1961—2015年焉耆盆地霜凍氣候分析

隆永蘭，劉濛濛，張山清，夏玉蓮

（1.巴音郭楞蒙古自治州氣象局，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002；3.蔡家湖氣象站，新疆 昌吉 831304）

1961—2015年焉耆盆地霜凍氣候分析

隆永蘭1，劉濛濛1，張山清2，夏玉蓮3

（1.巴音郭楞蒙古自治州氣象局，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002；3.蔡家湖氣象站，新疆 昌吉 831304）

利用焉耆盆地1961—2015年的初、終霜凍日、無霜凍期資料，采用線性傾向估計法、多項式趨勢、M-K檢測等統(tǒng)計方法，分析焉耆盆地近55 a來霜凍氣候變化特征。結(jié)果表明：（1）近55 a焉耆盆地平均初、終霜凍日分別為10月7日和4月8日，平均無霜期181 d。終霜凍年際差異比較明顯且不穩(wěn)定；（2）焉耆盆地平均初、終霜凍整體均呈顯著推遲趨勢，推遲速率分別為2.1 d/10 a和3.75 d/10 a，各地推遲趨勢有差異；無霜期呈不顯著縮短趨勢，速率為1.68 d/ 10 a；終霜凍和無霜期具有明顯的年代際特征。終霜凍對無霜期的影響較大。（3）初、終霜凍及無霜期分別于1986年、1983年、1969年發(fā)生了氣候突變，初、終霜凍均表現(xiàn)為由提早轉(zhuǎn)為明顯推遲，無霜期表現(xiàn)為由延長轉(zhuǎn)為縮短。（4）焉耆盆地特早、偏早初霜凍發(fā)生頻率分別為4%和13%，多發(fā)生在20世紀70年代到90年代；特晚、偏晚終霜凍發(fā)生頻率分別為7%和9%，多發(fā)生在20世紀80年代和90年代。（5）終霜日推后，無霜期縮短，是今后焉耆盆地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化應關(guān)注的重點。

焉耆盆地；霜凍；氣候特征

霜凍是暖季節(jié)里，土壤表面的溫度下降到植物組織0℃以下的低溫而使體內(nèi)組織凍結(jié)產(chǎn)生的短時間低溫凍害[1]。它與最低氣溫有著密切的關(guān)系[2]，在全球變暖背景下，仍受到低溫冷害的侵襲，終霜凍結(jié)束得晚往往使春季早播的喜溫作物受凍害，初霜凍出現(xiàn)早容易造成作物產(chǎn)量減少和品質(zhì)下降。霜凍產(chǎn)生的凍害影響在不同地區(qū)有所不同，因此霜凍變化及影響歷來是農(nóng)業(yè)和氣象科技工作者的研究重點[3-10]。近年來許多新疆學者對南北疆不同地域的霜凍特征進行了研究[10-15]，得出的結(jié)論均表現(xiàn)為終霜提前、初霜推后、無霜期延長的趨勢。

焉耆盆地為南天山山脈中的一個山間盆地，三面環(huán)山，一面臨湖，地形獨特，在氣候方面有著明顯的地域性特點，具有南北疆氣候過渡特征，熱量充足，日照時間長，溫差較大。焉耆盆地包括焉耆、和靜、和碩、博湖4縣及新疆生產(chǎn)建設兵團第二師8個農(nóng)業(yè)團場，境內(nèi)設有焉耆國家基準氣象站、和靜及和碩一般氣象站。目前還未有人對焉耆盆地霜凍氣候變化進行過詳細研究。本文運用焉耆盆地近55 a來霜凍資料，探討霜凍變化規(guī)律及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，這對于全面認識焉耆盆地氣候變化，合理利用氣候資源具有一定意義，也為當?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及采取趨利避害措施提供理論依據(jù)。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

焉耆盆地3個氣象站1961-2015年的逐日最低氣溫、逐年初終霜凍日、無霜凍期資料。初霜日指秋季第一次出現(xiàn)日最低氣溫≤0℃的日期，終霜日指春季最后一次出現(xiàn)日最低氣溫≤0℃的日期，無霜凍期則為初終霜日的間隔日數(shù)。

1.2 研究方法

采用線性傾向估計法[16]、多項式趨勢分析焉耆盆地1961—2015年平均初、終霜凍日的變化趨勢；并用相關(guān)系數(shù)法對其信度進行檢驗；采用M-K方法檢測[16]近55 a焉耆盆地平均初、終霜凍日及無霜期序列的突變特征。

