1961—2020年中国北方向日葵种植区干湿变化特征及其成因分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639（2022）-06-1033

干旱气象 ›› 2022, Vol. 40 ›› Issue (6): 1033-1041.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639（2022）-06-1033

1961—2020年中国北方向日葵种植区干湿变化特征及其成因分析

王晓晨¹^,²(), 马雪晴¹^,², 和骅芸¹^,², 任思琪¹^,², 唐书玥¹^,², 赵金媛¹^,², 潘志华¹^,², 王靖¹^,², 潘学标¹^,², 胡琦¹^,²()

1.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193
2.中国气象局-中国农业大学农业应对气候变化联合实验室，北京 100193

收稿日期:2022-07-11 修回日期:2022-08-04 出版日期:2022-12-31 发布日期:2023-01-10
通讯作者: 胡琦
作者简介:王晓晨（1993—），女，汉族，黑龙江哈尔滨人，博士生，主要从事农业气象灾害评估等方面研究.E-mail：wangxiaochen@cau.edu.cn。
基金资助:
内蒙古自治区科技重大专项(2020ZD0005);国家重点研发计划项目(2021YFD1901104)

Characteristics of dry and wet changes in sunflower growing areas in northern China and their causes from 1961 to 2020

WANG Xiaochen¹^,²(), MA Xueqing¹^,², HE Huayun¹^,², REN Siqi¹^,², TANG Shuyue¹^,², ZHAO Jinyuan¹^,², PAN Zhihua¹^,², WANG Jing¹^,², PAN Xuebiao¹^,², HU Qi¹^,²()

1. College of Resources and Environmental Sciences， China Agricultural University， Beijing 100193， China
2. China Meteorological Administration-China Agricultural University Joint Laboratory for Addressing Climate Change in Agriculture， Beijing 100193， China

Received:2022-07-11 Revised:2022-08-04 Online:2022-12-31 Published:2023-01-10
Contact: HU Qi

摘要/Abstract

摘要：

中国北方向日葵种植区域主要位于干旱区和半干旱区，产量受干湿条件制约，气候变化背景下水热资源变率大，对产量形成带来一定影响。利用中国北方向日葵种植区域296个气象台站逐日观测数据，基于降水量和作物蒸散量计算的湿润指数、标准化降水蒸散指数（SPEI），分析1961—2020年向日葵生长季干湿状况时空变化特征，并利用敏感性和贡献率法分析气候变化背景下主要气象因子对作物蒸散量的影响，探讨干湿状况变化成因。结果表明：中国北方向日葵生长季干旱频率总体表现为由西向东递减的空间分布特征，其中北疆、宁夏北部及内蒙古西部干旱频率较高。近60 a向日葵种植区生长季降水量和蒸散量均呈下降趋势，SPEI在1980年前后发生突变，较突变前（1961—1980年）相比，1981—2020年轻、中、重旱频率分别下降5.63%、4.41%、2.49%。不同区域干湿状况变化存在明显差异，其中内蒙古赤峰、辽宁南部和华北平原等地区气候呈暖干化趋势，内蒙古西部和新疆等地气候变湿。近60 a向日葵生长季温度和相对湿度变化增加了作物蒸散量，但日照时数和风速变化减少了作物蒸散量，55.39%的站点风速和日照时数对作物蒸散量的贡献率大于温度的贡献率，导致作物蒸散量减少。

关键词: 中国北方, 向日葵种植区, 干湿变化, 湿润指数, 作物蒸散量, 敏感系数, 贡献率

Abstract:

