基于農(nóng)田小氣候的枇杷花果期低溫凍害分析及預(yù)報

姜燕敏，吳寶玉，朱泠霏，李麗芬，陸晨薇

(1.麗水市氣象局，浙江 麗水 323000； 2.麗水市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 麗水 323000)

麗水一直有著“浙江天然的枇杷基因庫”的美譽，該地中亞熱帶季風(fēng)氣候和山地立體氣候并存，冬暖春早、雨熱同步、山地立體等氣候資源為枇杷優(yōu)異品質(zhì)的形成創(chuàng)造了優(yōu)越的氣候環(huán)境[1-3]。但枇杷在冬季開花，且花期時間長，初春形成幼果，恰逢最冷時段，枇杷花、果最容易遭受低溫凍害[4-5]。加上近些年極端氣候事件的增多[6-8]，給枇杷的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成、品質(zhì)塑造等也造成了一定影響。如2016年1月下旬的寒潮天氣導(dǎo)致麗水露地枇杷基本全部受凍，露地枇杷基本絕收；大棚內(nèi)枇杷果也大部分凍傷，嫩梢凍傷，只有少部分未受凍。基于這種情況，充分利用農(nóng)田小氣候站實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，能很好地起到觀測、評估與預(yù)防枇杷低溫凍害的作用。

本研究基于麗水太平鄉(xiāng)枇杷基地棚內(nèi)、棚外農(nóng)田小氣候站逐時氣溫觀測資料，與麗水國家氣象觀測站同期觀測數(shù)據(jù)進行對比分析，根據(jù)氣象行業(yè)標準《枇杷凍害等級》的低溫指標，分析枇杷花果期最低氣溫和不同等級低溫凍害日數(shù)的變化特征，結(jié)合容易發(fā)生枇杷低溫凍害的天氣形勢，建立太平枇杷低溫預(yù)報模型，及早做好監(jiān)測預(yù)警服務(wù)，并通過短信、微信、電視等渠道提醒枇杷種植戶及早做好相關(guān)防御，為果農(nóng)防范低溫凍害做好氣象預(yù)測與服務(wù)工作。

1 材料與方法

1.1 農(nóng)田小氣候站

麗水市蓮都區(qū)太平鄉(xiāng)下岙村枇杷基地農(nóng)田小氣候站建站時間是2015年1月19日，包括枇杷棚內(nèi)農(nóng)田小氣候站(119°52′56″E，28°32′28″N，海拔78.0 m，下面簡稱“棚內(nèi)”)和枇杷棚外農(nóng)田小氣候站(119°52′56″E，28°32′28″N，海拔78.0 m，下面簡稱“棚外”)。為了便于運用天氣預(yù)報溫度預(yù)報值，對太平枇杷基地最低氣溫進行預(yù)報訂正，故引用對應(yīng)同時段的麗水國家氣象觀測站(119°55′47″E，28°27′41″N，海拔59.7，下面簡稱“麗水”)氣象資料，進行數(shù)理統(tǒng)計對比分析。

1.2 枇杷花果期

根據(jù)麗水枇杷種植特點，一般認為11月至次年2月上旬為枇杷開花期，1—3月為枇杷幼果期。枇杷開花期和幼果期持續(xù)時間較長，且時間上難以明確區(qū)分[9]，故本文將枇杷花果期歸并為11月至次年3月，該時段也是大棚防御低溫凍害發(fā)揮作用的主要時段。

以2015—2019年的每年11月至次年3月枇杷花果期逐時氣象觀測資料為分析對象，選取棚內(nèi)、棚外和麗水逐時氣象觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中少量缺測值通過同一站點前后時間的數(shù)據(jù)差值補齊[10-12]。

1.3 枇杷低溫凍害指標

根據(jù)氣象行業(yè)標準《枇杷凍害等級》[13]，最低氣溫是判斷枇杷花果期是否遭受低溫凍害最重要的氣象要素。根據(jù)相關(guān)專家研究的枇杷開花、幼果期凍害等級指標[14-15]，結(jié)合麗水當?shù)罔凌松L氣候特征和農(nóng)業(yè)專家意見[16-17]，把11月至次年2月上旬確定為當?shù)罔凌碎_花期，并根據(jù)最低氣溫(Tmin)，劃分為輕度(-4 ℃

1.4 天氣類型劃分

將天氣類型按日平均總云量C(指云遮蔽天空視野的成數(shù))的多少分為晴(0≤C<2.0成)、多云(2.0≤C≤8.0成)、陰(雨雪)(C>8成)3種天氣類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 枇杷花果期最低氣溫變化特征

