甘肃粮食产量响应气候变化敏感区研究

摘要: 利用1963―2007年44a气象和粮食产量资料，研究甘肃区域主要粮食产量对气候变化的响应。结果表明：甘肃降水异常的敏感区主要在河西中西部的玉门和陇中的定西一带，河西与河东过渡地带是甘肃气温异常的敏感区。该区域春小麦产量对降水变化的响应很敏感，对气温较敏感。

关键词：甘肃气候区域响应敏感区

引 言

全球气候变化将对农业产生重大影响，其中对一些区域的影响是不利的，尤其是那些适应、调整能力差，生产异常脆弱的地区，许多国家都对此做了认真研究，以便及时采取对策，对农业做出相应调整。全球变化区域响应的敏感性是指一个系统对气候变化因素的响应程度，其响应可以是不利的，也可以是有利的，产生作用的方式可以是直接的，也可以是间接的。

甘肃是农业省份，地处我国黄土高原、内蒙古高原与青藏高原的交汇处，地势西南高、东北低，以山地和高原为主，分属黄河流域、长江流域及内陆河流域。气候类型复杂多样，具有气候干燥少雨，气温日、年较差大，太阳辐射强，光照充足，雨热同季等大陆性显著的气候特征。也是气候变化脆弱地区，气候变化对粮食产量影响显著。特别是上个世纪后半叶变暖异常突出的背景下，甘肃主要粮食作物（小麦、玉米、马铃薯、糜子、谷子）响应气候变化的敏感区域如何？研究该区域敏感区域对生产、生态等十分重要，本文对此进行了研究。

1．资料与方法

本文主要利用1981～2007年27年甘肃全省种植区春小麦71个县区单产量，冬小麦28个县区单产量，玉米65个县区单产量，马铃薯65个县区单产量，糜子42个县区单产量，谷子42个县区单产量资料和同

期全省60个气象站4-10月气温、降水观测资料，1963―2007年定西市春小麦单产资料。

用EOF（经验正交函数）分解提取产量场主要信息，采用Petitt方法[10，11]计算变点和滑动t检验方法，采用了小波分析方法[12，13] 分析周期。涉及计算资料进行标准化处理。

2．气候变化敏感区

2.1 基本气候特点

甘肃省气候具有东南季风区向内陆干旱区过渡的特征，冬季漫长寒冷，夏季短暂温热，春季长于秋季，干旱少雨，地区差异显著。年降水量多年平均在40～760mm之间，其中河西大部为40～200mm，河东为400～760mm，最大降水中心在陇南的康县（757.3mm），最小中心在河西西部的敦煌（42.2mm）。全省年平均降水量为407mm，整体呈下降趋势。河西地区的年平均降水量为159mm，降水呈略增加的趋势，每10年约增加0.2mm；河东地区年平均降水量为483mm，降水呈减少趋势，每10年约减少0.12mm；其中1960年代降水相对偏多（偏多10%），1980年代次之（偏多4%），1990年代以来最少（偏少3%）；降水主要集中在夏季，占年降水的45～70%。年平均气温在0～15℃之间，分布趋势自东南向西北，由盆地、河谷向高原、高山逐渐递减。年平均气温为7.7℃，自1980年代中期以来，整体上呈上升趋势，每10年约上升0.098℃；1961～1986年相对偏冷（平均偏低0.3℃），1987年至2007年相对偏暖（平均偏高0.5℃）。

2.2 降水异常的敏感区

4-10月是作物主要生长时段，占年总降水量的90%以上；11月至来年3月份绝大多数植被停止生长或生长缓慢，期间降水量较少。

4-10月间降水距平百分率、气温距平的EOF1的方差贡献分别为53.7%、79.7%。降水异常的EOF1空间分布上有两个大振幅中心，分别在河西中西部的玉门和陇中的定西一带，旱（涝）在这些地区反映最为明显，表明了这里是甘肃降水异常的敏感区。

