何小寧 吳幸毓
近三十年福建省霜凍天氣的氣候變化特征
何小寧 吳幸毓
福建省氣象臺
利用1981~2010年福建省67個氣象監(jiān)測站的逐日最低地面溫度≤0℃的氣候資料,對霜凍天氣時空變化特征和初、終霜日及無霜期的變化特征進行統(tǒng)計分析。分析表明:30年來,福建省霜凍天氣具有明顯的地理分布特征;霜凍日數(shù)總體呈減少趨勢; 霜凍日12月至次年1月出現(xiàn)最多,以12月上旬最頻繁;霜凍天氣持續(xù)時間比較短。初、終霜日和無霜期的離散程度和年際變化率均較大;平均初霜日呈推遲變化趨勢,平均終霜日呈提早變化趨勢,平均無霜期呈延長變化趨勢。
時空變化特征 初、終霜日和無霜期 氣候變化趨勢
霜凍多為強冷空氣南下,短時間內(nèi)氣溫急劇下降至零攝氏度以下引起;或者受強冷空氣影響后,天氣由陰轉(zhuǎn)晴的當天夜晚,因地面強烈輻射降溫所致[1]。霜凍是福建冬春季節(jié)影響范圍較大的災害性天氣,對越冬農(nóng)作物和農(nóng)畜的影響極大,造成的經(jīng)濟損失也逐年增加,1999年12月17~23日全省大范圍的霜凍,使得農(nóng)作物、水果、蔬菜和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等受到嚴重損失,直接經(jīng)濟損失超過20億元[2]。
翟盤茂等研究表明,在全球變暖的氣候背景下,極端溫度變化特征的區(qū)域性和季節(jié)性存在差異[3],霜凍的一些氣候特征也會發(fā)生變化。而后許多學者對霜凍的氣候特征進行了研究,葉殿秀[4]等采用577個測站資料對我國1961~2007年霜凍變化特征分析指出,在南方地區(qū)要特別注意預防極端霜凍影響。但福建對于霜凍天氣的分析很少,本文利用近30年福建逐日觀測資料,對福建省霜凍天氣的氣候變化特征進行統(tǒng)計分析,對進一步改善福建霜凍預報、減災防災等,具有重要的意義。
選用的氣象資料由福建省氣象信息中心提供,以秋冬季或春季日最低地面溫度≤0℃作為統(tǒng)計霜凍日的氣候指標,對福建省67個氣象監(jiān)測站1981~2010年數(shù)據(jù)資料進行統(tǒng)計分析。當某日全省有≥1/3站點最低地面溫度≤0℃時,則定義該日為霜凍日;連續(xù)2天或以上霜凍日定義為一次霜凍天氣過程。對霜凍日求其旬、月、年日數(shù),分析其變化特征、極值和持續(xù)性,用線性和多項式擬合的方法分析其變化趨勢。另外,三十年資料中,1981~1990年度定義為前十年,1991~2000年度定義為中十年,2001~2010年度定義為后十年。
由溫暖季節(jié)向寒冷季節(jié)過渡期間第一次出現(xiàn)霜凍的日期為初霜凍日,由寒冷季節(jié)向溫暖季節(jié)過渡期間最后一次出現(xiàn)霜凍的日期為終霜凍日,終霜凍日期的后一天至初霜凍日期的前一天之間的日數(shù)稱為無霜凍期。初、終霜凍日期及無霜凍期的年際間最大離散度用極差表示;初、終霜凍日期及無霜凍期的年際變化率大小用標準差來衡量;全省平均的時間序列是對逐年資料進行等權(quán)算術(shù)平均獲得[5]。
從圖1可以看到,福建省霜凍天氣出現(xiàn)最多的區(qū)域是寧德市鷲峰山脈的壽寧、周寧、屏南、柘榮一帶,南平市北部武夷山脈的浦城附近,以及三明市西部的建寧附近,這三個區(qū)域的年平均霜凍天數(shù)達到25天以上,以壽寧的44.1天為最大。霜凍天氣呈東北-西南走向自北向南減少,南部沿海地區(qū)除了戴云山脈一帶出現(xiàn)霜凍外,其余地區(qū)30年內(nèi)很少有霜凍天氣發(fā)生??傮w來說,我省霜凍天氣具有明顯的地理分布特征,北部地區(qū)和高海拔山區(qū),受冷空氣影響大,降溫較快,霜凍天氣容易出現(xiàn);而在南部沿海地區(qū)則相反,并且受海洋氣候影響多,霜凍天氣不易出現(xiàn)。
