氣候指標(biāo)

農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)的種類、形式多種多樣。有表征農(nóng)作物正常生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)，表征農(nóng)作物出現(xiàn)生長(zhǎng)不正常、遭受危害或發(fā) 生明顯減產(chǎn)的農(nóng)業(yè)氣候?yàn)?zāi)害指標(biāo)和表示農(nóng)作物或生產(chǎn)過程的節(jié)奏規(guī)律的農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)等。所有這些指標(biāo)，主要用光、熱、水等基本氣候要素值為其表達(dá)形式。 因此，又可分為光能指標(biāo)、熱量指標(biāo)、水分指標(biāo)三類。 光能指標(biāo)主要形式有:日照時(shí)數(shù)、日照百分率、太陽總輻射、光合有效輻射和農(nóng)田群體攝取的太陽輻射量等。 熱量指標(biāo)主要形式有:日平均氣溫穩(wěn)定通過各種農(nóng)業(yè)界限溫度(0℃、5℃、10℃、15℃等)的初終日期、持續(xù)日數(shù)和積溫以及春(或秋)季各界限溫度初(終)日 期間的間隔日數(shù)等。利用這些指標(biāo)，可以評(píng)定地區(qū)不同類型作物的可能生長(zhǎng)期到來和結(jié)束的遲早、可能生 長(zhǎng)期的長(zhǎng)短、可利用的總熱量以及春秋期增溫和降溫的速度。結(jié)合作物的相應(yīng)指標(biāo)，便能評(píng)定地區(qū)熱量資源對(duì)農(nóng)業(yè)的利弊程度。 中國中緯度溫帶地區(qū)大多數(shù)作物生長(zhǎng)期與日平均氣溫大于10℃的時(shí)期大致相當(dāng)，以往10℃指標(biāo)應(yīng)用甚廣，近年來，為充分挖掘地區(qū)氣候資源，并考慮越冬作物的生育狀況，多采用日平均氣溫大于。℃期間日數(shù)和積溫以反映地區(qū)可能生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和熱量資源。積溫由溫度強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)期兩者構(gòu)成，但積溫相同的兩地，其溫度強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)期可以不同。溫度年、日變化有差異;同樣，兩地日平均氣溫大于10℃持續(xù)日數(shù)相 同，初、終霜凍出現(xiàn)的遲早可有差異。因此，積溫指 標(biāo)有時(shí)單獨(dú)可表達(dá)一地的熱量資源，有時(shí)還要輔以其他熱量指標(biāo)，如最熱月平均溫度、初終.霜凍日期等，才能正確評(píng)價(jià)地區(qū)熱量條件。此外，在評(píng)定越冬條件時(shí)常用最冷月平均氣溫、年極端最低氣溫及其多年平 均值、負(fù)積溫、積雪日期、積雪深度等指標(biāo)(見積溫 和農(nóng)業(yè)界限溫度)o 水分指標(biāo)主要形式有:大氣降水量、土壤濕度 和有效水分儲(chǔ)存量及濕潤度(或干燥度)、水分盈虧(降水量與可能蒸散量之差)、蒸散差(可能蒸散量與實(shí)際蒸散量之差)、相對(duì)蒸散(實(shí)際蒸散量與可能蒸散量之比)等。以上指標(biāo)除大氣降水外，都考慮到水分收入和支出兩個(gè)方面。應(yīng)用以上指標(biāo)對(duì)比作物需水量指標(biāo)， 便能評(píng)定地區(qū)農(nóng)業(yè)水分供應(yīng)狀況。

①平行觀測(cè)資料對(duì)比分析法。包括一般農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)和分期播種、地理播種、小氣候播種等田間試驗(yàn)及人工模擬試驗(yàn)所取得的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證，逐步歸納，求得指標(biāo)。 ②調(diào)查分析法?？偨Y(jié)群眾有關(guān)農(nóng)業(yè)氣象和農(nóng)業(yè)氣候經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合氣候資料進(jìn)行對(duì)比分析，求算農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)。 運(yùn)用此法需因時(shí)、因地、因條件制宜地驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)的適用范圍和程度，才能得出確切的指標(biāo)。③作物產(chǎn)量氣候因子分析法。首先，影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量最主要的是氣象條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)水平。除去由于技術(shù)水平的變化所引起的產(chǎn)量變化，可顯出氣象條件對(duì)產(chǎn)量的影響。第二， 影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的氣候因子中，有起主導(dǎo)作用的關(guān)鍵因子和關(guān)鍵時(shí)期。明確關(guān)鍵時(shí)期與關(guān)鍵因子，便能有針 對(duì)性地求得相應(yīng)的指標(biāo)。④作物分布區(qū)域與分布界限 的氣候分析法?？梢哉J(rèn)為，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)技術(shù)水平下，作物分布現(xiàn)狀基本上合理地利用了當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y源。 因此，調(diào)查現(xiàn)有栽培作物的分布區(qū)域和分布界線，并將它們的產(chǎn)量、品質(zhì)與當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料結(jié)合起來進(jìn)行分析，可以求得指標(biāo)(見農(nóng)業(yè)氣候分析)。