The sunflower growing region in northern China is mainly located in arid and semi-arid areas, and the yield is governed by wet and dry conditions. The non-homogeneous variation of water resources between different regions in the context of climate change has increased uncertainty of sunflower production. Based on daily meteorological data from 296 stations in the sunflower growing region in northern China, the wetness index and standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) calculated on the basis of precipitation and crop evapotranspiration are used to analyze the spatial and temporal characteristics of dry and wet conditions and the influence of major meteorological factors on crop evapotranspiration in the sunflower growing season from 1961 to 2020, and the causes of changes in dry and wet conditions are explored by using sensitivity and contribution rate method. The results show that the frequency of drought in sunflower growing season in northern China generally presented a spatial distribution decreasing from west to east, among which the frequency of drought was higher in northern Xinjiang, northern Ningxia and western Inner Mongolia. In the last 60 years, both precipitation and evapotranspiration in sunflower growing season decreased. The SPEI had an abrupt change in 1980, and compared with the period of 1961-1980, the frequency of slight, medium and severe drought during 1981-2020 generally decreased by 5.63%, 4.41%, 2.49%. Obvious differences between different regions in terms of dry and wet conditions were found, with the climate in Chifeng of Inner Mongolia, southern Liaoning and the North China plain showing a warm and dry trend, and the climate in western Inner Mongolia and Xinjiang becoming wet. The change in temperature and relative humidity increased crop evapotranspiration, but the change in sunshine hours and wind speed decreased crop evapotranspiration in the last 60 years in sunflower growing season. The contribution rate of wind speed and sunshine hours at 55.39% stations to crop evapotranspiration is greater than that of temperature, resulting in a significant decrease of crop evapotranspiration.

Key words: northern China, sunflower planting area, wet and dry variation, wetness index, crop evapotranspiration, sensitivity coefficient, contribution rate

中图分类号:

王晓晨, 马雪晴, 和骅芸, 任思琪, 唐书玥, 赵金媛, 潘志华, 王靖, 潘学标, 胡琦. 1961—2020年中国北方向日葵种植区干湿变化特征及其成因分析[J]. 干旱气象, 2022, 40(6): 1033-1041.

WANG Xiaochen, MA Xueqing, HE Huayun, REN Siqi, TANG Shuyue, ZHAO Jinyuan, PAN Zhihua, WANG Jing, PAN Xuebiao, HU Qi. Characteristics of dry and wet changes in sunflower growing areas in northern China and their causes from 1961 to 2020[J]. Journal of Arid Meteorology, 2022, 40(6): 1033-1041.

图/表 8

图1 研究区及296个气象站点分布

Fig.1 Study area and distribution of 296 meteorological stations

图2 1961—2020年中国北方向日葵种植区生长季湿润指数K空间分布

Fig.2 The spatial distribution of humid index K during sunflower growth period in planting areas in northern China from 1961 to 2020

图3 1961—2020年中国北方向日葵种植区生长季K指数气候倾向率（单位：/10 a）分布

Fig.3 The distribution of climatic tendency rate of K index during sunflower growth period in planting areas in northern China from 1961 to 2020（Unit： /10 a）

图4 1961—2020年中国北方向日葵种植区生长季不同等级干旱频率空间分布（单位：%）（a）轻度干旱，（b）中度干旱，（c）重度干旱

Fig.4 The spatial distribution of occurrence frequency of drought with different levels during sunflower growth period in planting areas in northern China from 1961 to 2020（Unit： %）（a） light drought，（b） medium drought，（c） serious drought

图5 1961—2020年中国北方向日葵种植区生长季SPEI的M-K突变检验（a）及年代际尺度不同等级干旱出现频率（b）

Fig.5 The M-K mutation test of SPEI during the growing period of sunflower in planting areas in northern China from 1961 to 2020 （a） and inter-decadal variation of occurrence frequency of drought with different levels （b）

图6 1961—2020年中国北方向日葵种植区生长季降水量（a）和作物蒸散量（b）气候倾向率空间分布[单位：mm·（10 a）-1]

Fig.6 The spatial distribution of climatic tendency rate of precipitation（a）and evapotranspiration（b）during the growing period of sunflower in planting areas in northern China from 1961 to 2020 （Unit： mm·（10 a）-1）

图7 1961—2020年中国北方向日葵种植区生长季作物蒸散量对气象因子的敏感系数空间分布（a）温度，（b）相对湿度，（c）日照时数，（d）风速

Fig.7 Spatial distribution of sensitivity coefficient of ETc to main meteorological factors during growing period of sunflower in planting areas from 1961 to 2020 in northern China （a） temperature，（b） relative humidity，（c） sunlight hour，（d） wind speed

图8 1961—2020年向日葵种植区气象因子对向日葵生长季蒸散量的贡献率空间分布（单位：%）（a）温度，（b）相对湿度，（c）日照时数，（d）风速

Fig.8 Spatial distribution of contribution rate to ETC of main meteorological elements during growing period of sunflower in planting regions from 1961 to 2020 in northern China（Unit： %）（a） temperature，（b） relative humidity，（c） sunlight hour，（d） wind speed