圖1 1981~2010年福建省霜凍天氣年平均分布圖
2.2.1 霜凍日年際變化
30年間福建省霜凍日總計391天,平均每年13天,可見,我省霜凍天氣發(fā)生頻率比較低。從圖2可見,1995年霜凍日最多,達到27天,1998和2006年霜凍日最少,只有3天。福建省近三十年霜凍日數(shù)總體呈減少趨勢, 其氣候傾向率分別為0.353d/a,通過0.001的顯著性檢驗。前十年平均霜凍日數(shù)為16.8天,中十年平均霜凍日數(shù)為12.1天,后十年年平均霜凍日數(shù)為10.2天,可以看出90年代后霜凍日數(shù)比80年代大幅度減少,而近二十年霜凍日數(shù)減少的比較慢。從三十年福建省霜凍日站次數(shù)曲線看(圖略),與霜凍日數(shù)曲線的位相和趨勢基本一致,霜凍的年度站次最多為1986年的1091站次,最少為1998年,只有77站次。
圖2 1981~2010年福建省霜凍日數(shù)(天)變化曲線
2.2.2 霜凍日月際、旬際變化
從月際分布看(見表1),福建省霜凍出現(xiàn)在11月至次年3月,其中12月至次年1月最多,約占總數(shù)的81.3%,12月份所占的百分比與次年1月份相當。11月和次年3月所占比例極少,兩月合計僅占7.1%。
從旬際分布看(見表1),霜凍天氣以12月上旬最多,約占總霜凍日數(shù)的20.5%,其次為1月中旬和下旬,約占霜凍日數(shù)的14.1%,而后為1月下旬和12月中旬,在11月上旬、中旬和3月中旬、下旬幾乎沒有出現(xiàn)霜凍。
表1 1981~2010年福建省月、旬霜凍日數(shù)(天)分布
2.2.3 霜凍持續(xù)性變化特征
統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),福建省霜凍天氣的持續(xù)性特征(圖3)體現(xiàn)在:只有1天和維持2天的霜凍天氣最多,這兩者出現(xiàn)的次數(shù)相當,分別為48次和49次,共約占總數(shù)64.2%;其次是維持3天和4天的霜凍過程,共約占總數(shù)25.8%;維持4天以上的霜凍過程的頻次很少,說明福建省霜凍天氣的持續(xù)時間比較短。持續(xù)時間≥10天的有3次,最長持續(xù)時間的是1996年12月底到次年1月初的霜凍過程,共維持了12天。霜凍過程在12月和1月出現(xiàn)的次數(shù)最多,11月和3月最少??傮w而言,中十年、后十年霜凍過程的次數(shù)明顯比前十年減少,月份上有所不同,12月減少最明顯。
圖3 1981~2010年霜凍天氣持續(xù)日數(shù)出現(xiàn)次數(shù)
福建省霜凍的初、終霜日具有明顯地域差異。分析表明,30年來福建省的平均初霜日在12月中旬,南平市、寧德市西部北部、三明市西部、龍巖市北部平均初霜日最早,中南部沿海岸線一帶最遲。歷年最早初霜日分布呈現(xiàn)北部西部早、南部東部晚的特征: 南平市全區(qū)、三明市大部和寧德市西部北部、龍巖市北部、泉州市西北部的部分地區(qū)出現(xiàn)在10月下旬到11月上旬;中南部沿海地區(qū)在12月中下旬。閩西北和南部沿海的最早初霜日相差將近2個月。大部地區(qū)的平均終霜日在2月中旬,北部地區(qū)在2月下旬,中南部沿海是2月上旬。歷年最晚終霜日中北部地區(qū)多在3月中下旬,寧德市的壽寧、周寧、屏南、柘榮和南平市的浦城最晚,出現(xiàn)在4月,特別是壽寧和周寧到了4月23日;南部地區(qū)除了廈門、詔安、云霄外,其余都在3月上旬。
