嚴(yán)格意義上的無霜期統(tǒng)計(jì)方法探析

劉中新　陶列

摘要? ? 根據(jù)霜凍和無霜期對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響及農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的指導(dǎo)意義，比較無霜期與嚴(yán)格意義上的“無凍期”的關(guān)系和區(qū)別，分析霜凍出現(xiàn)的初、終日與霜、結(jié)冰現(xiàn)象及氣溫、地面溫度、草面溫度≤0 ℃出現(xiàn)的初日、終日之間的關(guān)系，探討無霜凍期的合理統(tǒng)計(jì)方法。同時(shí)，通過對(duì)鄂東地區(qū)的麻城、浠水、黃石三地的無霜期和“無凍期”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，總結(jié)兩者的差異和特征，從而為正確理解和統(tǒng)計(jì)無霜凍期提出一套新方法，為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞? ? 霜;結(jié)冰;無霜期;“無凍期”;氣溫;地面溫度;草溫

中圖分類號(hào)? ? P467? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）24-0160-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract? ? Based on the effects of frost and frost-free period on crop growth and the guiding significance of agro-climate zoning，the relationship and difference between frost-free period and "no freezing period" in the strict meaning were compared. The relationship between the initial day and the final day of frost and the cream，the icing phenomenon，the temperature，the ground temperature，and the grass surface temperature ≤0 ℃ was analyzed，and the reasonable statistical method of "no freezing period" was discussed. Through the statistics of the frost-free period and "no freezing period" in Macheng，Yishui and Huangshi in the eastern part of Hubei Province，the differences and characteristics of the two were summarized，so as to put forward a new set of methods for correctly understanding and counting frost-free periods.It provides the basis for guiding agricultural production and agro-climate zoning.

Key words? ? cream;freezing;frost-free period;"no freezing period";temperature;ground temperature grass temperature

無霜期指一年中終霜后至初霜前的一整段時(shí)間，在這一期間內(nèi)，沒有霜的出現(xiàn)[1-3]。我國(guó)是一個(gè)多霜的國(guó)家，由于每年的氣候情況不同，各地出現(xiàn)初霜和終霜的日期有早有晚，每年的無霜期也不一致。通常所說的無霜期，是指從當(dāng)?shù)氐钠骄K霜日到平均初霜日之間的天數(shù)。無霜期是農(nóng)業(yè)氣象上一個(gè)重要的熱量指標(biāo)，農(nóng)作物的生長(zhǎng)期與無霜期關(guān)系密切，無霜期愈長(zhǎng)，生長(zhǎng)期也愈長(zhǎng)。霜出現(xiàn)時(shí)，往往會(huì)給一些耐寒性較差的農(nóng)作物帶來一定的影響，如棉花遇到秋霜害，會(huì)影響其繼續(xù)生長(zhǎng)。因此，常常將一個(gè)地區(qū)的無霜期作為作物生長(zhǎng)期的氣候條件[4-6]。但是真正影響農(nóng)作物生長(zhǎng)期的是霜凍。霜凍是指在植物生長(zhǎng)季節(jié)，土壤表面、植物表面、貼地氣層的溫度下降到使植物受到傷害或者死亡時(shí)的低溫天氣，即植物體溫度在0 ℃以下，使作物體內(nèi)結(jié)冰，對(duì)作物造成的傷害[7]。霜凍與氣象學(xué)中的霜在概念上不一樣，前者與作物受害聯(lián)系在一起，后者僅僅是一種天氣現(xiàn)象（白霜）。當(dāng)達(dá)到溫度條件，如果空氣中水汽含量較大，達(dá)到飽和時(shí)，由水汽直接凝聚或由露水凝結(jié)成冰晶，并凝集在植物表面形成一層白色的霜，稱為白霜;當(dāng)達(dá)到溫度條件時(shí)，如果空氣中的水汽含量不足，達(dá)不到飽和時(shí)，在植物表面就不會(huì)有白霜出現(xiàn)，但空氣溫度已降至0 ℃以下，使農(nóng)作物、果樹或植物遭受凍害，出現(xiàn)枝葉枯萎死亡而變成黑色，所以被人們稱為“黑霜”。

在目前的氣象資料統(tǒng)計(jì)中，無霜期的統(tǒng)計(jì)是以人工觀測(cè)的霜天氣現(xiàn)象記錄的初終、間日數(shù)來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也就是說，目前統(tǒng)計(jì)的無霜期只是指“無白霜期”，并不包含“黑霜”。換言之，現(xiàn)在所統(tǒng)計(jì)的“無霜期”并非嚴(yán)格意義上的“無霜凍期”（為區(qū)別原“無霜期”定義，以下簡(jiǎn)稱“無凍期”）。因此，目前所使用的無霜期統(tǒng)計(jì)資料對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)作用存在一定的局限性。如果能準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出“無凍期”，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃將有更好的指導(dǎo)意義[8-9]。

