黃土高原丘陵溝壑區(qū)春季溫度變化對蘋果花期凍害的影響

劉志超 孫智輝 雷延鵬

摘要：統(tǒng)計分析黃土高原丘陵溝壑區(qū)（以延安為例）12個縣（市、區(qū)）2000—2020年的春季溫度資料，結(jié)果表明，延安春季溫度變化平緩，但3月溫度上升明顯且年度變化劇烈，導(dǎo)致近年蘋果花期異常，是近年蘋果凍害加重的主要原因。延安春季升溫過程中，從氣候平均情況來看，容易出現(xiàn)3月下旬初、 4月 9—12日、 4月20—26日、 5月上旬末至中旬初等4個降溫時段，形成4—5月蘋果花期凍害的3個主要時段。分時段蘋果花期凍害風(fēng)險分析結(jié)果表明，黃河沿岸延川縣、宜川縣，西北部吳起縣、志丹縣為花期凍害輕風(fēng)險區(qū);子長市、延長縣、黃陵縣為中風(fēng)險區(qū);洛川縣、富縣、寶塔區(qū)、安塞區(qū)為高風(fēng)險區(qū)。

關(guān)鍵詞：春季溫度;蘋果凍害;黃土高原丘陵溝壑區(qū);延安

中圖分類號： S426 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0131-05

延安位于陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，由于土層深厚，海拔800～1 100 m，光照充足，晝夜溫差大，有利果實積累糖分，是世界蘋果最佳優(yōu)生區(qū)之一。蘋果個大、色艷、細脆、香甜，耐貯運、無污染。截至2019年底，延安有蘋果面積26.19萬hm2，產(chǎn)量349.8萬t[1]，是農(nóng)民脫貧奔小康的支柱性產(chǎn)業(yè)。2000年以來，蘋果遭受了7次嚴重花期凍害天氣[2]，特別是2013、2018、2020年的凍害，對產(chǎn)量和品質(zhì)影響巨大。針對蘋果凍害天氣，早期研究比較偏重于凍害指標修訂[3-4]、氣象指數(shù)[5-7]、風(fēng)險區(qū)劃和預(yù)防試驗[8-14]。本研究擬對延安2000年以來春季溫度變化進行分析，并進行蘋果花期凍害風(fēng)險分析，提升延安蘋果應(yīng)對自然災(zāi)害的能力。

1 資料與方法

氣象資料由延安市各縣（市、區(qū)）氣象站提供，延安溫度由12個氣象站數(shù)據(jù)平均求得，穩(wěn)定通過溫度界限日期采用5天滑動平均法[15]。蘋果產(chǎn)量由延安市果業(yè)服務(wù)中心提供，凍害資料來源于文獻和實地調(diào)查數(shù)據(jù)。分析方法采用對比分析等數(shù)理統(tǒng)計方法。

按照氣象學(xué)關(guān)于季節(jié)的劃分標準，3—5月為春季。時間段選定從2000年開始，主要考慮一是在20世紀中后期發(fā)生了春季增溫突變[15];二是從2000年以來，可查閱到關(guān)于蘋果花期凍害的記錄;三是2000年以后延安蘋果種植面積和產(chǎn)量大幅度增加，面積由10萬hm2增加到近27萬hm2，產(chǎn)量由50萬t增加到350萬t，成為我國蘋果的主要產(chǎn)區(qū)，延安的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

2 溫度數(shù)據(jù)分析

2.1 平均溫度

延安市春季平均溫度（2000—2020年）為 11.6 ℃，3月平均溫度5.5 ℃、4月平均溫度 12.2 ℃、 5月平均溫度17.2 ℃。西北的吳起最冷，為10.2 ℃，黃河沿岸的延安最暖，為13 ℃（圖1）。延安市春季平均最高溫度為20.1 ℃，3月最高溫度14.1 ℃、4月最高溫度20.8 ℃、 5月最高溫度 25.4 ℃。延安市春季平均最低溫度為4.4 ℃，3月最低溫度-1.1 ℃、4月最低溫度4.7 ℃、 5月最低溫度9.7 ℃。春季平均溫差為15.7 ℃，3月平均溫差15.2 ℃、4月平均溫差16.1 ℃、5月平均溫差15.7 ℃，其中4月最大，3月最小。

