貴州省霜凍天氣的時空分布與氣候變化特征

陳　靜，白　慧，潘徐燕

(1.貴州省氣候中心，貴州　貴陽　550002；2.貴州省信息中心，貴州　貴陽　550002)

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貴州省霜凍天氣的時空分布與氣候變化特征

陳靜1，白慧1，潘徐燕2

(1.貴州省氣候中心，貴州貴陽550002；2.貴州省信息中心，貴州貴陽550002)

該文利用貴州省81個氣象觀測站點1961年7月—2015年6月逐日最低地面溫度和霜的氣象觀測資料，采用線性趨勢法、均值分步法、Mann-Kendall突變檢驗法對貴州省霜凍的時空分布及氣候變化特征進行分析。結(jié)果表明：貴州省霜凍天氣具有明顯的地域特征，容易出現(xiàn)在高海拔地區(qū)及北部、東北部地區(qū)；近55 a來，貴州省霜凍日數(shù)呈減少趨勢；省的西北部霜凍開始得較早，終止得較晚；南部邊緣地區(qū)，開始得較晚，終止得較早；無霜凍期由西向東、向南逐漸延長；霜凍天氣主要在10月—翌年4月出現(xiàn)；全省初霜凍日呈推遲趨勢，終霜凍日呈提早的變化趨勢，無霜凍期呈現(xiàn)延長的變化趨勢；從年代際變化來看，初霜凍日期21世紀初發(fā)生突變，開始明顯推遲，終霜凍日期上世紀70年代開始明顯提早，無霜凍期在90年代開始明顯延長。

初霜凍日；終霜凍日；無霜凍期；Mann-Kendall突變檢驗

1　引言

霜凍是在溫暖季節(jié)中日平均氣溫在0 ℃以上時，在土壤表面、植物表面及近地面空氣層發(fā)生短時間溫度降低到0 ℃或0 ℃以下的現(xiàn)象。發(fā)生霜凍的時候，可以有霜(白色的凍結(jié)物，稱白霜)，也可以沒有霜。霜凍可以使許多農(nóng)作物，特別是喜熱作物遭到相當大的損失，是貴州的災(zāi)害性天氣之一。初霜凍對處于貴州低熱河谷地帶的羅甸、黎平、從江、榕江、關(guān)嶺等地的農(nóng)作物影響很大，如果在當?shù)厥a(chǎn)茄子、西紅柿、辣椒等經(jīng)濟作物的月份，遭遇霜凍就會使這些經(jīng)濟作物受到損害，甚至死亡，給農(nóng)戶造成損失；晚霜凍會影響春播作物播種和幼苗生長，而且對已拔節(jié)的小麥、開花的油菜及果樹帶來危害。如2007年5月5日，貴州省西部高寒地區(qū)的威寧因輻射冷卻降溫形成霜凍，地面最低溫度下降至-1.4 ℃，玉米、洋芋、豆類等農(nóng)作物和烤煙分別受到不同程度凍害；據(jù)民政局統(tǒng)計，這次霜凍災(zāi)害共造成36 477 hm2農(nóng)作物受災(zāi)，10 182 hm2農(nóng)作物絕收，直接經(jīng)濟損失2 266萬元。

我國學者采用不同的指標對不同地區(qū)的霜凍氣候特征及變化規(guī)律進行了分析, 如陳乾金等[1-2]采用1953—1990年地面最低氣溫對華北和江淮地區(qū)異常霜凍氣候特征進行研究，指出異常初、終霜凍發(fā)生頻率地理分布差異顯著。葉殿秀等[3]用逐日最低氣溫資料研究1961—2007年中國霜凍變化特征，結(jié)果顯示：全國平均終霜凍日提早時間明顯比初霜凍日推遲時間長，全國平均無霜凍期自20世紀80年代起明顯延長。黃天福等[4]、蔣斌等[5]利用貴州省2009年氣象資料，分別對六盤水地區(qū)和黔西南州3月初春嚴重低溫霜凍的天氣特征進行分析，從霜凍成因、前期天氣形勢、氣候背景、大氣環(huán)流等方面進行詳細的研究，給出了霜凍的農(nóng)業(yè)防御對策。本文用貴州省1961—2015年的觀測資料，分析霜凍天氣的氣候變化特征，以期為提高霜凍天氣預(yù)測，及時發(fā)布預(yù)警信號提供參考，為氣象決策服務(wù)提供較為詳細的科學依據(jù)，提高氣象服務(wù)水平。