氣候指標(biāo)是一定氣候條件下的單項(xiàng)氣候要素或多種氣候要素綜合的特征量。后者通常包括反映氣候條件的主要要素?zé)崃亢退?，泛稱氣候指數(shù)，如大陸度、干燥指數(shù)等。氣候指標(biāo)既是氣候條件的定量表達(dá)方式，能反映某些氣候現(xiàn)象，如表示某地受季風(fēng)影響程度的季風(fēng)指數(shù)；又是評(píng)價(jià)氣候資源和災(zāi)害，進(jìn)行氣候區(qū)劃，研究各類氣候問題的必要數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)。

農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)概念包含了農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)內(nèi)容，此時(shí)，農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)也可稱為農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)。但狹義地 說，兩者有明顯差異。農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(或 農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)量形成)與氣象因子之間的定量關(guān)系，是由其本身特性所決定的，不受地區(qū)氣候等環(huán)境條件的影響;而農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)，則是在一定的農(nóng)業(yè)技術(shù)水平下，反映作物與氣候條件之間的數(shù)量關(guān)系，它因地區(qū)氣候條件、生產(chǎn)水平不同而不同，不能隨意搬用到條件差異較大的地區(qū)使用。同時(shí)，農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)還包含了多年平均的概念。因此，為了提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)常取一定保證率的指標(biāo)值。

農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)(agro-climate indices) 在一定氣候條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)水平 下，表示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣候條件的要求和反應(yīng)的氣象參數(shù)特征值。可以是單因子，也可以是多因子綜合特征值，如評(píng)定地區(qū)干濕 狀況的干燥度(或濕潤度)和以氣溫、日照時(shí)數(shù)表示的 水稻氣候成熟度指數(shù)等。它是評(píng)定地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源，分析農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害氣候規(guī)律，進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃以及 對(duì)農(nóng)業(yè)技術(shù)措施進(jìn)行氣候論證的依據(jù)。

極端氣候的氣候指標(biāo)有：極端溫度、極端降水及其他指標(biāo)。

極端氣候極端溫度

極端溫度是指一天中觀測(cè)到的氣溫最高或最低值超過一定界限的情況。其統(tǒng)計(jì)方法如下：

對(duì)一年中各月的每日觀測(cè)項(xiàng)目中的最高溫度和最低溫度(逐日)，統(tǒng)計(jì)其最高和最低溫度的平均值就得到各月平均最高溫度和最低溫度。

從一年的各月逐日觀測(cè)項(xiàng)目中的最高溫度和最低溫度中挑出最大值和最小值即得到各月的絕對(duì)最高溫度或絕對(duì)最低溫度并記下其出現(xiàn)日期即得到絕對(duì)最高溫度或絕對(duì)最低溫度及其出現(xiàn)日期。因此，絕對(duì)最高溫度或絕對(duì)最低溫度，是指某一日、一月或一年中所僅僅發(fā)生的最高溫度、最低溫度。

年平均最高溫度和最低溫度，一般是指一年中最熱月或最冷月的平均最高和最低溫度。也有人統(tǒng)計(jì)其相應(yīng)的平均溫度。在歷年的各月絕對(duì)最高溫度或絕對(duì)最低溫度及出現(xiàn)日期中，選出最大和最小值即作為極端最高(低)氣溫與其出現(xiàn)日期(年份日期)以同樣的方法，對(duì)于地面溫度也可求得上述相應(yīng)的極端項(xiàng)目。例如，最高地面溫度和最低地面溫度(逐日)；平均最高地面溫度和最低地面溫度；絕對(duì)最高地面溫度或絕對(duì)最低地面溫度及其出現(xiàn)日期；年平均最高氣溫和最低氣溫；極端最高(低)地溫與其出現(xiàn)日期(年份日期)等。

極端氣候極端降水

極端降水是指日降水強(qiáng)度大，達(dá)到或超過1979/1980--2010/2011冬季日降水序列第90百分位的閾值、持續(xù)時(shí)間超過3天或不中斷的大范圍強(qiáng)降水現(xiàn)象。其統(tǒng)計(jì)方法如下：

