河北坝上地区农业气候及自然灾害.docx
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河北坝上地区农业气候及自然灾害
河北坝上地区农业气候及自然灾害
物理学及气象学教研组赵天耀
前言
农业气候*，是以研究农业对气候资源的要求，和为确定农业生产各个环节最佳生长状态与气候条件的关系为目的。
坝上农业气候，是为在坝上这一特定区域内，农林牧业所承受的气候条件的制约，和探求在坝上发展农业的有利气候条件，避开不利的气候因素。
并找出如何“趋利避害”的途径，谋求建立农业与物候之间相互依存的正常生态体系。
本文是利用一九八一年参加坝上考察搜集的资料所编写的。
目的是对坝上的外部环境——气候做一概略的分析，一边对了解坝上提供依据和为坝上的农林牧业生产提供资料，因限于水平及时间，错误一定很多，敬请读者斧正。
一、坝上农业气候概况
坝上农业气候在河北为一特殊类型，是河北气温低、无霜期短，降水少，风多风大，农事活动季节短的区域。
现仅以坝上的热量、水分及风的空间与时间分布概述如下：
一.坝上热量特征：
坝上的气候与同纬度比较，年平均气候约低3℃，冬季<1月份>低4℃，夏季<7月份>低2℃，是河北温度最低的区域。
（见表-1图-1）年、月平均气温的特点有二。
坝上气温的分布受地形影响，自南向北、由低到高递减很显著，坝上的年平均气温都低于3℃，最北的御道口为0.5℃，鱼儿山为0.8℃，康保、沽源为1.1℃，张北为2.7℃。
坝上冬季漫长而严寒，春温骤升，秋温剧降，无夏。
图-1年平均气温图
表-1坝上气温一览表
地点
平均气温
气温年较差
极端最高
极端最低
备注
1月
4月
7月
10月
年平均
御道口
-21.5
2.2
17.5
0.7
0.5
39.0
31.7
-42.9
围场
-13.3
6.6
20.7
5.8
4.8
34.0
35.8
-28.7
康保
-18.5
3.3
18.1
2.3
1.1
36.6
33.6
-36.4
沽源
-18.6
3.4
17.8
2.7
1.1
36.4
33.5
-37.0
鱼儿山
-19.2
3.5
17.7
2.7
0.8
36.9
32.8
-35.8
丰宁
-11.9
8.5
22.1
7.4
6.2
34.0
37.8
-28.3
张北
-16.1
4.5
18.5
3.9
2.5
34.6
35.1
-34.4
尚义
-15.0
5.2
19.2
4.6
3.4
34.2
35.7
-31.5
自九月下旬，已进入冬季，直到明年五月上旬，历时八个半月，占全年的三分之二以上。
最低气温出现在1月，如御道口，月平均气温-21.9℃。
在-30℃以下的低温在坝上常有出现，具有严冬的特色。
春季自五月中旬到七月上旬，气温因受太阳辐射的影响增高很快，加之天气干燥，热容量较小，形成骤然升高的现象。
到七月，张北的月平均气温可达18.5℃，其极端最高气温曾出现35.1℃的最高纪录。
七月除御道口、鱼儿山等以北地区外均有高达30℃的记载。
（见图-2）
图-2张北1972年3-5月日平均气温演变图
秋季自七月中旬到九月中旬，是坝上最温暖的生长季节，但因此时太阳辐射逐渐减弱，加之西北季风逐渐猛烈，往往一次寒潮大风，气温即降到冬季。
气温年较差（1、7月平均气温之差）也随年平均气温之分布自南向北
递增，如张北为34.6℃，御道口则增到39.0℃，气温年较差大于30℃则为大陆性气候的特征。
气温之日间变化
坝上气温的日间变化非常明显，气温平均日较差在14-18℃之间，最大可达30℃以上，使得在一天之中，具有四季的温度演变过程。