气温异常的EOF1空间分布上大振幅中心在河西与河东过渡地带，冷（热）异常在这里反映最明显，还区域是甘肃气温异常的敏感区。

3．作物产量变化敏感区

通过对1981～2007年产量做EOF分解，EOF第一空间型（EOF1）反映作物产量场主要变化特征，概括出产量变化的主要特征。各作物EOF1对总方差的解释率较高，全区一致性程度马铃薯最高，糜子、谷子最低。

春小麦的EOF1解释了总方差的44%，陇中盆地、陇东高原地区数值较小，河西地区数值较大，酒泉最大。可见，甘肃春小麦产量中部变幅最小，河西的酒泉一带变幅最大。

冬小麦的EOF1解释了总方差的63%，大值区在陇中盆地，这里是甘肃冬春小麦产量变化的最敏感区。

玉米的EOF1解释了总方差的47%，陇中盆地和陇南山区地区数值较小，河西西部、陇东高原和甘南高原一带值较大。可见，甘肃玉米产量变化最敏感区主要在河西西部，陇中盆地和陇南山区地区产量年际变幅最小。

马铃薯的EOF1解释了总方差的71%，陇中盆地和陇南山区地区的部分数值较小，其余地方数值较大。揭示了陇中盆地和陇南山区地区马铃薯产量较为稳定，对气候变化不是太敏感。

糜子的EOF1解释了总方差的47%，陇东高原和河西走廊东部数值较大，产量年际变幅大；其余地方数值较小，产量年际变化小。可见，甘肃糜子产量变化在河西走廊东部和陇东高原最敏感、陇东南地区和河西走廊西部区相对稳定。

谷子的EOF1解释了总方差的31%，河西走廊西部的部分地方和陇南山区的部分地方数值较大，产量年际变幅较大；其余地方数值较小，产量年际变幅较小。由此可见，谷子产量在河西部分地方和陇南山区部分为敏感区。

从以上分析可见，对于喜热性作物敏感区与气温异常的敏感区对应较好，需水量大的作物与降水异常的敏感区对应较好；作物产量变化的敏感区域与降水、气温异常的敏感区相对应较好，体现出甘肃粮食产量对气候变化存在着明显响应。

4．作物产量时间响应

从作物空间敏感区看到，相对而言陇中地区是最敏感区域，选取该区域的定西代表典型敏感区，进一步分析甘肃最主要作物―春小麦，在时间上对气候变化的响应。

在1963―2007年45a间，定西市春小麦单产量 相对变幅平均为23.4%，最大变幅为67.6%；偏丰年有25a，偏欠年20a。1982年和1999年是为Petitt变点，在a=0.005水平上滑动t检验突变显著，表明定西市春小麦单产在1982年和1999年附近存在突变，在1982年之前处于相对低产阶段，1982-1999年间相对高产阶段，1999年后再次转入低产阶段。

5．结论

甘肃降水异常的敏感区主要在河西中西部的玉门和陇中的定西一带，河西与河东过渡地带是甘肃气温异常的敏感区。

甘肃春小麦在河西的酒泉一带变幅最大，为最敏感区；陇中盆地是甘肃冬春小麦产量变化的最敏感区；玉米产量变化最敏感区主要在河西西部；糜子产量在河西走廊东部和陇东高原最敏感；谷子敏感区在河西部分地方和陇南山区部分地方。作物产量变化的敏感区域与降水、气温异常的敏感区相对应较好，甘肃粮食产量对气候变化存在着明显响应。

参考文献：

［1］IPCC.Summary for policymakers of the synthesis report of the IPCC fourth assessment report [M]. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2007.

［2］Houghton J T,Ding Y H,GriggsD G,et al.Climate change 2001:The scientific basis. Contribution of working groupⅠto the third assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M].Cambridge,United Kingdom: Cambridge University Press,2001.