0 引言

随着张家口市与北京市联合举办的2022年冬奥会筹备工作逐步展开，张家口地区的季节气候变化越来越受到关注。在全球气候变暖背景下，季节气候变化已经影响到生态农业环境、人类活动、社会经济等各方面。任国玉等^［1］对近100年中国平均地面气温进行分析，结果表明增温最明显地区包括东北、华北、西北和青藏高原北部，最显著季节在冬季和春季。以变暖为主要特征的全球气候变化已对农业气象灾害的发生与灾变规律产生了显著影响^［2］。目前，关于四季变化的研究很多，刘荣娟^［3］等对太白山保护区气温变化研究表明，四季平均气温变化率存在不同的空间差异；朱媛君等^［4］研究呼和浩特的物候季节变化，发现平均气温的升高是影响呼和浩特物候期变化的主要原因；吴昊旻等^［5］对长三角地区的季节气候变化特征进行了研究，认为该区域春夏季时间延长，秋冬季缩短，气温呈上升趋势；张世轩等^［6］采用非线性相似度量方法对中国四季进行划分，表明中国春、夏季起始时间呈现提前趋势，而秋、冬季呈现推后趋势；任妍^［7］等采用线性倾向估计和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）方法研究了中国近43年的四季变化特征，发现全国各地区生长期均有延长，最显著的是云川交界处和新疆东南部地区；陈涛^［8］等研究发现湖南四季出现时间有纬向变化特征，入春表现最明显，入夏时间同时受海拔高度影响，影响入冬因素多，表现复杂。

气候变暖导致的季节变化存在区域差异性，然而关于张家口地区四季开始日和持续长度的研究相对较少。建立科学的、适合当地气候特点并适用于业务使用的气候季节划分指标和方法，分析气候季节出现早晚、持续时间长短等变化特征，对相关的科学研究、气候预测、监测和公众气象服务，都具有十分重要的科学意义和应用价值^［9］。研究张家口地区四季变化特征及其对农业的影响，可为当地农业结构布局、生态环境建设、区域经济可持续发展、城市规划以及打造绿色冬奥城市提供科学依据。

1 研究区域概况

张家口位于河北省西北部，东经113°50′~116°30′，北纬39°30′~42°10′，地处蒙古高原和华北平原的过渡地带。全市地势总体呈西北高，东南低，阴山山脉横贯中部，将全市分为坝上和坝下两大部分。张家口地形多样，气候复杂，兼有高原、山地、丘陵、河谷盆地等多种地形，造成各区县气候、自然景观及种植制度差异较大。坝上表现为高原气候，坝下山区、河谷盆地、丘陵之间气候有着明显的不同。全区年平均气温最高的怀来和最低的康保、沽源相比，相差8℃以上。坝上、坝下因地势落差大，气候截然不同，坝头（坝上、坝下的过渡带）成为明显的气候分界线，由于其狭窄，没有单独研究，且该区气温偏低，文章将其划分到坝上地区。

2 资料和方法

2.1　资料

考虑站点资料时间长短、连续性和站点地理位置分布均匀性，选用1965—2014年张家口市县14个站点（图1）的逐日气象资料，数据经过严格质量控制和检查，数据异常或缺失两天内的运用前后资料进行插值。该文将全区分为坝上（康保、沽源、尚义、张北、崇礼、赤城）和坝下（张家口、万全、怀安、宣化、阳原、蔚县、涿鹿、怀来）两大区域，以便研究。

图1 张家口气象站点分布

Fig.1 Distribution of meteorological station over Zhang Jiakou

2.2　方法

该文采用气候季节的划分方法^［10］，即以候（5d）平均气温为指标：平均气温稳定≤10.0℃为冬季，≥22.0℃为夏季，10.0~22.0℃之间为春秋过渡季。用5d滑动平均气温代替候平均气温，可以消除不合理的人为因素，从而使四季划分更客观^［11］。针对坝上寒冷地区候平均气温达不到22℃的无夏地区，对于其春秋的划分，该文把日平均气温最高的那天定为秋季的开始日^［12］。将张家口市各个区域进行季节划分，分析近50年来四季开始日的时间、空间变化趋势和季节长短的变化特征及其近50年的坝上、坝下各个季节入季时间和持续时间的气候倾向率，并对张家口市各区域四季开始日做Mann-Kendall检验突变分析并配合滑动t检验方法确定突变点的有效性。通过对各区域的季节初始日与大于等于10℃的活动积温、倒春寒频次做相关分析，研究了季节变化对农作物的影响。