2　資料與方法

2.1資料選取

貴州省共有85個觀測站，其中匯川、萬山、黃平、白云4站的資料缺失，選用剩余81個地面氣象觀測站1961年7月—2015年6月逐日最低地面溫度和霜的氣象觀測資料。

2.2霜凍定義

目前我國關(guān)于全國及各地霜凍變化特征的研究較多，采用的氣候劃分指標各有不同。如王秀萍等[6]采用日最低氣溫降到0 ℃或以下作為劃分標準分析了大連地區(qū)初、終霜凍事件和無霜凍期變化；楊克明等[7]用最低地溫作為衡量霜凍的指標分析東北地區(qū)初霜凍的天氣氣候特征；曹倩等[8]以百葉箱日最低氣溫降到2 ℃或以下作為霜凍的氣候指標。本文采用日最低地面溫度≤0 ℃且出現(xiàn)霜的天氣現(xiàn)象作為霜凍的氣候指標。

把溫暖季節(jié)向寒冷季節(jié)過渡期間第1次出現(xiàn)霜凍的日期定義為初霜凍日，由寒冷季節(jié)向溫暖季節(jié)過渡期間最后1次出現(xiàn)霜凍的日期定義為終霜凍日，初霜凍日到翌年終霜凍日為霜凍日數(shù)，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，霜凍日數(shù)實行跨年度統(tǒng)計，例如：2014年霜凍日數(shù)時間范圍為2014年7月1日—2015年6月30日。

個別站出現(xiàn)“無霜凍年”的處理。在某些年份，由于冷空氣勢力弱或產(chǎn)生變性，統(tǒng)計時段內(nèi)可能沒有出現(xiàn)地面溫度≤0 ℃的樣本，或者地面溫度≤0 ℃但沒有出現(xiàn)霜，稱為“無霜凍年”；在計算無霜凍日數(shù)時，記為0 d，在計算初(終)霜凍日期時，時間平均上剔除該年，空間平均上剔除該站。

2.3方法

用線性傾向估計法[9]分析貴州省近55 a來平均霜凍日、初(終)霜凍日和無霜凍期的氣候變化趨勢，采用復(fù)相關(guān)系數(shù)對其信度進行檢驗；采用均值分步法分析霜凍的空間分布特征；采用Mann-Kendall(M-K)法[9]檢測貴州省霜凍的突變特征。

3　時空變化特征

3.1霜凍天氣的空間分布

10月26日上午，順豐航空有限公司首架B 747-400 ERF（延遠程寬體全貨機）順利完成適航恢復(fù)，飛抵深圳寶安國際機場，入列順豐機隊。隨著這架空中“巨無霸”的加入，順豐航空在運營全貨機數(shù)量增長至48架，現(xiàn)代化機隊建設(shè)再次取得里程碑式的突破，“大飛機”時代正式開啟，順豐航空的運行實力與航空物流服務(wù)水平將再上新臺階。

從圖1可以看出，貴州省霜凍天氣出現(xiàn)最多的區(qū)域是西北部、北部、東北部、東部及中部局地地區(qū)，以上區(qū)域的年平均霜凍日數(shù)達到10 d以上，以威寧40 d為最大，貴州省南部邊緣地區(qū)和赤水河谷等溫暖地區(qū)年平均霜凍日數(shù)不超過5 d，以赤水為最少，平均2 d。總體來說，貴州省霜凍天氣具有明顯的地域分布特征，西部地勢較高地區(qū)和東部相對海拔較高地區(qū)容易出現(xiàn)霜凍天氣；北部和東北部地區(qū)受冷空氣影響時間比南部地區(qū)多再加之海拔相對較高，也容易出現(xiàn)霜凍天氣。

