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doi10.12006/j.issn.1673-1719.2018.027李宁 , 白蕤 , 李玮 , 等 . 未来气候变化背景下我国橡胶树寒害事件的变化特征 [J]. 气候变化研究进展 , 2018, 14 4 402-410未来气候变化背景下我国橡胶树寒害事件的变化特征李 宁1,2，白 蕤3，李 玮1,2，张 蕾4，易克贤1，陈 淼1,2，陈 歆1,21 中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海口 571101；2 农业部儋州农业环境科学观测实验站，儋州 571737；3 海南省气象科学研究所，海口 570203；4 中国气象局国家气象中心，北京 100081气候变化研究进展第 14 卷 第 4 期 2018 年 7 月 CLIMATE CHANGE RESEARCHVol. 14 No. 4July 2018摘 要 利用 1981 2010 年历史气象数据和 2031 2060 年（ RCP2.6 和 RCP8.5）气候情景数据，根据橡胶寒害等级指标，结合插值分析、提取分析和地图代数等空间分析方法，研究在未来气候情景下我国橡胶树寒害事件的变化特征。结果表明 1 RCP2.6 和 RCP8.5 气候情景下 2031 2060 年我国橡胶种植适宜区基本呈现寒害发生降低的趋势，其中次适宜区（ III）和局部可植区（ IV）的降低幅度较为明显，有向高一等级适宜区转化的趋势。 2 我国橡胶树寒害中心的纬度，由 1981 2010 年的 22.5°～ 23.5° N 向北移动至 2031 2060 年 RCP2.6 情景下的 24.0°～ 24.5° N 和 RCP8.5 情景下的23.5°～ 24.0° N。 3 2 种气候情景下， 2031 2060 年我国海南、广西、广东、福建等植胶区橡胶树寒害发生概率（较基准时段 1981 2010 年）主要呈现降低趋势，云南植胶区在 2 种气候情景下有明显的差异，表现为 RCP2.6 情景下，轻度和特重寒害呈现降低趋势，中度和重度寒害呈现增加趋势； RCP8.5 情景下，轻度和重度寒害呈现降低趋势，中度和特重寒害呈现增加趋势。 4 对比 2 种气候情景较基准时段的变化情况， RCP2.6 情景对橡胶树轻度和特重寒害影响较大，RCP8.5 情景对橡胶树中度和重度寒害影响较大。关键词 未来气候变化；橡胶树；寒害；时空变化收稿日期 2018-03-07； 修回日期 2018-04-24资助项目 海南自然科学基金面上项目（ 317236）作者简介 李宁，男，助理研究员， ；白蕤（通信作者 ，女，工程师， bairui_引 言天然橡胶是我国重要的工业原料之一，在工业生产和国防建设中占有重要地位。截至 2016 年，中国橡胶总产量约 81.6 万 t，国有农场植胶面积有45.4 万 hm2[1]。橡胶树属典型的热带雨林树种，原产于亚马孙河流域，适于在高温、高湿、静风和土壤肥沃的环境中生长[2-3]。我国适宜种植橡胶树的区域非常有限，主要分布在海南、台湾、云南、广西、广东、福建等热带和亚热带地区，每年都会受到不同程度的低温影响，若低温程度较强或长期处于低温阴雨天气，橡胶树易出现寒害甚至死亡，造成严重的经济损失，寒害已成为我国植胶区的主要气象灾害之一[4-7]。根据 IPCC 第五次评估报告（ AR5，至 21 世纪末全球地表平均温度将升高 0.3 ～ 4.8℃，极端暖事件增加，极端冷事件减少[8-9]。可能会给热带作物带来更好的生长条件，表现为热带作物安全种植北界有向北移动的趋势[10]，如 1961 2010 年我国植胶区轻度寒害的发生频率呈现上升趋势，中度及气候变化影响4 期 403李宁，等未来气候变化背景下我国橡胶树寒害事件的变化特征以上等级寒害的发生频率呈现下降趋势[11]。国内外关于未来气候变化对橡胶树影响的研究较少，且集中在橡胶树种植北界和气候适宜区的研究[12-14]，而关于未来气候变化对我国橡胶寒害影响的研究，特别是 AR5推荐的典型浓度路径情景（ RCPs）下[15]，未来橡胶树寒害风险少有涉及。因此，本文在前人研究的基础上，基于我国橡胶种植适宜区 19812010 年逐日气象资料和 2031 2060 年 RCPs 气候情景数据，根据橡胶寒害等级指标，研究未来气候变化背景下寒害对我国橡胶树的可能影响，以期为我国橡胶产业发展提供科学的参考。1 资料与方法1.1 研究区域概括我国橡胶树种植适宜区、气象站点和气候情景格点的分布如图 1 所示。根据我国热带作物种植业区划[16]，将橡胶种植适宜区分为 4 个等级 I 为最适宜区（海南岛南部 ； II 为适宜区（海南岛北部，滇南地区 ； III 为次适宜区（海南岛中部，滇西南、滇东南地区，桂南地区，粤西地区，粤东闽南南部地区 ； IV 为局部可植区（滇西南地区，桂东南粤西北地区，闽南北部地区 。本研究选取以上区域为研究范围，挑选出研究范围内及周边的气象站点，包括海南、云南、广西、广东和福建等 5 省 62 站，用于区域插值分析。气象站点气候情景格点最适宜区适宜区次适宜区局部可植区30˚N25˚N20˚N100˚E 105˚E 110˚E 115˚E 120˚E图 1 中国橡胶适宜种植区划、气象站点和气候情景格点的空间分布Fig. 