Spatio-temporal Changes of ≥10℃ Accumulated Temperature in Northeastern China since 1961

The objective of this study was to provide reliable basis for decision making for national food security and layout and structure adjustment of grain production in the northeastern China. The data of mean daily air temperature of 1961-2009 from 106 meteorological stations in the northeastern China were chosen in this study. Using statistical methods and isoline method, the spatio-temporal changes of various decadal ≥10℃accumulated temperature and the climatic means of ≥10℃ accumulated temperature were studied in this paper. The results showed that 1） The geo- graphical distribution of ≥10℃ accumulated temperature in the northeastern China could be influenced directly by the latitude, longitude and altitude. If latitude moved one degree northward, the average decrease amplitude of the climatic means was 101.9℃ in the study area. 2） The means of decadal ≥10℃ accumulated temperature rose since the 1980s, and their increase amplitudes became larger in the 1990s and the 2010s obviously. Compared with those of the 1980s, ≥10℃ accumulated temperature increased by about 100℃ in the mountainous and plain areas in the 1990s; compared with those of the 1990s, ≥10℃ accumulated temperature increased by about 200℃ in the Hulun Buir High Plain and the Songnen Plain, and 100℃ in the Sanjiang Plain and the Liaohe Plain in the 2010s. 3） The means of the decada ≥10℃accumulated temperature for 106 meteorological stations in the northeastern China increased with the rate of 145.57℃/10yr in 1961-2009.4） The climatic means of ≥10℃ accumulated temperature increased from 1961-1990 to 1971-2000 and 1981-2009. Compared with the climatic mean of 1971-2000, that of 1981-2009 had increased by above 50℃ in most of the study area, even up to 156℃. Compared with the climatic mean of 1961-1990, that of 1981-2009 increased by above 100℃ in most parts of the study area, even up to 200℃. 5） The maximum northward shift, eastward and westward extension amplitudes of3100℃, 3300℃ and 3500℃ isolines were larger among all isolines for the climatic means of the three phases. Compared with the positions of the isolines of 1961-1990, those amplitudes of 31000C isoline of 1981-2009 were 145 km, 109 km and 64 km, respectively; those of 3300℃ isoline were 154 km, 54 km and 64 km, respectively; and the maximum northward shift of 3500℃ isoline was about 100 km.

1971—2020年石河子棉区≥10℃积温变化特征分析

利用石河子棉区4个气象站1971—2020年逐日气象资料,采用气候倾向率、累积距平、均方差、Mann-Kendall突变检验等方法,分析了石河子棉区≥10℃积温的变化特征。结果表明:石河子棉区≥10℃初日呈显著提前趋势,终日略微推迟,持续日数显著延长,积温明显增多;≥10℃积温及持续日数均在1994年发生了由少到多的突变;≥10℃积温正常年份的概率超过64%,依次向两端递减;≥10℃积温偏低地区主要在莫索湾,偏高地区主要在乌兰乌苏。气候变化背景下,石河子棉区热量条件有较好的改善,棉花延迟型低温冷害有所减轻,石河子棉区品种布局应以早熟棉为主。

1978年前、后中国≥10℃年积温对比

利用620个气象站点的逐日平均气温分别计算了1951—1978和1979—2005年≥10℃年积温及其初日、终日,并对比分析了1978年前、后≥10℃年积温及其初日、终日和持续天数.结果表明:与1951—1978年相比,1979—2005年全国大部分地区≥10℃年积温有所增加,其增幅以东北、华北、华南地区较大;长江以北大部分地区的≥10℃年积温初日提前0～5d,长江以南大部分地区则推迟0～5d;除华南沿海和西南小部分地区的≥10℃年积温终日推迟5d以上外,其余地区则推迟0～5d;全国≥10℃年积温日数总体呈增加趋势,以0～5d和5～10d的增幅为主,各地区的差异大且连片性差.对积温变化趋势的准确掌握可为农业结构布局调整以及农业生产潜力评估提供重要依据.