参考文献 30

[1]	IPCC. Climate change 2021: the physical science basis[R]. Cambridge: Cambridge University Press, 2021.
[2]	赵俊芳, 郭建平, 徐精文, 等. 基于湿润指数的中国干湿状况变化趋势[J]. 农业工程学报, 2010, 26(8):18-24.
[3]	申双和, 张方敏, 盛琼. 1975—2004年中国湿润指数时空变化特征[J]. 农业工程学报, 2009, 25(1):11-15.
[4]	胡琦, 胡莉婷, 董蓓, 等. 1961—2014年中国干湿气候时空变化特征及成因分析[J]. 农业工程学报, 2017, 33(4):124-132.
[5]	高红霞, 唐红艳. 45年来内蒙古兴安盟作物生长季干旱时空特征[J]. 干旱区资源与环境, 2019, 33(1):143-147.
[6]	万智巍, 贾玉连, 章鸣, 等. 1470—2014年鄱阳湖流域干湿变化与特征分析[J]. 干旱区资源与环境, 2018, 32(6):114-119.
[7]	张卓群, 冯冬发, 侯宇恒. 基于Copula函数的黄河流域干旱特征研究[J]. 干旱区资源与环境, 2022, 36(1):66-72.
[8]	薛联青, 杨明智, 汤骅, 等. 基于干旱等级划分的叶尔羌河流域水资源配置评价研究[J]. 干旱区资源与环境, 2015, 29(4):91-96.
[9]	裴彬. 近30年来甘肃气候变化趋势及其对干湿状况的影响[J]. 干旱区资源与环境, 2009, 23(9):90-94..
[10]	张存杰, 任玉玉, 曹丽娟, 等. 近60年中国干湿气候变化特征及其未来趋势预估[J]. 气候变化研究快报, 2021, 10(6):14.
[11]	迪丽努尔·托列吾别克, 李栋梁. 近115 a中亚干湿气候变化研究[J]. 干旱气象, 2018, 36(2):185-195. DOI
[12]	史津梅, 唐红玉, 许维俊, 等. 1959—2003年青海省干湿变化分析[J]. 气候变化研究进展, 2007,(6):356-361.
[13]	张剑明, 黎祖贤, 章新平. 近50年湘江流域干湿气候变化若干特点[J]. 灾害学, 2009, 24(4):95-101.
[14]	冉津江, 季明霞, 黄建平, 等. 中国北方干旱区和半干旱区近60年气候变化特征及成因分析[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2014, 50(1):46-53.
[15]	朱光磊, 佟守正, 赵春子. 嫩江流域参考作物蒸散量时空变化及其气候归因[J]. 应用生态学报, 2022, 33(1):201-209. DOI
[16]	云文丽, 侯琼, 李建军, 等. 基于作物系数与水分生产函数的向日葵产量预测[J]. 应用气象学报, 2015, 26(6):705-713.
[17]	宋殿秀, 依兵, 崔良基, 等. 开花期干旱胁迫对向日葵叶片光合特性的影响[J]. 辽宁农业科学, 2017(4):1-6.
[18]	武荣盛, 李云鹏, 吴瑞芬, 等. 内蒙古麦后移栽向日葵精细化气候适宜性区划[J]. 干旱气象, 2021, 39(5):807-815. DOI
[19]	ALLEN R G, PEREIRA L S, RAES D, et al. Crop evapotranspiration guidelines for computing crop water requirements[M]. Rome: FAO of United Nations, 1998.
[20]	智建奇, 武海丽, 郑义, 等. 晋西北地区食用向日葵栽培技术[J]. 农村经济与科技, 2021(4):24-25.
[21]	杨栋, 冯国荣. 河套地区食用向日葵高产技术要点[J]. 现代农业, 2020(4):30.
[22]	宋志鹏, 王贺亚, 王斌, 等. 塔额垦区食用型向日葵引种试验[J]. 现代农业, 2018(2):14-16.
[23]	裴福军, 王兰云, 刘福新, 等. 白城地区向日葵需水规律的研究[J]. 吉林气象, 1998(3):22-23.
[24]	王菱, 谢贤群, 李运生, 等. 中国北方地区40年来湿润指数和气候干湿带界线的变化[J]. 地理研究, 2004, 23(1):45-54
[25]	韦潇宇, 胡琦, 马雪晴, 等. 基于SPEI的华北平原夏玉米生长季干旱时空变化特征[J]. 干旱气象, 2018, 36(4):554-560.
[26]	BEVEN KA. Sensitivity analysis of the Penman-Monteith actual evapotranspiration estimates[J]. Journal of Hydrology, 1979, 44(3):169-190. DOI URL
[27]	魏凤英. 现代气候统计诊断与预测技术[M]. 北京: 气象出版社, 1999.
[28]	张煦庭, 潘学标, 徐琳, 等. 基于降水蒸发指数的1960—2015年内蒙古干旱时空特征[J]. 农业工程学报, 2017, 33(15):190-199.
[29]	李秋月, 潘学标, 王丽, 等. 内蒙古地区气候资源变化趋势分析[J]. 中国农业气象, 2011, 32(增刊1):19-23.
[30]	胡琦, 董蓓, 潘学标, 等. 不同时间尺度下华北平原干湿气候时空变化及成因分析[J]. 中国农业气象, 2017, 38(5):267-277.

