【毕业学位论文】（Word原稿）青岛地区气候变化及对农业生态和农业生产的影响

分类号： 密级： 公开 同 等 学 力 人 员 申 请 学 位 学 位 论 文 论文题目（中文） 青岛地区气候变化及对农业生态 和农业生产的影响 论文题目（外文） 究 生 姓 名 武斐斐 学 科 、 专 业 大气科学 气象 学 研究方向 农业气象 学位级别 理学 硕士 导师姓名、职称 尚可政 副教授 论文工作 起止年月 2011 年 3 月至 2012 年 9 月 论文提交日期 2012 年 9 月 论文答辩日期 2012 年 12月 学位授予日期 校址：甘肃省兰州市 原 创 性 声 明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 本学位论文研究内容： 可以公开 不宜公开，已在学位办公室办理保密申请，解密后适用本授权书。 （请在以上选项内选择其中一项打“ ”） 论文作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 青岛地区气候变化及对农业生态 和农业生产的影响 摘 要 20世纪近百年的气候变化是科学家、政策制定者和公众所关心的热点问题之一，而农业则是对气候变化最为敏感的行业。我国是世界上农业气象灾害多发国家，人均耕地资源少、农业经济不发达、适应能力非常有限，气候变化对我国农业影响很大。因此，研究全球气候变暖背景下气候变化以及对农业生态及农业生产的影响具有较重要的指导意义。本文搜集整理了青岛市 7个气象台站 1961 2010年 50年的气象观测资料，分析了青岛地区 农业气候资源基本特征及变化趋势 、气 候变化对农业生态及农业生产的影响，结果表明： 1、近 50年 青岛市日照时数变化呈现减少的趋势，减少趋势夏季最为明显、春季最小； 年平均气温呈明显的上升趋势 ， 在 1988 年出现突变增暖，年平均气温的上升主要表现为春季和冬季的升温；平均日最高气温北部地区高，南部沿海地区较低；平均日最低气温北部地区低，南部沿海地区较高； 0 积温 、 10 积温 南部沿海地区较高，北部山区较低，呈上升趋势； 青岛地区常年无霜期分布规律为南部沿海地区较长，北部地区较短， 各地整体近 30 年无霜期呈现延长的趋势，南部沿海地区初霜日偏晚，霜期结束早， 北部地区则相反 ； 青岛地区的降水时空分布十分不均匀，时间上 ,主要集中在夏季， 空间上 南部沿海大，北部山区小；近 50 年降水呈减少的趋势。 2、 限制青岛地区自然植被净第一性生产力的主要因素将是降水不能保持与温度的同步增加 ；极端天气气候事件逐年增多，尤其是干旱和暴雨洪涝给青岛带来的农业损失越来越严重 ； 由于气候变暖等原因，农作物病虫害的发生与损害愈加严重。 3、青岛地区近 50 年来气温上升明显，而降水却呈下降趋势，青岛又属严重缺水地区，农作物生长的水分胁迫严重，对农作物的生长发育不利；气候变暖使得青岛地区小麦适宜的播种期 由以前的 9月 23日至 10月 5 日，推迟到 10月 1 8日；极端天气气候事件的增多，对设施农业的影响也越来越大；气候变化的效应具有两面性，一方面，使得热量资源更加丰富，从而有利于地方特色农业；另一方面，降水季节分布的不均匀性增加，极端天气气候事件的增多，则是不利于农业生产。 总之，青岛近 50 年来气候变化呈现暖干化趋势，对农业生态和农业生产影响利弊共存，本文的研究可为应对青岛地区气候变暖所带来的农业气象问题提供科学依据。 