2.2 溫度年變化

2.2.1 平均溫度 由圖2可見，2000年以來，延安春季溫度變化比較平緩。2009年以前，年春季溫度變幅小，2010年以后，年春季溫度變化劇烈。最低值出現(xiàn)在2011年，為10.2 ℃，最高值出現(xiàn)在2018年，為13 ℃。不同月份變化趨勢不同。3月、4月溫度有緩慢上升趨勢，而5月呈現(xiàn)明顯下降趨勢，下降幅度達到0.8 ℃/10年。2010年以后，3月溫度變化比較劇烈。說明2010年春季溫度劇烈變化主要是由3月溫度變化影響的。

2.2.2 平均最高溫度 由圖3可見，2000年以來，延安春季平均最高溫度有緩慢上升趨勢。與月平均溫度變化相似，3月平均最高溫度上升趨勢最為明顯，幅度達到0.8 ℃/10年，且2010年以后，溫度變化比較劇烈;4月平均最高溫度有較明顯上升趨勢，幅度達到0.6 ℃/10年，而5月呈現(xiàn)下降趨勢，降幅僅為0.4 ℃/10年。

2.2.3 平均最低溫度 由圖4可見，2000年以來，延安春季平均最低溫度有弱的下降趨勢。不同月份，表現(xiàn)明顯不同，3月平均最低溫度為弱的下降，降幅0.2 ℃/10年，4月變化平緩，而5月明顯下降，降幅達到0.8 ℃/10年。

總體看，3月平均最高溫度明顯升高，平均最低溫度略有降低，說明日較差在增大。4月平均最高溫度升高，平均最低溫度不變，日較差也在增大。5月平均最高溫度和平均最低溫度均在下降，但最低溫度降幅略大，日較差也在增大。

2.3 春季升溫

由圖5可見，延安2000—2020年春季平均溫度從3月初的1 ℃升高至5月底的19 ℃，升溫幅度達到18 ℃，日均升溫接近0.2 ℃。3月升溫最大，升溫幅度達到9.5 ℃，日均升溫0.3 ℃;4月升溫 6 ℃，日均升溫0.2 ℃;5月升溫幅度最小，日均升溫0.1 ℃。

延安春季溫度波動上升。從氣候平均情況來看，溫度容易出現(xiàn)幾個降低時段，一是3月21—25日，日平均氣溫下降1.5 ℃。二是4月1—12日，這一時段溫度基本沒有上升，變化平緩;在4月1—2日，日平均氣溫下降1 ℃，出現(xiàn)低谷;4月 9—12日，出現(xiàn)另一個低谷，日平均氣溫也下降了1 ℃。三是4月20—26日，日平均氣溫降低1.2 ℃。四是5月6—13日，日平均氣溫降低2 ℃。5月14日以后，溫度平緩上升。

2.4 界限溫度變化

農(nóng)業(yè)界限溫度又稱指標溫度，表明某些重要物候現(xiàn)象或農(nóng)事活動開始、終止的溫度。分析界限溫度變化就是分析日平均溫度穩(wěn)定通過日期的變化及累積量變化。根據(jù)蘋果生物學(xué)特性，當日平均氣溫上升到 3 ℃以上，蘋果地上部分開始活動，氣溫在 5 ℃以上開始萌芽，8 ℃左右開始生長，15 ℃以上進入活躍期，萌芽適宜溫度為 10～15 ℃[16]。蘋果的產(chǎn)量、品質(zhì)、花期與≥10 ℃積溫有很大的關(guān)系[17]。根據(jù)研究，延安蘋果生物學(xué)零度值為 2.9 ℃，在花期預(yù)報和業(yè)務(wù)服務(wù)中使用通過3 ℃日期和積溫更恰當[18-21]。

