河北壩上地區(qū)農業(yè)氣候及自然災害

1、河北壩上地區(qū)農業(yè)氣候及自然災害物理學及氣象學教研組 趙天耀前言農業(yè)氣候*，是以研究農業(yè)對氣候資源的要求，和為確定農業(yè)生產各個環(huán)節(jié)最佳生長狀態(tài)與氣候條件的關系為目的。壩上農業(yè)氣候，是為在壩上這一特定區(qū)域內，農林牧業(yè)所承受的氣候條件的制約，和探求在壩上發(fā)展農業(yè)的有利氣候條件，避開不利的氣候因素。并找出如何“趨利避害”的途徑，謀求建立農業(yè)與物候之間相互依存的正常生態(tài)體系。本文是利用一九八一年參加壩上考察搜集的資料所編寫的。目的是對壩上的外部環(huán)境氣候做一概略的分析，一邊對了解壩上提供依據和為壩上的農林牧業(yè)生產提供資料，因限于水平及時間，錯誤一定很多，敬請讀者斧正。一、壩上農業(yè)氣候概況壩上農業(yè)氣候在河北

2、為一特殊類型，是河北氣溫低、無霜期短，降水少，風多風大，農事活動季節(jié)短的區(qū)域?，F(xiàn)僅以壩上的熱量、水分及風的空間與時間分布概述如下：一.壩上熱量特征：壩上的氣候與同緯度比較，年平均氣候約低3，冬季低4，夏季低2，是河北溫度最低的區(qū)域。（見表-1圖-1）年、月平均氣溫的特點有二。壩上氣溫的分布受地形影響，自南向北、由低到高遞減很顯著，壩上的年平均氣溫都低于3，最北的御道口為0.5，魚兒山為0.8，康保、沽源為1.1，張北為2.7。壩上冬季漫長而嚴寒，春溫驟升，秋溫劇降，無夏。圖-1 年平均氣溫圖表-1 壩上氣溫一覽表地點平均氣溫氣溫年較差極端最高極端最低備注1月4月7月10月年平均御道口-21.5

3、2.217.50.70.539.031.7-42.9圍場-13.36.620.75.84.834.035.8-28.7康保-18.53.318.12.31.136.633.6-36.4沽源-18.63.417.82.71.136.433.5-37.0魚兒山-19.23.517.72.70.836.932.8-35.8豐寧-11.98.522.17.46.234.037.8-28.3張北-16.14.518.53.92.534.635.1-34.4尚義-15.05.219.24.63.434.235.7-31.5自九月下旬，已進入冬季，直到明年五月上旬，歷時八個半月，占全年的三分之二以上。最低氣

4、溫出現(xiàn)在1月，如御道口，月平均氣溫-21.9。在-30以下的低溫在壩上常有出現(xiàn)，具有嚴冬的特色。春季自五月中旬到七月上旬，氣溫因受太陽輻射的影響增高很快，加之天氣干燥，熱容量較小，形成驟然升高的現(xiàn)象。到七月，張北的月平均氣溫可達18.5，其極端最高氣溫曾出現(xiàn)35.1的最高紀錄。七月除御道口、魚兒山等以北地區(qū)外均有高達30的記載。（見圖-2）圖-2 張北1972年3-5月日平均氣溫演變圖秋季自七月中旬到九月中旬，是壩上最溫暖的生長季節(jié)，但因此時太陽輻射逐漸減弱，加之西北季風逐漸猛烈，往往一次寒潮大風，氣溫即降到冬季。氣溫年較差（1、7月平均氣溫之差）也隨年平均氣溫之分布自南向北遞增，如張北為34

5、.6，御道口則增到39.0，氣溫年較差大于30則為大陸性氣候的特征。氣溫之日間變化壩上氣溫的日間變化非常明顯，氣溫平均日較差在14-18之間，最大可達30以上，使得在一天之中，具有四季的溫度演變過程。“早穿皮襖午穿紗”，可謂壩上溫度變化的絕妙寫照。氣溫的日際變化要受太陽輻射的影響，在五月份可達最大值，此時太陽高度角迅速猛增，輻射強度加大，白天增溫很快，到15-16時達到最高值，而后逐漸降低，因此時地中仍有凍結現(xiàn)象，寒意未消，溫度仍低，儲熱少而散熱快，致使降溫劇烈，到日出前氣溫降到最低值。氣溫日較差大，在日間高溫，可加快植物同化作用，夜間低溫則植物的呼吸作用減慢，有利于植物體內有效營養(yǎng)和糖類的積

