2000—2019年綏濱縣霜的變化特征分析和預(yù)報(bào)指標(biāo)研究

白玉蘭 徐秀英 郭子冬 劉剛

收稿日期：2024-01-09

作者簡(jiǎn)介：白玉蘭（1976—），女，山東日照人，高級(jí)工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)、氣象服務(wù)。

摘 要：利用綏濱縣國(guó)家一般站2000—2019年4、5、9、10月的初終霜日期、逐日最低氣溫、逐日最低氣溫、逐日最低草面溫度等資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)2020—2021年4、5、9、10月的逐日最低氣溫、逐日最低草面溫度、天氣現(xiàn)象等資料進(jìn)行檢驗(yàn)分析，采用概率統(tǒng)計(jì)法，以最低氣溫為指標(biāo)，分析與研究綏濱縣霜的預(yù)報(bào)指標(biāo)。結(jié)果表明：（1）近20年來(lái)，初終霜出現(xiàn)日期整體呈推遲趨勢(shì)，2010-2019年推遲趨勢(shì)顯著，明顯高于平均日期；（2）當(dāng)天氣晴好時(shí)，以最低氣溫≤5.8 ℃為指標(biāo)，霜預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到89.6%；（3）當(dāng)有降水或霧霾等影響降溫的天氣條件下，以最低氣溫≤4.9 ℃為指標(biāo)，霜的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為87.8%。

關(guān)鍵詞：最低氣溫；最低草面溫度；霜；預(yù)報(bào)指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)：S425 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）03–0155-04

霜是指近地面空氣中水汽直接凝華在溫度低于

0 ℃的地面上，或近地面物體上的白色松脆冰晶[1]。霜通常出現(xiàn)在無(wú)云、靜風(fēng)或微風(fēng)的夜間和清晨。霜凍是指空氣溫度突然下降，使植物體溫降至0 ℃以下而受到損害甚至死亡的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者分析了全國(guó)和區(qū)域初、終霜日期的時(shí)空變化特征［2-7］，發(fā)現(xiàn)中國(guó)大部分地區(qū)的初霜日推遲、終霜日提前，無(wú)霜期延長(zhǎng)，并且在1980—1990年發(fā)生突變。

綏濱縣地處黑龍江和松花江夾角地帶，地貌屬?zèng)_積平原，地勢(shì)平坦，沒(méi)有高山和丘陵，是農(nóng)業(yè)大縣，作物生長(zhǎng)期普遍為4月下旬至9月下旬。當(dāng)出現(xiàn)霜時(shí)，作物可能停止生長(zhǎng)發(fā)育，甚至受到危害死亡。綏濱縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)近50余年中，有3年單純因?yàn)樵缢霈F(xiàn)歉收。受全球氣候變暖的影響，近年來(lái)氣溫不斷升高，災(zāi)害性天氣頻發(fā)，以往的霜預(yù)報(bào)指標(biāo)已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前的要求。經(jīng)過(guò)對(duì)綏濱縣國(guó)家一般觀測(cè)站資料的統(tǒng)計(jì)分析，綏濱縣初、終霜日期集中分布在每年的4、5、9、10月，霜的預(yù)報(bào)，尤其是5、9月霜的預(yù)報(bào)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 綏濱縣對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有影響的霜的劃定標(biāo)準(zhǔn)及分類(lèi)

由于近年來(lái)綏濱縣國(guó)家一般觀測(cè)站取消了對(duì)霜的人工觀測(cè)，加上人工觀測(cè)霜現(xiàn)象存在明顯的人為誤差，又因草面接近作物表面，故從2007年有草溫觀測(cè)開(kāi)始，至2019年均以最低草面溫度≤0 ℃作為霜的出現(xiàn)指標(biāo)，2000—2007年則以霜的觀測(cè)記錄作為霜出現(xiàn)的指標(biāo)。

2 資料來(lái)源與研究方法

選取綏濱縣國(guó)家一般觀測(cè)站2000—2019年4、5、9、10月最低氣溫、最低草面溫度、初終霜日期資料，對(duì)資料進(jìn)行處理生成初、終霜日期和最低氣溫、最低草面溫度資料序列見(jiàn)表1。秉承寧空勿漏的原則，運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)法，對(duì)2000—2019年的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將最低草面溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)臨界點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的最低氣溫作為統(tǒng)計(jì)資料序列，取歷年霜的初終日期、最低草面溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)臨界點(diǎn)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的最低氣溫的最高值作為霜的預(yù)報(bào)指標(biāo)；或者排除離散點(diǎn)（單獨(dú)分析），取歷年最低草面溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)臨界點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的最低氣溫的最高值作為霜的預(yù)報(bào)指標(biāo)。

3 結(jié)果與分析

綏濱縣初霜主要出現(xiàn)在每年9、10月。出現(xiàn)在9月的初霜日占65%，其中，以9月下旬居多占77%。終霜主要分布在每年的4、5月，出現(xiàn)在5月的終霜占75%，其中，5月上旬居多占73%，5月中旬次之占20%見(jiàn)表1，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大。