关键词： 气候变化，农业，影响 F N 0th is of by to is a of to it is to of on of By 961 010 of of s to as 0 of it is in in in is 988. of is in in of is in in 0 10 in in is in in is in in in is 0 s of be as of is as of 0 is is of to of its 3 , ; of of to of of of to In 0 be is is by 1 目 录 摘 要 . 一章 绪论 . 1 选题的意义 . 1 国内外研究现状 . 3 厄尔尼诺和拉尼娜现象对全球气候的影响 . 3 我国在气候变化影响方面的研究 . 4 文的主要研究内容 . 5 第二章 资料与方法 . 6 资料 . 6 方法 . 6 第三章 青岛 地区 气候变化特征 . 7 青岛市气候概况 . 7 光能资源基本特征及变化趋势 . 8 热量资源的基本特征及变化趋势 . 11 年平均气温基本特征及变化 . 12 平均日最高气温的基本特征及变化趋势 . 14 平均日最低气温的基本特征和变化趋势 . 15 积温的基本特征和变化趋势 . 16 无霜期的基本特征和变化趋势 . 18 水分资源基本特征和变化趋势 . 19 降水量与水资源量的地区分布 . 19 降水率变化趋势分析 . 20 水分盈亏变化趋势分析 . 22 气候变化对农业生态和生态环境的影响 . 24 对自然植被的影响 . 24 对农业气象灾害的影响 . 24 对农作物病虫害的影响 . 27 本章小结 . 27 2 第四章 气候变化对农业生产的影响及对策 . 29 对农作物生产发育的影响 . 29 对冬小麦播种时间的影响 . 30 对设施农业未来发展的影响及其对策 . 31 对地方特色经济作物的影响 . 32 气候变化对崂山绿茶的影响 . 32 气候变化对平度大泽山葡萄的影响 . 35 本章小结 . 37 第 五章 青岛市气象为农服务的对策和建议 . 38 针对农业发展气象部门需要及时调整工作思路和方法 . 38 农业气象工作必须转变和更新农业气象服务的理念和内涵 . 38 调整农作物布局，加强农业科技投入 . 39 大兴水利、大力发展人影工程、开发云水资源，防御干旱灾害 . 39 建立完善的青岛市气象灾害防御规划 . 40 第六章 结论与讨论 . 41 全文总结 . 41 特色与创新点 . 41 存在问题 . 42 下一步研究计划 . 42 参考文献 . 43 致 谢 . 45 1 第一章 绪论 全球气候变化是人类迄今为止面临的最大的环境问题，也是 21 世纪人类面临的最复杂的挑战之一，近 10 多年来，气候变化问题已被列为全球十大环境问题之首，人们已经切身感受到冰川融化、干旱蔓延、作物生产力下降、动植物行为发生变异等由气候变化所带来的影响 1。尤其是 20世纪近百年的气候变化是科学家、政策制定者和公众所关心的热点问题之一。 20世纪因为有了气象仪器的观测资料，也使得科学家们有条件可以做较为精确的计算，通过观测的 20世纪近百年全球、东亚（ 70 140E， 15 60N）和中国的年平均气温和年降水量的变化，能够看出，全球、东亚和中国气候都明显变暖，其中变暖最为明显的是东亚，为 ，其次是全球， ，中国变暖较小，只有 ，三个地区都有明显的相关性，达到 95%的信度水平。与气温相比，近百年降水量的变化没有明显的趋势，全球、东亚和中国的降水都是略有增加，三个区域降水量之间也有较为明显的相关性，同样也达到 95%的信度水平。