6、累，但也因氣溫日較差大，往往形成霜與凍害對植物的危害。氣溫日較差在春季最大，秋季次之，夏季最小。（見圖-3）圖-3 康保一四七十月逐時平均氣溫霜期與結冰期霜期與結冰期的長短，對農業(yè)生產有重大的意義。在壩上有八個月以上的霜期。自九月上中旬就有霜出現(xiàn)，遲到五月下旬終止，并隨高的增高而有所延長。結冰，在壩上始于九月下旬，終止于五月上旬，結冰期計長達七個月以上。初霜之提前，終霜的延遲，常常因受冷空氣與寒潮的影響甚大。而壩上自九月到明年四月又是冷空氣與寒潮活動的盛行期。凡在24小時內連續(xù)降溫在4.0以上時，均均可能帶來霜害與冰凍給農業(yè)帶來災害。據1960-1971年11年的統(tǒng)計，9-4月期間24小時內降

7、溫4.0-5.0的次數為47次，每年平均4.2次。（見表-2）表-2 壩上11年間4-9月最低氣溫24小時降溫天數（天數）降溫幅度4.0-5.96.0-7.98.0-9.910.0-11.912.0-14.0總天數473423116年平均4.13.12.11.00.5寒潮最早入侵日期為9月5日，每當寒潮入境，壩上即大幅度降溫，其溫度下降數值可達，康保21.8，尚義19.2，張北17.7，沽源15.0，而最晚的寒潮可在六月十日出現(xiàn)，其降溫幅度可達康保14.8，沽源14.3，尚義12.9，張北12.5。由此可見，在壩上的農業(yè)生產必須注意熱量低而生長期短，并加強防寒措施及選配涼溫品種亦是應充分注意的

8、。二、壩上水分特征（主要為降水雨、雪等）壩上是河北的干旱區(qū)域，年平均降水量在320-500毫米之間，雨量自東向西遞減，東壩的御道口以東在500毫米，閃電河以東及壩頭地帶多在400-500毫米之間，為壩上半濕潤森林草原地帶。西壩在320-400之間，為壩上半干旱草原地區(qū)。（見圖-4）圖-4 壩上年平均降水分布圖降水年、月分布冬、春雨雪稀少，降水集中于夏季壩上冬春降雨雪稀少，10-4月間的七個月中降水量不足50毫米，占全年降水總的量的八分之一弱。而6-8月間的三個月中的降水量則在300毫米以上，并越往西北其降水的集中率越高，充分顯示出季風氣候的主要特色。（見圖-5）圖-5 壩上張北降水年變化而下級

9、降水亦多為幾次暴雨過程所致。故在壩上農業(yè)上時常遇到春旱，因在3-5月的三個月中僅有40毫米以下的平均雨量，而在少雨的年份僅有5-7毫米的降水，所以“春雨貴如油”之諺也為壩上的真實狀況。降水變率大，保證率低壩上各地降水量的年際變化都很大，其中西壩較東壩更大，康保最多年與最少年的比值為2.8，尚義為2.4，其他亦多在2.0以上。（見表-3）表-3 年降水量平均與最多最少之比較項目地點御道口圍場康保沽源魚兒山豐寧張北尚義年平均量479.2457.0346.7397.7437.0519.8399.0386.6最多量706.6642.9482.2566.1552.9705.9561.5523.8最少量3

10、71.3320.4170.1279.1317.4343.3278.2217.9變幅335.3325.5312.1287.0235.5358.6283.3305.9比值2.02.12.82.01.82.12.02.4壩上各地降水變率大的主要原因是受東南季風的影響，因地理位置已遠離海洋，并且已抬升到1500米海拔以上，降水自然減少。特別是當大陸反氣旋東移至本區(qū)上空，且停留時間較長時，加上太平洋副熱帶高壓的位置偏南是，壩上不僅很少降水，還要發(fā)生夏季干旱?？梢妷紊现邓兟手饕芟募靖睙釒Ц邏旱纳炜s與冷暖氣團活動強弱有直接的關系。在壩上雨量雖不多，不僅集中6-8月，而且多以幾次暴雨的形式出現(xiàn)。所以壩上