式中，n為樣本數(shù)，xi為數(shù)據(jù)值為歷年平均值。

異常霜凍采用文獻[11]中的指標：由于霜凍日期與大氣溫度降低密切相關(guān)，因此它同氣溫一樣具有正態(tài)分布特征，根據(jù)正態(tài)分布原理，“異?！彼獌龆x標準為：X－M≤-1.65σ和-1.65σ＜X－M≤-σ分別定義為特早初霜凍和偏早初霜凍；X－M≥1.65σ和σ≤X－M＜1.65σ分別定義為特晚終霜凍和偏晚終霜凍，其中X霜凍日期，M霜凍歷年平均值，σ為標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 霜凍的基本特征

由表1可知，近55 a來焉耆盆地平均終霜凍日為4月8日，最早2月12日，最晚5月16日；平均初霜凍日為10月7日，最早在9月15日，最晚在10月27日；平均無霜期181 d，最長231 d，最短僅125 d。初、終霜凍及無霜凍期的絕對變率分別為6.8、16.1、16.9。上述表明，焉耆盆地終霜凍年際差異大且不穩(wěn)定，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在危害。

2.2 霜凍的時間變化特征

表1 1961—2015年焉耆盆地霜凍基本特征

2.2.1 線性氣候趨勢

從線性擬合線看（圖1）：焉耆盆地平均終霜凍日線性趨勢顯著，整體呈顯著推遲趨勢，平均推遲速率3.75 d/10 a（P=0.05）；由多項式擬合曲線可見：終霜凍日變化趨勢線呈完好的“W”型分布，年代際特征明顯，20世紀60年代和90年代到2000年代偏早顯著，20世紀70至80年代及2010年代推遲明顯。近55 a來焉耆盆地平均終霜凍日推遲了20 d（表2）。終霜凍期推遲將使春播作物苗期遭受凍害的幾率加大。

焉耆盆地平均初霜凍日線性趨勢顯著，整體呈顯著推遲趨勢，平均推遲速率2.1 d/10 a（P＝0.01），小于終霜凍日推遲的速率；從多項式擬合曲線看，20世紀60年代初至70年代末呈緩慢提早趨勢，20世紀80年代初到2000年代中期顯著推遲，2000年代中期以后又呈明顯提早。上述分析表明初霜凍日年代際變化20世紀80年代以前及2000年代中期以后為提早趨勢，20世紀80年代初到2000年代中期為推遲趨勢。2000年代較20世紀60年代推遲12 d（表2）。初霜凍日的推遲使農(nóng)作物在成熟后期遭受初霜凍危害可能性降低。

圖1 焉耆盆地1961—2015年初、終霜凍和無霜期變化趨勢

從線性擬合看（圖1 ）：焉耆盆地平均無霜期線性傾向率為負值，表明無霜期整體呈不顯著縮短趨勢，縮短速率為1.68 d/10 a（未通過0.05顯著檢驗）；從多項式擬合曲線看，焉耆地平均無霜期變化趨勢線呈完好的倒“W”型分布，具有明顯的年代際特征，20世紀60年代、80年代中期至2000年代中期呈偏長趨勢。20世紀70—80年代中期、2000年代中期以后呈偏短趨勢。近55 a來焉耆盆地平均無霜凍期縮短了18 d（表2）。無霜期的縮短會影響當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局及耕作模式，降低了熱量資源的利用。

表2 焉耆盆地1961—2015年初、終霜凍日年代際變化

從上述分析還可知，盡管近55 a來初、終霜凍日均呈推遲的趨勢，但終霜凍日推遲的速率大于初霜凍日1.65 d/10 a，因此導致無霜期呈縮短趨勢，而且終霜凍日的年代際變化與無霜期的年代際變化相對應，表現(xiàn)為終霜凍日提早、推遲的年代，對應無霜期延長、縮短的年代，這也表明了無霜期的縮短是由終霜凍日推后引起的。

2.2.2 年際變化

從年際變化曲線來看（圖1）：焉耆盆地平均終霜凍日呈明顯波動式變化。1998年以前振蕩幅度較大，在1968年和1983年出現(xiàn)了近55 a來最早的終霜凍日，1973年出現(xiàn)了近55 a來最晚的終霜凍日，2000—2010年振幅減小，說明此時期年際變化差異小，霜凍結(jié)束日期穩(wěn)定性相對較好。