近 50年中国气候变化的特点主要是大范围的明显变暖，我国北方变暖尤其明显。冬季气候变暖，寒冷期缩短；夏 季气候变热，炎热期延长 2。 我国人均耕地资源少、农业气象灾害多发、农业经济不发达、适应能力非常有限，因此气候变化对我国农业的影响很大。所以，研究全球气候变暖背景下的青岛地区气候变化以及对农业生态及农业生产的影响，是一件十分有意义的工作 3。 选题的意义 气候变化已经对我国的生态系统及社会经济系统产生明显的影响，其中大部分是负面的或不利的影响，并且其危害将会持续甚至增加。气候作为农作物生长发育的环境条件，是人类赖以生存的重要资源，同时，农作物其产量的高低随着气候各要素的波动而变化。全球 气候变化使人类面临着巨大的挑战，其中农业是冲击最大的行业之一，因此增强气候意识，力求顺应气候变化规律，以 适应和减缓 气候变化对农业生产的影响，进而合理利用并开发有利的气候资源，保护农业生态环境，以提高农作物的产量，对我国的粮食生产安全具有重要的意义。 气候是进行农业生产的自然环境中最基本、最重要的条件之一（如图 气候周而复始，年复一年地为农业生产提供着光、热、水、空气等能量与物质资源。农业生产的稳定发展受到气候变化的严重制约。 气候变化 (暖 )对作物生长和农业生产的影响 2 主要 有 以下 三 个方面： ， (1) 对作物生长发育的影响 ：主要 有两方面 ， 一是二氧化碳浓度的增加对作物生长发育的直接影响 ， 二是气候变暖对作物生长发育的影响 （间接影响） ； (2) 对农业（作物）气候生产潜力的影响 ：一是 对光温生产潜力和气候生产潜力的影响 ，二是 对作物气候生产潜力的影响； (3) 对农业生产 及农 作物产量的影响。 图 候变化对农业生产的影响 气温升高使农业生产所需的热量资源明显增加，延长了气候生长季，但气温的升高也可能使某些病虫害和杂草的分布范围扩大，从而影响农业产量，当热量资源满足的情况下，水分则是决定农业发展和产量水平的 主要因素 【 5】 。因而，对当地气候变化特征进行深入地研究，不仅有助于该地区气候资源的合理开发与利用，也可以为预防和减少气象灾害，降低农业损失提供参考。 农业气候资源主要由光（辐射）资源、热量资源、水分资源和风资源等组成，气候的年际变化影响着农业气候资源的年际变化。青岛地区利用气候资源开展具体的农业项目的应用案例较少，特别是一些地方特色经济作物的开发与引进上气候资源的应用较少，服务比较单一。 青岛市地处我国变暖趋势较明显的地区，近年来因气候变化造成的干旱、暴雨洪涝等灾害逐年增多，对农业生产的影响非常大，给人们的 生产、生活造成的损失也越来越 3 大，因此 根据历史资料分析 青岛市 气候变化趋势，从而根据气候变化的趋势指导 青岛地区 的农业生产显得尤为重要。本文通过系统分析 青岛市 近 50 年的日照 、 气温、降水、蒸发、积温等多种气候资源变化的基本特征得出 青岛市 气候变暖 、降水减少 的趋势及其对 青岛地区 农业 生态及农业生产 的影响并提出对策与建议。 国内外研究现状 近年来，以全球变暖为主要特征的气候变化现象引起了政府、科学界和公众的广泛关注，随着全球各地一系列极端气候事件的发生及其给人类带来的巨大损失，更使气候变化问题成为一个全球性的重大 议题。在气候相关文献中，全球变暖在 2005也说明了全球变暖已成为目前气候变化研究的焦点 4。 为了推动全球气候变化对各领域影响的研究，世界气象组织 (联合国教科文组织(联合国发展署 (联合国环境署 (国际水文科学协会 (一些国际组织积极发起并推动开展了诸多国际合作研究，制定、实施了一些相应的研究计划，如世界气候计划 (国际地球生物圈计划 (全球能量水循环试验 (国际水文计划 ( 。 