1 Regionalization of rubber plantation in China, and the locations of meteorological stations and climate data grids1.2 数据资料及来源1.2.1 历史气象数据1981 2010 年逐日气象数据（来源于中国气象局国家气象信息中心，包括最高温度、最低温度、平均温度和日照时数。1.2.2 未来气候情景数据选取 RCP2.6（温室气体排放量、浓度和辐射强迫最低且预计升温最少）和 RCP8.5（温室气体排放量、浓度和辐射强迫最高且预计升温最多）两种最极端的温室气体排放情景，用于分析未来气候变化背景下，我国橡胶树寒害情况。 2 种情景下 2031 2060 年我国气候情景数据来源于全球气候模式比较计划（ CMIP5）的数据产品①，大气模式（ GCM）选择由英国 Hadley 气候中心发布的HadGEM2-ES[17]，采用反距离加权插值法（ IDW）得到 0.5° 0.5°网格数据，气象指标包括逐日的最高温度、最低温度和日照时数等。1.3 橡胶寒害等级指标采用橡胶寒害等级（ QX/T 1692012气象行业标准[18]，选择每年冬春期间（ 11 月至翌年3 月）年度极端最低气温（℃ 、年度最大降温幅度（℃ 、年度寒害持续日数（ d、年度辐射型积寒（℃ 、年度平流型积寒（℃）、年度最长平流寒害过程的持续日数（ d）等 6 个致灾因子作为橡胶树寒害的评价指标。对以上致灾因子的原始值进行数据标准化处理，将标准化值分别乘以相应的影响系数（表 1）后求和，即为寒害指数。根据寒害指数的大小，将橡胶寒害划分为轻度、中度、重度、特重 4 个等级，见表 2。有学者研究表明，该寒害指数能较为客观地反映橡胶寒害的程度[11]。1.4 研究方法1.4.1 数据处理使用 Microsoft Visual Studio C 2010 结合 ArcGIS Engine 10.1、 R.Net 1.6.5 开发的软件进行数据处理，包括未来气候情景（ NetCDF 格式）数据的提取，①来源于 http//cmippi.llnl.gov/cmip5。表 2 橡胶寒害等级Table 2 Grade of rubber chilling injury等级 轻度寒害指数 20 Δ RCP/4 期 407李宁，等未来气候变化背景下我国橡胶树寒害事件的变化特征3.1 结论在 RCP2.6 和 RCP8.5 气候情景下，我国橡胶种植适宜区较基准时段橡胶寒害变化的基本趋势为发生频率降低，其中次适宜区（ III）和局部可植区（ IV）的降低幅度较为明显，有向高一等级适宜区转化的趋势。说明未来气候变暖可能会降低我国橡胶寒害风险。研究表明， 1981 2010 年我国橡胶寒害中心在22.5° ～ 23.5° N 的云南植胶区内；而未来 2031 2060年， RCP2.6 情景下寒害中心在 24.0°～ 24.5° N 的云南和福建植胶区内， RCP8.5 情景在 23.5°～ 24.0° N的云南植胶区内。不管哪种气候情景，橡胶寒害中心纬度较基准时段均向北位移，预示着我国植胶区在未来有向高纬度移动的可能。在 2 种气候情景下，未来 2031 2060 年我国海南、广西、广东、福建植胶区橡胶各种寒害发生概率较基准时段主要呈现降低趋势，云南植胶区在2 种气候情景下有明显的差异，表现为 RCP2.6 情景下，轻度和特重寒害呈现降低趋势，中度和重度寒害呈现增加趋势； RCP8.5 情景下，轻度和重度寒害呈现降低趋势，中度和特重寒害呈现增加趋势。对比 2 种气候情景较基准时段的变化情况，RCP2.6 情景下橡胶轻度和特重寒害发生的频率和区域面积均小于 RCP8.5 情景；但是 RCP2.6 情景下橡胶中度和重度寒害发生的频率和区域面积均大于 RCP8.5 情景。表明 RCP2.6 情景对橡胶树轻度和特重寒害影响较大， RCP8.5 情景对橡胶树中度和重度寒害影响较大。3.2 讨论研究中还存在一些问题，需要在今后进行深入的分析和探索。1 IPCC 第五次评估报告最新推荐的 RCPs 未来气候情景虽然在已有的基础上又做了进一步的改善，但由于气候系统的复杂性，气候模式仍无法覆盖全部影响因素，对极端天气的模拟效果存在一定的不足[21-22]，仍不可避免地存在一定的不确定性。另外， RCPs 情景数据仅来自单一气候模式，也难以反映整个研究区域的变化，今后研究考虑采用多气候模式集合来降低研究结果的不确定性[23-24]。2 本研究采用橡胶寒害等级（ QX/T 1692012）行业标准以我国植胶区范围内处于产胶期的橡胶树为研究对象，没有区分橡胶树的树龄、品种、栽培管理和物候期等方面的差异[25-26]，未来需进一步完善与深入研究。3 本研究范围以我国农牧渔业部热带作物区划办公室 1988 年编写的中国橡胶树生态适宜划分为界限，采用的划分指标为最低气温≤ 0℃出现概率、阴雨天大于 20 d 期内均温≤ 10℃出现概率、月平均气温≥ 18℃月数、年降雨量、可能达到的产量等，以气候条件为主，参考产量指标，距今已有 30 年。随着全球气候变化我国橡胶种植适宜区气温呈现显著增加趋势，降水呈微弱增加趋势，农业气候资源的变化以暖湿趋势为主[27-28]，研究中发现未来局部可植区（ IV）与基准时段的次适宜区（ III）相似，未来寒害中心与研究范围的北界相重合。说明中国橡胶树生态适宜区划分应考虑气候变化的影响，运用新的气候数据结合 3S（ GIS、RS、 GPS）技术和市场经济关系等对现有的区划进行更新。