1961—2010年烏蘇市霜凍氣候特征分析

劉紅霞,黃 玲,曹紅麗,劉思怡

(1.塔城地區(qū)氣象局,新疆塔城 834700;2.呼圖壁縣氣象局,新疆昌吉 831200; 3.西安市氣象局,西安 710016;4.124團氣象站,新疆奎屯 833011)

1961—2010年烏蘇市霜凍氣候特征分析

劉紅霞1,黃 玲2,曹紅麗3,劉思怡4

(1.塔城地區(qū)氣象局,新疆塔城 834700;2.呼圖壁縣氣象局,新疆昌吉 831200; 3.西安市氣象局,西安 710016;4.124團氣象站,新疆奎屯 833011)

依據(jù)新疆烏蘇1961—2010年近50a逐日最低氣溫資料,對烏蘇市初、終霜凍日,無霜凍期,異常霜凍的氣候變化特征進行分析。結(jié)果表明:烏蘇市平均初霜凍日為10月19日,終霜凍日為4月7日,無霜凍期為193d;初霜凍日以3.1d/10a的速率推后,終霜凍日以0.2d/10a的速率推后,無霜凍期約以2.3d/10a的速率延長;進入21世紀后,初霜凍日推遲和無霜凍期延長的變化趨勢非常顯著;異常霜凍發(fā)生次數(shù)20世紀60年代出現(xiàn)最多,以80年代末為界限,表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢;極端偏早初霜凍和極端偏晚終霜凍發(fā)生的概率分別為10%和6%。

初霜凍日;終霜凍日;無霜凍期;異常霜凍;新疆烏蘇

霜凍是一種發(fā)生范圍廣、影響面積大、危害作物生長的氣象災害[1-2],烏蘇作為新疆重要的植棉大縣,每年都遭受不同程度霜凍的危害,特別是終霜凍對棉花的影響尤為突出[3-4]。利用烏蘇市1961—2010年50a最低氣溫資料,對烏蘇市初、終霜凍日,無霜凍期,異常霜凍的氣候變化特征進行分析,掌握其變化趨勢,有利于提高對霜凍災害的預防能力。

1 資料和方法

選取的資料為烏蘇國家基準站1961—2010年逐日最低氣溫資料,按照霜凍的定義將秋季第一次日最低氣溫≤0℃的日期定為初霜凍日,春季最后一次日最低氣溫≤0℃的日期定為終霜凍日,當年終霜凍日與初霜凍日之間的日數(shù)總和稱為無霜凍期。將全年日期按順序進行編號,1, 2,…,364,365(366)分別表示1月1日,1月2日,…,12月30日,12月31日。

借鑒前人研究成果[5-8],異常霜凍定義為: <1.65σ和>1.65σ分別稱為極早初終霜凍日和極晚初終霜凍日,在1.65σ～σ和σ～1.65σ分別稱為偏早初終霜凍日和偏晚初終霜凍日,其中σ為50a初(終)霜凍日標準差。

采用氣候趨勢分析法,分別計算得出初、終霜凍期和無霜凍期的時間序列變化趨勢及變化速率,用F檢驗對線性趨勢方程進行檢驗,并統(tǒng)一以顯著性水平達到0.05作為通過顯著性檢驗的標準。

圖1 烏蘇1961—2010年初霜凍日年際變化特征

2 霜凍氣候變化特征

2.1 初霜凍日變化趨勢

烏蘇地區(qū)初霜凍日變化趨勢見圖1,從圖中可以看出,烏蘇1961—2010年初霜凍日總體呈現(xiàn)推遲趨勢,以3.1d/10a的速率推后,50a約推后了15d,與時間的相關系數(shù)為0.446,通過了顯著性水平為0.05的檢驗,表明烏蘇初霜凍日推遲趨勢較顯著。

烏蘇平均初霜凍日為10月19日,最早為9月28日(1969年),最晚為11月14日(2006年),相差47d。初霜凍日有23a提前,27a推遲。連續(xù)推遲的年份多于連續(xù)提前的年份,提前10d以上的有9a,20世紀80年代以前出現(xiàn)過5a,以后出現(xiàn)過4a;推遲10d以上的有12a, 80年代以前出現(xiàn)過2a,以后出現(xiàn)過10a,有2a出現(xiàn)在21世紀初。20世紀60年代和21世紀初初霜凍日年際變化較大。

初霜凍多發(fā)生在秋冬轉(zhuǎn)換季節(jié)。烏蘇近50a來氣溫在波動中不斷升高[6],特別是最低氣溫升溫非常顯著,入冬期偏晚,0℃界限溫度日推遲,造成初霜凍日明顯推遲。

2.2 終霜凍日變化趨勢

由圖2可以看出,烏蘇終霜凍日氣候趨勢以0.2d/10a的速率推后,50a約推后了1d,與時間的相關系數(shù)僅為0.026,未通過顯著性水平為0.05的檢驗,表明烏蘇1961—2010年終霜凍日整體推遲趨勢不明顯,基本保持不變。

圖2 烏蘇1961—2010年終霜凍日年際變化特征

烏蘇1961—2010年平均終霜凍日為4月7日,最早為3月15日(1978年),最晚為4月26日(1975年),差42d。終霜凍日有23a提早,27a推遲。提前10d以上的年份有12a,其中5a出現(xiàn)在20世紀80年代以前;推遲10d以上的有9a,其中4a出現(xiàn)在80年代以前,且連續(xù)推遲的年份一般為2～3a。60年代到80年代初期、90年代中后期到21世紀初終霜日年際變化較大,80年代中期到90年代中期年際變化較小。

