倒春寒氣象指標(biāo)及等級(jí)劃分研究

楊文剛　黃永學(xué)　劉可群

摘要：基于1981—2000年《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》記錄各地實(shí)際發(fā)生倒春寒災(zāi)情和相應(yīng)氣象臺(tái)站的逐日平均氣溫資料，在分析全國(guó)各地倒春寒氣象指標(biāo)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用平均氣溫距平和持續(xù)時(shí)間建立倒春寒氣象指標(biāo)和等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。在全國(guó)6個(gè)代表性區(qū)域開展倒春寒氣象指標(biāo)等級(jí)與實(shí)際發(fā)生程度的對(duì)比，開展指標(biāo)驗(yàn)證。結(jié)果表明，倒春寒氣象指標(biāo)與實(shí)際發(fā)生程度基本符合以上比例為73%～100%，完全符合比例為55%～100%。指標(biāo)適用于中國(guó)各地倒春寒的界定，能反映倒春寒過(guò)程，定量評(píng)估倒春寒等級(jí)。指標(biāo)對(duì)開展倒春寒氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警、災(zāi)害評(píng)估和防御具有重要意義。

關(guān)鍵詞：倒春寒；氣象指標(biāo)；等級(jí)

中圖分類號(hào)：S421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）15-0049-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.15.012 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on the Meteorological Index and Grading of Late Spring Coldness

YANG Wen-gang1，HUANG Yong-xue2，LIU Ke-qun3，F(xiàn)AN Jin-jin1，MENG Cui-li2

（1.Huangshi Meteorological Bureau，Huangshi 435002，Hubei，China；2.Wuhan Test Station of Agricultural Meteorology，Wuhan 430040，China；

3.Wuhan Regional Climate Center，Wuhan 430074，China）

Abstract： Study on the meteorological index and grading of late spring coldness were carried out by using the disaster records of the late spring coldness in China and corresponding temperature data of meteorological stations from 1981 to 2000. Based on the analysis of the meteorological index and grading standard of late spring coldness all over the country， the index and grading are established by utilizing temperature departure and its duration. The newly built index was testified by contrasting the grading standards with the actually occurred of coldness in the six representative regions. The results show that the ratio of basically consistent between the new index and actual occurrence of the late spring coldness is 73%～100%， and the percentage of full compliance is 55%～100%. The index could define the cold of the late spring all over the country， which can reflect its course and quantitatively assess its occurrence level. The index is of important significance on meteorological disaster monitoring、evaluation and defense.

Key words： cold of the late spring；meteorological index；grade

隨著全球氣候變暖和降水變異的加劇，極端天氣氣候現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率和強(qiáng)度不斷加大，中國(guó)的農(nóng)業(yè)氣候資源與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害也呈現(xiàn)出劇烈的變化[1]。中國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū)，是世界上的“氣候脆弱區(qū)”之一，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)，干旱、洪澇、低溫冷害等對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響[2]。倒春寒是低溫冷害的一種，是指春季出現(xiàn)的前期暖后期冷，且后期氣溫明顯低于正常年份的現(xiàn)象，對(duì)農(nóng)作物[3-5]、樹木[6]等的生長(zhǎng)帶來(lái)不利的影響，常引起中國(guó)北方小麥、棉花和花生的爛種現(xiàn)象，影響南方水稻播種、出苗和生長(zhǎng)，給農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)等帶來(lái)了嚴(yán)重的危害[7]。

倒春寒在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中受到高度關(guān)注，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)倒春寒指標(biāo)的建立、時(shí)空分布特征以及災(zāi)害影響等方面進(jìn)行了研究。許大全[8]將春季氣溫回升之后又突然急劇降溫、最低氣溫達(dá)到0 ℃左右的天氣過(guò)程定義為倒春寒；吳增福等[9]根據(jù)低溫強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和凍害影響程度，將江蘇省的倒春寒劃分為輕中重3種類型；許炳南[10]、張淑惠[11]選取日平均氣溫和持續(xù)時(shí)間分別對(duì)貴州省、福建省倒春寒進(jìn)行了定義和劃分；張?jiān)畦萚12]利用日平均氣溫和日最低氣溫臨界值建立了云南省不同地方的倒春寒標(biāo)準(zhǔn)；龐文保[13]用旬平均氣溫距平來(lái)判別倒春寒。以往的研究主要針對(duì)當(dāng)?shù)鼗蚓唧w作物，不同地方采取的判別指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)不同，存在研究區(qū)域和對(duì)象的局限，未形成統(tǒng)一的倒春寒指標(biāo)和等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，不能在全國(guó)范圍開展倒春寒災(zāi)害的定量化評(píng)估，倒春寒災(zāi)害防御缺乏統(tǒng)一的、可比較性的指標(biāo)。