“早穿皮袄午穿纱”，可谓坝上温度变化的绝妙写照。
气温的日际变化要受太阳辐射的影响，在五月份可达最大值<因7月雨季来到，云量较多>，此时太阳高度角迅速猛增，辐射强度加大，白天增温很快，到15-16时达到最高值，而后逐渐降低，因此时地中仍有冻结现象，寒意未消，温度仍低，储热少而散热快，致使降温剧烈，到日出前气温降到最低值。
气温日较差大，在日间高温，可加快植物同化作用，夜间低温则植物的呼吸作用减慢，有利于植物体内有效营养和糖类的积累，但也因气温日较差大，往往形成霜与冻害对植物的危害。
气温日较差在春季最大，秋季次之，夏季最小。
（见图-3）
图-3康保一四七十月逐时平均气温
霜期与结冰期
霜期与结冰期的长短，对农业生产有重大的意义。
在坝上有八个月以上的霜期。
自九月上中旬就有霜出现，迟到五月下旬终止，并随高的增高而有所延长。
结冰，在坝上始于九月下旬，终止于五月上旬，结冰期计长达七个月以上。
初霜之提前，终霜的延迟，常常因受冷空气与寒潮的影响甚大。
而坝上自九月到明年四月又是冷空气与寒潮活动的盛行期。
凡在24小时内连续降温在4.0℃以上时，均均可能带来霜害与冰冻给农业带来灾害。
据1960-1971年11年的统计，9-4月期间24小时内降温4.0-5.0℃的次数为47次，每年平均4.2次。
（见表-2）
表-2坝上11年间4-9月最低气温24小时降温天数（天数℃）
降温幅度
4.0-5.9
6.0-7.9
8.0-9.9
10.0-11.9
12.0-14.0
总天数
47
34
23
11
6
年平均
4.1
3.1
2.1
1.0
0.5
寒潮最早入侵日期为9月5日，每当寒潮入境，坝上即大幅度降温，其温度下降数值可达，康保21.8℃，尚义19.2℃，张北17.7℃，沽源15.0℃，而最晚的寒潮可在六月十日出现，其降温幅度可达康保14.8℃，沽源14.3℃，尚义12.9℃，张北12.5℃。
由此可见，在坝上的农业生产必须注意热量低而生长期短，并加强防寒措施及选配凉温品种亦是应充分注意的。
二、坝上水分特征（主要为降水雨、雪等）
坝上是河北的干旱区域，年平均降水量在320-500毫米之间，雨量自东向西递减，东坝的御道口以东在500毫米，闪电河以东及坝头地带多在400-500毫米之间，为坝上半湿润森林草原地带。
西坝在320-400之间，为坝上半干旱草原地区。
（见图-4）
图-4坝上年平均降水分布图
降水年、月分布
冬、春雨雪稀少，降水集中于夏季
坝上冬春降雨雪稀少，10-4月间的七个月中降水量不足50毫米，占全年降水总的量的八分之一弱。
而6-8月间的三个月中的降水量则在300毫米以上，并越往西北其降水的集中率越高，充分显示出季风气候的主要特色。
（见图-5）
图-5坝上张北降水年变化
而下级降水亦多为几次暴雨过程所致。
故在坝上农业上时常遇到春旱，因在3-5月的三个月中仅有40毫米以下的平均雨量，而在少雨的年份仅有5-7毫米的降水，所以“春雨贵如油”之谚也为坝上的真实状况。
降水变率大，保证率低
坝上各地降水量的年际变化都很大，其中西坝较东坝更大，康保最多年与最少年的比值为2.8，尚义为2.4，其他亦多在2.0以上。
（见表-3）
表-3年降水量平均与最多最少之比较
御道口
围场
康保
沽源
鱼儿山
丰宁
张北
尚义
年平均量
479.2
457.0
346.7
397.7
437.0
519.8
399.0
386.6
最多量
706.6
642.9
482.2
566.1
552.9
705.9
561.5
523.8