焉耆盆地平均初霜凍日年際變化曲線與終霜凍日年際變化曲線相反，初霜凍日在1998年之前振幅小，之后振蕩幅度劇烈，1999年出現(xiàn)了近55 a來最晚的初霜凍日，1998年出現(xiàn)了近55 a來第二位最早的初霜凍日，說明1998年之后年際變化差異大，初霜開始日期穩(wěn)定性相對較差。

焉耆盆地平均無霜期年際變化曲線1985年以前振蕩幅度較大，在1968年和1983年出現(xiàn)了近55 a來最長的無霜期，1983—1997年振幅減小，1997年之后波動增加，出現(xiàn)了近55 a來最短的無霜期，說明1985年以前無霜期年際變化差異大，1985年之后年際變化差異小，無霜期日數(shù)穩(wěn)定性相對較好。

2.2.3 霜凍的突變特征

用Mann-Kendall方法檢測焉耆盆地1961—2015年平均初、終霜凍及無霜凍期序列的突變。由圖2a可見：近55 a來焉耆盆地平均終霜凍日表現(xiàn)出明顯的推遲趨勢，U1曲線和U2曲線于1982/ 1983年在置信區(qū)間有一交點，之后U1曲線快速上升突破了臨界線1.96，并于1983年發(fā)生了突變，終霜凍日從一個相對偏早期躍變?yōu)橐粋€相對偏晚期，較突變前推遲了14 d（表3）。

圖2 焉耆盆地1961—2015年初、終霜凍和無霜期Mann-Kendall統(tǒng)計量

表3 1961—2015年焉耆盆地初終霜凍突變前后日期變化量

由圖2b可見：近55 a來焉耆盆地平均初霜凍日表現(xiàn)出顯著的推遲趨勢，U1曲線和U2曲于1985/1986年在置信區(qū)間有一個明顯交點，之后U1曲線快速上升突破了臨界線1.96，并于1986年發(fā)生了突變，初霜凍日躍變?yōu)橐粋€相對明顯的推遲期，較突變前推遲了9 d。

由圖2c可見：近55 a來焉耆盆地平均無霜期表現(xiàn)出明顯的縮短趨勢，20世紀60年代U1曲線上升，表明該時期無霜期呈延長趨勢，1969年發(fā)生了突變，70年代初U1曲線開始下降，至1989年突破了臨界線－1.96，說明20世紀90年代無霜期縮短的最為顯著，雖然2000年以后U1曲線呈上升趨勢，但U1曲線為負值，無霜期仍處于縮短趨勢。突變后較突變前縮短了13 d。

2.2.4 趨勢的地理分布特征

對焉耆盆地3個站霜凍資料進行線性回歸計算，得到霜凍趨勢變化系數(shù)（表4），正系數(shù)表示趨勢變化率增大，對應霜凍日有推后趨勢，負系數(shù)表示趨勢變化率減少，有提前趨勢。結(jié)果表明，焉耆盆地各地初霜凍線性傾向均為正，整體呈推遲趨勢，但推遲趨勢有差異，推遲最大的是偏西地區(qū)焉耆，線性傾向率為3.91 d/10 a（P＝0.001），推遲幅度最小的是偏東地區(qū)和碩，線性傾向率0.5 d/10 a（未通過P=0.05），偏北地區(qū)和靜為2.04 d/10 a（未通過P=0.05）。

終霜凍焉耆盆地各地線性傾向均為正，整體呈推遲趨勢，但推遲趨勢各不相同有差異，推遲最大的是偏北地區(qū)和靜，線性傾向率為5.72 d/10 a（P=0.05），其次是偏東地區(qū)和碩為5.32 d/10 a（P=0.01），推后幅度最小的是偏西地區(qū)焉耆，線性傾向率0.53 d/10 a（未通過P=0.05）。

表4 近55 a焉耆盆地各地線性傾向率/（d/10 a）及相關(guān)系數(shù)

無霜期焉耆盆地的偏東、偏北地區(qū)線性傾向為負，呈顯著縮短趨勢，縮短最大的是偏東地區(qū)和碩，線性傾向率為-4.66 d/10 a（P=0.05），偏西地區(qū)焉耆線性趨勢率為正，為3.28 d/10 a（未通過信度0.05檢驗），呈不顯著延長趨勢。

