印江縣霜凍變化特征分析及農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)建議

符 晴，韓 璐，任 可，呂春艷，謝仁波

（1.印江縣氣象局，貴州印江 555200；2.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司銅仁供電局，貴州銅仁 554300；3.銅仁市氣象局，貴州銅仁 554300）

在全球變暖的大背景下，極端短時強降水、高溫干旱、冰川融化等災(zāi)害性天氣嚴(yán)重威脅著人類的生產(chǎn)生活、生命財產(chǎn)及經(jīng)濟效益等。且氣候變化對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的影響巨大，尤其是霜凍災(zāi)害對農(nóng)作物的生產(chǎn)和產(chǎn)量都有著較大的危害。國內(nèi)外的學(xué)者們在霜凍方面開展了大量的研究，并取得較好的結(jié)果。秦俊靈等利用滄州市近50 年的氣象資料發(fā)現(xiàn)霜凍日變化趨勢為整體逐漸減少，以及初霜日推遲而終霜日提前結(jié)束[1]。吳偉光等通過研究張家口市高寒區(qū)4 個氣象觀測站的霜凍資料，發(fā)現(xiàn)無霜日整體呈增長趨勢，初霜日逐漸推遲，終霜日結(jié)束時間呈提前趨勢[2]。馮淑霞等分析了東北地區(qū)不同類型的霜凍、霜形成的物理機制以及對農(nóng)業(yè)的影響[3]。關(guān)于霜凍的研究主要集中在北方地區(qū)，而南方地區(qū)的研究較少。

目前，關(guān)于南方地區(qū)的霜凍研究主要從氣候變化特征、發(fā)生的物理機制和對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響、模型模擬等方面展開。吳瑕等基于浙江省日最低氣溫和地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建了本地化氣溫模型，該模型可以較好地模擬浙江省霜凍期的月平均最低氣溫[4]。姚浪等利用畢節(jié)市近30 年的氣象數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)霜凍日數(shù)逐漸減少，在空間上呈西多東少趨勢，終霜凍日呈提前結(jié)束趨勢[5]。陳海濤等利用六盤水市1961—2010 年氣象資料，發(fā)現(xiàn)六盤水市的霜凍日數(shù)逐漸增長，初霜凍日趨于延遲出現(xiàn)而終霜凍日提前結(jié)束[6]。張麗等利用蕪湖市1960—2011 年的氣象資料分析了霜凍的變化規(guī)律、霜凍引起的農(nóng)業(yè)方面的災(zāi)害，以及提供相關(guān)的防御指南[7]。

在南方山地地區(qū)，受地形影響同一地區(qū)不同區(qū)域的氣候差異較大，尤其是南方山區(qū)易出現(xiàn)“霜打平地”現(xiàn)象。貴州省印江縣地處湘鄂川黔四省交界的武陵山區(qū)，該縣大力發(fā)展優(yōu)質(zhì)蔬菜、草本中藥材和水稻等主要經(jīng)濟作物種植[8-9]。蔬菜、草本中藥材等與霜凍聯(lián)系緊密，無霜期、初霜凍日、終霜凍日等涉霜天氣是開展農(nóng)事前必須征集的氣候資料之一[10-11]。但印江縣缺乏本地霜凍天氣的氣候特征指標(biāo)，因此，本文利用1960—2020 年印江縣國家氣象觀測站日最低氣溫、日最低地面溫度、日照時間、降水等氣象資料，分析了霜凍日的年際變化、月變化及無霜期和初霜凍日、終霜凍日的變化特征，討論了霜凍期間的氣候特征（日最低溫度、日最低地面溫度、降水和日照變化特征），闡述了霜凍對農(nóng)業(yè)的影響及農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)建議。本研究能為該縣霜凍天氣的氣候特征指標(biāo)、作物栽培提供更精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)牧活動和糧食安全提供一定科學(xué)參考，有利于提升霜凍的短臨預(yù)報預(yù)警能力。

1 材料與方法

1.1 材料

本文利用印江縣國家氣象觀測站的逐日日最低氣溫、日最低地面溫度、日照時間、降水、風(fēng)速等氣象資料，時間為1960—2020 年。

1.2 方法

霜凍日指的是日最低地面溫度≤0 ℃。初霜凍日為冬季（10—12 月）首次日最低地面溫度≤0 ℃的第1 天，終霜凍日為次年春季（1—3 月）最后一次日最低地面溫度≤0 ℃的最后1 天。

