基于距平指標(biāo)的白銀市晚霜凍強(qiáng)度及終霜日變化特征

摘要根據(jù)白銀市春季氣候特征及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，以最低地溫負(fù)距平為指標(biāo)對(duì)晚霜凍強(qiáng)度進(jìn)行等級(jí)劃分，在此基礎(chǔ)上，分析晚霜凍及終霜日變化規(guī)律。結(jié)果表明，白銀市晚霜凍日數(shù)以會(huì)寧最多，占全市霜凍總?cè)諗?shù)的29.2%;白銀次之，占總?cè)諗?shù)的27.4%;景泰占總?cè)諗?shù)的23.5%;靖遠(yuǎn)最少，占總?cè)諗?shù)的19.9%。晚霜凍日數(shù)越往后期越少，但對(duì)作物的危害程度后期更為嚴(yán)重，5月出現(xiàn)霜凍都會(huì)對(duì)作物造成嚴(yán)重危害。白銀市各站終霜日均有提前趨勢(shì)，全市平均提前率為1.91 d/10 a。終霜日景泰和白銀均存在2年左右的顯著周期，靖遠(yuǎn)有顯著的5年左右平均周期，會(huì)寧沒(méi)有明顯的周期性。

關(guān)鍵詞距平指標(biāo);晚霜凍;終霜日;強(qiáng)度;變化特征;白銀市

中圖分類號(hào)S?425文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2019）18-0228-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.18.064

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Change Characteristics of the Late Frost Intensity and Last Frost Dates in Baiyin City Based on the Anomaly Index

XIA Quan

（Lanzhou Resources and Environment Voc-tech College， Lanzhou， Gansu 730021）

AbstractBased on climatic feature of spring and agricultural production practices of Baiyin City， we used negative anomaly of surface minimum temperature as the index， the grades of late frost intensity were ranked， the characteristic of late frost intensity and the last frost dates were analyzed. The results showed that the number of late frost days in Baiyin City was the largest in Huining ， accounting for 29.2% of the total days， the next was Baiyin district，accounting for 27.4%，Jingtai accounts for 23.5%，and Jingyuan was the least， accounting for 19.9%. The days of late frost was less in later stage but it had serious harmful effects on crop， especially the frost appeared in May.The last frost date of all stations in Baiyin City was ahead， the average rate was 1.91 d/10 a. There were 2 years significant period in Baiyin and Jingtai， and 5 years significant period in Jingyuan.

Key wordsAnomaly index;Late frost; Last frost dates;Intensity;Change characteristics;Baiyin City

春霜凍也稱晚霜凍，是冷季向暖季過(guò)渡期間發(fā)生的霜凍[1]，而此時(shí)正值春耕作物的關(guān)鍵生育期，其抗寒能力急劇下降[2]，凍害往往造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。春季最后一次霜凍日稱為終霜日，終霜日出現(xiàn)越遲，越容易使作物遭受凍害，甚至造成絕產(chǎn)[3]。白銀市地處甘肅中北部，為晚霜凍災(zāi)害的頻發(fā)區(qū)[4]，全市平均每年凍害受災(zāi)面積2 000～?3 400 hm2[5]，了解白銀市晚霜凍發(fā)生規(guī)律對(duì)本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。

以往關(guān)于晚霜凍及其變化規(guī)律的研究很多[6-10]，但對(duì)于霜凍日的定義大都以日最低氣溫≤0 ℃為指標(biāo)，也有一些學(xué)者采用0 cm地表最低溫度[11]或是相關(guān)試驗(yàn)定義霜凍指標(biāo)[12-14]，事實(shí)上對(duì)位于西北地區(qū)的白銀市而言，春季是持續(xù)回暖的季節(jié)，同時(shí)作物的耐寒力又在持續(xù)下降，霜日是否導(dǎo)致霜凍害與作物發(fā)育階段密切相關(guān)[15]。已有研究表明，晚霜凍發(fā)生越晚對(duì)農(nóng)作物的危害越大[16]，為此，筆者試圖建立一種能夠反映白銀市春季氣候特點(diǎn)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的晚霜凍強(qiáng)度指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，分析晚霜凍強(qiáng)度及終霜日變化特征，以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及相關(guān)研究提供參考依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料選取

所用資料包括白銀市各縣區(qū)1961—2016年逐日氣象要素觀測(cè)資料、2005—2016年白銀市農(nóng)作物春霜凍害災(zāi)情資料。

1.2霜凍距平指標(biāo)方法從圖1可以看出，白銀市春季不論最低氣溫還是最低地溫都在持續(xù)回升，將某日歷年平均最低地面溫度確定為該日的適宜溫度[17]，霜凍日的地面最低溫度與該日適宜溫度的差值，也就是用最低地溫負(fù)距平反映霜凍強(qiáng)度，由于適宜溫度在研究期內(nèi)是動(dòng)態(tài)上升的過(guò)程，因此，最低地溫負(fù)距平體現(xiàn)了霜凍出現(xiàn)越晚，危害越大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。