2.2.5 霜凍異常特征

表5列出了焉耆盆地異常霜凍的發(fā)生情況，分析表明：近55 a特早初霜凍和偏早初霜凍多出現(xiàn)在20世紀70—90年代，其中特早初霜凍發(fā)生頻率為4%，偏早初霜凍發(fā)生頻率為13%；特晚終霜凍和偏晚終霜凍多發(fā)生在80年代和90年代，特晚終霜凍發(fā)生頻率為7%，偏晚終霜凍發(fā)生頻率為9%。進入21世紀，特晚和偏晚終霜凍僅各出現(xiàn)一次，偏早初霜凍出現(xiàn)2次。

表5 1961—2015年焉耆盆地異常霜凍發(fā)生年份

3 霜凍變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

3.1 對釀酒葡萄的影響

當早春氣溫偏高，葡萄發(fā)芽期提前，出現(xiàn)寒潮天氣時，葡萄遭受凍害較為嚴重。焉耆盆地的釀酒葡萄一般在4月中旬出土，平均終霜凍日期出現(xiàn)在4月8日，最晚在5月16日，終霜在4月21日前結(jié)束的保證率為80%[17]，葡萄出土過早或終霜過晚都容易遭受凍害，0℃時花芽受凍，-1℃時嫩梢和葉片受凍，從而影響葡萄的發(fā)育和產(chǎn)量。初霜凍日推遲，延遲了葡萄落葉進程，增加了葉片的光合作用，葡萄枝條貯存的養(yǎng)份更加充足。葡萄主要受春季晚霜凍的影響，建議選擇發(fā)育期晚的品種及采取延遲發(fā)芽的管理措施。

3.2 對紅辣椒、工業(yè)番茄的影響

焉耆盆地目前種植的紅辣椒、工業(yè)番茄現(xiàn)都采取先育苗后移栽的方式，移栽普遍期在4月中、下旬至5月上旬，雖然終霜凍出現(xiàn)在5月上、中旬是小概率事件，但此時正值紅辣椒、工業(yè)番茄幼苗生長期，終霜凍推遲，將導致受凍害的風險加大，越晚危害越大。初霜凍日推遲，則使農(nóng)作物在成熟后期遭受霜凍危害可能性降低。建議紅辣椒、工業(yè)番茄移栽安排在終霜結(jié)束后（一般在4月20日后）。

4 結(jié)果與討論

（1）近55 a年來，焉耆盆地平均終霜期為4月8日，初霜凍期為10月7日，平均無霜期為181 d。終霜凍年際差異大且不穩(wěn)定，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在危害。

（2）近55 a年來，焉耆盆地平均初、終霜凍日整體均呈顯著推遲趨勢，推遲速率分別為2.1 d/10 a和3.75 d/10 a，各地推遲趨勢有差異。初霜凍日推遲最大的是偏西地區(qū)焉耆，為3.91 d/10 a；其次為偏北的和靜，為2.04 d/10 a；最小的是偏東地區(qū)和碩，為0.5 d/10 a。終霜凍日推遲最大的是偏北地區(qū)和靜5.72 d/10 a，其次為偏東的和碩，為5.32 d/10 a；最小的是偏西地區(qū)焉耆，為0.53 d/10 a。無霜期整體呈不顯著縮短趨勢，縮短速率為1.68 d/10 a，但各地縮短趨勢有差異，偏東、偏北地區(qū)的和碩、和靜呈顯著縮短趨勢，縮短速率分別為4.66/10 a和3.61/10 a，偏西地區(qū)焉耆呈不顯著延長趨勢，延長速率3.28/ 10 a。

（3）近55 a來焉耆盆地終霜凍日推遲了20 d；初霜凍日推遲了12 d，無霜凍期縮短了18 d。

（4）盡管近55 a來初、終霜凍日均呈推遲趨勢，但終霜凍日推后的速率大于初霜凍日1.65 d/10 a，因此導致無霜期呈縮短趨勢，而且終霜凍日的年代際變化與無霜期的年代際變化相對應，表現(xiàn)為終霜凍日提早、推遲的年代，對應無霜期延長、縮短的年代，這也表明了無霜期的縮短是由終霜凍日推遲引起的。

（5）近55 a來，焉耆盆地平均初、終霜凍及無霜期分別于1986年、1983年、1969年發(fā)生了突變，初、終霜凍均表現(xiàn)為由提早轉(zhuǎn)為明顯推遲，較突變前推遲了9 d和14 d，無霜期表現(xiàn)為延長轉(zhuǎn)為縮短，較突變前縮短了13 d。終霜凍推遲，將會使春播作物、果樹在苗期、花芽分化期受凍害程度的風險加大；初霜凍日推遲，則使農(nóng)作物在成熟后期遭受霜凍危害可能性降低；無霜期的縮短會影響當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局及耕作模式，降低了熱量資源的利用。