本研究采用一元線性回歸分析法來分析霜凍日數(shù)、無霜期、初霜凍日和終霜凍日的年際變化情況。在線性回歸分析中，不同年份（1960—2020 年）為自變量，每年的霜凍日數(shù)、無霜期、初霜凍日和終霜凍日為因變量，二者的關(guān)系用一條直線近似表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 霜凍日數(shù)的年際變化

經(jīng)統(tǒng)計可知，印江縣霜凍期為每年11 月至次年3 月，1960—2020 年以來，共出現(xiàn)1 048 d 霜凍日，年平均霜凍日數(shù)為17.2 d。1963 年是歷年霜凍日數(shù)最多的年份，霜凍日數(shù)為38 d；2019 年霜凍日僅為3 d，為歷年最低。為了進一步了解霜凍日數(shù)的年際變化，對逐年的霜凍日數(shù)進行線性擬合，如圖1 所示，霜凍日的回歸系數(shù)為-0.23 d·a-1，該結(jié)果表明，霜凍日數(shù)整體呈下降趨勢，約每10 a 減少2.3 d，印江縣1960—2020 年霜凍日減少了14.03 d。

圖1 印江縣1960—2020 年霜凍日變化情況

2.2 霜凍日數(shù)的月變化

經(jīng)統(tǒng)計可知，印江縣的霜凍每年出現(xiàn)在11 月至次年3 月，主要出現(xiàn)在12 月至次年2 月，其中1 月為出現(xiàn)霜凍日最多的月份，共出現(xiàn)467 d，年平均霜凍日數(shù)為7.8 d，12 月和2 月次之，共出現(xiàn)534 d，年平均霜凍日數(shù)分別為5.4 d 和5.3 d，這3 個月的霜凍日占比為96%；1960—2020 年間，僅有14 次在11 月出現(xiàn)霜凍日，占比1%。該結(jié)果表明，印江縣每年12 月至次年2 月出現(xiàn)霜凍天氣的概率較大，而11 月和3 月出現(xiàn)霜凍的概率較小。

2.3 無霜期的變化情況

經(jīng)統(tǒng)計可知，印江縣的無霜期出現(xiàn)在每年的4—10 月，1960—2020 年的無霜期介于327～362 d，年平均無霜期348 d，標(biāo)準(zhǔn)差為±8 d。對逐年無霜凍日數(shù)進行線性擬合來一步分析其年際變化。如圖2 所示，無霜期整體呈上升趨勢，即近60 年來印江縣無霜期在逐漸延長。2000 年以后，無霜期基本上未出現(xiàn)較大的波動，穩(wěn)定在345～362 d。

圖2 印江縣1960—2020 年無霜期變化情況

2.4 初、終霜凍日的年際變化

初霜凍日出現(xiàn)日期最早的是1992 年11 月10 日，日最低地面溫度為0 ℃，日最低溫度為1.4 ℃。平均初霜凍日為12 月9 日，標(biāo)準(zhǔn)差為±11 d。經(jīng)統(tǒng)計可知，初霜凍日主要出現(xiàn)在12 月，占比為83%。初霜凍日在11 月出現(xiàn)的較少，僅出現(xiàn)9 次，分別為1962 年、1973 年、1975 年、1976 年、1978 年、1979 年、1992 年、1993 年和2011 年，占總數(shù)的17%，僅1962 年（11 月10 日）、1992 年（11 月15 日）出現(xiàn)在上旬，其余出現(xiàn)在下旬。最晚的終霜凍日出現(xiàn)在1963 年的3 月17 日，日最低地面0 cm 溫度為0 ℃，日最低溫度為2.1 ℃。平均終霜凍日為2 月18 日，標(biāo)準(zhǔn)差為±15 d，終霜凍日主要出現(xiàn)在2 月，占比51%。終霜凍日在1 月出現(xiàn)的比較少，60 年來僅出現(xiàn)了9 次，分別為1973 年、1987 年、1997 年、1999 年、2007 年、2009 年、2013 年、2019 年和2020 年，占比為15%，僅1973 年在上旬（1 月3 日）出現(xiàn)，其余皆出現(xiàn)在下旬。對初霜凍日和終霜凍日做線性擬合，如圖3 和圖4 所示，初霜凍日和終霜凍日回歸系數(shù)分別為0.14 d·a-1、-0.33 d·a-1，初霜凍日整體呈現(xiàn)推遲而終霜凍日呈提前結(jié)束趨勢，該結(jié)論與吳偉光等的研究結(jié)果一致[2]。