1961—2020年中国北方向日葵种植区干湿变化特征及其成因分析

Characteristics of dry and wet changes in sunflower growing areas in northern China and their causes from 1961 to 2020

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 30

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

[1]	安琳莉, 黄建平, 任钰, 张国龙. 中国北方旱区陆地水储量变化特征及其归因分析[J]. 干旱气象, 2022, 40(2): 169-178.
[2]	蒋元华, 曾向红, 段丽洁, 汤亦豪, 吴浩. 湖南省汛期降水结构演变特征分析[J]. 干旱气象, 2021, 39(4): 554-562.
[3]	刘鸣彦, 房一禾, 孙凤华, 赵春雨, 侯依玲, 崔妍, 周晓宇. 气候变化和人类活动对太子河流域径流变化的贡献[J]. 干旱气象, 2021, 39(2): 244-251.
[4]	檀艳静, 胡程达, 史桂芬. 黄淮海区域参考作物蒸散量的时空变化特征及影响因素#br#[J]. 干旱气象, 2020, 38(5): 794-803.
[5]	周甘霖, 李耀辉, 孙旭映, 张铁军, 赵采玲. 我国北方不同下垫面地表能量通量的变化特征[J]. 干旱气象, 2019, 37(4): 577-585.
[6]	祁栋林1，2，赵全宁1，赵慧芳1，韩廷芳3，苏文将1. 2004—2017年青海省降尘的时空变化特征及区域差异[J]. 干旱气象, 2018, 36(6): 927-.
[7]	杨艳娟1，曹经福1，熊明明1，赵玉娟2. 影响海河流域参考作物蒸散量的气象因子定量分析[J]. 干旱气象, 2017, 35(3): 367-.
[8]	李耀辉1，周广胜2,3，袁星4，张宏升5，姚玉璧1，封国林6，王润元1，郭铌1，张存杰6，张强7，侯威4，黄建平8，等. 干旱气象科学研究——“我国北方干旱致灾过程及机理”项目概述与主要进展[J]. 干旱气象, 2017, 35(2): 165-174.
[9]	代海燕1，都瓦拉1，王晓江2，李丹1，安丽娟3. 基于GIS的内蒙古林业气候区划[J]. 干旱气象, 2017, 35(2): 337-341.
[10]	汪彪，曾新民，刘正奇，周霄林，所靖东. 中国西北地区参考作物蒸散量的估算与变化特征[J]. 干旱气象, 2016, 34(2): 243-251.
[11]	祁栋林，李甫，肖建设，李晓东，肖宏斌，赵慧芳，苏文将. 近53 a来祁连山南北坡潜在蒸散量及地表湿润度变化趋势分析[J]. 干旱气象, 2016, 34(1): 26-33.
[12]	王健，吕新，王江丽. 北疆地区参考作物蒸散量时空变化特征[J]. 干旱气象, 2015, 33(1): 63-69.
[13]	张存杰，王　胜，宋艳玲，蔡雯悦. 我国北方地区冬小麦干旱灾害风险评估[J]. 干旱气象, 2014, 32(6): 883-893.
[14]	董安祥，王劲松，李忆平. 1920 年中国北方 7 省(市)大旱的灾情及其成因[J]. 干旱气象, 2013, 31(4): 750-755.
[15]	董安祥，李耀辉，柳媛普. 1941 ～ 1943 年中国北方大旱的特点及其影响[J]. J4, 2011, 29(4): 423-426.