設施農業低溫寡照的影響

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1資料

選取吐魯番農業氣象試驗站和鄯善氣象站30a（1981—2010）秋冬季（前一年11月至當年2月）的逐日平均氣溫、日最低氣溫、日照時數、連續陰雪天數。吐魯番農業氣象實驗站為吐魯番盆地火焰山以南地區代表站，鄯善氣象站是火焰山以北地區代表站，分別簡稱為吐魯番盆地山南和山北地區。降溫定義為2006年11月1日實施的國家標準《冷空氣等級》和引自《新疆氣象手冊》[1]，弱冷空氣是使某地的日最低氣溫48h內降溫幅度＜6℃的冷空氣；中等強度冷空氣，使某地的日最低氣溫48h內≤6℃降溫幅度＜8℃的冷空氣是較強冷空氣，使某地的日最低氣溫48h內降溫幅度≥8℃，但未能使該地日最低氣溫下降到8℃或以下的冷空氣；強冷空氣，使某地的日最低氣溫48h內降溫幅度≥8℃，而且使該地日最低氣溫下降到8℃或以下的冷空氣；寒潮，使某地的日最低氣溫24h內降溫幅度≥8℃，或48h內降溫幅度≥10℃，或72h內降溫幅度≥12℃，而且使該地日最低氣溫下降到4℃或以下的冷空氣。寡照定義參照文獻[2]，分為輕度、中度和重度三級。輕度寡照，以連續3d無日照，或4d中有3d無日照且另外一天日照時數≤3h；中度寡照，以連續4—7d無日照或連續7d日照時數≤3h；重度寡照，以>7d無日照或連續10d以上日照時數≤3h。

2吐魯番地區近30a秋冬季溫度變化特征

2.1秋冬季平均溫度及其變化

秋冬季溫度是影響設施農業作物生長的重要氣象要素之一。不同作物以及同一種作物在不同生長發育階段對溫度的要求是不同的。吐魯番盆地秋冬季氣溫受地形、地理環境的影響，年際間變化明顯，同一年山南山北也存在差異。1981—2010年，吐魯番盆地山南地區秋冬季平均氣溫-4.4℃，山北地區-6.2℃。其中，山南11月至次年2月的逐月平均氣溫分別為3.4℃、-6.0℃、-7.6℃和0.3℃，而山北秋冬季4個月的平均氣溫依次分別為1.4℃、-7.3℃、-9.2℃和-2.0℃。吐魯番地區山南山北秋冬季氣溫的各年代平均值見。吐魯番山南地區20世紀80年代秋冬季平均氣溫為-4.8℃，90年代為-3.6℃，2001—2010年為-4.9℃；山北地區20世紀80年代為-6.5℃，90年代為-5.5℃，2001—2010年為-6.6℃。山南與山北地區的秋冬季氣溫的年代際變化趨勢相似，20世紀90年代較80年代明顯上升，而21世紀第一個10a較前10a明顯下降，接近20世紀80年代。吐魯番盆地山南和山北地區的秋冬季平均氣溫在1981—1995年間呈上升趨勢，2001—2010年變化較為平穩（圖1）。山南地區秋冬季最高的平均氣溫為-1.9℃（1989年），最低的秋冬季平均氣溫為-7.3℃（1984年）。山北地區冬季最高的平均氣溫為-3.7℃（1998年），最低的秋冬季平均氣溫為-8.8℃（1984年）。

2.2冬季極端最低氣溫

極端最低氣溫是設施農業生產整體布局以及引種的重要氣候參考指標。整個冬季吐魯番山南地區溫度高，而山北地區低，冬季平均氣溫相差1.5～2.0℃，極端最低氣溫相差1.4～3.3℃。在全球氣候變暖的背景下，也會在暖冬季節出現階段性低溫[3]。吐魯番地區山南和山北地區1981—2010年冬季最低溫度變化見圖2。山南地區日最低氣溫冬季平均值20世紀80年代為-17.7℃，90年代為-17.0℃，較前10年上升了0.7℃，2001—2010年為-18.5℃，較前10年下降1.5℃。1981—2010年冬季極端最低氣溫大部分在-17.0℃～-20.0℃之間波動；20世紀80年代最低值-22.7℃，90年代最低值-21.4℃，呈升高趨勢，2001—2010年最低值-21.7℃，略低于前10年的最低值。1981—2010年30a極端最低氣溫-22.7℃（出現在1984年12月27、28、29、30日四天，4d的最低溫度均是-22.7℃）。山北地區日最低氣溫冬季平均值在20世紀80年代為-19.3℃，90年代為-19.5℃，2001—2010年為-21.5℃，呈下降趨勢。1981—2010年冬季極端最低氣溫大部分在-18～-21℃之間波動；20世紀80年代極值-24.1℃，90年代極值-24.7℃，較前10年的極值略有下降，2001—2010年極值-24.0℃，較前10a略上升，接近20世紀80年代。1981—2010年30a極端最低氣溫-24.7℃（1998年1月21日）。