1988 年联合国计划署及世界气象组织联合组建了 合国政府间气候变化委员会 )，其任务主要是为政府决策者提供气候变化的事实及预测未来气候变化的趋势，以使决策者认识到人类对地球气候系统造成的危害并采取相应对策。告中给出了当前计算气候变暖的七种模式 5：加拿大气候中心模式 本东京大学模式 国马普研究所模式 大利亚科学与工业委员会模式 国气象局模式 国普林斯顿大学模式 国国家大气研究中心模式 外中国气象局国家气候中心模式 国科学院大气物理研究所模式 厄尔尼诺和拉尼娜现象 对全球气候的影响 厄尔尼诺现象及对全球气候变化的影响： 译为厄尔尼诺，意译为圣婴， 由于这种现象最严重时往往在圣诞节前后 而 得名。它是指太平洋东部秘鲁一带海水变暖的气候异常现象。使厄瓜多尔和秘鲁沿岸的海水水温急剧上升，大范围的海水温度可比常年上升 3 6 ，从而改变了传统的赤道洋流和东南信风，一定程度上减弱了赤道逆流，形成了厄尔尼诺现象 6。厄尔尼诺不仅改变了秘鲁 沿岸的海水温度，而且导致了全球气候的反常，一些国家发生洪涝甚至海啸，另一些国家发生严重干旱，给世界农业、林业和渔业等造成严重损失，甚至危及生命。如 1982的厄尔尼诺， 4 是本世纪最严重的一次，全世界有 2000 人丧生，经济损失 130 亿美元。厄尔尼诺现象往往是将一个地区常年的气候特点打乱，即原来是多雨的地区或季节降水明显偏少，低温的地区或季节气温反而异常偏高。 在厄尔尼诺现象发生的当年，中国的夏季风通常会较弱， 季风雨 带偏南，北方地区夏季容易出现干旱、高温天 。 拉尼娜现象及对全球气候变化的影响：拉尼娜现象是指太平洋赤道地区中、东部大规模的表层海水温度持续异常变冷的现象，由于这种现象与厄尔尼诺所形成的海水温度变暖正好相反，所有也称其为“反厄尔尼诺”。拉尼娜对全球气候变化的影响与厄尔尼诺相反，她不会扭曲某个地区的气候特征，相反而是使干旱的地区更干旱，潮湿的地区更潮湿 7。拉尼娜往往继厄尔尼诺之后到来，使太平洋降温，使美国沿海受飓风袭击次数明显上升，澳大利亚东部发生洪水，南美南 部地区和非洲东部地区出现异常的干旱和少雨天气， 日本和朝鲜半岛 变得 异常寒冷 ， 南亚出现强烈的季风雨，使得我国雨带北移，秋冬季北方的雨水偏多，气温明显偏低，登陆的热带气旋个数比常年增多，东部地区出现大面积的洪涝灾害 8。 我国在气候变化影响方面的研究 我国在气候变化及其影响方面的研究始于 20世纪 80年代中后期，在“八五”、“九五”和“十五”科技攻关项目中均相继设立了气候变化影响的专题。 其中，气候变化对水的影响的研究进展方面：近几年，我国对气候变化及其影响的研究越来越重视， 2008 年“气候变化对我 国水安全影响及适应性对策研究”被列为水利行业重大研究专项，从而开展了气候变化与相关水问题的广泛研究。该项目有 9个专题，是我国气候变化和水领域迄今为止研究内容最为全面、资助经费和参与研究人员最多的科研项目 9。 气候变化背景下我国农业模型模拟研究进展：与国外相比，我国作物生长模型研究工作从总体上看，起步较晚，研究力量较薄弱。目前，国内有影响且得到应用较广泛的主要是作物计算机模拟化决策系统 (列模型 10。该模型将作物模拟技术与作物优化原理相结合，具有较强的机理性、综合性和通用性。其中水稻模型 中 最著名的模型，高亮之等 11在此模型的创建和作物模拟技术在作物生产实践中的应用拥有卓越的贡献。