11、的降水強度較大，又因地形的影響，局部暴雨則易于引起山洪爆發(fā)，小面積洪水災害仍能出現(xiàn)不可忽視。例如1972年2月25日，康?？h一場暴雨550毫米，全縣二十個公社有十九個公社受災。張北1970年8月10日就曾出現(xiàn)300毫米的大暴雨。壩上降雪期較長，可達七個月之多。初雪見于十月上旬，終雪于四月下旬，但雪量不大，只占年平均降水總量的2%。正由此因，壩上春季干旱之所以嚴重，于與雪少有著直接的關系。三、壩上風的特征：壩上是河北風多風速大的區(qū)域，風向與氣壓分布形勢及季風環(huán)流緊密相連，晚秋到春末（9-5月）處在蒙古高壓的東南部邊緣，盛行西北風，夏季則在太平洋副熱帶高壓影響下多偏南風，總的來說壩上年內的風向受冬

12、、夏季風變換的制約。但地形的影響致使各地的風向變化并不規(guī)則，而出現(xiàn)因地形而異的多種多樣化。（見圖-6）圖-6 沽源風向頻率圖壩上由于地勢較高而開闊，摩擦力較少，有因處于蒙古高原的邊緣，風速很大，年平均風速在4-5米/秒。大風危害嚴重，冬春的西北風，最大風速常在15-20米/秒，每平均三-五天就出現(xiàn)一次，連續(xù)刮二-三天。最長連續(xù)期可達半個月之久?！皦紊弦粓鲲L，年始到年終”，成為當地群眾的口頭禪，強烈的西北大風常造成“白毛風”和“黃毛風”的天氣，對壩上農林牧業(yè)生產及人民生活危害很大。風速的年變化，壩上春季風速最大。4月平均風速為6米/秒，秋季10月與1月均為4-5米/秒；夏季最小7月為3-4米/秒

13、。（見圖-7）圖-7 壩上月平均風速年變化（張北）春季因地面增溫迅猛而高空氣層還很冷，有利于對流作用的發(fā)展，當上層的高風速由渦動傳到大氣低層即加大了近地層風速。所以造成春季的大風，并引起沙暴。（見表-4）表-4 大風與沙暴日數（17米/秒及揚沙）一月二月三月四月五月六月風沙風沙風沙風沙風沙風沙御道口4.70.14.50.17.70.210.70.98.30.54.20.1康保5.10.33.80.66.11.58.92.48.13.53.40.6張北4.91.73.61.15.73.37.46.27.75.54.21.4七月八月九月十月十一月十二月全年風沙風沙風沙風沙風沙風沙風日沙日1.801

14、.303.705.206.30.25.5063.92.11.501.203.202.904.703.90.552.89.01.801.102.10.21.80.23.60.64.50.848.522.9四、對壩上水、熱的評價縱觀壩上的水分與熱量狀況，二者的自然組合，其特點甚為明顯：1、水熱分布不均衡，影響到農業(yè)的發(fā)展。壩上的熱量與水分的分布趨勢自南向北遞減，東壩與西壩有明顯的差別。西壩：熱量多而水分少，年平均氣溫較東壩高0.5-1.7，一月平均氣溫高3，七月高1.5。生長期積溫多300。二而降水量則西壩比東壩少100毫米。從量上來看則形成熱量多的區(qū)域降水少，而降水多的區(qū)域熱量少的不均衡分布（見

15、表-5）。表-5 壩上水熱狀況項目區(qū)域氣溫積溫年平均一月七月0310西壩1.12.7-15.219.618.519.2240027502100250019002300東壩0.51.0-22.0 -19.017.018.0210023002000220017002000降水 mm無霜凍期（天）蒸發(fā)力（毫米）干燥度年平均最多年最少年320400多于800100-200851256008001.52.0400500800100020070907005001.31.5由于“高寒缺水”生長期短，干旱等，使得壩上的水熱失調現(xiàn)象較為明顯。并嚴重阻礙著壩上農業(yè)的發(fā)展，致使農作物生長矮瘦，產量低而不穩(wěn)；畜牧業(yè)，