最低地溫負(fù)距平計(jì)算式為[18]：

ΔT=T′?min-T0

式中，ΔT為霜凍日最低地溫負(fù)距平，T′?min為該日最低地溫，T0為該日適宜溫度。根據(jù)歷年霜凍日值及農(nóng)業(yè)災(zāi)情資料，定義：-3 ℃<ΔT≤0℃為輕霜凍，-7 ℃<ΔT≤-3 ℃為中霜凍，ΔT≤-7 ℃為重霜凍，以此統(tǒng)計(jì)白銀市各縣區(qū)歷年晚霜凍次數(shù)及等級(jí)。

另外，該研究還使用了MESA（最大熵譜分析）[19-20]、多項(xiàng)式擬合、線性相關(guān)等方法。

2結(jié)果與分析

2.1白銀市晚霜凍變化規(guī)律

2.1.1霜凍日時(shí)空分布特征。

從表1可看出，近56年來(lái)白銀市各站日地面最低溫度≤0 ℃的霜凍日數(shù)以會(huì)寧最多，為436 d，占全市霜凍總?cè)諗?shù)的29.2%;白銀次之，為410 d，占總?cè)諗?shù)的27.4%;景泰351 d，占總?cè)諗?shù)的23.5%;靖遠(yuǎn)最少，為297 d，占總?cè)諗?shù)的19.9%。從各旬情況來(lái)看，白銀各地4月中旬霜凍日最多，之后逐漸遞減，這與春季氣溫回暖的趨勢(shì)（圖1）相吻合。白銀和會(huì)寧4月中旬—5月中旬間各旬霜凍日數(shù)均明顯多于景泰和靖遠(yuǎn)，這可能由于黃河流經(jīng)景泰、靖遠(yuǎn)，導(dǎo)致局地氣候變化加之地形地貌因素，使得土壤導(dǎo)熱率較高，氣溫對(duì)地溫的影響較小，而白銀和會(huì)寧地氣溫差較小，氣溫下降就會(huì)引起地溫的明顯下降。5月下旬晚霜凍白銀最多，為6 d;景泰2 d;靖遠(yuǎn)3 d;會(huì)寧最少，僅有1 d，這是由于會(huì)寧地理位置偏南，春季溫度回暖速度較偏北地區(qū)快，因而晚霜凍結(jié)束日期較早。

2.1.2晚霜凍強(qiáng)度變化特征。

根據(jù)“1.2”晚霜凍強(qiáng)度等級(jí)劃分方法，計(jì)算1961—2016年白銀各站春霜凍日霜凍等級(jí)，表2為白銀市不同等級(jí)晚霜凍時(shí)空分布特征。從表2可以看出，各等級(jí)（輕、中、重）霜凍在白銀各縣區(qū)隨時(shí)間的分布情況大體一致。輕霜凍全部出現(xiàn)在4月中下旬，并且頻次較高，其中，4月中旬輕霜凍最為集中，進(jìn)入5月基本沒(méi)有輕霜凍害，說(shuō)明前期4月基礎(chǔ)溫度較低，容易出現(xiàn)霜凍，但發(fā)生的霜凍總體對(duì)農(nóng)作物的影響相對(duì)較輕，也有強(qiáng)降溫導(dǎo)致低溫極低，從而影響苗期作物生長(zhǎng);中霜凍害從4月中旬至5月中旬都會(huì)出現(xiàn)，且各站基本呈現(xiàn)出隨時(shí)間遞減趨勢(shì)，也就是說(shuō)越晚中霜凍害日數(shù)越少，到5月下旬各站無(wú)中霜凍害發(fā)生;重霜凍害總?cè)諗?shù)最少，但在4月中旬至5月下旬都會(huì)出現(xiàn)，相對(duì)較多的是4月中旬和5月中旬，這是因?yàn)檫@2個(gè)時(shí)段是白銀強(qiáng)降溫天氣過(guò)程的高發(fā)時(shí)段，值得注意的是，5月出現(xiàn)的霜凍都是中霜凍或重霜凍，特別是5月下旬，一旦出現(xiàn)霜凍就是重霜凍害，這與農(nóng)作物生長(zhǎng)期相關(guān)，越晚作物耐寒程度越弱。綜合來(lái)看，晚霜凍日數(shù)越往后期越少，但對(duì)作物的危害程度后期更為嚴(yán)重，5月出現(xiàn)霜凍都會(huì)對(duì)作物造成危害，5月下旬出現(xiàn)的霜凍會(huì)造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。

