2014年5月上旬同仁地區(qū)一次晚霜凍成因分析

徐開宇+劉桂花++侯琳

摘要 通過MICAPS系統(tǒng)獲取霜凍日前后高低空實況、探空、物理量場等資料，從天氣學(xué)角度對2014年5月上旬同仁地區(qū)隆務(wù)河谷發(fā)生的晚霜凍天氣進行分析。結(jié)果表明：此次晚霜凍是在強冷溫槽后部繼續(xù)有補充干冷空氣下傳，由高空冷平流和夜間晴空輻射降溫造成的混合型霜凍；前期500 hPa暖脊發(fā)展明顯，地面升溫迅速，后期大槽冷鋒東移南下，冷空氣暴發(fā)；強盛的冷平流和地面暖倒槽，為降溫提供了有利的溫度條件。并且針對晚霜凍害天氣提出了防災(zāi)減災(zāi)措施，更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

關(guān)鍵詞 晚霜凍；成因；分析；青海同仁；2014年5月上旬

中圖分類號 S425 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0163-03

Causes Analysis on a Late Frost in Tongren Area in Early May 2014

XU Kai-yu 1，2 LIU Gui-hua 2 HOU Lin 2

（1 Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation in Qinghai Province，Xining Qinghai 810001； 2 Huangnan State Meteorological Bureau）

Abstract This article used the MICAPS system to obtain the high altitude observation，radiosonde，physical quantity field data before and after frost days.The late frost weather occurred in Tongren Region Longwu River Valley in early May 2014 was analyzed from the perspective of weather.Results showed that the frost was strong in cold temperature trough of cold air at the rear to pass. The mixed frost caused by high altitude cold night sky radiation and flat flow cooling.Pre 500 hPa warm ridge developed obviously，surface temperature rose rapidly，late trough cold front moved south，cold air outbroke.Strong cold advection and the warm surface trough provided favorable temperature conditions for cooling. And disaster prevention and mitigation measures were put forward for spring frost weather，so as to provide better service for agricultural production.

Key words late frost；causes；analysis；Tongren Qinghai；Early May 2014

同仁地區(qū)位于青海省東南部邊界，東與甘肅省夏河縣相鄰，處于青藏高原與黃土高原的接壤地帶，屬高原大陸性氣候，雨熱同季。目前，國內(nèi)外學(xué)者重點分析霜凍的發(fā)生及危害程度與冷空氣活動、地理分布、土壤質(zhì)地、土壤濕度、前期氣候條件、作物種類、作物發(fā)育進展、抗凍能力、播種期等方面的關(guān)系[1-4]，雖然中國農(nóng)業(yè)氣象實驗站的樣本資料時效較長，但是實驗站的站點布設(shè)較少，已滿足不了晚霜凍精細化研究的高要求。因此，本研究利用2014年5月上旬同仁地區(qū)隆務(wù)河谷發(fā)生的晚霜凍天氣進行分析，以此深入了解同仁地區(qū)晚霜凍的發(fā)生規(guī)律。盡管各種農(nóng)作物耐受凍害的強度指標各不相同，但當?shù)孛孀畹蜏囟冉档? ℃或以下時，大多數(shù)農(nóng)作物就要遭到凍害，而此次霜凍天氣確實對同仁地區(qū)的農(nóng)作物造成了嚴重的凍害，因此研究霜凍對防御凍害意義重大，對指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著深遠的影響[5-8]。

據(jù)統(tǒng)計，2014年同仁地區(qū)有耕地7 513.33 hm2，隆務(wù)河谷地帶大部分農(nóng)田灌溉采取引流隆務(wù)河和大南曼河河水自然灌溉方法，淺山地區(qū)農(nóng)田采用澇池灌溉或靠自然降水。同仁全區(qū)12個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）中有9個鄉(xiāng)以牧業(yè)或半農(nóng)半牧為主，只有地處大南曼河和隆務(wù)河沿岸地帶（以下簡稱隆務(wù)河谷）的保安鎮(zhèn)、年都乎鄉(xiāng)、隆務(wù)鎮(zhèn)、曲庫乎鄉(xiāng)等4個鄉(xiāng)為純農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)。隆務(wù)河谷和周邊淺山地區(qū)傳統(tǒng)種植的農(nóng)作物主要有小麥、油菜、馬鈴薯等，經(jīng)濟果樹有金黃果樹、花椒樹、核桃樹、杏樹等，其中金黃果是隆務(wù)河谷特有的一種經(jīng)濟果樹品種，也是近年來州縣政府重點扶持發(fā)展的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)之一。

