且末地區紅棗越冬綜合凍害指數研究

黃玖君，李大武，張慧琴，鄧新建，馮浩

（1.庫爾勒市氣象局，新疆庫爾勒 841000；2.且末縣紅棗管理中心，新疆且末 841900；3.吐魯番氣象局，新疆吐魯番 838000;4.且末縣氣象局，新疆且末 841900）

且末地區紅棗越冬綜合凍害指數研究

黃玖君1，李大武2，張慧琴3，鄧新建1，馮浩4

（1.庫爾勒市氣象局，新疆庫爾勒 841000；2.且末縣紅棗管理中心，新疆且末 841900；3.吐魯番氣象局，新疆吐魯番 838000;4.且末縣氣象局，新疆且末 841900）

根據且末氣象站1971—2012年冬季逐日氣溫資料，通過對冬季極端最低氣溫、日平均氣溫≤-10℃負積溫、最低氣溫≤-18℃日數、≥1 cm積雪持續日數等凍害氣象因子進行標準化處理，運用主分量分析方法計算紅棗綜合凍害指數，并采用線性回歸，Mann-Kendall檢驗和小波分析方法對綜合凍害指標進行分析，結果表明，綜合凍害指數數值越小，凍害越嚴重；確定綜合凍害指數≤-1.0為紅棗出現凍害的臨界指標；凍害指數在1977年前后出現了一次增大突變；預測2013年冬季紅棗受凍情況與實際一致。

紅棗；越冬凍害；凍害指數

且末地處昆侖山北麓，塔里木盆地東南緣，境內光熱、水土資源豐富，全年每平方厘米太陽輻射量為150 kcal，年日照時數高達2 908 h，棗樹萌芽到果實成熟期≥0℃的積溫為3 852℃，秋季紅棗成熟期日平均溫差達到20℃以上。所產紅棗外形豐滿美觀，果皮深紅發亮，平均單果重11.5 g。干棗果肉富有彈性，肉質緊密，耐擠壓，肉核易分離，含糖量60%～70%。因個大飽滿，皮薄肉厚，品質極優，綠色無污染，2009年成為新疆首個“全國綠色食品原料紅棗標準化生產基地”。截至目前，全縣耕地面積26 800 hm2，種植紅棗就達9 380 hm2，掛果面積7 035 hm2，年產鮮棗21 000 t，總產值3.4億元，人均增收6 400元。紅棗已成為且末縣繁榮農村經濟、增加農民收入的支柱產業和陽光產業。然而且末又是典型的氣象災害頻發區，大風、沙塵暴、越冬凍害是其主要災害。近年來，隨著全球氣候和新疆區域氣候的變暖，異常極端天氣事件頻繁發生。根據且末縣紅棗管理中心統計，近10a來，2001/2002年冬季紅棗受害面積536 hm2，2007/2008年紅棗凍害最嚴重，凍害面積4 059 hm2，其中嚴重凍害就達1 291 hm2，2010/2011年冬季持續嚴寒也都對紅棗產業可持續發展帶來了嚴峻考驗?？梢姡緝龊σ殉蔀榧t棗產業的主要氣象災害之一，故開展紅棗凍害研究具有重要意義。近年來，有關棗樹凍害研究很多，如張亞新等[1]對阿克蘇地區棗樹凍害類型及主要氣象因子進行了分析，胡云喜等[2]對塔里木河上游墾區棗樹凍害調查及預防對策進行分析，但這些研究大多側重于對凍害成因的分析。截止目前，對本地區棗樹綜合凍害指標的研究尚不多見。果樹凍害主要原因是氣象因子的異常變化、低溫強度及其持續時間等因素綜合決定其受凍程度[4]。本文利用且末縣冬季氣象資料和紅棗災情資料，綜合考慮極端最低氣溫、低溫強度及持續時間、積雪日數等因素對紅棗凍害的影響，應用主分量分析方法計算且末紅棗綜合凍害指數，分析其變化特征和周期特征，為特色林果防災減災提供科學依據。

1 資料及方法

1.1 資料

1.1.1 氣象資料

以12月至次年2月為冬季，選取且末氣象站1971年12月—2013年2月的逐日最低氣溫、日平均氣溫及積雪日數等氣象資料作為凍害主要因子進行分析。

1.1.2 紅棗凍害資料

紅棗凍害災情資料來自且末縣紅棗管理中心。

1.2 分析方法

1.2.1 主分量分析

將相關性顯著的凍害因子序列，運用主分量分析方法[4]，計算紅棗綜合凍害指數。

1.2.2 變化特征分析

采用線性回歸方法分析綜合凍害指數的趨勢變化特征，用Mann-Kendall方法進行突變檢測；運用morlet小波分析方法研究凍害指數周期變化特征[7]。

2 結果與分析

2.1 紅棗綜合凍害指數的分析與計算

2.1.1 凍害因子的分析

根據前人研究[1-3]和近幾年觀測調查凍害情況，經分析確定，以極端最低氣溫表示冬季短時冷暖的強度，定義為x（1℃）；以日平均氣溫≤-10℃的負積溫反映冬季嚴寒的累積效應，定義為x（2℃）；因一定低溫條件持續時間過長，超過樹體忍耐限度果樹就會凍傷[4]，因此，經相關檢驗以最低氣溫小于-18℃定義為x（3℃）；冬季積雪可增大棗樹地表濕度引起凍害，因此以冬季積雪大于1 cm日數定義為x（4d）；各指標的原始值見表1。