3 结果分析

3.1　入季时间分析

分析1965—2014年张家口各县区平均入季时间，采用儒略日换算方法，按照划分标准，康保、沽源、尚义、张北、崇礼和赤城进入春季后不入夏（不符合入夏标准）便直接进入秋季。图2为各地历年入季时间变化趋势图，从图中研究发现，张家口各县区近50年来春季提前（坝上：1.10d/10a、坝下：1.66d/10a），坝下夏季提前（3.25d/10a），秋季推迟（坝上：0.90d/10a、坝下：0.69d/10a），冬季推迟（坝上：1.43d/10a、坝下：0.75d/10a）。

图2 1965—2014年张家口地区平均入季时间变化趋势 （坝上地区春、秋、冬季：a、d、f；坝下地区春、夏、秋、冬季：b、c、e、g）

Fig.2 Trend of average beginning dates of each season at Bashang and Baxia from 1965 to 2014

3.2　季节长短分析

3.2.1　空间分布

坝上地区属于中温带亚干旱、较干旱区，平均海拔高度为1 000~1 500 m，由于地势高、气温低，年平均气温0~6℃，无霜期平均85~125 d。坝下地区属于中温带、暖温带较干旱区，平均海拔高度为500~800 m，其中蔚县小五台山地海拔较高，坝下地区年平均气温6.5~8.5℃，无霜期平均130~160 d。

按照该文对季节的划分，并以低于0℃的时期作为严寒期，高于30℃的时期作为酷热期。图3为四季长短空间分布图，从图3可以看出，坝上地区冬季长达7—8个月，可有5个月的严寒期，没有明显夏季，坝下大部地区冬季也可长达6个月，严寒期4个月左右，而夏季只有1—3个月，没有酷热期。坝上冬季显著长于坝下地区，坝上春、秋季也略长于坝下地区，坝上无霜期少于坝下。

图3 1965—2010年张家口地区四季长度空间分布（a）春季；（b）夏季；（c）秋季；（d）冬季

Fig.3 Spatial distribution of the lengths for each season in Zhangjiakou from1965 to 2014

3.2.2　近50年变化趋势

图4为四季长短气候倾向率分析，从图中可以发现，张家口各县区近50年来坝上春季延长（2.02d/10a），坝下春季略缩短（1.60d/10a），坝下夏季延长（3.94d/10a），坝下地区春季提前趋势显著于坝上地区，由于夏季提前趋势非常显著，坝下地区的春季长短是呈缩短趋势的，说明坝下≥22℃日数增多。坝上、坝下地区秋季长短变化均不明显，冬季都呈显著缩短（坝上：2.61d/10a、坝下：2.30d/10a）趋势，且坝上地区冬季缩短趋势更加显著一些，坝上地区冬季开始日推迟趋势也显著于坝下地区。坝上地区春季和冬季的变化明显，坝下地区夏季和冬季的变化明显。

图4 1965—2014年张家口地区平均四季长度变化趋势

Fig.4 Trend of average length of each season at Bashang and Baxia from 1965 to 2014

3.3　突变分析

该研究利用MK突变检验方法对坝上、坝下地区的四季开始日做突变分析。UB和UF两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间，为保障突变检验的有效性。配以滑动t检验法来检验突变点，这两种方法在统计学上具有一定程度的互补性^［13］。采用t检验去除非气候突变点的干扰^［14］，取置信度95%，阙值±1.96，结果显示坝下地区夏、秋、冬季开始日存在突变点，然而坝上地区四季开始日均无突变点存在。坝下地区夏季开始日在1980年和1992年发生两次突变，夏季开始日在1980年至80年代中期推后趋势，在1992年之后呈现提前趋势；秋季开始日在1982年之后呈现显著推后趋势；冬季开始日在2011年出现突变，20世纪70年代后期至2010年UF线呈现上升趋势，冬季开始日呈现推后趋势，UF线在2011年后呈现下降趋势，冬季开始日在2011年后呈现提前趋势。

图5 坝下地区四季开始日的曼—肯德尔统计量曲线（夏、秋、冬季：a、b、c）

Fig.5 Mann-Kendall statistic curve of the beginning dates of each season at Baxia