云南热区≥10℃和≥18℃年积温及日数的分布规律研究

云南热区以其独特的自然地理条件,在我国热区的研究与开发中占有极其重要的地位。利用云南实测地面气温资料等,采用线性回归及残差分析等分析方法,分析了云南热区森林生态系统≥10℃积温及其日数、≥18℃积温等热量指标在不同地区的空间分布规律及原因。结果表明,云南热区不同区域≥10℃积温及其日数、≥18℃积温等热量指标都有明显的空间差异。根据这些划分热量带的基本指标,以及热区分布县市的最低海拔和增温或降温的效应,对其热区分布的海拔上限进行了估测,为准确确定云南热区分布的空间格局及各县市热带和南亚热带的热区范围及热区的主要特性提供了依据。

近45年来新疆≥10℃期间积温和降水量的变化特征

利用新疆1961-2005年86个气象站点系统的气象观测资料,分析新疆日平均气温稳定通过10℃的积温、积温期间降水的空间变化、年际变化、初终间日数、1961-1986年与1987-2005年差值变化。结果发现,全疆及各区域日平均气温稳定通过10℃的积温变化不一,北疆总体增幅高于南疆;≥10℃积温期间降水总体呈增加的趋势,山区多于平原,北疆多于南疆。西部多于东部;全疆1987-2005年与1961-1986年平均初终间日数的差值、积温的差值规律性差,南疆只有51%、59%的站增加;两个时段≥10℃积温期间降水增幅明显,南疆增幅≥50%的站明显高于北疆。

≥10℃积温距平对玉米不同发育期冷害的判定及其与产量的关系

为了揭示冷害特征及其与产量的关系,为玉米生产趋利避害及种植结构调整提供气象参考,笔者利用1980—2014年15个农业气象站的资料,基于≥10℃积温距平指标,对玉米出苗—七叶期、出苗—抽雄期、出苗—乳熟期的冷害进行动态判识,分析其时空演变特征,并建立积温距平与玉米产量的关系。结果表明：（1）1980—2014年间,研究区玉米3个发育时期内的冷害年数为7-17年,冷害随时间呈减少趋势,对气候变暖具有明显的响应;空间上呈北多南少特征,并具有群发性、区域性和局地性特点;（2）研究期间,玉米3个发育时期的≥10℃积温距平具有16年左右的周期变化,1995年以前偏冷,之后偏暖;（3）在3个发育时期,研究区分别有13%、60%、67%的站点≥10℃积温距平与玉米单产存在显著或极显著的相关关系,积温距平为100-200℃·d利于玉米高产。以出苗—乳熟期分析热量与产量的关系效果最好;（4）≥10℃积温距平指标判识玉米冷害具有生物学和农学意义,有效提升作物冷害判识的客观性。

近50a河套地区东部≥10℃积温的演变特征及成因分析

利用河套地区东部宁夏22个气象台站4～10月逐日平均气温资料，统计分析了该区域≥10℃积温的时空演变及初日、终日的变化特征，采用复Morlet小波分析方法和Mann—Kendall突变检测方法，揭示了河套地区东部不同区域≥10℃积温的周期及突变特征，并初步探讨了演变成因。结果表明：近50a河套地区东部≥10℃的积温均呈增加趋势，初终日间隔明显延长；≥10℃积温在1997年出现由少到多的突变，在周期上存在3a和9a左右的长周期，主要原因是气候变暖前后大气环流在1997年前后出现了明显的长周期调整。1997年前，500hPa高度场上中高纬度地区，特别是巴尔喀什湖附近易形成低槽，有利于极地冷空气南下影响河套地区东部，造成气温偏低，≥10℃的积温偏小；1997年后，500hPa环流场发生了显著变化，中高纬度地区经向环流减弱，纬向环流增强，不利于槽区的形成和发展，极地南下冷空气活动次数减少，下游大范围区域内的气温升高，≥10℃积温增加。

基于多元线性回归模型的华南地区≥10℃积温空间模拟研究

选用1980～2011年华南地区111个及周边地区39个气象站地面观测资料,基于ArcGIS10.0平台,利用多元线性回归模型和IDW、Kriging、Spline等插值方法模拟了华南地区≥10℃活动积温的空间分布。结果表明：基于多元线性回归模型的≥10℃活动积温空间模拟方法与IDW、Kriging、Spline等插值方法相比,解决了积温空间分布模拟复杂性的问题,并考虑了≥10℃活动积温受海拔、经纬度差异等因素的影响,具有较高的模拟精度,适合于较大范围的积温数据空间化模拟。另外,1980～2011年华南地区≥10℃活动积温随海拔的升高而减小;随纬度的增大而减小;随经度的变化幅度较大,在研究区西部云南地区受地形的影响变化幅度强烈,在研究区东部广西、广东、福建等地变化幅度较小。