本文歸納前人有關(guān)霜凍與霜、結(jié)冰等天氣現(xiàn)象及氣溫、地面溫度、草溫的關(guān)系，提出霜凍出現(xiàn)的初、終日及“無凍期”的統(tǒng)計(jì)方法，并通過對(duì)鄂東地區(qū)的麻城、浠水、黃石三地的“無霜期”與“無凍期”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將2種統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)兩者的差異和特征，從而為正確理解和統(tǒng)計(jì)無凍期提出一套新的方法，為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1? ? 霜凍的判斷標(biāo)準(zhǔn)

要準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)“無凍期”，首先要確定霜凍的判斷標(biāo)準(zhǔn)，然后再統(tǒng)計(jì)逐年霜凍出現(xiàn)的初、終日及初終間日數(shù)。

霜凍使植物體內(nèi)結(jié)冰而引起凍害，是由低溫造成的生物學(xué)現(xiàn)象。作物內(nèi)部由許多細(xì)胞組成，當(dāng)溫度降到0 ℃以下時(shí)，作物內(nèi)部細(xì)胞與細(xì)胞之間的水分就開始結(jié)冰。植物體結(jié)冰時(shí)，體積膨脹。當(dāng)細(xì)胞之間的冰粒增大時(shí)，細(xì)胞就會(huì)受到壓縮，細(xì)胞內(nèi)部的水分被迫向外滲透出來，細(xì)胞失掉過多的水分，它內(nèi)部原來的膠狀物就逐漸凝固起來，特別是在嚴(yán)寒霜凍以后，氣溫又突然回升，則作物滲出來的水分很快變成水汽散失掉，細(xì)胞失去的水分無法復(fù)原，作物便會(huì)死去。

霜凍的發(fā)生和嚴(yán)重程度首先取決于天氣條件[1]，其次是地形環(huán)境條件。霜凍通常發(fā)生在0 ℃或0 ℃以下，江秀珍等[2]發(fā)現(xiàn)，氣溫3～4 ℃，地面溫度>0 ℃時(shí)，仍有霜出現(xiàn)。張晨輝等[3]也發(fā)現(xiàn)地面溫度在3 ℃左右甚至5 ℃時(shí)有霜的記錄。王淑艷等[4]發(fā)現(xiàn)并找出在地面最低溫度≥0 ℃以及相對(duì)濕度不大的情況下出現(xiàn)霜的原因。賈? 楊等[5]探討了最低氣溫0 ℃、地面最低溫度0 ℃、草面最低溫度0 ℃的不同觀測(cè)日，天氣現(xiàn)象中分別記錄有霜和無霜的問題，張? 玫等[6]應(yīng)用草面、地面溫度變化趨勢(shì)來判定并記錄霜。黃思源等[7-9]通過自動(dòng)氣象站的連續(xù)觀測(cè)資料，結(jié)合人工觀測(cè)的天氣現(xiàn)象，根據(jù)露、霜、結(jié)冰的成因，總結(jié)出自然狀態(tài)下出現(xiàn)露、霜、結(jié)冰現(xiàn)象的綜合判別指標(biāo)。

判斷霜凍出現(xiàn)的初、終日期，應(yīng)以作物體內(nèi)溫度是否達(dá)到0 ℃或以下為標(biāo)準(zhǔn)，但目前并未對(duì)植物體結(jié)冰現(xiàn)象進(jìn)行直接觀測(cè)。綜合以上研究，可以通過天氣現(xiàn)象霜、結(jié)冰的出現(xiàn)和最低氣溫、地面最低溫度或草面最低溫度≤0 ℃等作出間接判斷，即這些指標(biāo)都可以作為霜凍的判斷指標(biāo)。當(dāng)然，這些還不是全部的指標(biāo)。發(fā)生霜凍時(shí)，有時(shí)這5項(xiàng)項(xiàng)指標(biāo)沒有全部出現(xiàn)，但至少有其中某一項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)分析鄂東地區(qū)麻城、浠水、黃石三地的氣象資料發(fā)現(xiàn)，霜與結(jié)冰天氣現(xiàn)象出現(xiàn)的初、終日期，有的年份結(jié)冰初日比霜出現(xiàn)得更早，結(jié)冰終日比霜終日更晚。最低氣溫、地面最低溫度、草面最低溫度≤0 ℃出現(xiàn)的初日和終日，三者之間也是如此，早晚互現(xiàn)。表1為麻城、浠水、黃石三地1960—2017年共58年間各項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)的初、終日最早（晚）次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中草面溫度開展觀測(cè)時(shí)間較短，僅有2010—2017年記錄（統(tǒng)計(jì)表中含每年初、終日各2次，各項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，分別統(tǒng)計(jì)）?？梢钥闯?，5項(xiàng)指標(biāo)中，地面最低溫度和霜出現(xiàn)的次數(shù)最多，草面溫度雖然資料時(shí)間較短，但出現(xiàn)的比例較高，說明也能很好地反映出初（終）霜凍出現(xiàn)的準(zhǔn)確時(shí)間。結(jié)冰和最低氣溫雖然出現(xiàn)的次數(shù)較少，但對(duì)無霜凍期的統(tǒng)計(jì)影響較大。

