近42年衢州市霜期的變化特征分析

張春陽，陳　浩

（1.衢州市氣象局，浙江 衢州 324000；2.常山縣氣象局，浙江 常山 324200）

近42年衢州市霜期的變化特征分析

張春陽1，陳浩2

（1.衢州市氣象局，浙江 衢州 324000；2.常山縣氣象局，浙江 常山 324200）

利用1973-2014年衢州地區(qū)5個國家地面氣象觀測站的逐日最低氣溫觀測資料，采用突變檢驗和小波分析方法對衢州地區(qū)霜的變化特征進行分析。結(jié)果表明，衢州地區(qū)多年平均初霜日期為12月7日，多年平均終霜日期為2月22日，多年平均無霜期為286 d，多年平均霜凍日數(shù)為27 d；整體上，衢州地區(qū)多年平均初霜日推后，終霜日提前，無霜期延長，霜凍日數(shù)減少；衢州地區(qū)多年平均初霜日期在1998年發(fā)生突變，終霜日在1996年前后發(fā)生突變，無霜期在1996年前后發(fā)生突變，霜凍日數(shù)存在多個突變點，1988年前后的突變相對明顯；衢州地區(qū)多年平均初霜日存在準16，3～4年的周期，終霜日存在9～12，5～7，2～3年的周期，無霜期存在16，8～10，4～5，2～3年的周期；霜凍日數(shù)存在8～10和3～4年的周期。

衢州市；霜期；M-K檢驗；小波分析

文獻著錄格式：張春陽，陳浩.近42年衢州市霜期的變化特征分析 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（12）：2042-2047.

霜凍在秋、冬、春三季都會出現(xiàn)。霜凍會使農(nóng)作物受到損害，甚至死亡。因此在全球氣候變暖的背景下，研究衢州地區(qū)霜凍變化特征對提升農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)具有十分重要的意義。趙桂香等［1］研究表明近50年山西省初霜日推后，終霜日提前，無霜期延長，且小波分析揭示初終霜日以及無霜期均存在多尺度變化特征。范娟等［2］研究發(fā)現(xiàn)金華地區(qū)20世紀90年代以來初霜日期顯著推遲、終霜日期顯著提前、霜期顯著縮短，并在2005年發(fā)生了不顯著的突變現(xiàn)象。本研究對衢州地區(qū)近42年來霜的氣候特征進行分析，以期更好的指導(dǎo)農(nóng)事生產(chǎn)，預(yù)防霜凍，減少霜害的損失。

1　資料與方法

1.1資料來源與預(yù)處理

衢州市位于浙江省西部，地理坐標118°01′-119°20′E，28°14′-29°30′N，境域東西寬127.5 km，南北長140.25 km，總面積8 844.6 km2，境轄柯城區(qū)、衢江區(qū)、江山市、龍游縣、常山縣和開化縣。本研究選用衢州、龍游、開化、江山、常山5個國家地面氣象觀測站1973-2014年的逐日最低氣溫觀測資料，日最低氣溫≤0℃作為霜凍指標，初霜日指每年秋、冬季第1次出現(xiàn)最低氣溫≤0℃的日期，終霜日指翌年春季最后一次出現(xiàn)最低氣溫≤0℃的日期，期間最低氣溫≤0℃的日數(shù)為霜凍日數(shù)，終霜日至初霜日之間的間隔日數(shù)為無霜期［3］。

為分析研究方便起見，將初霜日、終霜日的日期轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)編碼，初霜日11月1日記為1，2日記為2，依次類推，終霜日1月1日記為1，2日記為2，依次類推。

1.2研究方法

1.2.1M-K檢驗

采用Mann-kendall突變檢驗［4］（文中簡稱MK檢驗）對霜的年際變化特征進行突變檢驗，M-K檢驗不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常數(shù)值的干擾，計算簡便。其原理為：對于具有n個樣本量的時間序列χ，構(gòu)造一秩序列：

在時間序列隨機獨立的假定下，定義統(tǒng)計量：

其中，UF1=0，E（sk）和Var（sk）是累計數(shù)sk的均值和方差，在 χ1，χ2，…，χn相互獨立，且有相同連續(xù)分布時，它們可由下式算出：

UFi為標準正態(tài)分布，它是按時間序列 χ1，χ2，…，χn計算出的統(tǒng)計量序列，給定顯著性水平 α，若|UFi|＞Uα，則表明序列存在明顯的趨勢變化。按時間序列χ逆序χn，χ（n-1），…，χ1，再重復(fù)上述過程，同時使UBk=-UFk，k=n，n-1，…，1，UB1=0。

1.2.2小波變換分析

為分析霜的變化周期，本文利用Morlet小波來分析1973-2014年霜的周期震蕩規(guī)律。首先建立基本小波函數(shù)ψ（t），它通過尺度的伸縮和時間軸上的平移得到連續(xù)小波：

對給定函數(shù)f（t）∈L2（R）的連續(xù)小波變換（continue wavelet transform，簡寫CWT）公式：

式中，Wf（a，b）為小波系數(shù)；ψa，b（t） 為子小波；a表示尺度因子，反映小波的周期長度；b表示平移因子，反映時間上的平移。

2　結(jié)果與分析

2.1霜的年際變化特征

2.1.1初霜日

近42年衢州地區(qū)多年平均初霜日總體上為推后趨勢，平均每10年推后2.6 d（圖1中a）。存在明顯的波動變化，70年代和90年代初有3個明顯偏早的階段，1992年以后偏晚趨勢顯著，偏晚年份增加，幅度增大。平均初霜日為12月7日，平均值的最早最晚相差11 d；衢州為12月9日，接近地區(qū)平均；開化平均初霜日最早，為11月29日；常山最遲，為12月10日。歷年衢州地區(qū)霜凍最早出現(xiàn)在10月29日，于1978年出現(xiàn)在開化，最晚出現(xiàn)在次年的1月15日，于2001年出現(xiàn)在衢州和江山。