最少量
371.3
320.4
170.1
279.1
317.4
343.3
278.2
217.9
变幅
335.3
325.5
312.1
287.0
235.5
358.6
283.3
305.9
比值
2.0
2.1
2.8
2.0
1.8
2.1
2.0
2.4
坝上各地降水变率大的主要原因是受东南季风的影响，因地理位置已远离海洋，并且已抬升到1500米海拔以上，降水自然减少。
特别是当大陆反气旋东移至本区上空，且停留时间较长时，加上太平洋副热带高压的位置偏南是，坝上不仅很少降水，还要发生夏季干旱。
可见坝上之降水变率主要受夏季副热带高压的伸缩与冷暖气团活动强弱有直接的关系。
在坝上雨量虽不多，不仅集中6-8月，而且多以几次暴雨的形式出现。
所以坝上的降水强度较大，又因地形的影响，局部暴雨则易于引起山洪爆发，小面积洪水灾害仍能出现不可忽视。
例如1972年2月25日，康保县一场暴雨550毫米，全县二十个公社有十九个公社受灾。
张北1970年8月10日就曾出现300毫米的大暴雨。
坝上降雪期较长，可达七个月之多。
初雪见于十月上旬，终雪于四月下旬，但雪量不大，只占年平均降水总量的2%。
正由此因，坝上春季干旱之所以严重，于与雪少有着直接的关系。
三、坝上风的特征：
坝上是河北风多风速大的区域，风向与气压分布形势及季风环流紧密相连，晚秋到春末（9-5月）处在蒙古高压的东南部边缘，盛行西北风，夏季则在太平洋副热带高压影响下多偏南风，总的来说坝上年内的风向受冬、夏季风变换的制约。
但地形的影响致使各地的风向变化并不规则，而出现因地形而异的多种多样化。
（见图-6）
图-6沽源风向频率图
坝上由于地势较高而开阔，摩擦力较少，有因处于蒙古高原的边缘，风速很大，年平均风速在4-5米/秒。
大风危害严重，冬春的西北风，最大风速常在15-20米/秒<七、八级>，每平均三-五天就出现一次，连续刮二-三天。
最长连续期可达半个月之久。
“坝上一场风，年始到年终”，成为当地群众的口头禅，强烈的西北大风常造成“白毛风”和“黄毛风”的天气，对坝上农林牧业生产及人民生活危害很大。
风速的年变化，坝上春季风速最大。
4月平均风速为6米/秒，秋季10月与1月均为4-5米/秒；夏季最小7月为3-4米/秒。
（见图-7）
图-7坝上月平均风速年变化（张北）
春季因地面增温迅猛而高空气层还很冷，有利于对流作用的发展，当上层的高风速由涡动传到大气低层即加大了近地层风速。
所以造成春季的大风，并引起沙暴。
（见表-4）
表-4大风与沙暴日数（≥17米/秒及扬沙）
一月
二月
三月
四月
五月
六月
风
沙
风
沙
风
沙
风
沙
风
沙
风
沙
御道口
4.7
0.1
4.5
0.1
7.7
0.2
10.7
0.9
8.3
0.5
4.2
0.1
康保
5.1
0.3
3.8
0.6
6.1
1.5
8.9
2.4
8.1
3.5
3.4
0.6
张北
4.9
1.7
3.6
1.1
5.7
3.3
7.4
6.2
7.7
5.5
4.2
1.4
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
全年
风
沙
风
沙
风
沙
风
沙
风
沙
风
沙
风日
沙日
1.8
0
1.3
0
3.7
0
5.2
0
6.3
0.2
5.5
0
63.9
2.1
1.5
0
1.2
0
3.2
0
2.9
0
4.7
0
3.9
0.5
52.8
9.0
1.8
0
1.1
0
2.1
0.2
1.8
0.2
3.6
0.6
4.5
0.8