對(duì)于某一地點(diǎn)或地區(qū)而言，首先應(yīng)以該地逐日降水量記錄資料為基礎(chǔ)，從中挑選出各個(gè)月份的一日最大降水量及其出現(xiàn)日期；各個(gè)月份的最長(zhǎng)連續(xù)雨日數(shù)；各個(gè)月份的最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)，也可就此挑選出各季(或年)的上述統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。這里需要注意的是，最長(zhǎng)連續(xù)雨日數(shù)或最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)都是對(duì)所統(tǒng)計(jì)時(shí)期而言的“連續(xù)”，不能有“中斷”。為了研究和業(yè)務(wù)需要，有時(shí)還要求對(duì)一段歷史時(shí)期(多年)中的歷年統(tǒng)計(jì)其相應(yīng)的極端降水指標(biāo)，比如，30年中的極端最大降水量及其出現(xiàn)日期(年份)；最長(zhǎng)連續(xù)雨日數(shù)；最長(zhǎng)連續(xù)無雨日數(shù)等。

極端氣候其他指標(biāo)

上述這些極端氣候指標(biāo)，都是從逐日氣候資料記錄中，經(jīng)過極其簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)得到的。其他各種氣候要素如風(fēng)速風(fēng)向、濕度、云量、日照時(shí)數(shù)與日照百分率、各種特殊天氣日數(shù)(如沙塵暴、霧、冰雹、雷暴、積雪、霜日及其初終期與間隔日數(shù)等)的極端值也都可作類似的統(tǒng)計(jì)。各級(jí)氣象部門一般都有現(xiàn)成的整編過的資料為用戶提供。然而，為了研究氣候變化，尤其是為了研究極端氣候事件及其變化的需要，原有的常規(guī)觀測(cè)項(xiàng)目中所能簡(jiǎn)單獲取的極端氣候指標(biāo)，往往不敷需要。不但要從整體上增加項(xiàng)目的覆蓋面，而且更應(yīng)深刻揭示其內(nèi)涵。

近年來由ETCCDMI所提供的極端氣候指標(biāo)體系的各種指數(shù)，共計(jì)27項(xiàng)。在這些指標(biāo)中共有11項(xiàng)與降水有關(guān)，16項(xiàng)與溫度有關(guān)。所有的極端氣候指標(biāo)都從氣候變化的強(qiáng)度，頻率，持續(xù)時(shí)間三個(gè)方面反映出溫度和降水極端氣候事件。在全部指標(biāo)中只有Rnn可以由用戶根據(jù)各區(qū)域不同而自行定義以外，基本上都可分為下列5大類：

極端氣候百分位指數(shù)

百分位指數(shù)標(biāo)志著某一參考時(shí)期的變量分布的極值端點(diǎn)。溫度指標(biāo)分別包括冷(暖)夜和冷(暖)日百分位指數(shù)，分別記為TX10p、TX90p和TN90p、TN90p，它們的抽樣正是關(guān)于日最高和最低溫度的最冷和最暖分位數(shù)，從而使我們能估計(jì)出極端溫度變化的幅度；而降水指標(biāo)則表示降水量落在第95百分位點(diǎn)(R95p)和第99百分位點(diǎn)(R99p)以上的可能性大小，由此能捕獲一年中最極端的降水事件。

極端氣候絕對(duì)指數(shù)

絕對(duì)指數(shù)標(biāo)志著某一季節(jié)(或年、月)內(nèi)的極大或極小值。其中，溫度指標(biāo)如日最高溫度的某月極大值；日最高溫度的某月極小值；日最低溫度的某月極大值；日最低溫度的某月極小值。降水指標(biāo)如某一時(shí)期的一日或五日降水量的極大值(Rx1day或Rx5day)。

極端氣候門限指數(shù)

門限指數(shù)標(biāo)志著某溫度或降水值落在某一固定的門限值以上或以下的日數(shù)。例如，每年的霜凍日數(shù)（FD），結(jié)冰日數(shù)，夏日數(shù)和熱日數(shù)等。由于這些指標(biāo)以固定門限為依據(jù)，所以其在全球各地并不都完全適用于所有氣候狀況。不過以往的研究已經(jīng)證明，在20世紀(jì)后半葉，北半球中緯度地區(qū)的FD與日最低溫度在零度以下的日數(shù)具有顯著的相關(guān)變化趨勢(shì)。而這些指標(biāo)的變化對(duì)于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)一般都具有深遠(yuǎn)的影響。

極端氣候持續(xù)時(shí)間指數(shù)

這類指標(biāo)定義為超越于某個(gè)暖、冷、濕、干或生長(zhǎng)季長(zhǎng)度、冰凍融解期的時(shí)間。這些指標(biāo)大多是全球性的。例如，研究表明，根據(jù)FRICH等的定義，發(fā)現(xiàn)熱浪持續(xù)指數(shù)(HWDI)有一傾向于零值的趨勢(shì)(統(tǒng)計(jì)上不穩(wěn)健)。這是由于FRICH等利用了5℃以上的門限值計(jì)算指標(biāo)。這一門限值對(duì)許多地區(qū)來說是太高了。因?yàn)槔鐭釒У貐^(qū)逐日溫度變率很小。為了克服這一缺點(diǎn)，ETCCDMI提出了暖期持續(xù)指數(shù)(wSDI)利用基于門限的百分位數(shù)來定義。這一指標(biāo)是以白天最高溫度為依據(jù)而定，同時(shí)，我們也選取夜間最低溫度持續(xù)時(shí)間作為冷期長(zhǎng)度(CSDI)。此外，如CDD指數(shù)代表一年中的最長(zhǎng)干期；CWD指數(shù)則代表一年中的最長(zhǎng)濕期。在這類指數(shù)中還包括生長(zhǎng)季長(zhǎng)度(GSL)，不過這里僅代表北半球熱帶外地區(qū)。

