1961—2015年貴州省中西部初霜、終霜及霜期的時空演變

(1、2、3、4、5.貴州理工學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州 貴陽550003)

IPCC第五次評估報告指出：全球各地區(qū)地表溫度都呈上升趨勢，氣候變暖已是不爭的事實[1]。同時，氣候變暖在一定程度上改變著初、終霜日期以及霜期的長短[2]，進而對農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)以及疾病預(yù)防等造成不同程度的影響。因此，氣候變暖對霜期的影響已成為學(xué)者廣泛關(guān)注的話題。

目前，我國許多學(xué)者對全國霜期變化做了研究，如王國富等[3]對我國近50年來霜期時空分布及變化趨勢進行了分析，發(fā)現(xiàn)我國霜期在時間上呈縮短的趨勢，在空間上呈自北向南、自高山向平原逐漸縮短的趨勢。許艷等[4]對近50年中國霜期的變化特征進行研究，發(fā)現(xiàn)霜期縮短顯著的區(qū)域主要集中在我國東北、華北、內(nèi)蒙古中部、江淮流域和華南部分地區(qū)，四川盆地和長江中下游部分地區(qū)霜期縮短的趨勢并不明顯。此外，不少學(xué)者對我國東北、華北、華東等地區(qū)的霜期氣候變化特征進行了相關(guān)研究[5-8]，研究表明大部分地區(qū)霜期變化基本與全國一致，即霜期變化呈現(xiàn)為初霜日逐漸推遲、終霜日逐漸提前、霜期縮短、無霜期延長的趨勢。但仍有部分地區(qū)存在明顯差異，如新疆地區(qū)初、終霜日及無霜期持續(xù)天數(shù)年際差異不明顯[9]，黑龍江省的平均初霜日期要早于遼寧省和吉林省[10]。由此可見，霜的變化具有明顯的地域分布特征，對于區(qū)域性而言，霜變化的范圍和幅度也各不相同[11]。貴州省作為云貴高原東部的重要省份，其初霜、終霜及霜期的時空演變對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用。貴州中西部地區(qū)是全省糧食的主產(chǎn)區(qū)，該區(qū)對全省糧食安全至關(guān)重要。然而，目前鮮有針對該區(qū)域霜期演變特征的研究。鑒于此，本研究以貴州中西部的貴陽市、遵義市、安順市、畢節(jié)市、六盤水市為研究地域，基于1961-2015年逐日氣象觀測數(shù)據(jù)，運用趨勢分析法、空間插值法以及小波分析法等對貴州省中西部的初霜、終霜及霜期的時空演變進行研究，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)政策的制定及區(qū)域糧食安全提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 氣候數(shù)據(jù)來源及處理

以貴州省中西部地區(qū)(貴陽市、遵義市、安順市、畢節(jié)市、六盤水市)5個地州市中(貴陽市、遵義市、湄潭縣、桐梓縣、習(xí)水縣、安順市、畢節(jié)市、黔西縣、威寧縣、盤縣特區(qū))10個氣象站點1961-2015年逐日氣溫作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行初霜、終霜和霜期的統(tǒng)計分析。霜一般被認(rèn)為屬于“冷季現(xiàn)象”，因此其統(tǒng)計是按照“年度”進行的，即是從本年7月1日到次年6月31日為一個年度進行統(tǒng)計。在一個年度中，第一次出現(xiàn)霜(≤0℃)的日期記為初霜日，最后一次發(fā)生霜(≤0℃)的日期記為終霜日，初霜和終霜日期之間的日數(shù)記為霜期[3]。依據(jù)研究區(qū)特點，以10月1日作為霜的統(tǒng)計開始日，得到初、終霜日數(shù)據(jù)序列。

1.2 研究方法

1.2.1 趨勢分析法

采用線性回歸方程分析貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期的年際變化趨勢。

y=at+b，其中，y為霜的變化天數(shù)，t為年份，a為回歸系數(shù)，b為常數(shù)。

1.2.2 空間插值法

采用ArcGIS軟件中的Kriging空間插值法分析貴州省中西部初、終霜以及霜期年際變化傾向率的空間格局。

1.2.3 小波分析法

采用MATLAB軟件中的Morlet小波分析法得出貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期變化的周期特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期變化整體趨勢