1 天氣實況及災(zāi)情

2014年5月11日清晨，同仁縣隆務(wù)河谷川水地區(qū)出現(xiàn)霜凍天氣，從當日最低氣溫統(tǒng)計表（表1）中可以看出，位于河谷上游的曲庫乎七要素區(qū)域站的日最低氣溫-2.5 ℃，中游的同仁縣自動氣象站當日最低氣溫-1.2 ℃，其中地面0 cm最低溫度-2.8 ℃，位于下游峽區(qū)的兩要素古浪堤區(qū)域站的最低氣溫0.7 ℃，最低氣溫分別出現(xiàn)在6：34、6：11和6：18，同仁縣自動氣象站地面0 cm最低溫度出現(xiàn)在6：02。霜凍維持時段分別為：曲庫乎區(qū)域站0：40—9：20，同仁縣自動站2：00—7：02，古浪堤5：20—7：20。根據(jù)同仁縣農(nóng)牧局5月11—15日連續(xù)跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2014年隆務(wù)河谷推廣種植的113.33 hm2地膜青飼玉米和1 333.33 hm2地膜馬鈴薯中，保安鎮(zhèn)、年都乎鄉(xiāng)一帶與小麥、油菜同步播種、已經(jīng)出苗的20 hm2以上地膜青飼玉米和20 hm2以上地膜馬鈴薯受災(zāi)，出現(xiàn)幼苗葉片枯黃、凋萎甚至發(fā)黑癥狀，其余的因推遲播種未出苗而躲過此次霜凍。受災(zāi)最為嚴重的是金黃果樹和核桃樹，正值開花掛果期，有90%以上的花蕾和掛果出現(xiàn)打蔫、脫落和停止生長，部分新發(fā)嫩芽出現(xiàn)卷曲、葉邊發(fā)黑現(xiàn)象，特別是新移栽和嫁接的果樹新芽幾乎全部凍傷，后期日曬后完全枯死變黑。此次霜凍中花椒也受到了一定程度的影響，有少量新芽和掛果出現(xiàn)枯死變黑現(xiàn)象。杏樹開花展葉較早，枝葉完全長開，果實已經(jīng)有了較多的物質(zhì)積累，在此次霜凍中未受災(zāi)。當?shù)卣块T對受災(zāi)的玉米和馬鈴薯采取補種、折種等措施，盡量挽回農(nóng)民的經(jīng)濟損失，但金黃果樹的受災(zāi)減產(chǎn)已成定局。據(jù)縣農(nóng)牧局統(tǒng)計，此次霜凍共造成直接、間接經(jīng)濟損失約62萬元。

2 資料來源及霜凍指標

2.1 資料來源

利用“青海省氣象信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)”相關(guān)站點的氣溫、氣壓、露點溫度、風(fēng)向風(fēng)速及地面0 cm溫度等氣象要素資料以及MICAPS氣象信息綜合處理系統(tǒng)獲取霜凍日前后高低空實況、探空、物理量場等資料來分析此次晚霜凍的成因。

2.2 霜凍指標

霜凍發(fā)生、維持的時段，以馬鈴薯、小油菜幼苗期和梨樹開花、掛果期的霜凍日最低氣溫等指標作為判斷依據(jù)，并且采用《青海省氣象災(zāi)害標準》（DB 63/T372—2001）中的判定指標，即日最低氣溫≤2.0 ℃，地面溫度≤0 ℃的維持時段作為霜期；馬鈴薯幼苗期的霜凍日最低氣溫指標為 ≤-1.0 ℃，小油菜幼苗期霜凍日最低氣溫指標為≤-2.0 ℃，梨樹開花、坐果期的霜凍日最低氣溫指標為≤-1.7 ℃。由于《青海省氣象災(zāi)害標準》中沒有規(guī)定花椒、玉米等的霜凍日最低氣溫指標，查詢周邊的甘肅、陜西、新疆等省的相關(guān)資料后，確定本地的參考值為：花椒開花、坐果期的霜凍日最低氣溫指標為 ≤-3.0 ℃，玉米幼苗期的霜凍日最低氣溫指標為≤-1.0 ℃。