48.5
22.9
四、对坝上水、热的评价
纵观坝上的水分与热量状况，二者的自然组合，其特点甚为明显：
1、水热分布不均衡，影响到农业的发展。
坝上的热量与水分的分布趋势自南向北递减，东坝与西坝有明显的差别。
西坝：
热量多而水分少，年平均气温较东坝高0.5-1.7℃，一月平均气温高3℃，七月高1.5℃。
生长期积温多300℃。
二而降水量则西坝比东坝少100毫米。
从量上来看则形成热量多的区域降水少，而降水多的区域热量少的不均衡分布（见表-5）。
表-5坝上水热状况
气温℃
积温℃
年平均
一月
七月
≥0℃
≥3℃
≥10℃
西坝
1.1—2.7
-15.2—19.6
18.5—19.2
2400—2750
2100—2500
1900—2300
东坝
0.5—1.0
-22.0—-19.0
17.0—18.0
2100—2300
2000—2200
1700—2000
降水mm
无霜冻期（天）
蒸发力（毫米）
干燥度
年平均
最多年
最少年
320—400
多于800
100-200
85—125
600—800
1.5—2.0
400—500
800—1000
200
70—90
700—500
1.3—1.5
由于“高寒缺水”生长期短，干旱等，使得坝上的水热失调现象较为明显。
并严重阻碍着坝上农业的发展，致使农作物生长矮瘦，产量低而不稳；畜牧业，因近年连续干旱部分草滩退化现象日趋严重，加之载畜量过度，冬春饲草料不足的现象日显突出，牲畜瘦弱；林业发展东坝好，除塞罕坝林场外因水分条件好树木生长较快，而西坝则因干旱及土壤钙基层的影响和树种单调，林木虽有很大发展但仍不能达到防护农田的目的和用材的需要。
2、雨热同季，有效降水较多
在坝上农牧业生长旺期的热量比较充足，6-8月≥10℃积温，在1700-2300℃，特别是高于15℃以上的温度适宜于作物与牧草的生长发育。
从生长旺季来看，又是降水量多的季节，夏半年的降水量一般都在全年降水量的35%以上，恰为“生长旺季温度高、作物生长期需水多，降水亦多；冬半年温度低，降水亦少”。
即谓“雨、热同季”。
对作物与牧草的生产都为有利。
但近年来连年干旱，使坝上农牧业遭到很大损失，如为保农牧业生产的稳定发展，则需解决“水”的问题。
如欲高产则除水外需肥和科学相配合。
二、坝上农业气候资源及其压力
一、光能资源及其压力
坝上因海拔较高，云量较少，太阳照射的时间长，太阳辐射强度大，光的量与质的资源较为丰富。
太阳辐射总量以西坝康保最多为144千卡/厘米2·年，东坝最少在136-132千卡/厘米2·年之间。
而日照时数及日照百分率亦同样西坝较多，康保在3000小时以上，日照百分率为百分之六十八。
东坝的御道口以东较少，日照时数在2700-2500小时，日照百分率为百分之六十。
就全国来说，坝上也是多光照的地区。
本地的光能资源如能得到水分与热量的满足，即可产生巨大的生产潜力。
（见图-8、表-6）
图-8年太阳辐射总量
表-6坝上日照时数与日照百分率（%）
一月
四月
七月
十月
全年
时数
%
时数
%
时数
%
时数
%
时数
%
康保
207.8
71
256.7
64
275.0
60
243.4
71
3023.5
68
沽源
210.8
72
256.7
64
263.5
58
245.0
72
2959.2
67
张北
207.0
70
250.4
63
264.2
58
242.9
71
2092.5
65
尚义
209,7
71
247.3
62
258.6
57
238.0
69
2890.2
65
赤城
208.7