近60 a来秦岭山地≥10℃积温时空演变及亚热带-暖温带界线问题

选用秦岭及其周边74个气象站点的逐日气温实测数据,采用M-K检验、Anusplin等研究方法,对1960—2019年秦岭山地≥10℃积温的时空变化以及亚热带-暖温带的界线变化进行分析。结果表明:(1)从时间尺度上看,秦岭山地≥10℃积温呈现增加的趋势,其变化率为71.72℃·(10 a)^(-1)。>1000~2000和>2000~3000℃积温段区域面积占比逐年减少,>3000~4000和>4000℃积温段区域面积占比逐年增加;≤1000℃积温段区域面积占比呈先增加后减少的变化趋势。(2)从空间尺度上看,秦岭山地≥10℃积温在南北方向表现出中间低周边高、东多西少、南多北少,由低海拔向高海拔逐渐减少的规律;研究区积温高值区面积增加,积温低值区面积减少;秦岭山地≥10℃积温增加趋势显著,其中秦岭北坡增加最为明显。(3)对比阶段Ⅰ(1960—1989年)和阶段Ⅱ(1990—2019年),亚热带-暖温带分界线整体向高海拔攀升和向高纬度北移,秦岭以北“跨越式”进入了亚热带气候格局,随着气候变暖,秦岭亚热带北界可能会跨越秦岭山脉。

海陵岛温度≥10℃活动积温变化趋势的预估

根据海陵岛闸坡站1961—2012年常规气象观测气温资料,通过趋势分析和对比分析,研究了近52年海陵岛温度≥10℃活动积温的变化趋势,并预测未来的变化。结果表明:海陵岛气候应属边缘热带气候,温度≥10℃积温的增加率为82℃/年。预估至2050年前后活动积温≥9 000℃,将变成中热带气候,与近年来全球变暖结论一致。

1961～2010年云南省≥10℃活动积温时空变化格局

活动积温与植被演替、农作物生长关系密切,对区域生态状况和粮食安全具有决定性作用。基于GIS平台,研究了云南省31个气象站50 a的≥10℃活动积温时空分布格局及其变化特征。结果表明：（1）1961-2010年云南省≥10℃活动积温呈增长趋势,增幅为9.080℃/a,其中,1961-1978年≥10℃活动积温为负距平,1998-2010年为正距平,1979-1997年≥10℃活动积温距平以振荡为主;（2）5个代际≥10℃活动积温代际内最高值和均值随时间推移逐渐增大;（3）基本以景洪-思茅-元江-元谋为线,≥10℃活动积温向西、东2个方向逐渐减少;同时,空间差异程度随着时间推移有减小趋势。

中国典型生态系统生态站2001-2015年≥10℃积温数据集

热量资源是自然区域和自然带划分的重要依据,是农业生产的重要自然资源,通常以温度高低和积温多少来表征。10℃是喜温植物适宜生长的起始温度,也是喜凉作物迅速生长、多年生作物开始以较快速度积累干物质的温度。农业生产及科研部门以≥10℃积温及其相应的持续日数来衡量一个地区的农业气候生产潜力,并作为引种和耕作制度改革的重要依据。利用中国生态系统研究网络(CERN)生态站逐日平均气温数据,采用5日滑动平均法建立了典型生态系统生态站2001–2015年≥10℃积温数据集,包含了农田、森林、草地、荒漠、沼泽、湖泊和海湾等中国主要生态系统35个生态站2001–2015年≥10℃的活动积温、有效积温和持续日数,为开展全国或区域积温变化的趋势和规律研究提供了数据支撑。

