廣寧縣1971—2020年低溫和霜凍變化特征

關(guān)卓斌，許獻(xiàn)麟，姚森泉，羅天福

（1.廣寧縣突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東廣寧 526300；2.廣寧縣氣象局，廣東廣寧 526300）

廣寧縣位于肇慶市中西部，北靠清遠(yuǎn)市陽山縣，地處北江支流綏江中游。有許多海拔較高的山峰，由于南北跨度較大，年平均氣溫相差較大。受季風(fēng)影響，冬春季常出現(xiàn)低溫、霜凍現(xiàn)象，對本地區(qū)的越冬的禽畜、水產(chǎn)魚類、農(nóng)作物等產(chǎn)生不良影響，造成一定的經(jīng)濟損失，是廣寧冬春季主要的災(zāi)害性天氣。

全球氣候逐漸變暖，國內(nèi)多地區(qū)氣溫逐漸上升［1］。很多研究表明氣候逐漸變暖則霜凍天氣會逐漸減少，主要表現(xiàn)特征為初霜凍日延遲，終霜凍日提前［2］。眾多專家曾詳細(xì)的對比分析了華南地區(qū)過去多年的霜凍和低溫日數(shù)的變化趨勢。郭媚媚［3］、李達(dá)旋等［4］、余江華［5］對廣東部分地區(qū)的低溫霜凍天氣情況進(jìn)行了初步分析，而近年來，廣寧低溫天氣逐漸減少，且極少出現(xiàn)霜凍天氣，因此該次研究對肇慶市中的廣寧縣近50年的低溫、霜凍變化趨勢進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而得出低溫、霜凍的變化規(guī)律。

1 資料與方法

根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)定［6］和廣東省的氣候特點［7］，使用廣東肇慶廣寧氣象基本站1971—2020年的逐日最低氣溫、最低裸地溫度資料。霜凍日指日最低裸地溫度≤0℃；低溫日指日最低氣溫≤5℃。將每年10月至次年4月首次出現(xiàn)的低溫日和霜凍日定義為低溫初日和初霜凍日，最后1次出現(xiàn)低溫日和霜凍日定義為低溫終日和終霜凍日。每年10月至次年4月出現(xiàn)的低溫和霜凍記錄定義為當(dāng)年的低溫和霜凍。當(dāng)年終霜凍日（若無，則記為上年的12月31日）和初霜凍日（若無，則記為次年的1月1日）之間的日數(shù)總和定義為無霜凍期。

本研究分析廣寧霜凍、低溫變化特征主要使用Morlet小波、滑動t檢驗、Mann-Kendall和數(shù)理統(tǒng)計等方法［8-10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫、霜凍日數(shù)年際變化

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果，廣寧縣自1971—2020年以來，出現(xiàn)低溫日共879 d，年平均低溫日數(shù)為17.6 d；出現(xiàn)霜凍日共139 d，年平均霜凍日數(shù)為2.8 d（圖1）。1971年低溫日數(shù)為38 d，為歷年最多；2005年低溫日數(shù)為2 d，為歷年最少；1974、1975年霜凍日數(shù)為13 d，為歷年最多；1980、1988—1990、1996、1998、2000、2002—2004、2006—2008、2011—2013、2015、2017以及2019年（共20年）霜凍日數(shù)為0 d，為歷年最少。通過分析和spss線性擬合可得，低溫日數(shù)回歸系數(shù)是-0.273 2 d／年，表示低溫日數(shù)每10年大約以2.7 d的趨勢減少，線性擬合方程通過了0.01顯著性水平檢驗，即低溫日數(shù)下降趨勢增加顯著；霜凍日數(shù)回歸系數(shù)是-0.173 1 d／年，表示霜凍日數(shù)以每10年大約1.7 d的趨勢減少，線性擬合方程通過了0.01顯著性水平檢驗，即霜凍日數(shù)下降趨勢增加顯著。