71
234.8
59
227.7
50
225.5
66
2754.8
62
太阳辐射能是植物产量形成的基本能源。
据国外资料表明：
一客物质的碳水化合物完全燃烧所放出的热量为4.25大卡，即每形成一克干物质至少需要4.25大卡的热能量。
在一般情况下光能利用率在0.5-1.0%左右，坝上由于水热条件的不足光能的利用率只能达到低线以下（0.1-0.3%），有人估算天然牧场（草场）光能利用率低于0.1%，所以坝上的光能潜力是最大的，甚至可以说是用之不竭的。
（因光不会缺在一般情况可不去考虑它）
二、热量资源及潜力
坝上因地处中纬度的高原上，热量资源较少，生长季节较短，但由于强烈的太阳辐射和丰富的日照，使得热量资源有所增加，又因温度年、日较差较大，在温暖的季节里能为植物所利用的有效热量也较高。
坝上积温自南向北由低到高递减，东坝低于西坝。
（见表-6）
不同的植物和品种对热量的要求有很大差异，如：
耐旱作物要求1500-2100℃积温。
喜温作物为2100-3100℃以上积温。
本区≥10℃积温在1700-2300℃之间，对于一般耐寒植物均能适应。
如果水与肥的条件配合得当，品种配置得合理，“四大作物”均能获得较好收成。
林牧业亦能获得发展。
尽管热量不很充足，但其生产潜力仍然是有的。
三、水分资源及潜力
坝上地处内陆，加之山岭横亘其东南边缘，阻蔽了东南季风的吹拂和水分的输送，在东坝雨量较多之辈较佳为半湿润区，二而西坝雨量较少而年变率大又季节集中为半干旱区，尽管热季为雨季“雨热同季”，但坝上农业经济的兴衰，植物的枯荣，在很大程度上与水分有关连，总的来说水分不足，地下水源亦不足，在坝上试图发展粮食基地等或曰“粮仓”等设想，极不现实，亦很难成功。
尽管坝上光照资源对一年一熟制能足够用，但农林牧业是否能提高产量则主要以水分解决的状况为转移。
特别是春旱，影响更甚。
但在农业技术上可作一定的调整，引用耐旱品种，合理用水等跟上去，坝上的农业还是大有希望的。
三、坝上的自然灾害
坝上地处内陆高原，气候寒冷干燥，降水量少而变率大。
干旱、霜冻、大风、风沙、白毛风、冰雹以及危害畜牧的黑灾、白灾、冷雨等每年都不同程度的给坝上农业牧业林业和人民生活造成损失，应引起充分注意。
一、干旱
干旱是坝上的气候特征之一。
而在春季更为干旱也是坝上的气候规律之一，但在坝上因受季风进退迟与早的影响而使年降水低于某一限额时，则形成缺水，使农林牧业遭到重大损失而形成旱灾。
按照当地经验，当四、五月份降水总量少于30毫米，或五月份日最大降水量少于10毫米则为春旱。
六至八月降水总量少于150毫米，或七、八两个月的降水有一个月少于70毫米，为夏旱；大旱，七、八两个月其中有一个月降水量在50毫米以下，或七、八两个月降水都在70毫米以下，即七八月份降水只及常年雨量的一半左右。
以此项指标权衡的春旱机率达50%以上；且有连年春旱，甚至依赖五年春旱（1927-1931年），有的月份“六月底始雨（1923年8月初）”，可见春旱之多之严重程度了；夏旱的机率自1951-1972年的二十二年中有十一次为50%，即二年一次；大旱的机率自1951-1972年的二十二年发生四次（1951、1962、1965、1972），以1965、1972最为严重。
1965年8月旱象最严重的张家口，沽源等县一个月的降水量只有20-30毫米，不足常年的30%。
在历史自1429年（明宣德四年）以来五百多年的记载中，大旱年就有六十八次，有的连旱三年，最长达六年之久。
张北县志记载1867年（清同治六年）“点雨未落，颗粒不收”。
