華亭縣晚霜凍時空變化特征及對核桃的影響

李娟 高佳欣

摘要 利用華亭縣1971—2017年47年逐日最低氣溫觀測資料和11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站近5年逐日最低氣溫資料作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析華亭縣晚霜凍的時空變化特征以及對核桃的影響。結(jié)果表明，華亭縣終霜日期主要集中于5月上、中旬，偏早型終霜日出現(xiàn)頻次最高。晚霜凍主要以輕霜凍為主，終霜日年際波動較大，且并無明顯的提前或推遲。晚霜凍出現(xiàn)日數(shù)總體以2.18 d/10年的速率減少，但也呈現(xiàn)階段性特征，是一種氣候突變現(xiàn)象。晚霜凍呈現(xiàn)明顯的地區(qū)差異性，總體上呈現(xiàn)出由西北至東南逐漸遞減的趨勢，與地形、海拔高度密切相關(guān)。華亭縣核桃在4—5月較易遭受晚霜凍影響，晚霜凍對核桃生長發(fā)育影響較大，山區(qū)更加需要注意晚霜凍所帶來的不利影響。

關(guān)鍵詞 晚霜凍；時空變化特征；核桃；影響；甘肅華亭

中圖分類號 S664.1；P429 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）12-0063-02

因春季正值農(nóng)作物幼苗生長期，遭受霜凍往往會使幼苗凍死、凍傷，甚至毀種。因此，晚霜凍對于農(nóng)作物的影響尤為不利。學(xué)者側(cè)重于研究霜凍對核桃生長造成的影響及防御措施，而對華亭縣霜凍的時空變化特征研究較少，特別是結(jié)合氣候變化與農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)技術(shù)來研究霜凍對核桃的影響更是鮮有報道。因此，根據(jù)霜凍的時空變化特征，分析與研究霜凍發(fā)生規(guī)律與發(fā)展趨勢、做好霜凍預(yù)報服務(wù)工作，對于防御霜凍災(zāi)害、提高核桃產(chǎn)量具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

一是華亭縣1971—2017年47年逐日最低氣溫觀測資料，以及11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站近5年逐日最低氣溫資料作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對資料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。二是1971—2017年47年來華亭縣晚霜凍發(fā)生的實況資料及災(zāi)情資料。三是華亭縣2008—2017年10年核桃生長觀測資料，并對核桃主產(chǎn)區(qū)核桃種植品種、面積、產(chǎn)量、經(jīng)濟效益等進(jìn)行實地調(diào)查。

1.2 研究方法

1.2.1 霜凍指標(biāo)。一般將日最低氣溫≤2 ℃或日最低地面溫度≤0 ℃定義為霜凍的氣候?qū)W指標(biāo)[1-2]，考慮到核桃在展葉期若氣溫降至0～2 ℃時，可對花、花芽、生殖器官造成凍害，當(dāng)氣溫<-2 ℃時可對果樹生理機能造成嚴(yán)重破壞[3]，故本文將百葉箱日最低氣溫≤2 ℃作為輕霜凍的氣候?qū)W指標(biāo)，百葉箱日最低氣溫≤-2 ℃作為重霜凍的氣候?qū)W指標(biāo)。根據(jù)甘肅省氣象局霜凍預(yù)警信息發(fā)布實施細(xì)則，并考慮到3月末至4月初為核桃芽開放階段，故將春季3月31日后至9月30日前出現(xiàn)的日最低氣溫≤2 ℃的現(xiàn)象定義為輕晚霜凍，百葉箱日最低氣溫≤-2 ℃定義為重晚霜凍。將期間晚霜凍出現(xiàn)次數(shù)定義為晚霜凍日數(shù)，最后一次出現(xiàn)晚霜凍的時間定義為終霜日。

1.2.2 分析方法。統(tǒng)計華亭縣1971—2017年晚霜凍出現(xiàn)時間、出現(xiàn)次數(shù)、終霜日，以3月31日為起點，如4月1日記為1，25日記為25，5月20日記為50等，依次類推，建立晚霜凍時間序列資料[4]。對時間序列運用線性回歸分析方法分析其變化趨勢即：

y=a0+a1t

式中，y為晚霜凍時間序列，t為時間；a1為線性趨勢項。若a1>0，則表示該氣象要素呈增多趨勢，若a1<0，則表示該氣象要素呈減少趨勢。

氣候突變分析方法：運用Mann—Kendall檢驗及滑動T檢驗方法驗證時間序列的氣候突變性[2]。

空間變化特征分析：利用華亭縣11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)近5年區(qū)域自動站逐日最低氣溫數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件繪制全縣晚霜凍日數(shù)分布圖。根據(jù)華亭縣地形、海拔高度、氣候條件，并結(jié)合核桃種植區(qū)劃，利用綜合分析法分析華亭縣晚霜凍的空間變化特征以及對核桃生長的影響。

1.2.3 異常數(shù)據(jù)的挑取。霜凍是由于大氣溫度降低而引起農(nóng)作物受凍的一種災(zāi)害，因此它同氣溫一樣具有正態(tài)分布特征[5]。本文以發(fā)生概率0.05作為極端終霜日判別標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)正態(tài)分布原理，其關(guān)系式為：

P為概率值，x為晚霜凍結(jié)束日即終霜日，μ為平均終霜日，σ為標(biāo)準(zhǔn)差，所以當(dāng)x-μ>1.65σ時，則為極晚終霜日，當(dāng)x-μ<-1.65σ時，則為極早終霜日；將發(fā)生概率0.11作為偏早（晚）終霜日判別標(biāo)準(zhǔn)[6]，即：