2.1.2終霜日

近42年來衢州地區(qū)平均終霜日總體上為提前趨勢，平均每10年提前2.4 d（圖1中b）。70年代和80年代有2個明顯的偏晚階段，90年代后在緩慢的波動中逐漸偏早。平均終霜日為2月22日，平均值最早最晚相差9 d；衢州2月20日，接近地區(qū)平均；常山平均終霜日最早，為2 月18日；開化平均終霜日最晚，為2月27日。歷年衢州地區(qū)霜凍最早結(jié)束在1月5日，于1975年出現(xiàn)在常山，最晚結(jié)束在4月3日，于1974年出現(xiàn)在開化。

2.1.3無霜期

近42年來衢州地區(qū)無霜期總體上為延長趨勢，平均每10年延長4.6 d（圖1中c）。70年代中后期到80年中期和90年代為2個緩慢延長的階段，其中90年代延長的速度加快。多年平均無霜期286 d，平均值最長最短相差21 d；衢州為291 d，平均無霜期最長為常山的 294 d，最短為開化的273 d。歷年衢州地區(qū)無霜期最長336 d，于1973年出現(xiàn)在衢州，最短241 d，于1976年出現(xiàn)在開化、江山和龍游。

2.1.4霜凍日數(shù)

近42年來衢州地區(qū)霜凍日數(shù)總體上為偏少的趨勢，平均每10年偏少2.3 d（圖1中d）。多年平均霜凍日數(shù)為27 d，平均值最多最少相差12 d；衢州為28 d；常山平均霜凍日數(shù)最少，為20 d；開化平均霜凍日數(shù)最多，為32 d。歷年衢州地區(qū)霜凍日數(shù)最多為48 d，于1986年出現(xiàn)在開化；最少為7 d，于2000和2012年出現(xiàn)在江山。

2.2霜凍的突變特征

運用Mann-Kendall法分析繪出UFk和UBk曲線，根據(jù)UFk和UBk兩條曲線在臨界值之間的交點對應(yīng)的時刻為發(fā)生突變的時間，分析全市霜凍的突變情況。由圖2可知，衢州地區(qū)多年平均初霜日期在1998年發(fā)生突變，多年平均終霜日在1996年前后發(fā)生突變，多年平均無霜期在1996年前后發(fā)生突變，霜凍日數(shù)存在多個突變點，1988年前后的突變相對較明顯。

2.3霜凍的周期變化特征

小波變換能夠清晰地將隱藏在時間序列中的多種震蕩周期充分的在不同時間尺度中的變化趨勢展現(xiàn)出來，其分析圖表示能量密度，值越大表明周期性越明顯。本文選用Morlet小波分析。

由圖3可見，衢州地區(qū)平均初霜日存在準16，3～4年的周期，平均終霜日存在9～12，5～7，2～3年的周期，2006和2008年為偏早中心；無霜期存在16，8～10，4～5，2～3年的周期；霜凍日數(shù)存在8～10，3～4年的周期。

圖1　1973-2014年衢州地區(qū)霜的年際變化特征

3　小結(jié)

1973-2014年衢州地區(qū)多年平均初霜日期為12月7日，多年平均終霜日期為2月22日，多年平均無霜期為286 d，多年平均霜凍日數(shù)為27 d。由于開化縣地理位置偏北且地處山區(qū)，其多年平均初霜日期最早為11月29日，多年平均終霜日期最晚為2月27日，多年平均無霜期最短為273 d，多年平均霜凍日數(shù)最多為32 d。

圖2　1973-2014年衢州地區(qū)霜凍的M-K突變檢驗

氣候變暖對霜有明顯影響，整體上，衢州地區(qū)多年平均初霜日推后，終霜日提前，無霜期延長，霜凍日數(shù)減少，氣候傾向率分別為初霜日每10年推后2.6 d，終霜日每10年提前2.4 d，無霜期每10年延長4.6 d，霜凍日數(shù)每10年減少2.3 d。

42年來衢州地區(qū)多年平均初霜日、終霜日、無霜期、霜凍日數(shù)均存在一次明顯的突變，多年平均初霜日在1998年發(fā)生突變，終霜日在1996年前后發(fā)生突變，無霜期在1996年前后發(fā)生突變，霜凍日數(shù)存在多個突變點，1988年前后的突變相對明顯。

圖3　1973-2014年衢州地區(qū)霜凍的小波分析

衢州地區(qū)多年平均初霜日存在準16，3～4年的周期，終霜日存在9～12，5～7，2～3年的周期，無霜期存在16，8～10，4～5，2～3年的周期；霜凍日數(shù)存在8～10，3～4年的周期。

［1］ 趙桂香，范衛(wèi)東.近50年山西省霜凍特征分析 ［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30（8）：223-231.

［2］ 范娟，金培，朱澤偉，等.金華近59 a霜的氣候變化特征［J］.浙江氣象，2014，35（1）：17-19.

［3］ 杜軍，石磊，袁雷.近50年西藏主要農(nóng)區(qū)霜凍指標的變化特征 ［J］.中國農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（3）：264-271.

［4］ 馬開玉，丁裕國.氣候統(tǒng)計原理與方法 ［M］.北京：氣象出版社，1993.

（責(zé)任編輯：侯春曉）

S 425；P 426.4

A

0528-9017（2015）12-2042-05

10.16178/j.issn.0528-9017.20151242

2015-09-01

張春陽 （1989-），女，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，主要從事氣象行政管理與服務(wù)工作。E-mail：hc-1212@126.com。