2.2白銀市終霜日變化特征

從圖2可以看出，白銀市各站終霜日均有提前趨勢(shì)，全市平均提前率為1.91 d/10 a，各站來(lái)看白銀站提前趨勢(shì)最顯著，為2.32 d/10 a，靖遠(yuǎn)、景泰、會(huì)寧的提前率分別為1.92、1.91、1.75 d/10 a。從年代際變化看，景泰在20世紀(jì)60年代晚霜凍結(jié)束日期較早，70年代—90年代中期總體偏遲，90年代中期提前趨勢(shì)較為明顯，近10年年際變化顯著;白銀站60年代初期晚霜凍結(jié)束日明顯偏遲，從20世紀(jì)60年代至2000年提前趨勢(shì)顯著，2000年以后，結(jié)束日期有所推遲;靖遠(yuǎn)在20世紀(jì)60年代晚霜凍結(jié)束日期相對(duì)較早，70年代偏遲，80年代開(kāi)始呈提前趨勢(shì)，90年代達(dá)到最早，2000年以后又有所推遲;會(huì)寧20世紀(jì)60年代晚霜凍結(jié)束日期年際振蕩較為顯著，歷史結(jié)束日最早和最遲的年份都出現(xiàn)在60年代，最早為1963年，晚霜凍結(jié)束于4月22日，最遲為1969年，晚霜凍結(jié)束于6月17日，但從70年代開(kāi)始，日期較為穩(wěn)定，沒(méi)有明顯的年代際變化，且總體略有提前趨勢(shì)。從全市平均情況來(lái)看，總體趨勢(shì)與靖遠(yuǎn)的變化趨勢(shì)比較接近，20世紀(jì)60年代相對(duì)偏早，70年代偏遲，80年代開(kāi)始提前趨勢(shì)顯著，到90年代中后期達(dá)到歷史最早，之后開(kāi)始推遲，近幾年仍呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)。

2.3白銀市終霜日周期變化特征

從1961—2016年白銀市各縣區(qū)及全市平均晚霜凍結(jié)束日期最大熵譜分析（圖3）可以看出，景泰和白銀均存在2年左右的顯著周期，并且分別通過(guò)了0.10和0.05的信度檢驗(yàn);靖遠(yuǎn)有顯著的5年左右平均周期，通過(guò)了0.05的信度檢驗(yàn);會(huì)寧譜序列存在峰值，但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，因此晚霜凍結(jié)束日沒(méi)有明顯的周期性;全市平均來(lái)看，與靖遠(yuǎn)的周期性較為接近，即存在5年左右的顯著周期，通過(guò)0.05檢驗(yàn)信度。

3結(jié)論與討論

春季凍害強(qiáng)度是低溫強(qiáng)度與作物耐寒程度協(xié)同作用的結(jié)果，一方面氣溫在持續(xù)回升，另一方面作物耐寒力在不斷下降，這使得晚霜凍出現(xiàn)越晚造成的農(nóng)業(yè)災(zāi)害越嚴(yán)重。僅以日最低溫度來(lái)劃分霜凍強(qiáng)度不能反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，比如同樣低溫強(qiáng)度的霜日出現(xiàn)在4月中旬和5月下旬造成的危害會(huì)截然不同，而適宜溫度在此期間是動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，因而最低地溫負(fù)距平能夠體現(xiàn)晚霜凍出現(xiàn)越晚、其危害越重的特征。

該研究以最低地溫負(fù)距平為指標(biāo)對(duì)晚霜凍強(qiáng)度進(jìn)行等級(jí)劃分，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析白銀市晚霜凍及終霜日特征，結(jié)果表明，白銀市晚霜凍日數(shù)以會(huì)寧最多，占全市霜凍總?cè)諗?shù)的29.2%;白銀次之，占總?cè)諗?shù)的27.4%;景泰占總?cè)諗?shù)的23.5%;靖遠(yuǎn)最少，占總?cè)諗?shù)的19.9%。白銀市終霜日期均有提前趨勢(shì)，全市平均提前率為1.91 d/10 a，白銀站提前趨勢(shì)最顯著，為2.32 d/10 a，靖遠(yuǎn)1.92 d/10 a，景泰1.91 d/10 a，會(huì)寧1.75 d/10 a。終霜日景泰和白銀均存在2年左右的顯著周期，靖遠(yuǎn)有顯著的5年左右平均周期，會(huì)寧沒(méi)有明顯的周期性。

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