2? ? 無凍期統(tǒng)計(jì)方法

為了避免無霜期統(tǒng)計(jì)只以霜天氣現(xiàn)象為依據(jù)而不能完全反映初（終）霜凍出現(xiàn)的真實(shí)情況的缺點(diǎn)，根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合前人研究成果，本文在統(tǒng)計(jì)“無凍期”時(shí)，將霜、結(jié)冰、最低氣溫≤0 ℃、地面最低溫度≤0 ℃、草面最低溫度≤0 ℃出現(xiàn)的初日和終日5項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合考量，即當(dāng)上述5項(xiàng)指標(biāo)中，只要有1項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)，即判定為初（終）霜凍日期。先分別統(tǒng)計(jì)霜、結(jié)冰、最低氣溫≤0 ℃、地面最低溫度≤0 ℃、草面最低溫度≤0 ℃出現(xiàn)的初日和終日，再?gòu)闹刑暨x最早（最晚）日期，以挑選的最早（最晚）日期為初（終）霜凍日期，計(jì)算初、終間日數(shù)，再求得“無凍期”。表2以麻城2010—2017年（自2010年增加草面溫度觀測(cè)）為例介紹“無凍期”統(tǒng)計(jì)方法。

3? ? 無凍期與無霜期對(duì)比分析

通過統(tǒng)計(jì)鄂東地區(qū)麻城、浠水、黃石三地1960—2017年共58年無霜期和無凍期（表3），結(jié)果顯示，無凍期比無霜期明顯縮短，58年平均縮短4～10 d，最多鄂東北麻城縮短10 d，其次是浠水，縮短9 d，鄂東南黃石縮短4 d。特別是近年來增加草面溫度觀測(cè)后，以麻城為例（表2），除2010年無凍期與無霜期沒有變化外，其他各年均有較大縮短，縮短天數(shù)最多達(dá)52 d，最少有7 d。三地各年相差最大的年份分別達(dá)69、49、38 d。最長(zhǎng)、最短無凍期浠水、黃石與原來無霜期無變化，麻城最長(zhǎng)無凍期由原來最長(zhǎng)無霜期283 d縮短為276 d。

4? ? 全自動(dòng)觀測(cè)無凍期統(tǒng)計(jì)

隨著我國(guó)地面氣象觀測(cè)站觀測(cè)項(xiàng)目全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)并逐漸取消人工觀測(cè)，露、霜、結(jié)冰等天氣現(xiàn)象不再進(jìn)行人工觀測(cè)[10]。為了保證無霜期資料統(tǒng)計(jì)的連續(xù)性，從最低氣溫、地面最低溫度、草面最低溫度≤0 ℃出現(xiàn)的初日和終日這3項(xiàng)指標(biāo)中挑選初（終）霜凍日期，這個(gè)方法是可行的，也是可靠的。從表1、2可以看出，3項(xiàng)指標(biāo)早晚互現(xiàn)，有時(shí)同時(shí)出現(xiàn)，均能反映出初（終）霜凍的真實(shí)情況，尤其是草面最低溫度比較敏感，優(yōu)勢(shì)明顯。

5? ? 結(jié)語

綜合考慮霜、結(jié)冰、最低氣溫、地面最低溫度、草面最低溫度≤0 ℃出現(xiàn)的初日和終日5項(xiàng)指標(biāo)，從中挑選初（終）霜凍期并統(tǒng)計(jì)“無凍期”的方法，既是對(duì)原人工觀測(cè)的霜、結(jié)冰天氣現(xiàn)象資料真實(shí)性予以認(rèn)同，同時(shí)也對(duì)最低氣溫、地面最低溫度或草面最低溫度在≤0 ℃時(shí)發(fā)生霜凍現(xiàn)象這種情況進(jìn)行了合理處理，更能確保無霜凍期統(tǒng)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和正確性，比原來只從霜一種天氣現(xiàn)象的初、終日期進(jìn)行無霜期統(tǒng)計(jì)更能反映真實(shí)的霜凍期和無霜凍期，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃更具有指導(dǎo)意義。本方法還對(duì)今后取消霜、結(jié)冰等天氣現(xiàn)象觀測(cè)后無凍期的統(tǒng)計(jì)方法提供參考依據(jù)。

通過本方法統(tǒng)計(jì)的“無凍期”比原無霜期明顯縮短，鄂東地區(qū)麻城、浠水、黃石三站統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，緯度越高地區(qū)（或海拔越高）縮短天數(shù)越長(zhǎng)，緯度越低地區(qū)縮短天數(shù)較短。如果對(duì)我國(guó)大范圍“無凍期”進(jìn)行重新統(tǒng)計(jì)，縮短變化情況將更復(fù)雜。因此，對(duì)我國(guó)原來農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中有關(guān)無霜期的結(jié)論是否需要重新論證，值得探討。本方法也有不足之處，可能仍有少數(shù)最低氣溫、地面最低溫度、草面最低溫度在0 ℃以上時(shí)出現(xiàn)初（終）霜凍的情況漏統(tǒng)計(jì)，有待進(jìn)一步完善。

6? ? 參考文獻(xiàn)

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