2.3 晚霜凍之“黑霜”

每年的4月底至5月上、中旬是隆務(wù)河谷小麥、油菜、馬鈴薯、青飼玉米等農(nóng)作物的出苗、分蘗和金黃果樹、花椒、核桃、杏子等經(jīng)濟樹木的展葉、開花坐果關(guān)鍵期。隆務(wù)河谷的農(nóng)民們在長期的農(nóng)事活動實踐中發(fā)現(xiàn)，5月上旬左右，在隆務(wù)河谷極易出現(xiàn)霜凍，對農(nóng)作物幼苗和果樹嫩葉、花蕾和坐果形成凍害，農(nóng)作物幼苗果樹嫩葉、花蕾和坐果出現(xiàn)打蔫、枯死、脫落和如同火燒一般發(fā)黑等癥狀，輕則減產(chǎn)，重則絕收，給農(nóng)民造成重大損失，進而影響農(nóng)副產(chǎn)品深加工產(chǎn)業(yè)效益。這個時期同仁地區(qū)多數(shù)情況下前期降雨少，空氣和地表干燥，水汽含量低，出現(xiàn)霜凍時地表和作物表面不出現(xiàn)水汽凝化物即白霜，但對農(nóng)作物和樹果的傷害卻很大，因此當?shù)剞r(nóng)民將這個時期出現(xiàn)的霜凍俗稱為“黑霜”。

3 前期氣候概況分析

進入5月上旬，黃南北部農(nóng)業(yè)區(qū)前期基本上沒有出現(xiàn)降水，一直受脊前的西北氣流控制，天氣晴好，處于干熱狀態(tài)，地表土壤失墑嚴重，出現(xiàn)輕度旱情。至10日6：00—9：00出現(xiàn)短時陣性降水，降水量同仁1.2 mm、曲庫乎1.4 mm、古浪堤1.8 mm。但隨著當日白天放晴氣溫回升，地表淺薄的濕墑來不及被植物吸收就被快速蒸發(fā)，對解決旱情毫無作用，長時間的干旱少雨，使未進行澆灌的農(nóng)作物和果樹長時間處于缺水狀態(tài)，降低了抗寒能力。同時，近地面干燥的空氣和地表干燥土壤無法儲存潛熱，遇到冷空氣過境及晴空輻射降溫時無法控制氣溫和地表溫度的速降。因此，前期干旱給此次霜凍以及凍害的發(fā)生打下了基礎(chǔ)。

4 高空環(huán)流形勢分析

4.1 高空影響系統(tǒng)

5月1—7日500 hPa高空形勢分析，亞洲大陸中高緯度地區(qū)基本維持一脊一槽型，即新疆脊和東亞低值系統(tǒng)一直穩(wěn)定維持，而青海省處于槽后脊前的西北氣流之中，高度場和溫度場變化不大，總體趨向于暖高。與此同時，自2日在巴倫支海峽形成的一支冷槽東移發(fā)展，至6日8：00在貝加爾湖以西分離出一個較強的冷渦，該冷渦在東移南壓過程中，于7日8：00發(fā)展成一對低渦，2個低渦中心分別位于新疆東部和蒙古國中部。8—9日新疆東部的低渦在南疆演變成較深的冷槽，而蒙古中部的冷渦原地加強，其底部分裂小槽影響青海省北部祁連山區(qū)，青海省大部處于弱的平直西風(fēng)氣流之中，形成弱的鋒區(qū)。

10日8：00高空圖（圖1a）中，南疆的冷槽受其后部強冷平流的沖擊快速東移南下爬上高原到達青海省東部，槽后有強冷平流壓到青海省上空，表現(xiàn)為強的冷溫槽和補充冷溫槽配合，格爾木站和都蘭站的西北風(fēng)風(fēng)速達20 m/s，格爾木站的24 h變溫達-8 ℃，都蘭站的24 h變溫達-6 ℃。10日20：00（圖1b）高空槽已經(jīng)移出高原到達河套一線，青海省處于槽后較強的西北氣流之中，在強冷溫槽后部繼續(xù)有補充冷溫槽下傳，東部農(nóng)業(yè)區(qū)仍處于強負變溫中心，青海省上空的冷平流仍保持強勁勢頭。