新疆西天山≥10℃积温时空变化特征分析

热量是农作物生长发育极其重要的环境条件,直接影响农作物种植区域及生长发育的速度、成熟早晚、产量高低和质量优劣[1]。≥10℃活动积温是热量资源的一项指标,与农作物生长发育关系最为密切,受其经、纬度、海拔高度和大地构造地貌单元的影响,≥10℃积温在新疆西天山有较明显的区域分布,因此,分析研究≥10℃积温的时空变化,不仅有助于进一步认识西天山热量分布和变动情况,而且对于作物及其品种的合理布局、气候资源的合理开发和利用等均有直接的实际意义。

晋陕蒙地区≥10℃积温的时空变化特征

利用1960—2014年晋陕蒙三省75个气象站逐日平均气温实测数据，采用多元线性回归模型的积温空间模拟方法和气候倾向率法，对晋陕蒙地区1960—2014年日平均气温稳定≥10℃积温的时空特征进行分析。结果显示：（1）从整个分析期来看，1960—2014年晋陕蒙地区日平均气温稳定≥10℃积温总体呈上升趋势，近55a积温增速为74．60℃·d·10a^-1，93％的气象站点积温增加趋势显著（P〈0．05），仅有7％的站点变化趋势不显著。（2）从空间分布来看，分析期内≥10℃积温平均值呈现由低纬度向高纬度、由低海拔向高海拔逐渐减少的规律。（3）从各年代积温线的移动情况看，〈1600℃·d、1600-3200℃·d占的区域面积占总面积比例呈现逐年代降低的趋势；3200-4500℃·d的区域面积占总面积的比例呈现逐年代升高趋势；〉4500℃·d所占区域面积占总面积的比例在1970—1979年、1980—1989年呈降低趋势，在1990—1999年、2000-2014年呈升高趋势。（4）从时段Ⅰ（1960—1989年）和时段Ⅱ（1980-2014年）气候带的变化情况看，中亚热带从无到有，北亚热带、暖温带区域面积逐渐增加，中温带和寒温带区域面积逐渐减少，气候带在气候变暖背景下呈北移西扩的趋势。总体上，≥10℃积温呈现出向高海拔扩张和高纬度北移的趋势。

华东地区≥10℃积温的时空演变特征

利用1961-2013年华东地区86个气象台站的日平均气温等资料,采用趋势分析法、克里金空间插值法(Kriging)、Mann-kendall突变检验以及Pearson相关分析等方法,分析该区域近53a日平均气温稳定≥10℃期间积温、持续日数、初终日以及积温带的变化特征。结果表明:(1)近53a华东地区日平均气温稳定≥10℃积温及其持续日数呈显著增加趋势,气候倾向率分别为89.71℃?d?10a-1(P<0.01)和2.96d?10a-1(P<0.05),二者主要受初日提前和终日推迟的共同影响,且初日提前的影响更大。(2)日平均气温稳定≥10℃积温及其持续日数在空间分布上呈现明显的纬度地带性和垂直地带性特征,其变化趋势均呈现自东向西、自中部向南北两端递减的规律。(3)随着全球气候变暖,华东地区气候带的分布呈现明显的北移东扩,其中南亚热带、中亚热带的面积不断扩大,分别向北移动1.2、2.2个纬距;北亚热带约向北移动1个纬距,面积有所减小;暖温带的面积不断减小。(4)华东热量资源对平均气温的响应主要表现在积温的上升、持续日数的增加、初日的提前以及终日的延迟。

1961～2015年贵州高原≥10℃积温时空变化特征

为揭示贵州高原≥10℃积温精细动态变化,以81个气象站点1961～2015年气温资料及地理信息数据为数据源,采用积温倾向率、累计距平、滑动T检验、小波分析、多元回归分析等统计方法,分析≥10℃的积温整体变化及周期变化,模拟各年代积温带空间变化。结果表明:(1) 1961～2015年≥10℃积温平均值为5 147. 22℃,1997年前后发生由冷到暖的突变,积温变化主周期约为3～5年,8年;(2) 1961～2015年、1961～1996年、1997～2015年≥10℃积温倾向率均值分别为49. 5℃/10a、-28. 1℃/10a、123. 5℃/10a,1961～1996年表现为降温趋势,1997～2015年表现为升温趋势,三个时间段积温倾向率均未通过显著性检验;(3)多元回归拟合≥10℃积温年代际空间分布,复相关系数均高于0. 92,积温空间分布呈现由西向东、由北向南升高的趋势;(4)不同年代际间积温带动态变化差异较大,1980s后约有60%以上区域表现为积温带Ⅱ升为积温带Ⅲ,积温带Ⅲ升为Ⅳ,1990s后降温区域消失。积温资源的增加对受高原气候限制的贵州高原有重要影响,对调整农业气候区划,确定作物种植区域以及最优化利用热量资源更具有针对性。