基于此模型陈家金等 12对东南沿海双季稻生长发育及其产量进行了模拟和验证，得出的水稻生育期模拟误差在 0 5d，产量模拟误差在 5%之内，模拟的准确率较高，模拟的结果基本符合东南沿海地区水稻生长发育的实际情况。在气候变化对我国冬 5 小麦和春小麦生产的可能影响的研究方面，张宇等 13利用随即天气模型，将气候模式对大气中二氧化碳倍增时预测的气候情景与 究结果表明，籽粒产量 呈下降趋势，冬小麦平均减产 7% 8%，在水分适宜时春小麦平均减产 在无人工灌溉情况下平均减产 杜瑞英等 14利用同样的方法研究得出，在不考虑二氧化碳对小麦的影响时，由于热量充分，只要水分条件适宜，我国北方干旱以及半干旱地区小麦产量未来整体呈增产趋势。张建平等 15利用 物模型在东北地区玉米适应性验证的基础上，结合气候模型 0年 (2011 )气候情景资料，模拟分析了我国东北地区在未来气候变化背景下玉米发育期和产量变化情况，结果显示：玉米产量 将有所下降，中熟玉米平均减产 晚熟玉米平均减产 目前，在作物模型模拟方面我国相关的研究人员虽然进行了大量的研究，取得了一定的成果，但与国外先进的技术仍然有明显的差距。存在的问题还很多，主要是目前我国农业气象服务业务中对农作物生长气象条件评价的科学定量程度和动态跟踪能力还很不够，已有的气象影响评价模型多以统计手段为主，多是半经验半机制。当前模型参数的确定方法，缺乏生物学机制及生态学物理循环的逻辑推断，大多数来自文献及实际实验结果。许多模型只是在某个区域对作物生长过程的模拟，模型的通用性较差。 还有各种模型对农作物生长过程的量化描述大多不同，各类参数取值的差别很大，在科学性和普适性方面有很大的欠缺 16。 本文的主要研究内容 本文拟通过对青岛市 7 个气象台站的近 50 年 (1961 2010 年 )的观测资料的搜集整理，研究青岛市气候变化的各个要素变化特征，包括： (1)光能资源变化基本特征及变化趋势（日照时数的基本特征及变化） (2)热量资源基本特征及变化趋势（平均气温变化、平均日最高气温变化、平均日最低气温变化、积温变化、无霜期变化） (3)水分资源基本特征和变化趋势（降水量与水资源量的地区 分布、降水率变化、水分盈亏变化） 从以上三 个方面 揭示青岛市 气候在全球气候变化大背景下的变化趋势规律 。在此基础上，进而研究青岛市气候变化对农业生态及农业生产的影响：气候变化对青岛市农业生态及生态环境的影响、气候变化对青岛市农作物生长和农业生产的影响。 根据 青岛市气候变暖大趋势分析对农业生产的有利和不利影响，提出 气象为农服务 的对策与建议 。 6 第二章 资料与方法 资料 采用了青岛市 7个气象台站（青岛、崂山、即墨、胶州、胶南、平度、莱西）其中青岛、平度为国家基本气象站，其他为国家一般气象站，近 50 年（ 1961 2010 年）的气象观测资料，青岛市统计局 2011 年统计年鉴的农作物种植面积和产量等资料，青岛市气象局统计的近 30年 (1981的灾情调查资料，还有崂山区、平度市提供的当地特色农业的相关资料，以及查阅了和搜索了互联网上相关资料。 方法 通过 计方法；利用线性气候倾向率方法和 行 农业气候资源突变性检测计算 青岛市 气候变暖的事实 。 气候倾向率方程： ),3,2,1( （ 式中 X 表示气象要素拟合值， d 10 为气候倾向率，表示气候要素 10 年的变化速率， 位为年。 简称 一种非参数统计检验法，是世界气象组织（ 荐的统计方法 ， 是一种能检测气候突变的新方法，它以检测范围宽，定量化程度高而富有生命力。 7 第三章 青岛地区气候变化特征 青岛市气候概况 青岛市地处 山东半岛 的咽喉部位 (35359N， 119300E)，濒临 黄海 ，环绕胶州湾，山海形胜，腹地广阔。