4.2 渦度散度場

5月1—6日，青海省上空渦度散度變化不大，基本上在0值左右擺動，表明以西北氣流為主的控制系統(tǒng)比較穩(wěn)定少變。7—9日，從蒙古高原形成的強正、負渦度散度場頻繁、交替地向南延伸到青海省上空，表明在北支系統(tǒng)的影響下，青海省上空擾動趨于加強。11日8：00 500 hPa渦度散度場配置，青海省上空為強負渦度正散度，這種配置有利于高空冷平流向低空輻散。從渦度散度場空間配置分析，負（正）散度中心位始終于正（負）渦度中心的稍前方，這種配置有利于系統(tǒng)的加速移動，從時間演變分析，渦度散度場在每日8：00都變小，而20：00變強，表明系統(tǒng)在夜間相對穩(wěn)定少動，而白天演變相對強烈快速。

4.3 物理量場

某地氣溫變化主要決定于溫度平流和非絕熱因子的作用[9]。在此次霜凍天氣過程中，非絕熱作用小于溫度平流的作用，所以主要討論溫度平流對溫度的影響，而冷平流使局地氣溫下降，冷平流越強，局地氣溫下降越明顯，冷空氣的強弱與降溫層次成正比，降溫層次越高、冷空氣越厚，降溫越大。分析10日20：00沿100°E附近總溫度平流的空間剖面可見，同仁地區(qū)（102.01°E、35.31°N）上空冷平流厚度從地面延伸至300 hPa，冷中心主要位于34°N～36°N之間，不斷有冷空氣擴散南下影響同仁地區(qū)，使得10日夜間的溫度持續(xù)偏低[5-9]。

溫壓場上，影響橫槽前部一般配合有暖平流，橫槽后部為較強冷平流，有時500 hPa溫度平流場表現(xiàn)不是很明顯，但中低層700 hPa或850 hPa則能表現(xiàn)出來：2014年5月10日20：00 700 hPa影響冷渦生成，位于貝湖南部，新疆也有較強的冷中心，冷渦西部的橫槽附近及同仁地區(qū)上空配合有明顯的冷平流，700 hPa中心強度達到-40×10-5 ℃/s（圖2），10日夜間在偏北氣流引導(dǎo)下，同仁地區(qū)氣溫驟降，進而出現(xiàn)由高空冷平流和夜間晴空輻射降溫造成的混合型霜凍。

5 防災(zāi)減災(zāi)措施

本次霜凍天氣對同仁地區(qū)的農(nóng)作物都造成了一定的影響，如何及早預(yù)防凍害，以及凍害發(fā)生后采取哪些補救措施以減輕凍害帶來的損失，建議采取如下措施：一是關(guān)注天氣趨勢，當強冷空氣影響時，氣象部門及早發(fā)布霜凍的為農(nóng)服務(wù)專項預(yù)報，提醒農(nóng)戶加強防范，并通過手機短信、顯示屏、大喇叭進行預(yù)警信息的發(fā)布，讓農(nóng)戶在第一時間收到預(yù)警信息，并采取防御措施。二是因地制宜，選用抗寒能力比較強又優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的新品種，適期播種，培育壯苗，壯苗具有較強的抗寒能力，在遇到相同凍害情況下，其受害程度大大低于晚弱苗。三是在霜凍來臨前有灌溉條件的地區(qū)實行灌水或噴霧均可阻止地面輻射冷卻和溫度的下降，防御凍害的發(fā)生，霜凍來臨前還可利用柴草燃燒后的煙幕，有減輕霜凍危害的效果。四是農(nóng)作物遭受凍害的補救措施是澆水和施肥，部分葉片被凍壞時可追施速效性氮肥，促使作物迅速恢復(fù)生長。

6 結(jié)語

此次晚霜凍是在強冷溫槽后部繼續(xù)有補充冷空氣下傳，黃南北部的尖扎、同仁農(nóng)業(yè)區(qū)處于較強負變溫中心區(qū)域，青海省上空的冷平流仍然保持強勁的勢頭。由于土壤相對于水的熱容量比較小，農(nóng)作物遇到冷空氣襲擊時溫度驟降，晚霜凍比較容易發(fā)生。因為前期處于干熱狀態(tài)，土壤失墑比較嚴重，在出現(xiàn)短時降水后遇到冷空氣過境及晴空輻射降溫時給此次的晚霜凍以及凍害的發(fā)生打下了基礎(chǔ)。

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