為了掌握氣候變暖背景下中國(guó)各地區(qū)倒春寒的變化規(guī)律，為倒春寒的預(yù)報(bào)和服務(wù)提供統(tǒng)一的信息，本研究根據(jù)《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》記錄各地實(shí)際發(fā)生倒春寒災(zāi)情，在分析、總結(jié)、歸納各地倒春寒指標(biāo)共性部分的基礎(chǔ)上，提出可在全國(guó)范圍適用的倒春寒氣象指標(biāo)和等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)趨利避害、防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源

1.1.1 倒春寒氣象災(zāi)害資料 查閱《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》各省分卷記錄各地實(shí)際發(fā)生倒春寒災(zāi)情，發(fā)現(xiàn)北方地區(qū)倒春寒災(zāi)害記錄較少，南方較多。王梓等[14]對(duì)有關(guān)倒春寒主題的研究論文在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中的區(qū)域分布做了分析，論文數(shù)量從多到少依次是西南、東南、中部和北方地區(qū)，這說(shuō)明中國(guó)南方地區(qū)春季氣溫變幅大，易發(fā)生倒春寒，北方則不然。

選取云南、福建、廣西、江西、四川、湖北等6省作為代表性區(qū)域，按照當(dāng)?shù)刂匾r(nóng)業(yè)種植區(qū)、地理位置上南北分布、氣象觀測(cè)資料完整的原則，在6省中各選2個(gè)代表性站點(diǎn)，查閱《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》相應(yīng)省份分卷[15-20]收集1981—2000年倒春寒氣象災(zāi)害資料。通過(guò)國(guó)家氣象中心農(nóng)業(yè)氣象中心收集2015年4月全國(guó)大范圍倒春寒氣象災(zāi)害資料。各省選取站點(diǎn)：云南省昭通和文山、福建省福州和龍巖、廣西自治區(qū)桂林和南寧、江西省南昌和贛縣、四川省雙流和廣漢、湖北省荊州和黃岡。

1.1.2 氣象資料 1951—2000、2015年選取站點(diǎn)國(guó)家地面氣象觀測(cè)站的逐日日平均氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，資料來(lái)源于國(guó)家氣候中心數(shù)據(jù)庫(kù)。站點(diǎn)氣候平均值為最近30年的平均值，如：1991—2000年期間，氣候平均值取1961—1990年共30年的平均值。平均氣溫距平為某時(shí)段平均氣溫與常年同期氣候平均值的差。

1.2 倒春寒氣象指標(biāo)

1.2.1 倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算公式 倒春寒是指入春后（3—5月），在春季出現(xiàn)的前期暖后期冷，且后期氣溫明顯低于正常年份的現(xiàn)象。根據(jù)倒春寒的定義規(guī)定其氣象指標(biāo)由前期氣溫偏暖程度、后期氣溫偏冷程度（日平均氣溫距平）和持續(xù)時(shí)間3個(gè)因子組成。倒春寒氣象指標(biāo)的計(jì)算公式：

K=δT1/a1-δT2/a2+L/a3

式中，K為倒春寒氣象指標(biāo)；δT1為前期偏暖程度；δT2為后期偏冷程度；L為倒春寒過(guò)程持續(xù)天數(shù)；a1、a2、a3分別為參數(shù)。

1.2.2 前期氣溫偏暖程度 前期氣溫偏暖程度指冬末或早春平均氣溫較常年同期偏暖的程度，用δT1表示。當(dāng)春季某時(shí)段氣溫較正常年份偏低時(shí)，此前連續(xù)10 d平均氣溫距平為δT1。達(dá)到倒春寒標(biāo)準(zhǔn)的δT1值必須大于或等于0，表示前期氣溫為偏暖。