3.1 2000—2019年初霜日的統(tǒng)計(jì)分析

從表1可以看出，綏濱縣20年間出現(xiàn)初霜日期的最低氣溫均在5.8 ℃以下，故最低氣溫在5.8 ℃以下，綏濱縣就要考慮預(yù)報(bào)霜或者排除離散點(diǎn)（5.8 ℃和4.3 ℃），

當(dāng)最低氣溫低于3.6 ℃時(shí)，剩余18年全部出現(xiàn)霜。從初霜出現(xiàn)時(shí)間隨年份的變化時(shí)序圖見(jiàn)圖1a，近20年綏濱縣平均初霜日期為9月28日，最早初霜日為9月12日，最晚初霜日為10月30日，分別出現(xiàn)在2006年和2005年，初霜出現(xiàn)日期整體上呈推遲趨勢(shì)，并從2010年以后推遲趨勢(shì)顯著，明顯高于平均日期。

3.2 2000—2019年終霜日的統(tǒng)計(jì)分析

從終霜日出現(xiàn)時(shí)間隨年份的變化時(shí)序圖見(jiàn)圖1b可以看出，近20年綏濱縣平均終霜日期為5月4日，最早終霜日為4月21日，最晚終霜日為5月26日，分別出現(xiàn)在2003和2015年，初霜出現(xiàn)日期整體上呈推遲趨勢(shì)，并從2010年以后推遲趨勢(shì)顯著，明顯高于平均日期。

為統(tǒng)一霜的預(yù)報(bào)指標(biāo)，按照初霜的資料分析結(jié)果，以最低氣溫≤5.8 ℃作為預(yù)報(bào)指標(biāo)，從表1可以看出，有19年滿(mǎn)足預(yù)報(bào)指標(biāo)要求，有1年最低氣溫6.1 ℃，

接近5.8 ℃，準(zhǔn)確率達(dá)95%；按照初霜資料分析結(jié)果，以最低氣溫≤3.6 ℃作為預(yù)報(bào)指標(biāo)，有13年滿(mǎn)足預(yù)報(bào)指標(biāo)要求，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為65%，有7年最低氣溫均高于3.6 ℃，在這7年中有5年出現(xiàn)在5月中旬，1年出現(xiàn)在5月上旬，1年出現(xiàn)在5月下旬，出現(xiàn)終霜的最低氣溫最高極限值為6.1 ℃。

3.3 離散點(diǎn)分析

在表1中，初霜分析排除了2個(gè)離散點(diǎn)，即最低氣溫5.8 ℃（2008年9月25日）和4.3 ℃（2007年9月23日）

時(shí)輕霜的預(yù)報(bào)指標(biāo)為最低氣溫≤3.6 ℃。

分析綏濱縣2008年9月最低氣溫、最低地面溫度和最低草面溫度可知，9月23日氣溫開(kāi)始下降，由于前一日最低氣溫較高為11.3 ℃，23日最低氣溫5.2 ℃，沒(méi)有達(dá)到指標(biāo)；24日最低氣溫降至2.8 ℃，達(dá)到氣溫預(yù)報(bào)指標(biāo)，最低地面溫度-0.5 ℃，但由于24日凌晨風(fēng)力較大，3級(jí)風(fēng)，相對(duì)濕度也較小，在50%～60%之間，故最低草面溫度沒(méi)有達(dá)到初霜標(biāo)準(zhǔn)，最低草面溫度

0.2 ℃，但地面最低溫度達(dá)到0 ℃以下，因此2008年初霜記錄應(yīng)按9月24日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，滿(mǎn)足最低氣溫≤3.6 ℃

預(yù)報(bào)霜指標(biāo)。

分析綏濱縣2007年9月最低氣溫、最低地面溫度及最低草面溫度可知，9月22日氣溫開(kāi)始下降，由于前一日最低氣溫較高，為11.4 ℃，持續(xù)2 d降溫，23日達(dá)到霜標(biāo)準(zhǔn)，第二天氣溫明顯回升。

在表1中出現(xiàn)終霜日期的最低氣溫高于3.6 ℃的

7 d中，除2011年和2019年外，均是氣溫下降前最低氣溫為9～12 ℃，氣溫下降過(guò)程在2～3 d之間，達(dá)到輕霜后翌日氣溫明顯回升。

分析綏濱縣國(guó)家一般站2011和2019年天氣現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，這2年均是霜前期氣溫持續(xù)較低，雖然降溫幅度很小，但降溫前、后均出現(xiàn)降水天氣。

4 檢驗(yàn)分析

利用綏濱縣國(guó)家一般站2020—2021年4、5、9、10月的最低氣溫、最低草面溫度、有無(wú)降水、霧霾天氣現(xiàn)象等資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表略），分別以最低氣溫≤3.6 ℃和最低氣溫≤5.8 ℃為指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)預(yù)報(bào)最低草面溫度≤0 ℃的準(zhǔn)確率、空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率見(jiàn)表2、表3。選取表2、表3中漏報(bào)率最低的作為綏濱縣霜的預(yù)報(bào)