圖3 印江縣1960—2020 年初霜凍日變化情況

為了進一步探究霜凍日的氣候特征，接下來將分析霜凍期的日最低氣溫、日最低地面溫度、日照時間和降水變化情況。

2.5 霜凍期間日最低氣溫、日最低地面溫度、日照、降水的變化特征

經(jīng)統(tǒng)計霜凍期間日最低氣溫的區(qū)間為[-9.0 ℃，7.3 ℃]，日最低地面溫度介于-9.2～0.0 ℃，平均日最低氣溫為-0.5 ℃，平均日最低地面溫度為-1.6 ℃。平均日照時間5.3 h，超過84.8%的霜凍日都有日照，其中78.2%的霜凍日有超過2 h 的日照。99.3%的霜凍日白天都沒有降水，霜凍日白天的最大降水僅為0.3 mm。上述結(jié)果為判斷霜凍日出現(xiàn)的短時臨近預(yù)報提供了一定參考。

為進一步討論霜凍形成的物理機制，對霜凍前期的日照時間、降水量和風(fēng)速等氣象資料進行統(tǒng)計分析。從霜凍前期天氣來看，除了滿足晴朗無風(fēng)的氣象條件外，雪（雨）后轉(zhuǎn)晴出霜的可能性也較大。

2.6 霜凍對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)建議

初霜凍日的提前出現(xiàn)及終霜凍日的延期結(jié)束對作物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響巨大。印江縣總體呈初霜凍日推遲而終霜凍日提前結(jié)束、無霜期延長、霜凍日減少的趨勢，該結(jié)果表明霜凍的危害逐漸減弱，農(nóng)作物的生長季將延長，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更多的熱量。印江縣受凍害影響的主要糧食作物為玉米、小麥和油菜等，本研究可為印江縣確定主要糧食作物秋播、春播時間提供參考，另外當(dāng)?shù)剞r(nóng)民可根據(jù)重大農(nóng)事活動節(jié)點的天氣預(yù)報開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也可根據(jù)印江縣霜凍的發(fā)生規(guī)律調(diào)整作物的播種期，同時培育一批抗寒性強、播期短的農(nóng)作物品種，避免因天氣造成農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失。在霜凍期（11 月到至次年3 月），根據(jù)印江縣氣象局發(fā)布的天氣預(yù)報，可采取以下方法來預(yù)防霜凍對作物造成的影響：1）在霜凍來臨前可給農(nóng)作物覆蓋塑料薄膜，減少土壤熱量的流失；2）霜凍前期天氣通常晴朗無風(fēng)，可在霜凍來臨前為作物澆水灌溉，以此增加土壤熱容、減緩?fù)寥罍囟认陆?。而作物受到霜凍后易發(fā)生病蟲害，應(yīng)該加強病蟲害的防御，最大限度地減輕病蟲對作物生產(chǎn)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

3 結(jié)論與討論

通過對印江縣1960—2020 年霜凍變化特征分析和初步討論霜凍的物理機制，得出以下結(jié)論。1）每年11 月至次年3 月是印江縣的霜凍期，其中1 月出現(xiàn)霜凍現(xiàn)象的概率最大。2）隨著時間的增長，霜凍日整體呈減少趨勢，初霜凍日總體推遲出現(xiàn)而終霜凍日呈提前結(jié)束趨勢。3）印江縣的無霜期整體呈增長趨勢。4）霜凍期間的天氣現(xiàn)象通常都有日照而無降水發(fā)生。本研究有利于提升霜凍的預(yù)報預(yù)警能力，為作物栽培提供更精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。但本次僅基于印江縣國家氣象觀測站單點展開分析，無法代表整個印江縣的情況，未來將由點到面進一步開展相關(guān)研究，分析整個印江縣的霜凍變化特征，并深入探討霜凍形成的物理機制。