2.1.1 最低氣溫日變化特征

由枇杷花果期(11月至次年3月)最低氣溫的日變化特征(圖1)可以看出，最低氣溫的變化趨勢總體較為一致，都是先降低，至早晨7：00左右降至最低值，隨后逐漸升高，在午后15：00左右升至最高值，然后再逐漸降低，以此往復(fù)。從3個站點最低氣溫的對比來看，棚內(nèi)和棚外的最低氣溫變化趨勢基本一致，其中棚內(nèi)全天最低氣溫明顯高于棚外，在夜間棚內(nèi)增溫更為明顯，因為在寒冷季節(jié)夜間大棚薄膜基本都是覆蓋的，可見大棚的增溫防凍作用比較明顯，特別是遇到低溫凍害天氣時，大棚起到明顯的保溫效果。另外，麗水國家氣象觀測站最低氣溫僅在白天10：00—15：00低于棚內(nèi)、棚外小氣候站，而在傍晚-夜間-凌晨都明顯高于小氣候站，在晴天夜間(夜間輻射降溫嚴重)尤為明顯；而且麗水站最低氣溫變化略滯后于棚內(nèi)和棚外氣溫，麗水城區(qū)氣溫最高點出現(xiàn)于午后16：00，與太平枇杷基地相比滯后約1 h。

圖1 麗水枇杷花果期不同天氣類型最低氣溫日變化特征

在晴(a)、多云(b)和陰(c)不同天氣條件下，最低氣溫的晝夜變化幅度相差較大。其中，晴天最低氣溫日較差最大，棚內(nèi)、棚外和麗水分別達到16.6 ℃、16.5 ℃和13.9 ℃，其中棚外最低氣溫在7：00出現(xiàn)，僅有0.6 ℃，棚內(nèi)15：00出現(xiàn)最高值，18.2 ℃。多云天氣時，最低氣溫晝夜變化幅度有所平緩，棚內(nèi)、棚外和麗水日較差分別是13.0 ℃、12.8 ℃和10.8 ℃，且主要以夜間最低值的升高導(dǎo)致了晝夜日較差的減小，如7：00時的棚外最低氣溫升至6.0 ℃，較晴天提高5.6 ℃。陰(雨雪)天時，最低氣溫變化幅度最小，趨于平緩，棚內(nèi)、棚外和麗水日較差分別只有5.5 ℃、4.6 ℃和3.8 ℃，谷值7：00最低氣溫的升高，峰值15：00最低氣溫的降低，共同導(dǎo)致陰(雨雪)天氣溫起伏不明顯。但不同天氣條件下，都是棚內(nèi)晝夜溫差最大，其次是棚外，麗水城區(qū)溫差最小。

2.1.2 最低氣溫月變化特征

由枇杷花果期平均最低氣溫(表1)對比來看，低溫凍害主要發(fā)生在12、1和2月，其中麗水城區(qū)最低氣溫最高，其次是棚內(nèi)最低氣溫，而棚外最低氣溫最低。從極端最低氣溫分布來看，1月棚外低溫最為明顯，同時也說明大棚對棚內(nèi)枇杷起到較好的保護作用。因為冬季大棚薄膜覆蓋基本上是全天的，僅在晴天的中午時揭膜通風(fēng)，故相比棚外則有效降低了低溫凍害的發(fā)生概率[17]。

表1 枇杷花果期月最低氣溫

2.1.3 夜間最低氣溫變化的影響

對于枇杷花果期來說，最低氣溫是花果受凍的最主要因素，夜間又是最低氣溫降低最明顯的時候。相比白天，夜間最低氣溫下降幅度大，且持續(xù)時間長，而在0：00 —8：00期間氣溫降低較為明顯，尤其是6：00 — 8：00氣溫降至最低，這給農(nóng)戶防御枇杷低溫凍害帶來一定難度。2016年1月22—26日發(fā)生強寒潮天氣，氣溫大幅下降，多地積雪明顯，太平枇杷棚外最低氣溫在1月23日、24日、25日連續(xù)3 d的24 h之內(nèi)都以零下為主(低于零度的時間分別占19、20和17 h)。尤其是1月25日晨間5：00 — 08：00，持續(xù)4 h棚外最低氣溫都低于-9.0 ℃，5：20出現(xiàn)-9.7 ℃的極端最低氣溫。棚內(nèi)則采取火爐加溫等措施防御枇杷花、果凍害，對防御凍害有一定的實踐效果。相比棚外最低氣溫，雖然有所回升，但仍較低，3 d低于零度的時次分別占8、15和11 h，而棚內(nèi)也在1月25日晨間6：26出現(xiàn)-4.4 ℃極端最低溫度。