2.4.1 界限溫度初日 延安穩(wěn)定通過3 ℃日期在3月8—16日，全市大部縣出現(xiàn)時間非常接近，包括黃河沿岸的延川縣、延長縣、宜川縣，南部洛川縣、黃陵縣、富縣、黃龍縣，以及寶塔區(qū)、安塞區(qū)、子長市等地，平均日期在3月8—10日，只有西北部的志丹縣、吳起縣偏晚，吳起縣出現(xiàn)在3月16日，志丹縣是3月13日。

穩(wěn)定通過10 ℃日期在4月8—19日，與通過 3 ℃ 日期相比，總體來看基本相差1個月。但不同地區(qū)有所差異，黃河沿岸延川縣、延長縣、宜川縣和西北部的吳起縣、志丹縣這5個地區(qū)二者之間相差1個月，其他地區(qū)洛川縣、富縣、甘泉縣、安塞區(qū)、子長市、寶塔區(qū)等通過10 ℃日期集中在4月13—15日，是由于 4月上旬末中旬初的降溫影響的。黃龍縣雖然在延安南部，但地處林區(qū)，受降溫和環(huán)境雙重影響，通過10 ℃日期偏晚，在4月17日。

2.4.2 初日變化 受春季升溫的影響，通過3 ℃日期具有明顯提前趨勢，平均5 d/10年。通過10 ℃日期總體呈提前趨勢，但可以分為2個階段，2013年前為明顯提前，2013年后有推遲跡象。溫度升高，界限溫度日期提前，蘋果花芽萌動、花開放等物候提前。統(tǒng)計洛川縣蘋果初花日發(fā)現(xiàn)，2001—2005年平均在4月14日，2013—2020年平均在4月11日，提前了3 d。

3 花期凍害風(fēng)險分析

由于蘋果花前氣溫升高，特別是3月平均最高溫度升高，穩(wěn)定通過界限溫度日期提前，導(dǎo)致蘋果物候提前，另外，3月溫度年際之間波動加大，有的年份溫度異常偏高，導(dǎo)致花期異常提前，這些因素均提升了遭受凍害風(fēng)險。分析延安蘋果花期凍害風(fēng)險是十分必要的。

2000年以來，延安出現(xiàn)了7次大面積的花期凍害天氣過程，出現(xiàn)在4月6日至5月12日，其中5次過程出現(xiàn)在4月6—15日，另外2次分別出現(xiàn)在4月21—26日和5月12日。凍害天氣出現(xiàn)的時間段與春季溫度升溫過程中氣候統(tǒng)計的降溫時段是相吻合的，把凍害出現(xiàn)時間段確定在4月6日至5月15日。延安地域大，海拔高度相差也大，黃河沿岸蘋果種植海拔高度在800 m，而西北蘋果種植區(qū)海拔達到1 500 m，因此導(dǎo)致了溫度差異大，蘋果物候約相差15 d。以前我們用一個時間段分析蘋果花期凍害風(fēng)險，忽略了蘋果物候的差異和凍害出現(xiàn)的長時間段范圍，做出的風(fēng)險區(qū)劃與實際調(diào)查有差異。前期研究考慮地理范圍大，研究結(jié)果普遍把延安西北部的吳起縣、志丹縣作為重度風(fēng)險區(qū)，把洛川縣做為低風(fēng)險區(qū)，與近20年的凍害災(zāi)情不符。因此有必要在風(fēng)險分析時，考慮將凍害時段分成若干時間段，結(jié)合時段內(nèi)的不同地方蘋果物候差異，進行風(fēng)險分析。針對延安實際，在區(qū)劃時分別對應(yīng)春季的3次降溫過程劃分為3個階段，具體是4月6—15日、4月16—30日、5月1日—15日，開展蘋果花期凍害風(fēng)險分析。