3.2霜凍天氣的時間變化3.2.1霜凍日年際變化從圖2可以看出,55 a貴州省平均霜凍日數(shù)總計為474 d，平均每年8.8 d，發(fā)生頻率1.9%；1962年霜凍日數(shù)最多，達到22 d，2011年霜凍日數(shù)最少，平均只有2 d。霜凍日數(shù)總體呈減少趨勢，其氣候傾向率為-0.967 d/10 a,通過0.05的顯著性檢驗。貴州省霜凍日發(fā)生站次曲線圖(圖略)與霜凍日數(shù)曲線的位相和趨勢基本是一致的，霜凍年出現(xiàn)站次最少的是2011年，只有48站次，出現(xiàn)最多的站次歷史上有11 a，貴州省81個臺站均出現(xiàn)霜凍。

圖1　1961—2015年貴州省霜凍天氣年平均日數(shù)Fig.1　Annual average frost days in Guizhou province from 1961 to 2015

圖2　1961—2015年貴州省霜凍日數(shù)變化曲線Fig.2　The variation curve of frost days in Guizhou province from 1961 to 2015

3.2.2霜凍日月際變化表1給出1961—2015年貴州省霜凍日數(shù)的月平均變化，主要集中出現(xiàn)在10月—翌年4月，尤其在12月—翌年2月霜凍日數(shù)最多，占全年總?cè)諗?shù)的86.9%，其次是11月和翌年3月，6、7、8月無霜凍日，其余月份出現(xiàn)的幾率很小，個別站早、晚霜凍日出現(xiàn)的月份比以上月份提前和推后較長時間，如威寧最早的初霜凍日出現(xiàn)在1998年9月29日，最晚的終霜凍日出現(xiàn)在1996年的5月29日，但這種機率是很小的。

4　初(終)霜凍日和無霜凍期氣候變化特征

4.1初(終)霜凍日和無霜凍期氣候特征分布

從圖3a可知，貴州各地霜凍平均初日除赤水、冊亨、望謨、羅甸在1月上旬外，其余各地霜凍平均初日在11月9日—12月29日的51 d內(nèi)，以12月為主，頻率達82.7%，11月的頻率只有12.3%；最早初霜凍日出現(xiàn)在威寧1998年的9月29日，最晚初霜凍日出現(xiàn)在赤水1996年的12月13日。由圖4b可知，貴州霜凍平均終日在1月15日—3月31日這73 d內(nèi)，以2月為主，頻率為74%，1月次之，頻率為20%，3月頻率僅為6%；最早的終霜凍日出現(xiàn)在1974年(息烽、鎮(zhèn)遠、清鎮(zhèn))和2000年(興義)的11月21日，最晚的終霜凍日出現(xiàn)在威寧1996年的5月29日，離夏季僅幾步之遙，在全省范圍內(nèi)，貴州省的西北部霜凍開始得較早而終止較晚；南部邊緣地區(qū)，西起興義、安龍，東訖榕江、從江都是開始得較晚，而終止得較早。近55 a來，貴州省無霜凍期圖4c平均為288 d，由西向東、向南逐漸延長，全省無霜凍期最長為366 d，2000年以后，冊亨、羅甸連續(xù)8 a出現(xiàn)無霜凍年，赤水、望謨、榕江也連續(xù)出現(xiàn)7 a無霜凍年；無霜凍期最短為142 d，出現(xiàn)在1998年的威寧站。

表1　1961年7月—2015年6月貴州省霜凍日數(shù)的月平均統(tǒng)計值

圖3　1961—2015年貴州省霜凍平均初日(a)、平均終日(b)和無霜凍期(c)Fig.3　Average first frost date(a), Average last frost date(b), and frost-free period(c)In Guizhou province from 1961 to 2015

4.2初(終)霜凍日和無霜凍期時間變化特征

圖4以看出，近55 a，貴州平均初霜凍日呈現(xiàn)推遲趨勢，終霜凍日呈現(xiàn)提前趨勢，無霜凍期呈現(xiàn)延長趨勢，其氣候傾向率分別為2.0 d/10 a,3.1 d/10 a和5.1 d/10 a，均通過0.01顯著性檢驗。從年代際變化來看，20世紀80～90年代全省初霜凍日期變化不大，但20世紀90年代之后初霜凍日明顯推遲，從12月初推遲至12月中旬，21世紀以來全省平均初霜凍日期比20世紀80年代推遲11 d；20世紀60年代全省平均終霜凍日期出現(xiàn)在3月初，從20世紀70年代起全省平均終霜凍日期出現(xiàn)明顯提早的變化趨勢，其中21世紀以來全省平均終霜凍日期比20世紀60年代提早14 d；20世紀70年代和80年代全省平均無霜凍期變化不大，70年代至今無霜凍期呈顯著增加趨勢，21世紀以來全省平均無霜凍期比20世紀60年代偏長16 d。