2.2 枇杷花果期低溫凍害程度分析

2.2.1 枇杷開花期低溫凍害程度分析

由表2可知，枇杷棚內(nèi)、棚外和麗水近五年枇杷開花期年均凍害(Tmin≤-3 ℃)日數(shù)分別是1.6、6.0和1.0 d，且都以輕度凍害為主，其中枇杷棚外凍害日數(shù)最多，且有重度和極重等級凍害出現(xiàn)。

表2 枇杷開花期不同等級低溫凍害日數(shù)

圖2顯示，最低氣溫變化也是麗水最高，其次是棚內(nèi)，最低的是棚外，且11—12月最低氣溫變化趨勢基本一致；從1月開始趨勢發(fā)生變化，尤其是1月下旬最冷的時候，三者差距最大，可見大棚保溫性發(fā)揮了重要作用，棚內(nèi)溫度較棚外明顯升高，棚內(nèi)平均最低氣溫比棚外高出1.3 ℃，極端最低氣溫甚至高出5.3 ℃。枇杷開花期最低氣溫隨時間推移下降明顯。12月中旬最低氣溫出現(xiàn)一個低谷，隨后有所緩和，在1月下旬出現(xiàn)-9.7 ℃的最低氣溫(棚外極端最低氣溫)。枇杷開花期低溫凍害日數(shù)從無到有，從低到高，花期凍害時間段主要出現(xiàn)在12月上旬至2月上旬，其中1月下旬至2月上旬是枇杷開花期凍害最嚴重的時候。從花期特性來看，枇杷三花(1月上旬至2月上旬開放的花)遭受凍害的可能性最大(棚外和棚內(nèi)凍害日數(shù)分別達4.2和1.0 d)，遠大于二花(11月下旬至12月下旬開放的花)和頭花(11月中旬以前開放的花)。

圖2 麗水枇杷開花期低溫凍害變化特征

2.2.2 枇杷幼果期低溫凍害程度分析

由表3可知，枇杷棚內(nèi)、棚外和麗水的枇杷幼果期年均凍害(Tmin≤-1 ℃)日數(shù)分別是5.6、10.2和3.8 d，棚外凍害日數(shù)最多。3站點雖都以輕度凍害為主，但其他凍害等級也均有分布，尤其是棚外中度、重度和極重凍害日數(shù)都分別達到3.8、1.0和1.4 d，可見枇杷幼果期發(fā)生凍害風(fēng)險明顯大于開花期。

表3 枇杷幼果期不同等級低溫凍害日數(shù)

圖3顯示，枇杷幼果期最低氣溫隨時間推移呈先降低后升高的趨勢，在1月下旬降至最低點，棚內(nèi)、棚外、麗水分別降至-4.4 ℃、-9.7 ℃、-7.3 ℃，此時棚內(nèi)最低氣溫明顯高于棚外，可見大棚保溫效果明顯。在冬季、初春大棚均以薄膜覆蓋為主，晴天氣溫升高時通風(fēng)換氣，大棚增溫效果相對明顯[17]。

圖3 麗水枇杷幼果期低溫凍害變化特征

枇杷幼果期低溫凍害日數(shù)呈先增加后減少趨勢，幼果期凍害主要集中在1月下旬至2月中旬，尤其是2月上旬，棚外凍害日數(shù)達到最高值3.2 d，占棚外幼果期凍害總?cè)諗?shù)的31.4%。

2.3 枇杷花果期低溫凍害天氣形勢分析及低溫預(yù)報

2.3.1 低溫凍害天氣形勢分析

由近幾年枇杷花果期低溫凍害出現(xiàn)日期可以看出，有幾個時段低溫凍害對枇杷的影響最大，也造成較大的損失。如2015年2月6—13日，屬于多股干冷空氣補充型，冷空氣強度弱，出現(xiàn)連晴天氣。2016年1月23—27日，強冷空氣影響出現(xiàn)大雪天氣，部分枇杷樹覆蓋薄膜防積雪，枇杷樹被雪壓翻；2016年1月25日田間調(diào)查顯示，露地枇杷全部受凍，棚內(nèi)雖采用了火爐加溫，但枇杷果也大部分凍傷，尤其是嫩梢凍傷，僅有少部分未受凍。2016年2月6—10日，冷空氣強度弱，出現(xiàn)連晴天氣，高空處于西北氣流中，地面“L”型高壓，不斷有西北路干冷空氣補充。2017年1月21—24日，冷空氣強度弱，出現(xiàn)連晴天氣，高空“兩槽一脊”，地面處“L”型高壓前底部，有冷空氣補充南下。2018年1月21—31日，受多股冷空氣連續(xù)影響，氣溫持續(xù)下降。2月1—8日持續(xù)晴冷天氣，夜間輻射降溫明顯，出現(xiàn)低溫冰凍，花果期均達到極重的凍害級別。