4 本研究采用的气候情景为 0.5° 0.5°网格，且历史气象数据的站点分布较稀疏，研究的结果仅能反映橡胶树寒害大范围区域的变化趋势，若运用到小范围具体生态区域难免会有所差异。针对这种情况，后续工作要解决的问题有气候情景降尺度、更多更密集的自动气象站点数据、高分辨率数字高程模型（ DEM、下垫面特征、敏感区域风险、小气候特征、橡胶树物候期预测、插值模型选取、优化数据处理算法等工作。这需要多学科的交叉与协作，其预测分析结果对指导生产更具针对性。参考文献中华人民共和国国家统计局 . 中国统计年鉴 2017 [M]. 北京 中国统计出版社 , 2017何康 , 黄宗道 . 热带北缘橡胶树栽培 [M]. 广东科技出版社 , 1987 8-18潘衍庆 . 中国热带作物栽培学 [M]. 北京 中国农业出版社 , 1998 6-23江爱良 . 橡胶树北移的几个农业气象学问题 [J]. 中国农业气象 , [1][3][2][4]气候变化研究进展 2018 年气候变化影响[9][10][11][18][19][20][21][22][23][24][7][8][12][13][14][15][16]1983, 4 1 407-408阚丽艳 , 谢贵水 , 陶忠良 , 等 . 海南省 2007/2008 年冬橡胶树寒害情况浅析 [J]. 中国农学通报 , 2009, 25 10 251-257陈瑶 , 谭志坚 , 樊佳庆 , 等 . 橡胶树寒害气象等级研究 [J]. 热带农业科技 , 2013, 36 2 7-11张明洁 , 张京红 , 刘少军 , 等 . 中国橡胶气象研究进展概述 [J]. 中国农学通报 , 2015, 31 29 191-197IPCC. 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Future climate scenarios were HadGEM2-ES simulation with RCP2.6 and RCP8.5 emission pathways. The results show that the chilling injury events of rubber plantation would decrease in 2031-2060 under both RCP2.6 and RCP8.5 scenarios, the sub suitable area III and the part suitable area IV would more highlight, and would move toward higher level suitable area. The latitude of chilling injury center was located from 22.5° N to 23.5° N during 1981-2010, and might move northward in both the RCP2.6 24.0°-24.5° N and the RCP8.5 23.5°- 24.0° N. The chilling injury events would reduce in future scenarios compare with the baseline, except Yunnan rubber plantation. There might be differences between two RCPs for Yunnan rubber plantation in the future, because in the RCP2.6 light and severe chilling injury would decrease, medium and heavy chilling injury would increase; but in the RCP8.5 light and heavy chilling injury would decrease, medium and severe chilling injury would increase. The research results can be valuable for defense of chilling injury on China’s rubber and layout of rubber planting in the future. The RCP2.6, comparing the changes of the two RCPs over the baseline, would have more impact on light and sever chilling injury of rubber than RCP8.5, and would have less impact on medium and heavy chilling injury of rubber than RCP8.5.Keywords Future climate change; Rubber tree; Chilling injury; Spatio-temporal changeLI Ning1, 2, BAI Rui3, LI Wei1, 2, ZHANG Lei4, YI Ke-Xian1, CHEN Miao1, 2, CHEN Xin1, 2气候变化研究进展 2018 年气候变化影响