由表1可見，且末1971—2012年冬季極端最低氣溫為-27.3℃，出現在2007年，該年且末紅棗出現了嚴重凍害；年極端最低氣溫最大值-15.4℃，出現在2004年，為42a最暖冬季。日平均氣溫≤-10℃的負積溫最大值出現在1984年冬季，為-596.9℃，負值越大出現凍害的概率也就越高。42a中有5a負積溫為0，分別是1985、1989、1999、2003、2006年冬季，這幾年果樹均安全越冬。最低氣溫≤-18℃的日數最長為25d，出現在2007年冬季，低溫持續時間長凍害可能性也越大。≥1 cm積雪最長日數出現在1977年和2007年，積雪時間長，引起根頸凍融交替造成凍害。

2.1.2 各指標因子相關性分析

計算表1中x1，x2，x3，x4序列間相關系數，結果顯示x1，x2，x3，x4之間線性相關顯著，R（x1，x2）= 0.680，R（x1，x3）=-0.858，R（x1，x4）=-0.623，R（x2，x3）=-0.917，R（x2，x4）=-0.518，R（x3，x4）=0.604，其中x1、x3和x2、x3相關程度最高，這6個相關系數均通過信度為0.01的顯著性檢驗。說明它們之間互相存在顯著的線性相關關系。

表1 且末紅棗凍害因子原始值

2.1.3 綜合凍害指數的計算

用主要分量分析方法[4-6]，計算出凍害指標x1、x2、x3、x4序列4個的主要分量，把其中一個物理意義清晰，且方差占總方差大部分的一個主要分量（要求這個主要分量的方差對總方差的貢獻率大于75%），作為該站的綜合凍害指數[6]。計算出綜合指數如下：

yi1=0.519 9x1+0.515 9x2-0.536 8x3-0.418 8x4（1）

由表2可見，通過方差分解主成分，提取1個主成分，第一個主要分量方差已占到79%，即新變量包含原始變量79%以上的信息，且其物理意義明確，表明新變量yi1可以表示且末紅棗冬季凍害程度的綜合指數。

由式（1）可見，最低氣溫愈低，對新指數的貢獻越大，這一部分對新指數的貢獻為0.52；而負積溫越多，對新指數貢獻越大，這一部分為0.52，最低氣溫持續日數越長對凍害指數貢獻越大，這一部分為-0.54，大于1 cm積雪日數越長對凍害指數貢獻越大，這一部分為-0.42，根據式（1）計算且末冬季的綜合凍害指數（圖1）。

表2 各凍害因子在主分量中的特征向量及其貢獻率

圖1 且末紅棗凍害指數的年際變化

2.1.4 凍害指數臨界指標

1971—2012年且末紅棗綜合凍害指數最小值為-6.00，出現在2007年冬季，與前面分析的42a最冷的年份是一致的，是出現凍害最嚴重的一年。最大值為1.88。2004年是最暖的冬季，當年極端最低氣溫-15.4℃，是42a來最高的一年。且末在最近的2008年冬季未受過凍害，根據經驗法，結合數理統計和對比印證方法，確定綜合凍害指數小于-1.0為紅棗凍害臨界指標。42a中出現凍害概率為17%，進入21世紀有3a達到了紅棗凍害標準。由于且末2001年才開始大面積種植紅棗，對于之前紅棗凍害情況無法得到驗證（圖1）。

2.2 綜合指數的年代際分析

20世紀70年代到80年代中期以前，指數波動明顯，80年代中期到2000年代前期進入一個相對平穩期，即這期間受凍害概率較小，2000年代中期后綜合凍害指數又開始進入一個明顯的波動期，即紅棗安全的不確定性在增加。

2.3 綜合凍害指數的突變分析

用Mann-Kendal方法檢測綜合凍數指數的突變，給定0.05顯著性水平（u0.05=1.96），20世紀70年代中后期至80年代初以來凍害指數呈增大趨勢，并在2000年以前維持相對穩定，尤其在1989年前后超過了顯著水平0.05的臨界（u0.05=1.96）。圖中UF與UB曲線的交點位于臨界線之間，交于1977、2006年前后，其中只有在1977年前后交叉后呈上升趨勢，2000年代中后期UF與UB曲線也出現了一些交點，但突變趨勢不明顯。