綜合來看，枇杷低溫凍害大多發(fā)生在雨(雪)后轉(zhuǎn)晴，干冷空氣補充造成的降溫過程。天氣形勢基本都是高空“兩槽一脊”、地面處“L”型高壓前底部，出現(xiàn)連晴天氣，夜間晴空輻射降溫明顯導(dǎo)致低溫凍害。不同的是冷空氣的強度，即凍害程度不同，如2016年1月23—27日為強冷空氣影響，其余幾個過程均為弱冷空氣連續(xù)影響。近五年枇杷低溫凍害中以2016年凍害最為嚴重(圖4)，枇杷開花期和幼果期棚外凍害日數(shù)分別達到7和16 d，其中極重凍害日數(shù)分別達3和5 d，不僅凍害日數(shù)多，且凍害強度大。

圖4 2016年1月25日8：00 500 hPa高空圖(a)和20：00地面圖(b)

2.3.2 枇杷花果期低溫凍害預(yù)測模型

根據(jù)近五年11月至次年3月太平枇杷基地棚內(nèi)、棚外和麗水最低氣溫對比分析(表4)來看，枇杷花果期棚內(nèi)、棚外最低氣溫與麗水最低氣溫都呈顯著正相關(guān)，即最低氣溫是同時升高或降低的，相關(guān)系數(shù)都達到0.9以上，均通過0.01顯著性水平。在晴、多云、陰(雨雪)不同天氣條件下，棚內(nèi)最低氣溫分別較麗水偏低2.0 ℃、1.9 ℃和0.8 ℃，棚外最低氣溫分別較麗水偏低2.9 ℃、2.4 ℃和1.3 ℃，棚外低溫較棚內(nèi)更低一些。所以一般情況下，可以根據(jù)氣溫差大致推算出太平枇杷基地棚內(nèi)、棚外的最低氣溫。基于此，當最低氣溫預(yù)測值達到枇杷花果期凍害閥值時，可提早開展枇杷低溫凍害監(jiān)測預(yù)警服務(wù)。

表4 枇杷棚內(nèi)外最低氣溫預(yù)報模型

更為科學(xué)的可以采用回歸預(yù)報模型。根據(jù)本地氣象部門預(yù)報的最低氣溫，估算太平枇杷基地棚內(nèi)、棚外的最低溫度，尤其是在低溫凍害、寒潮、冷空氣等過程中，提早計算枇杷基地最低氣溫及預(yù)估凍害程度，并及時指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提醒果農(nóng)提早做好相關(guān)防御措施，盡量減輕或避免枇杷低溫凍害的發(fā)生。

3 小結(jié)

最低氣溫是判斷枇杷花果期是否遭受低溫凍害最重要的氣象要素。晴天時最低氣溫變化幅度較大，夜間降溫較明顯，7：00左右出現(xiàn)最低值；多云天氣最低氣溫變化幅度小于晴天，氣溫最低值升高，氣溫日較差縮?。魂幪熳畹蜌鉁刈兓呌谄椒€(wěn)，氣溫日較差最小。枇杷棚內(nèi)最低氣溫明顯大于棚外，在晴天夜間最為明顯，大棚具有較好的保溫效果。

枇杷花果期低溫凍害主要發(fā)生在12、1和2月，且以1月下旬至2月中旬低溫凍害較為嚴重，最低氣溫較低，凍害日數(shù)增多，且以棚外凍害最為嚴重，棚內(nèi)凍害有所減輕，大棚的增溫防凍作用相對明顯。夜間是發(fā)生枇杷花果期低溫凍害最集中的時候，尤其以6：00—8：00最為嚴重，給開展低溫凍害防御造成一定不便，也更體現(xiàn)出提早預(yù)報的重要性。

枇杷低溫凍害大多發(fā)生在高空“兩槽一脊”、地面處“L”型高壓前底部的天氣形勢下，出現(xiàn)類似天氣類型，提高警惕，提早開展相關(guān)預(yù)報及服務(wù)?？梢圆捎描凌伺飪?nèi)外最低氣溫預(yù)報模型，根據(jù)麗水最低氣溫預(yù)報，結(jié)合不同天氣的經(jīng)驗統(tǒng)計差值，預(yù)估太平枇杷基地棚內(nèi)、棚外的最低溫度，提早采取枇杷相關(guān)凍害防御措施，有效減輕凍害發(fā)生。