16、因近年連續(xù)干旱部分草灘退化現(xiàn)象日趨嚴重，加之載畜量過度，冬春飼草料不足的現(xiàn)象日顯突出，牲畜瘦弱；林業(yè)發(fā)展東壩好，除塞罕壩林場外因水分條件好樹木生長較快，而西壩則因干旱及土壤鈣基層的影響和樹種單調，林木雖有很大發(fā)展但仍不能達到防護農田的目的和用材的需要。2、雨熱同季，有效降水較多在壩上農牧業(yè)生長旺期的熱量比較充足，6-8月10積溫，在1700-2300，特別是高于15以上的溫度適宜于作物與牧草的生長發(fā)育。從生長旺季來看，又是降水量多的季節(jié)，夏半年的降水量一般都在全年降水量的35%以上，恰為“生長旺季溫度高、作物生長期需水多，降水亦多；冬半年溫度低，降水亦少”。即謂“雨、熱同季”。對作物與牧草的生

17、產都為有利。但近年來連年干旱，使壩上農牧業(yè)遭到很大損失，如為保農牧業(yè)生產的穩(wěn)定發(fā)展，則需解決“水”的問題。如欲高產則除水外需肥和科學相配合。二、壩上農業(yè)氣候資源及其壓力一、光能資源及其壓力壩上因海拔較高，云量較少，太陽照射的時間長，太陽輻射強度大，光的量與質的資源較為豐富。太陽輻射總量以西壩康保最多為144千卡/厘米2年，東壩最少在136-132千卡/厘米2年之間。而日照時數及日照百分率亦同樣西壩較多，康保在3000小時以上，日照百分率為百分之六十八。東壩的御道口以東較少，日照時數在2700-2500小時，日照百分率為百分之六十。就全國來說，壩上也是多光照的地區(qū)。本地的光能資源如能得到水分與熱

18、量的滿足，即可產生巨大的生產潛力。（見圖-8、表-6）圖-8 年太陽輻射總量表-6 壩上日照時數與日照百分率（%）項目地點一月四月七月十月全年時數%時數%時數%時數%時數%康保207.871256.764275.060243.4713023.568沽源210.872256.764263.558245.0722959.267張北207.070250.463264.258242.9712092.565尚義209,771247.362258.657238.0692890.265赤城208.771234.859227.750225.5662754.862太陽輻射能是植物產量形成的基本能源。據國外資料表

19、明：一客物質的碳水化合物完全燃燒所放出的熱量為4.25大卡，即每形成一克干物質至少需要4.25大卡的熱能量。在一般情況下光能利用率在0.5-1.0%左右，壩上由于水熱條件的不足光能的利用率只能達到低線以下（0.1-0.3%），有人估算天然牧場（草場）光能利用率低于0.1%，所以壩上的光能潛力是最大的，甚至可以說是用之不竭的。（因光不會缺在一般情況可不去考慮它）二、熱量資源及潛力壩上因地處中緯度的高原上，熱量資源較少，生長季節(jié)較短，但由于強烈的太陽輻射和豐富的日照，使得熱量資源有所增加，又因溫度年、日較差較大，在溫暖的季節(jié)里能為植物所利用的有效熱量也較高。壩上積溫自南向北由低到高遞減，東壩低于西

20、壩。（見表-6）不同的植物和品種對熱量的要求有很大差異，如：耐旱作物要求1500-2100積溫。喜溫作物為2100-3100以上積溫。本區(qū)10積溫在1700-2300之間，對于一般耐寒植物均能適應。如果水與肥的條件配合得當，品種配置得合理，“四大作物”均能獲得較好收成。林牧業(yè)亦能獲得發(fā)展。盡管熱量不很充足，但其生產潛力仍然是有的。三、水分資源及潛力壩上地處內陸，加之山嶺橫亙其東南邊緣，阻蔽了東南季風的吹拂和水分的輸送，在東壩雨量較多之輩較佳為半濕潤區(qū)，二而西壩雨量較少而年變率大又季節(jié)集中為半干旱區(qū)，盡管熱季為雨季“雨熱同季”，但壩上農業(yè)經濟的興衰，植物的枯榮，在很大程度上與水分有關連，總的來說