延安蘋果種植地形基本分為2類，延安以南分布在塬區(qū)，延安以北以山地為主，蘋果多種植在向陽半山坡或山頂。延安氣象觀測站除洛川縣外其他均建在川道，與蘋果種植區(qū)地形、海拔有較大差異，造成溫度有差異，特別是最低溫度蘋果種植園區(qū)多高于氣象站觀測數(shù)據(jù)[22-23]，因此在風(fēng)險分析前有必要對氣象站溫度數(shù)據(jù)進行簡單修正，使其能更貼近實際。根據(jù)前期在志丹縣、寶塔區(qū)的觀測，山頂平均最低溫度約高于谷地2 ℃，在風(fēng)險分析前將洛川縣以外的其他縣（市、區(qū)）最低溫度提高2 ℃。

第一階段，4月6—15日，從平均物候來分析，黃河沿岸的延川縣、延長縣、宜川縣和南部黃陵縣、洛川縣、富縣普遍進入花期，中部寶塔區(qū)、安塞區(qū)、子長市進行初花期，吳起縣、志丹縣蘋果花芽進入萌動期。由于植物特性，這段降溫對吳起縣、志丹縣基本沒影響。分析溫度，延川縣、宜川縣出現(xiàn)輕度凍害4年，為輕風(fēng)險區(qū)，延長縣、子長市、黃陵縣出現(xiàn)輕度凍害、中度凍害分別為4年、2年，為中風(fēng)險區(qū)，洛川縣、富縣、寶塔區(qū)、安塞區(qū)出現(xiàn)重度凍害1年，為重風(fēng)險區(qū)。

第二階段，吳起縣、志丹縣進行花芽膨大到開花期，安塞區(qū)、子長市進入盛花期，其他縣（市、區(qū)）進入開花坐果期。4月下旬降溫普遍較弱，有影響的年份也少。輕風(fēng)險區(qū)黃河沿岸的延川縣、宜川縣、延長縣、子長市等縣，而其他縣（市、區(qū)）為中風(fēng)險區(qū)。

第三階段，普遍進入坐果期。降溫天氣非常弱，只有北部吳起縣、志丹縣、安塞區(qū)、子長市氣溫可降至0 ℃以下，對蘋果幼果產(chǎn)生影響，劃分為輕風(fēng)險區(qū)，其他縣（市、區(qū)）為無風(fēng)險區(qū)。

4 結(jié)論

2000年以來，延安春季溫度變化比較平緩。不同月份變化趨勢不同。3月、4月溫度有緩慢上升趨勢，而5月呈現(xiàn)明顯下降趨勢，下降幅度達到 0.8 ℃/10年。

延安春季平均最高溫度有緩慢上升趨勢。3月溫度上升趨勢最為明顯，幅度達到0.8 ℃/10年，且2010年以后，溫度變化比較劇烈。4月溫度有較明顯上升趨勢，幅度達到0.6 ℃/10年。受3月、4月升溫的影響，通過3 ℃日期具有明顯提前趨勢，平均 5 d/10年。通過10 ℃日期總體呈提前趨勢溫度升高，界限溫度日期提前，蘋果花芽萌動、花開放等物候提前。統(tǒng)計洛川縣蘋果初花日發(fā)現(xiàn)，2001—2005年平均在4月14日，2013—2020年平均在4月11日，提前了3 d。3月溫度升高且年度之間變化劇烈是近年來蘋果花期凍害的主要原因。

延安春季溫度從1 ℃升高至19 ℃，升溫幅度達到18 ℃，日均升溫接近0.2 ℃。3月升溫最大，4月升溫次之，5月升溫幅度最小。延安春季溫度波動上升。從氣候平均情況來看，容易出現(xiàn)4個降溫時段，3月下旬初、 4月 9—12日、 4月20—26日、 5月上旬末至中旬初，可見4—5月是形成蘋果花期凍害的3個主要時段。

經(jīng)過分時間段花期凍害風(fēng)險分析，延安黃河沿岸延川縣、宜川縣，西北部吳起縣、志丹縣為花期凍害輕風(fēng)險區(qū);子長市、延長縣、黃陵縣為中風(fēng)險區(qū);洛川縣、富縣、寶塔區(qū)、安塞區(qū)為高風(fēng)險區(qū)。

參考文獻：

[1]延安市統(tǒng)計局. 2019年延安市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[EB/OL]. （2020-04-10）[2020-10-27]. http：//www.yanan.gov.cn/gk/tjxx/ndtj/415926.htm.