1.2.3 后期氣溫偏冷程度 春季平均氣溫較常年同期偏低的程度，用δT2表示。3—5月平均氣溫較常年同期偏冷，期間偏冷程度最大的連續(xù)10 d平均氣溫距平為δT2。達(dá)到倒春寒標(biāo)準(zhǔn)的δT2值必須小于0，表示后期氣溫為偏冷，倒春寒氣象指標(biāo)公式計(jì)算中δT2取滾動(dòng)計(jì)算的最小值。

1.2.4 倒春寒起止日期的確定 起始日期：在前期氣溫偏暖的條件下，春季出現(xiàn)的日平均氣溫與以此日為中點(diǎn)的連續(xù)5 d平均氣溫氣候平均值的差值≤-1 ℃且持續(xù)3 d以上，且此日所在時(shí)段滿足“1.2.2”和“1.2.3”確定的倒春寒標(biāo)準(zhǔn)的日期。

終止日期：出現(xiàn)倒春寒現(xiàn)象時(shí)，氣溫回暖的日期。氣溫回暖指日平均氣溫與以此日為中點(diǎn)的連續(xù)5 d平均氣溫氣候標(biāo)準(zhǔn)值的差值>-1 ℃且持續(xù)3 d以上。

1.2.5 持續(xù)時(shí)間 倒春寒天氣持續(xù)的天數(shù)，用倒春寒起始日期到終止日期之間的天數(shù)L（d）表示。達(dá)到倒春寒標(biāo)準(zhǔn)的L值必須大于3，表示倒春寒天氣持續(xù)天數(shù)超過(guò)3 d。參考農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害持續(xù)時(shí)間對(duì)農(nóng)作物損害情況，將持續(xù)天數(shù)設(shè)定為三個(gè)等級(jí)：持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，3 d10 d。

1.3 倒春寒等級(jí)對(duì)應(yīng)的定性判別標(biāo)準(zhǔn)

《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》和各省氣象部門提供的災(zāi)情資料記錄的是實(shí)際發(fā)生的災(zāi)情，描述了災(zāi)害發(fā)生的損失情況，根據(jù)農(nóng)業(yè)和氣象部門對(duì)災(zāi)害的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)際發(fā)生的災(zāi)情程度的等級(jí)進(jìn)行劃分。

輕度倒春寒：春播作物播種期推遲3 d以內(nèi)，爛種死苗率5%～20%；作物個(gè)別大葉受害、受害葉片局部或大部萎縮；早稻、小麥等主莖及分蘗幼穗受凍后，仍能正常抽穗和結(jié)實(shí)，但穗粒數(shù)明顯減少。

中度倒春寒：春播作物播種期推遲3～7 d，爛種死苗率20%～30%；作物大部分葉片受害，受害葉片局部或大部萎縮、焦枯，但心葉正?；蜉p微受凍。小麥、早稻等主莖、分蘗幼穗及心葉凍死，其余部分仍能生長(zhǎng)。

重度倒春寒：春播作物播種期推遲7 d以上，爛種死苗率30%及以上；作物全部大葉和心葉均受凍害，趨向死亡；小麥、早稻等葉片、葉尖硬脆，后青枯或青枯成藍(lán)綠色，莖稈、幼穗皺縮死亡。

1.4 倒春寒氣象指標(biāo)等級(jí)劃分

將倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果與各省倒春寒實(shí)際發(fā)生情況進(jìn)行比較分析，不斷調(diào)整倒春寒指標(biāo)的計(jì)算參數(shù)，使倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果與災(zāi)害實(shí)際發(fā)生程度相一致，通過(guò)不斷調(diào)整確定了參數(shù)a1、a2、a3的值分別為4、2、10。用倒春寒氣象指標(biāo)K的值表示倒春寒氣象等級(jí)，分三級(jí)：輕度倒春寒，K≤3；中度倒春寒，3

2 指標(biāo)驗(yàn)證及效果分析

2.1 驗(yàn)證方法

根據(jù)倒春寒氣象指標(biāo)和劃分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別將選擇地區(qū)的1981—2000年氣象資料代入倒春寒氣象指標(biāo)中分析倒春寒發(fā)生過(guò)程和等級(jí)，將指標(biāo)計(jì)算出來(lái)的倒春寒過(guò)程和等級(jí)與《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》記錄各地實(shí)際發(fā)生倒春寒災(zāi)情和發(fā)成程度進(jìn)行比較，驗(yàn)證指標(biāo)的可靠性。