21、水分不足，地下水源亦不足，在壩上試圖發(fā)展糧食基地等或曰“糧倉”等設想，極不現(xiàn)實，亦很難成功。盡管壩上光照資源對一年一熟制能足夠用，但農林牧業(yè)是否能提高產量則主要以水分解決的狀況為轉移。特別是春旱，影響更甚。但在農業(yè)技術上可作一定的調整，引用耐旱品種，合理用水等跟上去，壩上的農業(yè)還是大有希望的。三、壩上的自然災害壩上地處內陸高原，氣候寒冷干燥，降水量少而變率大。干旱、霜凍、大風、風沙、白毛風、冰雹以及危害畜牧的黑災、白災、冷雨等每年都不同程度的給壩上農業(yè)牧業(yè)林業(yè)和人民生活造成損失，應引起充分注意。一、干旱干旱是壩上的氣候特征之一。而在春季更為干旱也是壩上的氣候規(guī)律之一，但在壩上因受季風進退遲與早

22、的影響而使年降水低于某一限額時，則形成缺水，使農林牧業(yè)遭到重大損失而形成旱災。按照當地經驗，當四、五月份降水總量少于30毫米，或五月份日最大降水量少于10毫米則為春旱。六至八月降水總量少于150毫米，或七、八兩個月的降水有一個月少于70毫米，為夏旱；大旱，七、八兩個月其中有一個月降水量在50毫米以下，或七、八兩個月降水都在70毫米以下，即七八月份降水只及常年雨量的一半左右。以此項指標權衡的春旱機率達50%以上；且有連年春旱，甚至依賴五年春旱（1927-1931年），有的月份“六月底始雨（1923年8月初）”，可見春旱之多之嚴重程度了；夏旱的機率自1951-1972年的二十二年中有十一次為50%

23、，即二年一次；大旱的機率自1951-1972年的二十二年發(fā)生四次（1951、1962、1965、1972），以1965、1972最為嚴重。1965年8月旱象最嚴重的張家口，沽源等縣一個月的降水量只有20-30毫米，不足常年的30%。在歷史自1429年（明宣德四年）以來五百多年的記載中，大旱年就有六十八次，有的連旱三年，最長達六年之久。張北縣志記載1867年（清同治六年）“點雨未落，顆粒不收”。1892年張北縣志記載“春夏無雨，赤地千里，死者十之八九”，甚于1867年。在壩上旱災出現(xiàn)機率之多為全國所少見，應引起充分注意。二、霜凍霜凍和霜并不是一個概念，霜是指地面有白色晶體的現(xiàn)象，而霜凍則是指在植

24、物生長期內，當溫度下降到某一界限時，使植物受到凍害的現(xiàn)象。出現(xiàn)霜凍時不一定有霜。在壩上因地處高寒，秋季遇有冷空氣入侵則氣溫急驟下降，最早于八月中旬至九月上旬即見霜，沽源25/8（1961年），張北31/8,（1972年）都出現(xiàn)過重霜凍。康保14/8（1962年）出現(xiàn)輕霜凍，對農作物與牧草均產生影響。（見圖-9、10、11）圖-9 初霜日期分布圖-10 重霜凍平均終日分布圖-11 無霜凍日期數從以上圖中可以看出壩上霜凍的初終日期及無霜凍的日數，可以此安排農牧業(yè)生產活動。根據壩上作物對霜凍受害進行分析認為在以下溫度時即產生凍霜。（見表-7）表-7 壩上作物受凍溫度指標作物名發(fā)育期最低溫度受害情況氣溫地溫馬鈴薯苗期-201大部分幼苗死亡開始受凍害成熟期0植株死亡苗期0-3大面積受凍三、冰雹冰雹是壩上主要危害性天氣之一。每年都有不同程度的危害，嚴重的冰雹不僅損壞莊稼，還常砸傷人畜，破壞力很大。壩上冰雹自五至九月都能出