石羊河流域≥10℃积温时空变化特征

利用1960-2017年石羊河流域5个气象站逐日平均气温资料,采用滑动平均方法,确定了≥10℃积温的界限;通过运用多元线性回归、均方差(σ)、线性趋势系数、累计距平和信噪比等方法,分析了石羊河流域≥10℃积温的时空变化特征。结果表明:石羊河流域≥10℃积温具有明显地域特征,≥10℃积温的均值和极值均为荒漠区高于绿洲平原区,绿洲平原区高于山区,≥10℃积温的空间分布与所受天气系统以及经、纬度和海拔高度的关系非常密切。≥10℃积温正常年份最多,概率超过65%,依次向两端迅速递减。年、年代≥10℃积温呈显著升高趋势。≥10℃积温主要在5~9月,7月为高峰值。≥10℃积温气候突变全流域、民勤和天祝在1996年,永昌、凉州和古浪在1997年。石羊河流域≥10℃积温升高使喜凉作物种植面积缩小,生育期缩短,不利于高产的形成;而使喜温作物种植面积扩大,生育期延长,有利于高产和高品质的形成。本研究将对现代农业结构规划、农作物品种调整以及农业的定量化评估具有重要意义。

近40a来长江流域≥10℃积温的时空变化特征

基于1970―2013年长江流域131个气象站点的日平均气温数据,采用气候倾向率、累积距平、M-K检验及滑动T检验等方法分析了该区≥10℃积温的时空变化特征。结果表明:1)突变时间较早的区域主要有嘉陵江流域,中游干流区,太湖流域和下游干流区(1997年);而岷江、沱江流域,鄱阳湖流域和洞庭湖流域较晚(2001年);长江源头的金沙江流域最晚(2002年)。2)在区域尺度上,1970年以来,北亚热带、中亚热带和高原气候区日平均气温≥10℃积温的初日分别以-1.25、-1.39、-0.8 d/10 a提前,终日分别以1.52、1.43、1.47 d/10 a推后,持续日数以2.97、2.92、4.62 d/10 a幅度延长。积温总体上分别以113.5、88.8、77.3℃/10 a增加。3)≥10℃积温的年际变化存在明显的空间差异,积温增加幅度较大的地区主要集中在汉中―奉节―五峰―吉首―武冈―道县以东的长江中下游地区以及四川盆地、云贵高原、青海高原的个别站点。

1981—2014年贵州省黔西南州≥10℃积温的变化特征

为摸清贵州省黔西南州热量的分布和变化,促进种植业合理布局及气候资源的合理开发,采用5d滑动平均法研究贵州省黔西南州1981—2014年≥10℃积温和积温日数的分布规律与年际变化特征。结果表明:近34年黔西南州≥10℃积温和积温日数均呈上升趋势,趋势性变化达显著水平;≥10℃积温和积温日数从北至南均呈逐渐增加趋势,南部增幅较北部明显,二者的空间分布较一致。≥10℃积温和积温日数变化除贞丰县呈减少趋势外,其余地区均呈增加趋势,其中,望谟县≥10℃积温增加最明显,晴隆县≥10℃积温日数增加最明显。年平均气温升高1℃,则≥10℃积温将增加101.3~503.7℃·d,≥10℃积温日数将延长1.5~20.7d。

陕西关中西部近50年10℃界限温度气候特征变化分析

为了研究气候变暖背景下10℃界限温度的变化规律,用现代气候变化理论与数理统计方法,分析陕西关中西部近50年日平均气温稳定通过10℃的初终日期、间隔日数及其积温变化特征。结果表明:关中西部日平均气温≥10℃的初日呈显著提早趋势,终日呈波动推迟趋势。初终日之间间隔日数显著增加。≥10℃期间的积温以56.568℃·d/10 a的幅度显著增加。积温年代际波动增加,冷暖交替频繁。