圖4　1961—2015年貴州省平均初(a)、終(b)霜凍日及無霜凍期(c)的歷年變化Fig.4　The annual changes of average first frost date (a), average last frost date(b), and frost-free period(c)In Guizhou province from 1961 to 2015

由圖5a可知，UF和UB曲線于2001年相交于信度為0.05的置信線±1.96之間，UF線在2013年突破臨界值，并持續(xù)上升，說明2001年以來貴州全省初霜凍日呈推遲趨勢， 2001年是全省初霜凍日從一個相對偏早期躍變?yōu)橐粋€相對偏晚期的突變年，尤其在2013年后推遲趨勢顯著。由圖5b可知，UF線與UB線在1977年相交于信度0.05的臨界值內(nèi)，UF線在1980年突破臨界值，并明顯減小，表明終霜凍日提前趨勢明顯。全省無霜凍期圖5c在1995年前后交于0.05的置信線內(nèi)，UF線在1997年突破臨界值，并顯著呈上升趨勢，表明無霜期顯著增長。

5　結(jié)論

①貴州省霜凍容易出現(xiàn)在西部地勢較高地區(qū)和北部、東北部相對海拔較高地區(qū)；55 a間平均霜凍日數(shù)總計為474 d，平均每年8.8 d，以0.967 d/10 a的氣候傾向率減少；霜凍集中出現(xiàn)在10月—翌年4月，尤其在12月—翌年2月霜凍日數(shù)最多。

②貴州省西北部霜凍較早開始較晚結(jié)束；南部地區(qū)較晚開始，較早終止，無霜凍期由西向東、向南逐漸延長。

③近55 a，貴州省平均初霜凍日期以2.0 d/10 a的氣候傾向率推遲，終霜凍日期以3.1 d/10 a的氣候傾向率提早，無霜凍期以5.1 d/10 a的氣候傾向率延長。從年代際變化來看，初霜凍日在2001年發(fā)生突變，從一個相對偏早期躍變?yōu)橐粋€相對偏晚期；終霜凍日在1977年發(fā)生突變，結(jié)束期提前；無霜凍期在1995年之后明顯增加。

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The Spatial and Temporal Distribution of Frost and Climate Change Characteristics in Guizhou Province

CHEN Jing1,BAI Hui1,PAN Xuyan2

(1.Guizhou Climate Center, Guiyang 550002， China; 2.Guizhou Information Center, Guiyang 550002,China)

Based on the minimum ground temperature and frost data from 81 meteorological stations of Guizhou Province from July 1961 to June 2015, the spatial and temporal distribution of frost and climate change characteristics in Guizhou Province were analyzed with the linear-trend method, mean value distribution approach, and mutation test method. The results show that the frost weather had apparent regional differences. The frost weather was inclined to appear in high altitude areas as well as Northern regions and East-Northern regions. Frost days occurred in recent 55 years with a decline trend in Guizhou Province. The frost in the west-northern regions occurred early and ended up late. The frost in the southern marginal areas came late and ended up early. The frost-free period prolonged gradually from the West to the East and South. The frost weather appeared mainly from October of the previous year to April of the next year. Guizhou first frost date had a delaying trend while the last frost date had an advancing trend, and the frost-free period presented prolonged tendency. Seen from changes in recent years, the first frost date had a mutation in early 21st century and it was obviously postponed. The last frost date was obviously advanced in the 1970 s. The frost-free period was obviously prolonged in the 1990 s.

first frost date; last frost date; frost-free period; mutation test method

1003-6598(2016)03-0066-04

2015-12-23

陳靜(1964-)，女，高工，主要從事氣候變化研究工作，E-mail:chengchengcj@sina.com。

P423.4

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