2.3強降溫過程

按前述冷空氣等級的統計標準，統計吐魯番盆地山南、山北地區1981—2010年11—2月出現強降溫次數（圖3）。近30a，山南和山北地區出現各類降溫共78和116次，平均每年出現2.6次和3.9次，最多年份山南5次（出現了3a），山北7次（2006年）；從年代際變化來看，山南：20世紀80年代20次，90年代21次，2001—2010年37次；山北20世紀80年代34次，90年代37次，2001—2010年45次，均呈增多趨勢，出現次數山南明顯少于山北地區。吐魯番盆地山南、山北地區11—2月出現各中等強度冷空氣出現次數最多，分別為30次、51次，占總次數的38.5%、44%，較強冷空氣出現次數最少，山南未出現，山北地區出現7次，占總次數6%。山南地區出現弱冷空氣和強冷空氣入侵均為20次，占總次數的25.6%。山北地區出現寒潮22次，占總次數的19%，弱冷空氣入侵21次，占總次數的18.1%。吐魯番盆地在11月中至下旬基本入冬，到翌年的2月上、中旬結束。由于吐魯番所處的地理環境，盆地熱效應使得與只有一山之隔的北疆溫差較大，在遇到較強的冷空氣自西向東、自北向南活動的過程中，在天山北坡堆積，翻山后形成對吐魯番影響范圍最廣的大風降溫[4]。

3吐魯番地區近30a日照變化特征

3.1日照時數變化特征

日照時數是表征太陽輻射強弱的氣象要素之一，特別是每年11—2月的日照時間的長短，對日光溫室果蔬生長有著直接影響。吐魯番盆地山南、山北地區近30a冬季平均日照時數分別為457.2h和565.4h，光照條件相對較好，最多年份和最少年份變化幅度較大，山南冬季日照時數最多598.2h，最少251h（圖4），冬季日照時數對設施農業溫棚瓜果和蔬菜的生長影響較大。

3.2寡照變化特征

按前述寡照的統計標準[2]，統計吐魯番盆地山南、山北地區1981—2010年寡照出現次數（圖5）。吐魯番盆地的寡照次數在20世紀80年代中后期較為頻繁，90年代呈減少趨勢，進入21世紀的10年間，前期又呈增多趨勢，且強度較強，后期又略減少。吐魯番盆地秋冬季節發生的寡照等級情況（）。山南地區的輕度寡照次數最多，出現21次，中度、重度均出現了12次；山北地區以中度寡照次數最多，出現了12次，輕度次之。從出現時間看，山南和山北地區同樣以隆冬季節的12月、1月居多，11月較少，2月未發生。低溫、寡照現象不是單獨出現的。首先受較強的天氣系統影響，其次伴隨多種天氣現象（大風、連續陰、降雪等）綜合影響的結果。持續時間最長的低溫、寡照事件出現在1990年11月28日—12月10日13d內日照時數僅5.3h，最低氣溫由-1.4℃下降到-13.2℃，1999年12月10日—21日12d內日照時數僅2.6h，伴有微量降雪。

4低溫寡照對吐魯番地區設施農業的影響

4.1溫棚蔬菜生長對溫度和光照的要求通過分析溫室蔬菜各主要發育期對熱量和光照的要求[5]，結合近幾年來走訪吐魯番地區多處溫室大棚種植戶以及地區設施農業科技示范園的種植專家，總結歸納了吐魯番地區溫室大棚各類蔬菜的具體溫度和日照指標（）。