3.4　气候季节变化对农业的影响

在全球气候变暖的背景下，积温的升高会对农业生产造成一定影响。一方面，延长了农作物的适宜生长期，满足作物所需的热量，提高了复种指数^［15］；另一方面，为农业病虫害的繁衍提供了更为适宜的环境，从而加剧病虫害的发生，导致农作物减产，同时对农作物的抗旱能力要求提高^［16］。该文分别将张家口14个站的≥10℃活动积温分别与春季初始日和秋季初始日做了相关分析，发现张家口各县区活动积温与春季初始日均呈现负相关且大部分地区负相关性显著；与秋季初始日呈正相关（仅除崇礼、赤城），坝下大部分地区正相关性显著（表1）。春季提前，秋季推后，≥10℃活动积温呈上升趋势。

倒春寒正式进入春天，即侯平均气温超过10℃以后，由于受较强冷空气频繁袭击，气温下降较快，维持期达到3 d以上的前暖后冷，并造成大范围地区农作物受冻害的天气现象或天气过程^［17］。该文结合当地农作物生长所需气温和热量条件，统计了1965—2014年14个站点的倒春寒频次，并将其与春季初始日做了相关分析，结果表明（表2），倒春寒出现频次与春季开始日呈负相关且大部分地区负相关关系显著，春季提前，倒春寒出现频次增加。

气候变化对农业的影响存在显著的区域性差异，利弊共存^［18］。气候季节的变化对张家口各地区农业有多方面的影响。

（1）改变农业生产布局。春夏季提前、秋冬季推迟，≥10℃活动积温呈上升趋势，农作物适宜生长期延长，建议物种选择、播种期和种植面积需根据气候变化作出相应调整，更好地发挥作物的产量潜力。

（2）增加作物生产不稳定性。春季初始日提前使得春季农时紧迫性增强且作物遭受倒春寒的危险性加大。

此外，依据相关的研究结果^［19］，春夏季延长促使病虫害危害期延长，害虫种群增长力增加，繁殖世代数增加；冬季延后，冬季长度缩短，虫卵、病菌更容易越冬存活，导致翌年农业虫害加重。但由于作物品种不断改良更新以及病虫害资料缺少且资料长度短，还有待进一步研究。

生产中可以根据气候变化，调整播种期，选择适合的品种，充分利用热量资源条件，更好地发挥作物的产量潜力。通过提高天气监测预警能力，加强气象、农林业、环境等部门联动，为广大农民朋友提供更为全面及时的农业服务。

4 结论与讨论

（1）针对张家口坝上地区候平均气温达不到22℃的地区。该文对其四季的划分采用了两种方法，一种是把候平均气温达不到22℃的地区定义为无夏，对于其春秋的划分，把日平均气温最高的那天定为秋季的开始日^［12］；另一种参考青藏高原地区的划分方法，即T≥17℃为夏季，17℃>T≥5℃为春、秋季，T<5℃为冬季^［20］。将研究结果与张家口坝上农作物生长温度及种植期、收割期相比较，前者更符合张家口坝上地区实际情况，因此该文采用前者的季节划分方法。

（2）近50年来，张家口地区平均四季开始日主要表现为坝上、坝下春季均提前且坝上更为明显；坝下夏季有显著提前趋势；秋冬季推迟，坝下秋季推迟趋势更为明显，而坝上冬季推迟趋势更为明显。

（3）张家口近50年不同季节的持续时间表现为：坝上地区春季延长、坝下春季缩短，坝下地区夏季延长，秋季长短变化不明显，坝上、坝下地区冬季均呈显著缩短趋势。突变分析表明坝下地区夏季开始日在1980年和1992年发生突变，秋、冬季开始日分别在1982年、2011年发生突变，夏季开始日在1980年至80年代中期推后趋势，在1992年之后呈现提前趋势；秋季开始日在1982年之后呈现显著推后趋势；冬季开始日在20世纪70年代后期至2010年呈现推后趋势，在2011年后呈现提前趋势。坝下地区春季开始日和坝上地区四季开始日均无有效突变。

（4）张家口季节变化使得适宜生长期延长、大于等于10℃活动积温增加、倒春寒频次增加，导致农业生产布局的改变、作物生产不稳定性增加。因此，通过合理调整农业布局结构，提高天气监测预警能力，加强气象、农林业、环境部门联动等方法，有助于促进农业发展。

参考文献