從1961—2015年間貴州省中西部初、終霜及霜期變化趨勢分析(圖1)可以看出，55年間貴州省中西部地區(qū)初霜日期逐漸推遲，終霜日期逐漸提前，霜期呈縮短趨勢，其中，終霜的變化趨勢大于初霜的變化趨勢。

圖1 1961-2015年貴州省中西部初、終霜及霜期變化整體趨勢

2.2 貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期變化空間特征

從1961—2015年貴州省中西部初、終霜及霜期變化空間格局(圖2)可知，研究區(qū)所有地區(qū)初霜呈延遲趨勢，終霜呈提早趨勢，霜期呈縮短趨勢。其中初霜延遲空間格局呈現(xiàn)北部和西部延遲時間較長，南部延遲時間較短的特點(圖2a)。終霜提早空間格局呈現(xiàn)北部和南部提早時間較長，東南部和西部提早時間較短(圖2b)。霜期縮短時間呈現(xiàn)東南部、北部和西南部縮短時間較短，西部和西北部縮短時間較長(圖2c)。

圖2 1961—2015年貴州省中西部初、終霜及霜期變化空間格局

從各站點初、終霜及霜期的變化趨勢及其與年平均氣溫相關(guān)性分析(表1)可知，貴州省中西部各站點霜的變化情況各不盡相同，各站點初霜延遲時間介于0.28～2.21天/5a，其中貴陽、盤縣等地區(qū)延遲時間較短，習(xí)水地區(qū)延遲時間高達2天以上。站點終霜提前時間介于0.21～2.18天/5a，其中貴陽市終霜提早時間較短，桐梓、遵義和習(xí)水終霜提早高達2天/5a。霜期縮短0.49～4.27天/5a，其中貴陽地區(qū)霜期縮短較少，變化不明顯。而安順、湄潭、威寧、遵義、習(xí)水的霜期縮短時間超過3天/5a。由相關(guān)性分析可知各站點初霜日期變化與年平均氣溫變化均呈正相關(guān)，其中湄潭、威寧、遵義、習(xí)水等地區(qū)在不同級別上相關(guān)性顯著，各站點終霜日期變化與年平均氣溫變化均呈負(fù)相關(guān)，安順、湄潭等地區(qū)在不同級別上相關(guān)性顯著。各站點霜期與年平均氣溫變化均呈負(fù)相關(guān)，安順、湄潭、威寧、遵義、習(xí)水等站點的相關(guān)性均較為顯著。

表1 貴州省中西部各站點霜的趨勢變化與年平均溫度相關(guān)性分析

2.3 1961—2015年貴州中西部初、終霜及霜期變化周期特征

從1961—2015年貴州中西部初、終霜及霜期變化周期特征(圖3)可知，貴州省中西部地區(qū)初霜變化存在兩個時間尺度周期震蕩分別為6a、28a，其中28a為震蕩中心(圖3a)。終霜變化的周期性不突出，無明顯周期震蕩(圖3b)。霜期變化存在兩個時間尺度周期震蕩分別為7a、13a，其中震蕩主周期為13a(圖3c)。

圖3 1961—2015年貴州中西部初、終霜及霜期變化周期特征

3 結(jié)論與討論

本研究基于貴州省1961—2015年歷史氣象數(shù)據(jù)，分析了貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期的時空演變，并得出以下結(jié)論：貴州省中西部地區(qū)初霜日逐漸推遲，終霜日逐漸提前，霜期呈縮短趨勢。初霜空間格局中北部習(xí)水等地區(qū)延遲時間多于南部貴陽、盤縣等地區(qū)。終霜空間格局中北部習(xí)水等地區(qū)提早時間多于東南部貴陽和西部畢節(jié)等地區(qū)。霜期縮短時間中南部盤縣等地區(qū)縮短時間少于西北部習(xí)水、遵義等地區(qū)。各站點初霜日變化與年平均溫度變化呈正相關(guān)，終霜日變化、霜期與年平均溫度變化呈負(fù)相關(guān)，部分地區(qū)相關(guān)性顯著。初霜、霜期變化均存在兩個時間尺度周期震蕩，震蕩中心分別為28a、13a，終霜變化的周期性不突出，無明顯震蕩周期。