4.2近幾年吐魯番盆地秋冬季低溫、寡照典型事例及其對溫棚瓜果和蔬菜的影響

吐魯番盆地秋冬季的低溫、寡照事件時有發生，持續低溫天氣和連續陰雪天氣對當地發展規模迅速的設施農業帶來了危害，造成溫棚瓜果和蔬菜不同程度凍害。以下列出了一些典型的低溫寡照事件。2010年12月16—27日吐鄯托盆地出現持續低溫。該次低溫陰雪過程是自2003年冬季以來持續時間最長的一次連陰雪天氣，日平均氣溫較歷年同期值偏低8～10℃，日最低氣溫吐魯番（山南）達到-11～-14℃之間，鄯善（山北）達到-14～-18℃之間，地面最低溫度吐魯番（山南）在-12.6～-21.2℃之間，鄯善（山北）在-17.9～-22.6℃之間。12月23—24日吐魯番市出現小雪（0.7mm），積雪厚度為1cm，鄯善出現中雪（4.5mm），積雪厚度達4cm；25—27日各地普遍出現微到小雪天氣。2011年1月3—23日吐鄯托盆地出現持續低溫天氣。2011年1月上、中旬吐魯番盆地平均氣溫較歷年同期值偏低5.6～7℃；日最低氣溫吐魯番（山南）在-16.8～-21.7℃之間，鄯善（山北）在-19～-24.0℃之間，地面最低溫度吐魯番（山南）在-20.7～-25.4℃之間，鄯善（山北）在-20.5～-24.4℃之間。1987年11月24—26日吐魯番盆地出現寒潮過程，伴隨大風、降雪，最大風力10級（33m/s），25—26日大雪，降雪量8.7mm，氣溫突降，日平均氣溫從1.8℃降到-16.0℃，最低氣溫從-3.9℃降到-20.5℃，地面最低溫度從-4.7℃降到-22.1℃。

5應對措施

5.1應對低溫的措施

遇到冷空氣入侵或連陰天時，應對低溫可采取以下措施：（1）增設暖風爐或火道等增溫設施，及時補溫。（2）上午晚揭棉被，下午早蓋棉被。（3）雪天注意及時清掃積雪，天晴后及時晾曬棉被，以便增加棉被的保暖性。（4）有條件的最好在棉被上面加蓋一層舊棚膜，不但保護棉被不被淋濕，而且也可以提高溫室內的溫度。注意檢查溫室放風口及出入口的密封性。（5）適當保持土壤濕度有利于提高地溫（控制灌水）。（6）有條件的溫室可在溫室內增加10～20盞日光燈或白熾燈，一方面增加光照另一方面可以提高溫室內的溫度（夜間控制10h不開燈，主要在早或晚補光增溫）。（7）燃放煙熏劑，當遇到極端低溫時可在室內每隔1～15m燃放一包煙熏劑，一方面可以防治蟲害，另一方面可以防止農作物受凍。

5.2應對寡照的措施

連陰天注意掀放棉被，不要因為降溫和光照弱而不掀棉被，陰天也要讓菜苗見弱光，以免久陰乍晴，造成菜苗打蔫，影響蔬菜生長。

5.3加強田間管理

及時防治蟲害和病害，科學合理整枝，多打除底部老葉，增加地面受光面積，增加地溫和地面蓄熱能力。

6結論

吐魯番盆地山南與山北地區秋冬季平均氣溫的年代際變化趨勢相似，20世紀90年代較前10年明顯上升，21世紀第一個10年較前10年明顯下降，接近20世紀80年代。山南和山北地區秋冬季極端最低溫度的年代際變化趨勢與秋冬季平均氣溫相似。1981—2010年吐魯番盆地冬季強降溫過程次數21世紀第一個10a較前10a明顯增多，山北地區明顯多于山南地區。吐魯番盆地近30a秋冬季日照時數平均為460～570h，最多年份和最少年份變化幅度較大。近30a秋冬季出現寡照的次數以12月最多，1月次之，11月最少，2月份未發生。近30a秋冬季的寡照次數沒有明顯的趨勢變化，但是進入21世紀以來，有一個相對高發階段。火焰山以南地區出現寡照次數明顯多于山北。吐魯番地區秋冬季設施農業管理中，需做好增光、保溫，重點加強對低溫、寡照等極端天氣氣候事件的防御。