2.4 綜合凍害指數的周期變化特征分析

本文用Morlet小波變換分析且末紅棗凍害指數的多時間尺度特征。圖2為紅棗綜合凍害指數小波變換實部，由圖2可看出，綜合凍害指數變化存在多時間尺度特征，年代際變化以38～42a左右的周期信號明顯，表現為明顯的“正—負—正”閉合中心貫穿整個序列且交替振蕩顯著，即為明顯的冷—暖—冷交替變化。20世紀80年代以前為偏冷期，此后至2000年為偏暖期，進入21世紀后前12a為偏冷期。此外年代際尺度還存在17a的準周期；年際尺度存在9a周期，但這種周期在2000年以前信號最強，2000年以后有向更短周期發展的趨勢，并在2005年以后形成3～5a周期變化。從大尺度背景來看，負值中心還未閉合，由小波系數負值范圍可推測[7]，未來一段時間綜合指數仍處于負值區，但從小尺度變化來講，預測2013年冬季凍害指數處于正值區周期，屬不易受凍年份。經過計算檢驗，2013年冬季綜合指數為1.46，與預測結果一致。

圖2 凍害指數的Morlet小波變換實部

3 結論

（1）且末紅棗凍害指數能較好反映凍害情況，綜合凍害指數越小，凍害程度越大，確定凍害指數小于-1.0為凍害臨界指標，基本上能涵蓋歷史上受凍害年份，尤其包含了2000年以后凍害基本情況。但由于且末紅棗發展歷史較短，無法對2000年以前凍害年份進行檢驗。2010年冬季綜合凍害指數排名較靠前，卻沒有相關災情記錄，可能與經過2007/2008年冬季的極端嚴寒，且末縣各級政府加強了紅棗防凍措施有關。

（2）且末紅棗凍害指數增大趨勢不明顯，20世紀70年代到80年代中期以前，指數波動明顯，80年代中期到2000年代前期進入一個相對平穩期，這期間受凍害概率較小，2000年后又開始進入一個明顯的波動期。

（3）紅棗綜合凍害指數年代際變化以38～42a和17a左右的周期信號明顯。從大尺度背景來看，未來一段時間綜合指數仍處于負值區，但從小尺度來看，2013冬季凍害指數處于正值區周期，事實上2013年冬季為明顯暖冬，紅棗未受凍害。

（4）果樹凍害是氣象因子、植物學因子以及其它人為因素共同影響的結果，本文從極端最低氣溫、負積溫、低溫強度持續時間以及冬季積雪角度，研究發現紅棗綜合凍害指數，主要為該地區紅棗凍害預報預測起到一個拋磚引玉的作用。但由于棗樹受害年份少，對于凍害因子的確定有可能還不全面，今后仍需持續開展這方面的研究。

[1]張亞新，劉海蓉，李茂春，等.阿克蘇地區棗樹凍害類型及主要氣象因子的影響分析[J].沙漠與綠洲氣象，2009，3（6）：43-46.

[2]胡云喜，李茂春，全學榮.塔里木墾區上游棗樹凍害調查及預防對策淺析[J].沙漠與綠洲氣象，2009，3（5）：41-49. [3]魏天軍.2008年寧夏棗樹凍害調查[J].中國果樹，2009（2）：62-64.

[4]黃嘉佑.氣象統計分析與預報方法[M].北京:氣象出版社，2009：57-69.

[5]張仕明，吳鈞，史玉輝，等.庫爾勒香梨樹冬季凍害指數及其變化特征分析[J].中國農業氣象，2012，33（3）：462-467.

[6]馮穎竹，梁紅，黃璜.廣東冬季寒害指標研究[J].自然災害學報，2005，14（1）：59-65.

[7]魏風英.現代氣候統計診斷與預測技術[M].北京：氣象出版社，2009：57-69.

Index of Freezing Injury on Jujube in Qiemoarea in Winter

HUANG Jiujun1，LI Dawu2，ZHANG Huiqing3，DENG Xingjian1，FENG Hao4
（1.Korlameteorological Bureau,Korla 841900，China；2.Qiemomanagement Center of Jujube，Qiemo 841900，China；3.Turpanmeteorological Bureau，Turpan 838000，China；4.Qiemeomoteological Bureau，Qiemo 841900，China）

according to the daily temperature data during 1971-2012 in themeteorological station of Qiemo,themeteorological factors of freeze injury including winter extremelyminimum temperature,negativeaccumulated temperature with dailyaverage temperature≤-10℃,day numbers of the lowest temperature≤-18℃,last days of snow≥1cm were standardized.The principal componentanalyticalmethod was used to calculate the comprehensive index of freezing injury of jujube,and the linear regression,Man-Kendall testingand waveletanalysis were used toanalyze the comprehensive index of freezing injury.The results showed that,the smaller the comprehensive index of frost damage was,themore serious freeze injury was;wealso determined that the comprehensive index of frost damage≤-1.0 was the critical index for freeze injury occurrence;the index of freezing injury hadan increasedmutation in 1977.

Jujube；freeze injury in winter；index of freeze injury

S425

B

1002-0799（2014）06-0056-04

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.06.010

2014-04-14；

2014-07-17

中國氣象局氣候變化專項（CCSF201425）；巴州科學技術研究（含星火）計劃項目（201306）和巴州氣象局創新團隊項目（201312）共同資助。

黃玖君（1975-），女，工程師，主要從事氣象服務和農業氣象工作。E-mail：xjscmy@126.com

黃玖君，李大武，張慧琴，等.且末地區紅棗越冬綜合凍害指數研究[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（6）：56-59.