东北与烟台市毗邻，西与潍坊市相连，西南与日照市相接。与 韩国 、 日本 隔海相望。全市总面积为 10654 中市区 1102 辖胶州、即墨、平度、胶南、莱西五市面积为 9552 岛为滨海丘陵城市， 地势东高西低，南北两侧隆起，中间低陷，其中，山地约占总面积的 丘陵占 平原占 洼地占 东有崂山山脉（巨峰 1133 m），西有 珠山 山脉（小珠山 725 m），北有大泽山脉（北峰顶 737米），中为 胶莱平原 和盆地。青岛市共有河流 224条，分为 大沽河 、北 胶莱河 以及沿海诸河流三大水系。青岛市海域面积 08岸线 863 中大陆海岸线 730 湾 49处，海岛 69个 。 图 研究区域 8 图 青岛市三维地形图 青岛 地处欧亚大陆的东缘，属暖温带大陆性季风气候，四季变化和季风进退都较明显，夏半年盛行东南风，气候湿润多雨，热量充足，冬半年盛行偏北风，空气干冷，雨雪稀少，冬季持续时间长。年温适中，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和。 根据 1898 年以来的资料，青岛年平均气温 。最高气温高于 30 的天数，年平均为 低气温低于 的天数，年平均为 22 天。年平均 无霜期 251 天，比相 邻地区长一个月。降水量年平均为 662.1 平均降雪日数只有 10天。年平均气压为 1008.6 平均风速为 5.2 m/s，以东南风为主导风向。年平均相对湿度为 73%， 7月份最高，为89%； 12月份最低，为 68%。青岛春季持续时间较长，气温回升缓慢；夏季较内陆推迟 1个月到来，湿润多雨，但无酷暑， 7月平均温度 23 ；秋季天高气爽，降水少，持续时间长；冬季较内陆推迟 15温低，但并无严寒，一月平均日最低气温 。 青岛受季风气候控制，气象变化具有多种尺度的波动性、突变性和异变性，从而 形成和引发了多种气象灾害，主要气象灾害包括干旱、暴雨、热带气旋、冰雹、雷电、风暴潮和沙尘暴等。其中干旱、暴雨、热带气旋、冰雹等极端天气事件在近几年发生频率越来越高，对农业生产及人民生活造成了很大的损失。青岛市除传统粮食作物小麦、玉米等，近些年，由旅游带动的地方特色农业产业也在逐渐发展扩大，其中崂山绿茶、平度大泽山葡萄、胶州大白菜、崂山樱桃等特色农业已被广泛熟知。 光能资源基本特征及变化趋势 光资源是重要的农业气候资源之一。一方面，它以热效应形式给地球创造了温度环境，使生物得以生存；更重要是的另一方 面，它对绿色植物表现出光和效应、形态效应和光周期效应，从而使植物能够正常地生长、发育及形成产量。科学上通常从光量、光平度 莱西 即墨 胶州 胶南 青岛 崂山 大泽山 小珠山 大珠山 9 质和光时三个方便描述和分析评估光资源。光时是指光照的时间，包括太阳的可照时间和实际观测到的日照时数，前者决定着植物的光周期现象，随地球纬度和季节变化而变化；后者数量的多少及其与温度、降水的匹配程度，决定了不同地区农业气候资源的优劣。目前我们青岛地区没有太阳辐射观测项目，暂且只能从实际观测到的日照时数略作这方面分析。 图 961 2010年年日照时数变化，可见，青岛市近 50年来年日 照时数呈现下降趋势， 气候倾向率为 0a， 说明从 1961 2010 年， 青岛市 年日照时数 的 下降趋势 十分 明显。 从 5 年移动平均曲线能够看出， 1961 1969 年，以 1965 年为分界年日照时数经历了一次先上降后下降的波动，历时 8年，此段时间，最小年日照出现在 1961