[2]溫克剛. 中國氣象災(zāi)害大典·陜西卷[M]. 北京：氣象出版社，2005.

[3]雷延鵬，孫智輝，曹雪梅，等. 延安5次蘋果花期凍害影響分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2018，34（32）：102-107.

[4]王景紅，劉 璐，高 峰，等. 陜西富士系蘋果花期霜凍災(zāi)害氣象指標的修訂[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2015，36（1）：50-56.

[5]王 靜，張曉煜，楊 洋，等. 寧夏主要果樹花器官及幼果霜凍臨界溫度比較研究[J]. 北方園藝，2015（7）：9-13.

[6]劉映寧，賀文麗，李艷莉，等. 陜西果區(qū)蘋果花期凍害農(nóng)業(yè)保險風(fēng)險指數(shù)的設(shè)計[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2010，31（1）：125-129，136.

[7]殷淑燕，張鈺敏，李美榮，等. 氣候變化對洛川蘋果物候期的影響[J]. 陜西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，39（6）：86-90，95.

[8]柴 芊，栗 珂，劉 璐. 陜西果業(yè)基地蘋果花期凍害指數(shù)及預(yù)報方法[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2010，31（4）：621-626.

[9]屈振江，劉瑞芳，郭兆夏，等. 陜西省蘋果花期凍害風(fēng)險評估及預(yù)?測技術(shù)研究[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報，2013，22（1）：219-225.

[10]李 倩，王 瑩，林 毅，等. 基于GIS遼寧省‘紅富士蘋果農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（28）：173-178.

[11]屈振江，周廣勝. 中國富士蘋果種植的氣候適宜性研究[J]. 氣象學(xué)報，2016，74（3）：479-490.

[12]柏秦鳳，王景紅，梁 軼，等. 基于縣域單元的降尺度蘋果花期凍害風(fēng)險區(qū)劃[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（16）：153-158.

[13]孫智輝，馬遠飛，高志斌，等. 洛川蘋果花期凍害氣候特征及人工防霜可行性探討[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報，2015，5（11）：109-112.

[14]曹雪梅，雷延鵬，王 鵬，等. 洛川近地層夜間氣溫逆溫特征及空氣擾動防霜可行性分析[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報，2016，6（5）：82-86.

[15]王樹廷. 關(guān)于日平均氣溫穩(wěn)定通過各級界限溫度初終日期的統(tǒng)計方法[J]. 氣象，1982（6）：29-30.

[16]馬鵬里，楊金虎，盧國陽，等. 西北地區(qū)東部氣候的轉(zhuǎn)折性變化[J]. 高原氣象，2020，39（4）：840-850.

[17]鄭小華. 陜西蘋果產(chǎn)業(yè)與氣象條件關(guān)系研究[D]. 蘭州：蘭州大學(xué)，2006.

[18]陳賞謨，黃壽波，溫福光. 果樹氣象學(xué)[M]. 北京：氣象出版社，1987.

[19]劉 紅，黨曉東，都全勝，等. 安塞山地蘋果初花期預(yù)報研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2019，35（10）：99-103.

[20]屈振江，周廣勝，魏欽平. 蘋果花期凍害氣象指標和風(fēng)險評估[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報，2016，27（4）：385-395.

[21]李美榮. 陜西省果區(qū)氣候變化及蘋果花期凍害風(fēng)險分析與區(qū)劃[D]. 蘭州：蘭州大學(xué)，2008.

[22]曲 靜，尹盟毅，孫智輝. 黃土高原丘陵溝壑區(qū)山地與川地氣溫對比分析[J]. 陜西氣象，2008（1）：49-52.

[23]韓芳琴，孫智輝，劉志超，等. 黃土高原丘陵溝壑區(qū)氣溫垂直變化特征[J]. 延安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，30（2）：69-74.