圖1 1971—2020年廣寧低溫、霜凍日變化情況

統(tǒng)計低溫、霜凍日數(shù)的相關(guān)系數(shù)（表略）可知，廣寧低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，兩者相關(guān)系數(shù)為0.569，并且通過顯著性水平0.01檢驗，即廣寧低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)存在顯著正相關(guān)性。20世紀(jì)70年代始末，低溫、霜凍日數(shù)均有所下降，但是20世紀(jì)80年代始末，低溫、霜凍日數(shù)均有所上升，20世紀(jì)80年代后期到90年代初期，低溫、霜凍日數(shù)都呈下降趨勢，20世紀(jì)90年代中期到90年代后期，低溫日數(shù)出現(xiàn)較大幅度下降趨勢，霜凍日數(shù)幾乎無變化，2000年代后，低溫日數(shù)呈下降趨勢，而霜凍日數(shù)已幾乎消失。總體來說，低溫日數(shù)呈下降趨勢，而霜凍日數(shù)在2000年代后已經(jīng)幾乎消失，此變化與全球氣候變暖有密切關(guān)系。

2.2 低溫、霜凍日數(shù)月變化

統(tǒng)計可知，每年11月至次年3月是出現(xiàn)低溫、霜凍天氣高頻月份，每年12月到次年2月是集中出現(xiàn)月份（表略）。低溫天氣1、12月的頻率占比76.33%，且這兩個月霜凍天氣的占比為81.29%；12月份的月平均低溫日數(shù)為6.9 d，為最多的月份，其次為1月，月平均低溫日數(shù)為6.5 d；1月份的月平均霜凍日數(shù)為1.3 d，為最多的月份，其次為12月，月平均霜凍日數(shù)為0.9 d；10、11月份出現(xiàn)低溫、霜凍的幾率極低，僅在1975年11月出現(xiàn)過一次霜凍天氣，低溫天氣亦是極少出現(xiàn)。

2.3 低溫初、終日的變化

通過對低溫初日的分析和spss線性擬合可得，廣寧縣最早低溫初日距10月25日5 d為1978年10月30日，平均低溫初日距10月25日43 d為12月7日（圖2a）。低溫初日線性擬合方程通過0.01顯著性水平檢驗，即低溫初日總體趨勢推遲增加顯著：每10年低溫初日大約推遲4.1 d，其中20世紀(jì)70年代低溫初日有所提前，到了70年代末和80年代初期又明顯推遲；20世紀(jì)80年代中期到90年代中期，低溫初日呈推遲趨勢，90年代后期至21世紀(jì)初，低溫初日呈推遲趨勢，低溫初日主要出現(xiàn)于12月初。

通過對低溫終日的分析spss線性擬合可得，廣寧縣最晚低溫初日距10月25日136 d為2009年3月10日和2017年3月10日，平均低溫終日距10月25日108 d為2月10日（圖2b）。低溫終日線性擬合方程未通過0.05顯著性水平檢驗，即低溫終日總體趨勢提前不顯著：每10年低溫終日提前1.5 d左右，其中20世紀(jì)70年代到90年代中期，低溫終日略有提前，而在90年代后期至今，低溫終日波動較大，提前趨勢更為明顯，低溫終日主要出現(xiàn)于2月初。

圖2 1971—2020年廣寧縣低溫初日（a）、低溫終日（b）的年變化

2.4 無霜期

對廣寧無霜凍期的分析和spss線性擬合可得，廣寧縣1971—2020年平均無霜凍期為347 d，每10年無霜凍日數(shù)大約增加1.7 d，無霜期線性擬合方程通過了0.01顯著性水平檢驗，即近幾十年來無霜期延長的趨勢較顯著。其中2個波動延長期較為顯著，20世紀(jì)70年代到2000年代初，無霜期波動延長；2000年代初至今，無霜期較為穩(wěn)定，無霜凍日數(shù)基本在362～366 d之間波動。

2.5 檢驗低溫、霜凍日數(shù)突變

1）低溫、霜凍日數(shù)Mann-Kendall檢驗。

根據(jù)1971—2020年低溫、霜凍日數(shù)時間序列數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行Mann-Kendall突變分析。由圖3可知，1971—2020年間，低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)的UF與UB均出現(xiàn)過交點，即表明存在序列突變。通過UF與UB交點，可得低溫日數(shù)突變年份為1972、1973、1978和1984年，而霜凍日數(shù)在1972與1975年出現(xiàn)突變點。1971—2020年低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)UF＜0，即表明在研究時段內(nèi)低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢，具體而言，低溫日數(shù)的UF曲線在1972—1974、1979—1982和1989—2020年間均超過0.05顯著性水平下限，同時在1972—1974、1977—2020年間霜凍日數(shù)UF曲線也均超過0.05顯著性水平下限，即表明低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)在這些時段內(nèi)下降趨勢顯著。