2.3 無霜凍期變化趨勢

烏蘇初霜凍日顯著推遲、終霜凍日無顯著變化,造成無霜凍期明顯延長的趨勢。從圖3可看出,烏蘇50a間無霜凍期呈現(xiàn)顯著增加趨勢,約以2.3d/10a的速率增加,50a延長了11.5 d,與時間的相關系數(shù)為0.256,通過了顯著性水平為0.05的檢驗。

圖3 烏蘇1961—2010年無霜凍期年際變化特征

2.4 年代際變化

研究不同年代霜凍發(fā)生頻率與多年平均值的差異,可以準確把握霜凍年代際間變化特征,為霜凍預測提供依據(jù)[9]。計算烏蘇市不同年代霜凍與多年平均值的差值(表略),終霜凍日以80年代為界限,表現(xiàn)為推遲—提前—推遲的變化趨勢;初霜凍日60年代到70年代提前,80年代以后特別是21世紀初有非常明顯的推遲趨勢;無霜凍期則表現(xiàn)為60年代偏短,70年代之后延長的變化特點。與60年代相比,21世紀初10a初霜凍期推后14d,終霜凍期無變化,無霜凍期延長11d。

將烏蘇1961—2010年初、終霜凍日和無霜凍期按照近10a、20a、30a、40a和50a分為5個序列,并運用線性回歸方程計算各序列的氣候傾向率,計算結(jié)果見表1,1961—2000年烏蘇初霜凍日呈平穩(wěn)推遲趨勢,終霜凍日無顯著變化,無霜凍期呈延長趨勢。但近10a變化非常顯著,初霜凍日平均每年推遲1.3d,終霜凍日平均每年提前0.3d,無霜凍期則以2.2d/a的速率延長。

3 異常霜凍的氣候特征

文獻顯示[10-11],異常早初霜凍和異常晚終霜凍都會對農(nóng)作物造成重大損失。

表1 烏蘇霜凍的氣候傾向率 d/10a

表2 烏蘇異常霜凍發(fā)生年份及概率

統(tǒng)計分析了烏蘇1961—2010年異常初、終霜凍日和無霜凍期出現(xiàn)的年份 (見表2)。從表2可以看出異常早初霜凍出現(xiàn)概率最多,達32%;其次是異常早終霜凍(22%)和異常短無霜凍(22%)。偏早初霜凍和極早初霜凍分別發(fā)生了11次、5次,大部分發(fā)生在20世紀60—70年代。偏晚初霜凍和極晚初霜凍分別發(fā)生1次和2次,全部在90年代后。偏早終霜凍和極早終霜凍分別為8次、3次,大多發(fā)生在90年代以前。偏晚終霜凍和極晚終霜凍分別發(fā)生了7次、2次,各年代均有出現(xiàn)。90年代以后對烏蘇主要農(nóng)作物生產(chǎn)影響較大的極端偏早初霜凍和極端偏晚終霜凍只出現(xiàn)過1次(1992年)。異常長無霜凍共7次,全部出現(xiàn)在20世紀80年代以后,其中極長無霜凍只有1次(1997年)。異常短無霜凍共11次,每個年代均有出現(xiàn),大部分出現(xiàn)在60—70年代。

烏蘇地區(qū)不同年代異常霜凍出現(xiàn)頻次的變化情況見圖4。20世紀60年代異常霜凍出現(xiàn)最多,達16次;其次是20世紀90年代和21世紀初,均為12次;80年代最少僅為8次。異常早初霜凍頻次最多為20世紀60年代,達8次之多,異常晚初霜凍20世紀60年代到80年代均未出現(xiàn),從90年代開始呈現(xiàn)偏多趨勢。異常早終霜凍20世紀70年代和90年代最多,為3次;21世紀初最少,只有1次。異常晚終霜凍一般為1～2次。異常長無霜凍20世紀60年代到70年代未出現(xiàn),從80年代開始逐年代遞增。異常短無霜凍以20世紀60年代最多,80年代最少。

圖4 烏蘇不同年代異常霜凍出現(xiàn)的頻次

4 結(jié)論

4.1 烏蘇1961—2010年近50a來平均初霜凍日為10月19日,平均終霜凍日為4月7日,平均無霜凍期為193d。

4.2 初霜凍日呈明顯推遲趨勢,約以3.1d/10a的速率推遲;終霜凍日變化趨勢不明顯,約以0.2d/10a的速率推遲;無霜凍期呈顯著增加的趨勢,約以2.3d/10a的速率增加。

4.3 進入21世紀后,初霜凍日和無霜凍期的變化較顯著,前者每年推遲1.3d,后者則以2.2 d/a的速率延長,終霜凍日變化不明顯,但年際波動較大。

4.4 烏蘇異常早初霜凍、異常早終霜凍和異常短無霜凍期出現(xiàn)的概率較大,均超過20%;60年代最多,以80年代末為界限,表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢;對農(nóng)作物影響較大的極端偏早初霜凍和極端偏晚終霜凍發(fā)生的概率分別為10%和6%,大多發(fā)生在60—70年代。

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1006-4354(2013)06-0015-04

2013-04-16

劉紅霞(1979—),女,漢族,新疆沙灣人,學士,工程師,從事氣象觀測業(yè)務管理。