指標(biāo)。

4.1 以最低氣溫≤5.8 ℃為預(yù)報(bào)指標(biāo)檢驗(yàn)分析

當(dāng)以最低氣溫≤5.8 ℃為預(yù)報(bào)指標(biāo)，預(yù)報(bào)最低草面溫度≤0 ℃時(shí)，除2020年5月的漏報(bào)率為25%（遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以最低氣溫≤3.6 ℃為預(yù)報(bào)指標(biāo)預(yù)報(bào)最低草面溫度≤0 ℃時(shí)的漏報(bào)率80%）外，其余月份漏報(bào)率均為0，且準(zhǔn)確率全部高于50%，準(zhǔn)確率高于80%的有5個(gè)月。2020年、2021年的5月和2021年的9月空?qǐng)?bào)率較高，故準(zhǔn)確率較低，但準(zhǔn)確率仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以最低氣溫≤

3.6 ℃為指標(biāo)時(shí)預(yù)報(bào)最低草面溫度≤0 ℃時(shí)的準(zhǔn)確率。

統(tǒng)計(jì)綏濱縣國(guó)家一般站天氣現(xiàn)象可知，以最低氣溫≤5.8 ℃為指標(biāo)，預(yù)報(bào)最低草面溫度≤0 ℃時(shí)，在18次空?qǐng)?bào)中，有12次當(dāng)天或前一天有降水或霧霾現(xiàn)象發(fā)生；其余6次中有5次凌晨平均風(fēng)力在3級(jí)以上，1次雖然降溫幅度較大，但前期最低氣溫較高，前48 h最低氣溫為14.2 ℃。

4.2 不同天氣條件下預(yù)報(bào)指標(biāo)檢驗(yàn)分析

當(dāng)天氣晴好，沒(méi)有降水、霧霾等影響降溫因子的條件表略，以最低氣溫≤3.6 ℃作為預(yù)報(bào)指標(biāo)，在20次漏報(bào)中，有17次天氣晴好，沒(méi)有降水或霧霾等影響降溫的天氣現(xiàn)象出現(xiàn)，有2次前期氣溫較低，有冷空氣不斷波動(dòng)，有1次夜間出現(xiàn)大霧天氣但最低氣溫為

3.7 ℃；以最低氣溫≤5.8 ℃為指標(biāo)，霜的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為89.6%（表4），故綏濱縣晴好天氣霜的預(yù)報(bào)指標(biāo)定為：最低氣溫≤5.8 ℃，當(dāng)凌晨風(fēng)力在3～4級(jí)時(shí)，考慮局部輕霜；當(dāng)5.8 ℃≤最低氣溫≤7.1 ℃時(shí)，如果降溫幅度很大，降溫前有降水，降水后夜間天氣晴朗微風(fēng)，可以適當(dāng)考慮局部輕霜。

當(dāng)有降水、霧霾等天氣現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)表略，共出現(xiàn)霜37次，排除1個(gè)離散點(diǎn)（5.7 ℃），出現(xiàn)霜時(shí)，日最低氣溫的最高界限值為4.9 ℃。以最低氣溫≤3.6 ℃作為預(yù)報(bào)指標(biāo)，預(yù)報(bào)最低草面溫度≤0 ℃時(shí)，空?qǐng)?bào)率≤5%，其中，在8個(gè)月資料統(tǒng)計(jì)中，有6個(gè)月空?qǐng)?bào)率為0%；以最低氣溫≤4.9 ℃為指標(biāo)，霜的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為87.8%見(jiàn)表5，故有降水或霧霾等影響降溫的天氣因子下，霜預(yù)報(bào)指標(biāo)定為最低氣溫≤4.9 ℃，但當(dāng)凌晨風(fēng)力在3級(jí)以上時(shí)，考慮局部輕霜；當(dāng)4.9 ℃≤最低氣溫≤5.8 ℃時(shí)可以考慮局部輕霜。

5 結(jié)論

（1）綏濱縣2000—2019年初終霜出現(xiàn)日期整體上呈推遲趨勢(shì)，2010—2019年推遲趨勢(shì)顯著，明顯高于平均日期。

（2）當(dāng)天氣晴好，沒(méi)有降水、霧霾等影響降溫的條件下，霜的預(yù)報(bào)指標(biāo)為最低氣溫≤5.8 ℃，當(dāng)凌晨風(fēng)力為3～4級(jí)時(shí)，考慮局部輕霜；當(dāng)5.8 ℃≤最低氣溫≤

7.1 ℃時(shí)，如果降溫幅度很大，降溫前有降水，降水后夜間天氣晴朗微風(fēng)，可以適當(dāng)考慮局部輕霜。

（3）當(dāng)有降水或霧霾等影響降溫的天氣下，霜預(yù)報(bào)指標(biāo)定為最低氣溫≤4.9 ℃，但當(dāng)凌晨風(fēng)力在3級(jí)以上時(shí)，考慮局部輕霜；當(dāng)4.9 ℃≤最低氣溫≤5.8 ℃時(shí)可以考慮局部輕霜。

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