2）滑動t檢驗。

利用滑動t檢驗方法分析了1971—2020年低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)的突變點（圖略），其中選取時間步長為5年，顯著性水平為0.05，當(dāng)t統(tǒng)計值超過顯著性水平上下限度的年份，即為可能的突變年份。由圖3可知，低溫日數(shù)在1977、1982及1987年均存在突變點，而霜凍日數(shù)突變年份發(fā)生在1975、1976、1986及1987年。與Mann-Kendall突變分析結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)兩種突變分析所得到的突變年份存在不一致，滑動t檢驗突變年份要比Mann-Kendall突變年份的時間晚。總體上低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)在20世紀(jì)70—80年代發(fā)生了突變。

圖3 1971—2020年廣寧縣低溫日數(shù)（a）、霜凍日數(shù)（b）Mann-Kendall突變檢驗

2.6 低溫、霜凍日數(shù)小波分析

根據(jù)廣寧縣低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)的變化周期可知，多時間尺度的復(fù)雜嵌套結(jié)構(gòu)存在于近50年間低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)中（圖略）。

低溫日數(shù)在研究時段內(nèi)周期震蕩規(guī)律明顯，存在5、8、16與27年多時間尺度的嵌套。20世紀(jì)80年代以后均存在準(zhǔn)5年周期變化，準(zhǔn)8年周期變化發(fā)生在20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)90年代初及21世紀(jì)初期以后，而在20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)準(zhǔn)16年周期，27年長周期發(fā)生在20世紀(jì)90年代以后。同時低溫日數(shù)主要震蕩周期為16年與27年，在研究時段內(nèi)存在“增加-減少-增加”的周期性變化。

對于霜凍日數(shù)來說，霜凍日數(shù)在研究時段內(nèi)存在5、18年的變化周期，在20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)80年代初存在5年準(zhǔn)周期變化，在20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)90年代末之間存在準(zhǔn)18年周期；自2000年以后周期變化不明顯。

3 結(jié)論

1）廣寧縣年平均低溫日數(shù)為17.6 d，每10年低溫日數(shù)減少2.7 d左右；年平均霜凍日數(shù)為2.8 d，每10年霜凍日數(shù)減少1.7 d左右。低溫和霜凍日數(shù)都呈下降趨勢，其中近年霜凍出現(xiàn)次數(shù)接近于零。

2）12月至次年2月是霜凍和低溫天氣集中出現(xiàn)期。每年1和12月中低溫天氣占76.33%，且這兩個月霜凍天氣的占比為81.29%，12月份的月平均低溫日數(shù)為6.9 d，為最多的月份，其次為1月，月平均低溫日數(shù)為6.5 d；1月份的月平均霜凍日數(shù)為1.3 d，為最多的月份，其次為12月，月平均霜凍日數(shù)為0.9 d；10、11月份出現(xiàn)低溫、霜凍的幾率極低。

3）平均低溫初日為10月25日，每10年低溫初日推遲4.1 d左右，低溫初日主要出現(xiàn)于12月初，低溫初日總體呈推遲趨勢；平均低溫終日為2月10日，每10年低溫終日提前1.5 d左右，低溫終日主要出現(xiàn)于2月初，總體來說，低溫終日呈提前趨勢。

4）低溫日數(shù)與霜凍日數(shù)在20世紀(jì)70—80年代發(fā)生了突變，均呈現(xiàn)下降趨勢。

5）低溫在20世紀(jì)80年代以后均存在準(zhǔn)5年周期變化，準(zhǔn)8年周期變化發(fā)生在20世紀(jì)70年代至90年代初及21世紀(jì)初期以后，而在20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)準(zhǔn)16年周期，27年長周期發(fā)生在20世紀(jì)90年代以后。霜凍在20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)80年代初存在5年準(zhǔn)周期變化，在20世紀(jì)70年代至90年代末之間存在準(zhǔn)18年周期。

由于廣寧縣南北跨度較大，廣寧中部的國家基本氣象站資料是該次研究的主要資料，不代表整個廣寧縣情況，本研究相關(guān)結(jié)論需進(jìn)一步研究。