極端氣候其他指數(shù)

除上述四類以外的指標(biāo)，同樣對(duì)社會(huì)有顯著影響。例如，總降水量(PRCP—TOT)，溫度日較差(DTR)，日雨量強(qiáng)度(SDII)等。

指標(biāo)概況

植物、植被、植物群落、土壤的類型以及它們的三度空間分布，都與氣候因素有著密切的相關(guān)性。自19世紀(jì)以來，地理學(xué)家和植物學(xué)家就試圖探尋這種關(guān)系。

植物地理氣候指標(biāo)涉及 3方面：①氣候因素的性質(zhì)，其量度及其在生物學(xué)上的重要性；②各植物種在遺傳本質(zhì)上對(duì)氣候的需求和反應(yīng)；③植被或生物群落與氣候因素的特定關(guān)系，這不僅是個(gè)別種對(duì)氣候反應(yīng)的簡(jiǎn)單總和。

溫度帶和濕度帶與植物的地理分布范圍常常是密切相關(guān)的。例如許多植物種分布的垂直高度、緯度和大陸度的界限往往限于臨界低溫，地理界限與最冷月平均溫度的等溫線通常是對(duì)應(yīng)的。又如，北半球寒溫性針葉林帶的北界或山地上限,通常與7月份平均溫度為10℃的等溫線一致；夏綠闊葉林帶分布的北界或山地上限，則往往與1月均溫0℃的等溫線一致。但是由于植物和植被的分布不僅取決于氣候，還取決于歷史上的原因、生物或人為因素，植物或植被分布界限與等溫線并非經(jīng)常吻合。某種植物可能適應(yīng)于某個(gè)氣候區(qū)，但還來不及分布到那里，或由于生物競(jìng)爭(zhēng)、地形障礙等原因而不存在于該地區(qū)，植物種的進(jìn)化和植被的形成也常落后于氣候變化。

W.P.柯本于20世紀(jì)前期提出過一個(gè)世界氣候分類方案，以植物和動(dòng)物名稱來表征氣候類型，每一種氣候是根據(jù)氣溫和降水量來劃分的。20世紀(jì)50年代以來，氣候?qū)W家和植物地理學(xué)家趨向于以可能蒸散發(fā) (PET)及其與同期降水量的比率──干燥度或濕潤度，來確定植被與自然地理地帶的界線。因?yàn)閷?duì)于植物生長(zhǎng)和分布真正有價(jià)值的是土壤中有效水分的數(shù)量，后者取決于蒸散發(fā)與降水的平衡或水熱陸衡。英國H.L.彭曼1948年和1956年所提出的可能蒸散發(fā)計(jì)算方法最接近于實(shí)際。該方法除采用了平均溫度和降水指標(biāo)外,還考慮了日照、相對(duì)濕度和風(fēng)速等影響蒸散發(fā)的因素，因而具有堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)，受到廣泛的采用。此外，蘇聯(lián)М.И.布德科1956年將氣溫和可利用的輻射能相聯(lián)系作為可能蒸散發(fā)的量度；美國C.W.索恩思韋特以氣溫、緯度和日期為基礎(chǔ)計(jì)算可能蒸散發(fā)和濕潤指標(biāo)；吉良龍夫1956年提出根據(jù)溫暖指數(shù)和寒冷指數(shù)計(jì)算濕潤度。1955年，H.瓦爾特根據(jù)H.A.高森的濕度指標(biāo)(1955)所制訂的生態(tài)氣候圖表，對(duì)表征一年中的干旱期及相應(yīng)的植被類型提供了簡(jiǎn)明的圖式，他據(jù)此確定了10個(gè)主要的植被－氣候類型，得到廣泛采用。L.R.霍爾德里奇1959年在哥斯達(dá)黎加根據(jù)年生物溫度、可能蒸散發(fā)率和降水量劃分了生命地帶及相應(yīng)的植被類型，則被認(rèn)為是最好的植被氣候分類方案之一。植物地理學(xué)和植物生態(tài)學(xué)對(duì)植被類型及其地理分布梯度的環(huán)境解釋的研究，對(duì)植物地理的氣候指標(biāo)已有新的發(fā)展。2100433B