檢驗(yàn)方法：倒春寒氣象指標(biāo)等級(jí)與實(shí)際等級(jí)值無(wú)級(jí)差認(rèn)為完全符合，等級(jí)有1級(jí)級(jí)差認(rèn)為基本符合，等級(jí)有2級(jí)級(jí)差認(rèn)為不符合，實(shí)際出現(xiàn)倒春寒但指標(biāo)計(jì)算未出現(xiàn)、指標(biāo)計(jì)算出現(xiàn)倒春寒但實(shí)際未出現(xiàn)記為不符合。

2.1.1 云南省驗(yàn)證結(jié)果 云南省倒春寒發(fā)生情況與倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表1，昭通歷史災(zāi)情記錄倒春寒出現(xiàn)年份為1981、1982、1987、1988、1990、1991、1994、1996年，嚴(yán)重年份為1982、1988、1991、1996年。1990年發(fā)生倒春寒，實(shí)際為輕度，倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果為無(wú)；1994年實(shí)際發(fā)生為輕度，倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果為重度，有2級(jí)級(jí)差，記為不符合；其余災(zāi)情等級(jí)完全符合。驗(yàn)證結(jié)果為昭通地區(qū)倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際倒春寒發(fā)生程度基本符合以上比例為75%，完全符合率為75%。文山州歷史災(zāi)情記錄發(fā)生倒春寒的年份為1983、1985、1986、1988、1989、1990、1991、1993、1994年，嚴(yán)重年份為1985年。利用倒春寒氣象指標(biāo)反映這些年份出現(xiàn)的倒春寒過(guò)程，其中1993年為基本符合，其余災(zāi)情等級(jí)全部符合，倒春寒發(fā)生程度基本符合以上比例為100%，完全符合率為89%。

2.1.2 福建省驗(yàn)證結(jié)果 福建省倒春寒發(fā)生情況與倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表2。福州歷史災(zāi)情記錄倒春寒出現(xiàn)年份有1982、1985、1986、1987、1988、1991、1992、1993、1994、1995、1996年，嚴(yán)重年份為1987、1988和1996年。1982、1987和1996年驗(yàn)證結(jié)果與實(shí)際不符、1993年為基本符合，其余年份完全符合。福州地區(qū)倒春寒氣象指標(biāo)結(jié)果與實(shí)際倒春寒發(fā)生程度基本符合以上比例為73%，完全符合率為64%。龍巖歷史災(zāi)情記錄倒春寒出現(xiàn)年份有1982、1984、1985、1987、1988、1991、1992、1993、1994、1995、1996年，嚴(yán)重年份為1987年。1982、1987和1994年驗(yàn)證結(jié)果與實(shí)際不符，1985、1993年基本符合，其他年份完全符合。龍巖地區(qū)倒春寒指標(biāo)結(jié)果與實(shí)際倒春寒發(fā)生程度基本符合以上比例為73%，完全符合率為55%。

2.1.3 江西省驗(yàn)證結(jié)果 江西省倒春寒發(fā)生情況與倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表3。南昌市歷史災(zāi)情記錄倒春寒出現(xiàn)年份有1987、1988、1990、1991、1992、1993、1994、1996、1997、1998、1999年，嚴(yán)重年份為1988、1991、1992、1996年。1990年實(shí)際發(fā)生等級(jí)為輕度，倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算等級(jí)為無(wú)，記為不符合。1998、1999年為基本符合，其他年份完全符合。南昌地區(qū)倒春寒指標(biāo)結(jié)果與實(shí)際發(fā)生程度基本符合以上比例為91%，完全符合率為73%。贛州歷史災(zāi)情記錄倒春寒出現(xiàn)年份與南昌地區(qū)相同，倒春寒等級(jí)驗(yàn)證結(jié)果基本符合以上比例為82%，完全符合率為64%。

2.1.4 四川省驗(yàn)證結(jié)果 四川省倒春寒發(fā)生情況與倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表4。根據(jù)災(zāi)情描述程度，雙流地區(qū)倒春寒指標(biāo)結(jié)果與實(shí)際倒春寒發(fā)生程度基本符合以上比例為100%，完全符合率為86%。廣漢地區(qū)災(zāi)情程度基本符合以上比例為88%，完全符合率為75%。