2 結(jié)果與分析

2.1 華亭縣晚霜凍的基本氣候?qū)W特征

2.1.1 華亭縣終霜期基本氣候?qū)W特征。華亭縣終霜日期主要集中于5月中旬和下旬，所占比重均為34%，其次為4月下旬，達(dá)到21%，較少結(jié)束在5月下旬，比重僅為11%。

2.1.2 華亭縣晚霜凍發(fā)生日數(shù)的氣候?qū)W特征。從表1可以看出，華亭縣晚霜凍每年平均發(fā)生15次，最少發(fā)生日數(shù)5次，出現(xiàn)在2016年，最多發(fā)生日數(shù)29次，出現(xiàn)在1971年。華亭縣晚霜凍主要以輕霜凍為主，占總?cè)諗?shù)的比重達(dá)到80%，平均每年發(fā)生12次。晚霜凍出現(xiàn)日數(shù)最少的年份僅有3次，最多高達(dá)21次。通過分析近47年出現(xiàn)晚霜凍日數(shù)資料可以看出，華亭縣總共有8年未出現(xiàn)重霜晚霜凍，僅占總年份的17%。

2.2 華亭縣晚霜凍的時空變化特征

2.2.1 華亭縣終霜日的年際變化特征。1971—2017年47年來，終霜日年際波動較大，并未呈現(xiàn)出明顯的線性或多項式變化趨勢，終霜日期圍繞平均值上下振蕩，說明華亭縣終霜日并無明顯的提前或推遲。

2.2.2 華亭縣晚霜凍日數(shù)的年際變化特征。1971—2017年47年來，華亭縣晚霜凍日數(shù)減少了10 d左右；分別分析輕霜凍和重霜凍變化日數(shù)可知，輕霜凍日數(shù)變化呈現(xiàn)顯著的線性變化趨勢，而重霜凍日數(shù)總體上雖然也呈現(xiàn)較為顯著的線性下降趨勢（通過0.05水平的顯著性檢驗），但是其年際波動幅度較大。

2.2.3 華亭縣晚霜凍的空間分布特征。華亭縣晚霜凍日數(shù)呈現(xiàn)明顯的地區(qū)差異性，年平均晚霜凍日數(shù)總體上呈現(xiàn)出由東北至西南逐漸遞減的趨勢，但也表現(xiàn)出明顯的局地性。晚霜凍出現(xiàn)日數(shù)與地形、海拔高度密切相關(guān)。總的來說，晚霜凍日數(shù)分布總體由南到北依次遞減，但由于地形原因，又呈現(xiàn)出“兩邊高、中間低”的分布[5]。

2.3 華亭縣晚霜凍的異常特征

從表2可以看出，47年來華亭縣特早終霜日只出現(xiàn)過1次，發(fā)生頻率僅為2%。偏早終霜日出現(xiàn)日數(shù)最高，共發(fā)生7次，占總年份的15%，偏晚終霜日總共有4次，偏晚終霜日出現(xiàn)較為均勻，其中20世紀(jì)70、80、90年代、21世紀(jì)10年代各出現(xiàn)1次。47年來特晚霜凍共出現(xiàn)3次，其中20世紀(jì)90年代就發(fā)生2次，1997年終霜日出現(xiàn)在5月30日，為華亭縣最晚終霜日。

2.4 晚霜凍對華亭核桃的影響

從年際變化特征可以看出，雖然受全球變暖的影響，華亭縣晚霜凍日數(shù)總體呈現(xiàn)出減少的趨勢，但是晚霜凍結(jié)束日并未提前或推遲，且近年來極端氣候事件加劇，晚霜凍結(jié)束日波動較大，防霜凍形勢不容樂觀。

3 結(jié)論

分析結(jié)果表明，華亭縣平均終霜日在5月8日，最早終霜日為4月21日，最遲終霜日為5月30日。終霜日期主要集中于5月中旬和下旬。

華亭縣晚霜凍每年平均發(fā)生15次，華亭縣晚霜凍主要以輕霜凍為主，占總?cè)諗?shù)的比重達(dá)到80%，平均每年發(fā)生12次，重霜凍雖然每年平均發(fā)生日數(shù)較少，但是對農(nóng)作物造成的危害卻是巨大的。

終霜日年際波動較大，并未呈現(xiàn)出明顯的線性或二次變化趨勢，說明華亭縣終霜日并無明顯的提前或推遲。

華亭縣晚霜凍出現(xiàn)日數(shù)以2.18 d/10年的速率減少。47年來，華亭縣晚霜凍日數(shù)減少了10 d左右；輕霜凍日數(shù)變化先升后降，呈現(xiàn)顯著的線性變化趨勢。而重霜凍日數(shù)總體上雖然也呈現(xiàn)較為顯著的下降趨勢，但是其年紀(jì)波動幅度較大。

用M-K方法檢測得知，華亭縣晚霜凍日數(shù)表現(xiàn)總體上呈現(xiàn)明顯的減少趨勢，但是也具有明顯的階段性特征。且華亭縣晚霜凍日數(shù)減少是一種氣候突變現(xiàn)象，突變點在2008年[6]。

華亭縣晚霜凍日數(shù)呈現(xiàn)明顯的地區(qū)差異性，年平均晚霜凍日數(shù)總體上呈現(xiàn)出由東北至西南逐漸遞減的趨勢，但也表現(xiàn)出明顯的局地性。晚霜凍出現(xiàn)日數(shù)與地形、海拔高度密切相關(guān)。

華亭縣核桃在4—5月較易遭受晚霜凍影響，晚霜凍對核桃生長發(fā)育影響較大，輕則造成當(dāng)年核桃產(chǎn)量、品質(zhì)等大幅度下降，重則使幼苗凍死、凍傷，甚至毀種，山區(qū)更加需要注意晚霜凍所帶來的不利影響。

4 參考文獻(xiàn)

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