1892年张北县志记载“春夏无雨，赤地千里，死者十之八九”，甚于1867年。
在坝上旱灾出现机率之多为全国所少见，应引起充分注意。
二、霜冻
霜冻和霜并不是一个概念，霜是指地面有白色晶体的现象，而霜冻则是指在植物生长期内，当温度下降到某一界限时，使植物受到冻害的现象。
出现霜冻时不一定有霜。
在坝上因地处高寒，秋季遇有冷空气入侵则气温急骤下降，最早于八月中旬至九月上旬即见霜，沽源25/8（1961年），张北31/8,（1972年）都出现过重霜冻。
康保14/8（1962年）出现轻霜冻，对农作物与牧草均产生影响。
（见图-9、10、11）
图-9初霜日期分布
图-10重霜冻平均终日分布
图-11无霜冻日期数
从以上图中可以看出坝上霜冻的初终日期及无霜冻的日数，可以此安排农牧业生产活动。
根据坝上作物对霜冻受害进行分析认为在以下温度时即产生冻霜。
（见表-7）
表-7坝上作物受冻温度指标
作物名
发育期
最低温度
受害情况
气温
地温
马铃薯
苗期
-2
0——1
大部分幼苗死亡开始受冻害
成熟期
﹤0
植株死亡
苗期
﹤0
-3
大面积受冻
三、冰雹
冰雹是坝上主要危害性天气之一。
每年都有不同程度的危害，严重的冰雹不仅损坏庄稼，还常砸伤人畜，破坏力很大。
坝上冰雹自五至九月都能出现，以六、七月最多，占全年的60%，每年平均有6-8次，最多可达12-15次。
冰雹有一定的路途和生成冰雹的区域，在坝上的御道口——新拔、沽源——鱼儿山、尚义——张北即为所说的“雹窝”。
降雹的时间多在午后，夜间很少，西坝多在12-16时，东坝多为14-18时。
一般降雹不超过五分钟，最长可达20分钟以上。
1975年5月15日沽源的一场雹灾实况为：
冰雹大如拳头，历时40-50分钟，有的地方5-6天后，还积雹2尺多深。
全县受灾面积5万3千多亩。
其中2万亩颗粒无收。
（见图-12）
图-12冰雹路径
四、大风
大风对坝上的农林牧业生产造成很大危害，如果大风同时有吹雪，低温相伴出现，则对生产危害更大。
大风一般以瞬时风速≥17米/秒（达八级）为一大风日。
在坝上以4月（春季）最多，冬季次之。
（见表-8）
表-8坝上年大风日数及春季%
康保
沽源
张北
御道口
鱼儿山
大风日数
52.8
71.5
48.5
51.5
68.5
春季%
44
43
43
42
43
大风对农牧的危害严重，如坝上土壤多沙性，植被稀疏、风蚀现象和沙化日益严重，有很多耕地肥土被吹走，甚至把种子和幼苗吹走或风沙压没。
当前如何防御坝上风沙，已成为刻不容缓之事，必须引起严重注意。
营造防护林带是防御和减轻风害的可行有效措施，据试验资料证明，林带背风面的防风范围为树高的25-30倍，在其向风速可减低20%，防沙的有效范围是树高的10-15倍，沽源黄盖淖公社林网大队1972年曾在一条长250米的林带背风面作黍子增产效益的对比试验，在三平方米的小区取样，折合亩产（见表-9）可见林带的增产效果；另外在林带的背风面土壤湿度和温度均有明显的提高，同时还能起到阻止风蚀的作用，并可减轻作物成熟后期吹掉籽粒的损失。
表-9林带增产效益对比
与林带距离
一倍树高
五倍树高
七倍树高
十五倍树高
二十倍树高
二十五倍树高
对照区
亩产（斤）
377.3
361.6
333.5
328.6
233.0
200.0
141.3
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*指大农业，农林牧各业。
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