2.1.5 廣西驗(yàn)證結(jié)果 廣西省倒春寒發(fā)生情況與倒春寒氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表5。桂林地區(qū)倒春寒氣象指標(biāo)結(jié)果與實(shí)際倒春寒發(fā)生程度基本符合以上比例為100%，完全符合率為67%。南寧地區(qū)災(zāi)情程度基本符合以上比例為86%，完全符合率為71%。

2.1.6 湖北省驗(yàn)證結(jié)果 湖北省倒春寒發(fā)生情況與倒春寒指標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表6。以荊州、黃岡作為實(shí)際災(zāi)情發(fā)生程度驗(yàn)證代表站點(diǎn)，由于倒春寒災(zāi)情記載較少，倒春寒氣象指標(biāo)等級(jí)與記錄的幾次災(zāi)情程度驗(yàn)證均符合。

2.2 典型個(gè)例分析

2015年4月上旬長(zhǎng)江中下游等地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)陰雨和倒春寒天氣。從4月5日開始普遍出現(xiàn)較明顯降溫，6—9日大部地區(qū)日平均氣溫均在12 ℃以下，其中江淮、江漢北部和浙江北部日平均氣溫降至6～8 ℃，江漢南部和江南大部降至8～10 ℃，出現(xiàn)較大范圍的倒春寒天氣。該次長(zhǎng)江中下游大部地區(qū)低溫陰雨和倒春寒影響等級(jí)為輕度，湖北南部、湖南中部和江西北部的部分地區(qū)為中度，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)未造成嚴(yán)重影響（國(guó)家氣象中心農(nóng)業(yè)氣象中心2015年4月10日服務(wù)材料）。

據(jù)各地實(shí)際災(zāi)情記載，福建省4月中旬出現(xiàn)晚霜凍，茶葉受凍較重；湖南省上旬總體遭受輕度倒春寒，湘北地區(qū)達(dá)中度倒春寒；江西省上旬出現(xiàn)低溫連陰雨和倒春寒災(zāi)害，贛北贛中有31個(gè)縣（市）達(dá)輕度及以上，對(duì)春季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不同程度影響。根據(jù)倒春寒指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，7省14個(gè)代表站點(diǎn)倒春寒發(fā)生在4月上中旬，桂林和文山州倒春寒指標(biāo)為輕度，其他地區(qū)均為中度發(fā)生。由表7可以看出，倒春寒指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果和各地記載的倒春寒實(shí)際發(fā)生程度極為吻合。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)1981—2000年《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》記錄各地實(shí)際發(fā)生倒春寒災(zāi)情，認(rèn)真分析、總結(jié)、歸納了各地區(qū)倒春寒指標(biāo)共性部分，提出了新的倒春寒氣象指標(biāo)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，開展全國(guó)代表性區(qū)域的驗(yàn)證，并利用2015年4月一次全國(guó)大范圍內(nèi)倒春寒天氣開展指標(biāo)與實(shí)際發(fā)生狀況對(duì)比。結(jié)果表明，倒春寒氣象指標(biāo)和等級(jí)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際倒春寒發(fā)生程度相符合，選定區(qū)域倒春寒氣象指標(biāo)等級(jí)與實(shí)際發(fā)生程度基本符合以上比例為73%～100%，完全符合比例為55%～100%，指標(biāo)準(zhǔn)確度較高，可靠性強(qiáng)?？衫迷撝笜?biāo)開展倒春寒氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警、災(zāi)害評(píng)估相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)。

由于各地在服務(wù)過(guò)程中，并沒(méi)有規(guī)范的倒春寒過(guò)程的指標(biāo)界定和歷史記錄，倒春寒氣象指標(biāo)在制定和驗(yàn)證過(guò)程中所做的檢驗(yàn)只是選擇了一些代表性站點(diǎn)的常規(guī)氣象資料做測(cè)算，并未與全國(guó)所有地區(qū)歷史上的倒春寒天氣過(guò)程進(jìn)行一一對(duì)比。因此，可在今后經(jīng)過(guò)2～3次全國(guó)大范圍倒春寒天氣過(guò)程檢驗(yàn)后，對(duì)倒春寒氣象指標(biāo)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，提高指標(biāo)的準(zhǔn)確度。同時(shí)倒春寒氣象指標(biāo)并不針對(duì)特定作物，而是針對(duì)大部分春季作物，各地在應(yīng)用到某種特定作物時(shí)，可對(duì)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化。

參考文獻(xiàn)：

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