰型特点，平均气温、最高气温、最低气温曲线走势一致，小暑、大暑节气气温最高，大寒节气气温最低，与以往的研究基本一致。另外，平均气温、最高气温、最低气温各个节气均呈现增温趋势，且大部分增温明显，通过 信度检验，其中立春、雨水、冬至增温速度最快，冬至最低气温升温更是达到.年，农业种植可重点关注增温趋势较为明显的节气，并根据气温变化时间规律合理调整作物种植或收获时机以提高产量。图 年斗门 节气气温分布 斗门地处北回归线以南，为亚热带季风气候，具有干湿季分明的特点，其降水量呈双峰型分布特点（图），清明至秋分节气期间累积降水量占全年总降水量的.，从清明节气开始降水量明显增多，较上一节气平均降水量增多了.，对灌溉水量需求较大的作物生长节点需重点把握两个节气间的时间；降水量趋势系数可以看出芒种至白露期间除了立秋外，其他节气均具有较明显的增加趋势。立春、大寒邻近节气平均风速最大，处暑临近风速最小（图），所第 期 钟成文等：年斗门二十四节气气候变化 有节气平均风速都呈减小趋势，均通过 信度检验。研究表明风力越大使得水体表面波动越剧烈，加速水体与大气的氧交换（复氧过程），从而提高水体溶氧量，于全年平均风速较小的节气如立秋至白露期间，主动开展增氧作业，可规避部分鱼群泛塘现象。日照时数为单峰单谷型，其中小暑节气平均日照时数最长为.，春分节气日照时长最短为.，谷雨前后出现大幅增加，小寒前后出现明显减少；日照除了雨水、春分、清明、小满、大寒呈较小的增加趋势，其余 个节气均呈减少趋势，其中谷雨、小暑、大雪减少趋势明显，均通过 信度检验。已有研究表明水体中溶解氧的.来源于浮游生物光合作用，所以日照时长是影响水体溶解氧含量的主要气象因素之一，日照时间越长总辐射量越大，浮游生物的光合作用也越强，溶解氧日平均含量就越高，而阴雨天气，溶解氧日平均含量低，易出现泛塘现象，可于春分节气前后提高警惕，结合短临天气预报对鱼塘适时开展增氧作业。相对湿度立春至处暑基本维持在 以上，而白露至大寒则大概在 之间；相对湿度除了立冬和小雪，其余 个节气均呈显著的减少趋势，其中霜降、大寒减少趋势最为明显，均通过 信度检验。图 年斗门 节气气象要素分布 降水量；平均风速；日照时长 结论）由于气温整体增暖，增温阶段的气候节气都有趋于显著提前的系统性趋势，降温阶段的气候节气具有显著推迟的系统性趋势，其中，惊蛰、清明、小满和芒种等节气提前对于农事活动具有重要影响，建议因地制宜调整相应农事活动时间，减轻气候变暖带来的不利影响。）节气气温分布呈正态分布单峰型特点，其中小暑、大暑节气气温最高，大寒节气气温最低。平均气温、最高气温、最低气温各个节气均呈现增温趋势，且大部分增温明显，农业种植可重点关注增温趋势较为明显的节气，并根据气温变化时间规律合理调整作物种植或收获时机以提高产量。）斗门降水量呈双峰型分布特点，清明至秋分节气期间累积降水量占全年总降水量的.，对灌溉水量需求较大的作物生长节点需重点把握两个节气间的时间。立春、大寒邻近节气平均风速最大，处暑临近风速最小，所有节气平均风速都呈减小趋势，养殖户可于全年平均风速较小的节气如立秋至白露期间，主动开展增氧作业，规避部分鱼群泛塘现象带来的损失。日照时数谷雨前后出现大幅增加，小寒前后出现明显减少，养殖户于春分节气前后需提高警惕，并结合短临天气预报对鱼塘适时开展增氧作业，从而减少因浮游生物光合作用减弱导致的泛塘现象带来的损失。相对湿度立春至处暑基本维持在以上，而白露至大寒则大概在 之间，除了立冬和小雪，其余 个节气均呈显著的减少趋势。参考文献