由圖4可見,福建省除了中南部沿海一帶的初霜日極差在60天以下,個別地方不足40天外,其余地區(qū)的初霜日極差都在60天以上,三明市的建寧、永安、大田、清流和龍巖市的連城極差最大,都超過80天,局部達到90天。閩中沿海地區(qū)、南平市北部、龍巖市西部的終霜日極差小,一般在60天以下,個別地方不足50天,寧德市東部和龍巖市東南部的終霜日極差最大,達到80天。全省除了中南部沿海無霜期極差在50天以下,其余地區(qū)均在60~80天,屏南達到90天。初霜日和終霜日的極差均呈現(xiàn)內(nèi)陸大、沿海小的變化特征,而無霜期的極差呈現(xiàn)自北而南減小的變化特征。初、終霜日和無霜期的極差都較大,說明福建省初、終霜日和無霜期的年際離散程度都比較大。
從近30年各站初、終霜凍日期及無霜凍期標準差的空間分布來看(圖5),全省大部地區(qū)初霜日的標準差在12~20天,寧德市西部山區(qū)和九仙山附近低于12天,年際變化較?。欢V菔斜辈垦睾?、泉州市沿海和三明市大田附近年際變化較大。中北部區(qū)大部終霜日年際變化較小,標準差在16天以下,南部沿海地區(qū)在16~20天,年際變化較大。全省無霜期的標準差與初霜日的標準差一樣,大部地區(qū)在12~20天。初、終霜日和無霜期的標準差都較大,說明福建省初、終霜日和無霜期的年際變化率都比較大。
圖4 1981~2010年福建省初霜日(a)、終霜日(b)和無霜期(c)的極差分布(單位:天)
圖5 1981~2010年福建省初霜日(a)、終霜日(b)和無霜期(c)的標準差分布(單位:天)
圖6顯示,福建省平均初霜日呈推遲變化趨勢,平均終霜日呈提早變化趨勢,平均無霜期呈延長變化趨勢,氣候傾向率分別為0.332、0.212、0.493d/a,均通過0.001的顯著性檢驗。從圖6a還能看到,在前十年和中十年平均初霜日的波動比較大,而在后十年波動較小。圖6b中,前十年平均終霜日的波動比中十年和后十年大,大部分最遲平均終霜日都出現(xiàn)在前十年。圖6c中, 平均無霜期前十年波動很大,最短與最長之間相差了39天,中十年和后十年波動比較小。
4.1 福建省霜凍天氣具有明顯的地理分布特征,呈東北-西南走向自北向南減少,北部地區(qū)和高海拔山區(qū)容易出現(xiàn),南部沿海地區(qū)不易出現(xiàn)。
4.2 霜凍日數(shù)總體呈減少趨勢;霜凍日在12月至次年1月出現(xiàn)最多,以12月上旬最頻繁;霜凍過程持續(xù)時間比較短。
4.3 初、終霜日和無霜期的氣候特征具有明顯地域差異。初、終霜日和無霜期的極差均為標準差的3倍以上,說明初、終霜日和無霜期離散程度均較大。
4.4 近30年,福建省平均初霜日以0.332/a的速率推遲,平均終霜日以0.212/a的速率提早,平均無霜期以0.493/a的速率延長。
[1] 楊愛明. 霜凍對作物的危害及防御[J].安徽:科教文匯,2009(12):281.
[2] 吳濱,等. 中國氣象災害大典·福建卷[M].北京:氣象出版社,2007.
[3] 翟盤茂,任福民.中國近40年最高最低溫度變化[J].氣象學報, 1997, 55(4): 418-429.
[4] 葉殿秀, 張勇.1961~2007年我國霜凍變化特征[J].應用氣象學報, 2008, 19(6): 661-664.
[5] 黃嘉佑.氣象統(tǒng)計分析與預報方法[M]. 北京:氣象出版社,2004.