商洛近56年無霜期變化特征分析

趙小寧，胡曉黎

(商洛市氣象局，陜西商洛 726000)

霜是一種天氣現(xiàn)象，通常當(dāng)?shù)孛婊蚩拷孛娴奈矬w和空氣溫度降至0 ℃以下時(shí)，水汽在地面或靠近地面物體上凝華而成[1]。無霜期是反映地區(qū)熱量情況的指標(biāo)之一。據(jù)研究，隨著全球氣候變暖，美國的初霜日推后，終霜日提前，無霜期延長[2]。德國、奧地利、瑞士和愛沙尼亞的無霜期延長[3]。最新研究表明，1955—2000年中國的無霜期呈延長趨勢，特別是1980—2000年，無霜期的延長明顯加快；1957—2006年中國大部分地區(qū)初霜日逐漸推遲，終霜日不斷提前，且終霜日提前的趨勢比初霜日推后的趨勢明顯[4]。

商洛位于秦嶺南麓，地勢西北高，東南低。區(qū)域地理地貌及氣侯差異明顯，農(nóng)業(yè)布局呈現(xiàn)出多樣性。因此對熱量資源要求敏感，特別是無霜期的變化對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及生物繁衍產(chǎn)生較大影響。本文利用1961—2016年商洛市7縣(區(qū))氣象觀測資料，對商洛初、終霜日及無霜期的氣候變化特征及規(guī)律進(jìn)行分析，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、作物布局和霜凍災(zāi)害預(yù)報(bào)和防御提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

選取商洛市7縣(區(qū))1961—2016年初、終霜日及無霜期資料，建立全市初、終霜日數(shù)據(jù)序列，所有站點(diǎn)均為連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，記錄年限最少為48 a，由于各站數(shù)據(jù)序列變化趨勢基本相同，采用7個(gè)站同期算術(shù)平均值得到區(qū)域逐年數(shù)據(jù)序列。統(tǒng)計(jì)分析各縣(區(qū))初、終霜日和無霜期的氣候特征，并采用線性傾向估計(jì)法分析其區(qū)域變化趨勢[5]；采用Mann-Kendall檢驗(yàn)法(M-K法) 分析區(qū)域初、終霜日和無霜期的變化趨勢及突變特征[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 商洛初、終霜日及無霜期空間分布

受地形和緯度影響，商洛初、終霜日及無霜期日數(shù)等值線呈緯向分布，初霜日隨緯度和海拔高度的增加提前(圖1)，終霜日隨緯度和海拔高度的增加推遲(圖2)，無霜期隨緯度海拔高度的增加縮短[7]。商洛各縣(區(qū))多年平均初霜日在10月20至11月8日之間，終霜日在3月22日至4月9日之間，平均無霜期在194～228 d(圖3)。

2.2 商洛初霜日變化特征

商洛56 a區(qū)域平均初霜日為10月31日，最早為10月15日，最晚為11月19日(表1)。其中最早初霜日為1997年9月26日(洛南)，最晚初霜日為1981、1987年12月17日(商南)，全市區(qū)域平均初霜日時(shí)間序列絕對變率7.04 d，標(biāo)準(zhǔn)差為8.48 d，說明商洛初霜日年際差異較大。商洛近56 a初霜日呈明顯推遲趨勢(圖4)，線性傾向率為2.1 d/10 a(通過0.005顯著性水平檢驗(yàn))。從年代際變化看,20世紀(jì)60—70年代平均初霜日變化不大，平均日期為10月28日。20世紀(jì)80年代初霜日較平均日期推遲較為明顯，平均為11月2日。1989—2002年大多年份初霜日都較平均日期提前，2003年以后初霜日明顯推遲。

圖1 商洛市1961—2016年初霜日(月/日)分布圖

圖2 商洛市1961—2016年終霜日(月/日)分布圖

圖3 商洛市1961—2016年無霜期(單位為d)分布圖

時(shí)段最早最晚平均平均絕對變率/d標(biāo)準(zhǔn)差/d1961—1970年10月15日11月8日10月28日6.997.881971—1980年10月15日11月11日10月28日5.667.411981—1990年10月18日11月9日11月2日6.517.391990—2000年10月20日11月4日10月27日4.254.902001—2010年10月20日11月15日11月3日4.906.562011—2016年10月26日11月19日11月10日8.039.081961—2016年10月15日11月19日10月31日7.048.48

圖4 商洛市1961—2016年初霜日年際變化

2.3 商洛終霜日變化特征

商洛56 a區(qū)域平均終霜日為3月29日，最早為3月17日，最晚為4月15日(表2)。其中最早終霜日為1999年2月3日(丹鳳)，最晚終霜日為1972年5月15日(洛南)。全市平均終霜日時(shí)間序列絕對變率5.54 d，標(biāo)準(zhǔn)差為7.14 d。與初霜日相比，商洛終霜日年際差異較小，穩(wěn)定性相對較好，商洛56 a來終霜日呈提前趨勢(圖5)，線性傾向率為-1.0 d/10 a(通過0.05顯著性水平檢驗(yàn))。從年代際變化看，各年代平均日期變化不大，其中20世紀(jì)60年代大多數(shù)年份較平均日期推遲，60年代后期—80年代中期，大多數(shù)年份終霜日較平均值推遲，80年代后期—2003年前后，終霜日呈小幅波動，2003年以后終霜日較平均值明顯提前。