（6）近55 a來，焉耆盆地特早、偏早初霜凍發(fā)生頻率分別為4%和13%，發(fā)生在20世紀70—90年代，特晚、偏晚終霜凍發(fā)生頻率分別為7%和9%，多發(fā)生在80年代和90年代，21世紀以來特晚和偏晚終霜凍僅各出現(xiàn)一次，偏早初霜凍出現(xiàn)2次。

（7）大多數(shù)研究成果表明[10-15]，在全球氣候變暖背景下，近年來，新疆大部地區(qū)初霜凍日呈推后趨勢，終霜凍日呈提前趨勢，無霜期延長趨勢，與作者所得結(jié)果有較大差異。這可能與焉耆盆地內(nèi)近千平方公里博斯騰湖面（水域面積大?。┳兓嘘P(guān)。湖泊對當?shù)貧夂蚱鹬匾{(diào)節(jié)作用，龍雪珍[18]研究指出湖泊水體對局地氣候效應較顯著，且湖泊水位升降變化對周邊區(qū)域的溫度有一定的影響，主要體現(xiàn)在冬春的月平均溫度變化上，水位上升0.5 m，1月、4月氣溫分別上升0.71℃和0.72℃。郭夢京等[19]研究指出，在氣候變暖干和暖濕的背景下，博斯騰湖水位經(jīng)歷了下降、上升、再下降3個階段，即1958—1987年下降、1988—2002年上升、2003—2012年下降趨勢，博斯騰湖水位升降時段與本文研究的焉耆盆地終霜凍日的提早、推后時段相吻合。水位上升，終霜凍日提前，水位下降，終霜凍日推遲，且近50 a來博斯騰湖面水位總體呈顯著下降趨勢，焉耆盆地終霜凍日總體也呈顯著推遲趨勢，由此可知文中所得結(jié)論是可信的。

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Analysis of Frost during 1961-2015 in Yanqi Basin

LONG Yonglan1，LIU Mengmeng1，ZHANG Shanqing2，XIA Yulian3
（1.Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture Meteorological Bureau，Korla 841000，China；2.Xinjiang Agrometeorological Bureau，Urumqi 830002，China；3.Caijiahu Weather Station，Changji 831304，China）

Based on the first frost dates,last frost dates and frost-free period dates of meteorological data in recent 55 years of Yanqi basin,the change of frost was analyzed by using the methods of linear trend rate,polynomial trend and M-K test.The main results indicated as follows：（1）The average dates of the first and last frost were October 7th and April 8th respectively,and the average frost-free period was 181 d during the past 55 years in Yanqi basin.The stability of the last frost dates was better,but the stability of the first frost dates was poor.（2）The first and last frost dates had significant delayed by the rate of 2.1 d/10a and 3.75 d/10 a respectively,and frostfree period shortened by the rate of 1.68 d/10 a in recent 55 years.The rate of delay on last frost dates was greater than first frost dates,but There are differences in postponement trends.The frost free period was not significantly shortened.The last frost dates and frost-free period were obvious decadal characteristics.The impact of last frost dates on frost-free period was more obvious than first frost dates.（3）First frost dates,last frost dates and the frost-free period had significantly mutation in 1986,1983 and 1969 during the past 55 years,respectively.The first and last frost dates had shown by the advance into the obvious postpone,and frost-free period had showed the change from extension to shortening.（4）The frequency of the earliest or earlier first frost dates were 4%and 13%respectively,and they mainly occurred from 1970s to 1990s.The frequency of last frost dates were extremely latest at the rate of 7%and later at the rate of 9%respectively,and occurred from 1980s to 1990s.（5）The fact is the key to optimize the structure of agricultural production in Yanqi basin that the last frost date significantly delayed and frost free period was shortened.

Yanqi basin；frost；climate characteristics

S162

B

1002-0799（2017）01-0081-06

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.01.011

2016-08-09；

2016-11－16

新疆氣象局科研基金面上課題（ms201611）資助。

隆永蘭（1966-），女，高級工程師，現(xiàn)從事公眾氣象服務和氣候研究。E-mail：xxy51568@126.com

隆永蘭，劉濛濛，張山清，等.1961—2015年焉耆盆地霜凍氣候分析[J] .沙漠與綠洲氣象，2017，11（1）：81-85.