表2 商洛市1961—2016年終霜日特征值

圖5 商洛市1961—2016年終霜日年際變化

2.4 商洛無霜期變化特征分析

商洛56 a區(qū)域平均無霜期為214.7 d，最短為187.1 d，最長為238.6 d(表3)，其中最短無霜期為洛南，1972年無霜期141 d，最長無霜期為商南，1990年無霜期285 d。全市區(qū)域平均無霜期序列絕對變率9.71 d，標(biāo)準(zhǔn)差為11.87 d。與初霜日和終霜日變化相比較，商洛無霜期年際差異較大，穩(wěn)定性相對較差。商洛近56 a來無霜期日數(shù)呈明顯增多趨勢(圖6)，線性傾向率為3.1 d/10 a(通過0.002顯著性水平檢驗(yàn))。由于無霜期隨初霜日、終霜日變化而變化，商洛初霜日推后，終霜日提前，導(dǎo)致無霜期延長。其年代際變化與初、終霜日變化基本一致，20世紀(jì)60—80年代前期，大多數(shù)年份無霜期少于平均值，80年代中、后期大多數(shù)年份大于平均值，90年代—2003年前后，大多數(shù)年份無霜期少于平均值，2003年以后大多年份多于平均值，且增長趨勢明顯。

無霜期越長，熱量資源越豐富，有利于作物生長[8]。隨著無霜期延長，商洛農(nóng)業(yè)種植業(yè)發(fā)生較大變化，冬小麥種植面積逐年減少，而馬鈴薯、油菜種植面積增多，可見生長期短的糧食作物逐步增多。同時(shí)也顯示商洛核桃、油桐、紅豆杉等的適宜栽植區(qū)也不斷向北擴(kuò)展。無霜期變化范圍越大，熱量資源的穩(wěn)定性越差，氣候資源利用風(fēng)險(xiǎn)大[9]。商洛無霜期相對較穩(wěn)定，且呈明顯增長趨勢，促使熱量資源穩(wěn)定上升，將有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有助于提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量[8]。

表3 商洛市1961—2016年無霜期特征值 d

圖6 商洛市1961—2016年無霜期年際變化

2.5 商洛初、終霜日及無霜期突變特征

圖7為商洛近56 a平均初、終霜日及無霜期突變特征曲線，由圖7可見，商洛初霜日日期序列在1976年前呈下降趨勢，自1976年開始逐漸增加，到2008年增加趨勢達(dá)到0.05顯著性水平，2015年達(dá)到0.01顯著性水平，表明初霜日推遲趨勢十分顯著，其中UF和UB曲線在2003年相交于0.05顯著性水平線之間，表明商洛初霜日在2003年發(fā)生突變，初霜日推遲明顯。商洛終霜日日期序列呈現(xiàn)先增加后下降的變化趨勢，1999年之前，呈波動增加趨勢，從1999年開始呈持續(xù)減小趨勢，但未能通過0.05顯著性水平，沒有發(fā)生突變。商洛無霜期在1985年前呈減少趨勢，自1985年開始逐漸增加，2011年前后達(dá)到0.05顯著性水平，2014年達(dá)到0.01顯著性水平，表明商洛無霜期增加趨勢十分顯著，其中UF和UB曲線在2007年相交于0.05顯著性水平線之間，表明無霜期在2007年發(fā)生突變，無霜期增加顯著。

圖7 商洛市1961—2016年平均初、終霜日及無霜期突變曲線

3 小結(jié)與討論

(1)商洛初、終霜日及無霜期日數(shù)等值線分布呈緯向分布。隨緯度和海拔高度的增加，初霜日逐漸提前，終霜日推遲，無霜期縮短。平均初霜日在10月20至11月8日之間，終霜日在3月22日至4月9日之間，平均無霜期在193.5～227.6 d。

(2)商洛近56 a平均初霜日為10月31日，平均終霜日為3月29日，平均無霜期為214.7 d。近56 a商洛初霜日呈推遲趨勢，終霜日呈提前趨勢，無霜期呈增長趨勢，平均初霜日線性傾向率為2.1 d/10 a，終霜日線性傾向率-1.0 d/10 a，平均無霜期線性傾向率為3.1 d/10 a，其變化有利于農(nóng)作物生長季延長。

(3)商洛近56 a來，初霜日呈先減小后增大的趨勢，初霜日推遲趨勢十分顯著，在2003年發(fā)生突變；終霜日呈先增加后減小的變化趨勢，無明顯突變，無霜期日數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大趨勢，在2007年發(fā)生突變，無霜期增長顯著。

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