1971—2012年平涼市霜凍變化特征分析

林婧婧，郭慧

（1.西北區域氣候中心，甘肅蘭州 730020；2.甘肅省氣象局，甘肅蘭州 730020）

1971—2012年平涼市霜凍變化特征分析

林婧婧1，郭慧2

（1.西北區域氣候中心，甘肅蘭州 730020；2.甘肅省氣象局，甘肅蘭州 730020）

以≤0℃地面最低氣溫作為霜凍指標，利用平涼地區7個氣象觀測站1971—2012年的逐日地面最低氣溫資料，采用現代氣候診斷方法，分析了初、終霜凍和無霜凍期的變化特征。結果表明：在近42 a間，平涼市初霜凍發生頻率減小，終霜凍發生頻率增加，初、終霜凍日數呈減少趨勢；平均初霜凍日呈推遲變化趨勢，終霜凍日呈提早變化趨勢，無霜期呈延長變化趨勢，其氣候傾向率均>2 d/10 a，并均通過α=0.05的顯著性檢驗；平涼地區初霜凍日普遍推后1～5 d，終霜凍日普遍提前1～5 d，無霜期普遍延長1～9 d。平涼各地霜凍受災程度差異較大，靈臺和莊浪在受災人口、直接經濟損失和農業經濟損失方面受災較重。

初終霜凍；無霜期；變化趨勢；霜凍影響

由于人類活動和自然原因的雙重作用，使大氣成分發生變化，溫室氣體和對流層氣溶膠不斷增加，造成了全球氣候的普遍變化。氣候變化問題已成為全球關注的熱點問題，隨著各種極端天氣的頻繁發生,許多科學家將其歸因為溫室效應[1-5]。雖然氣溫總體呈現出上升趨勢，但我國許多地區仍然受到低溫冷害的侵襲。霜凍是一種低溫冷害的重要農業自然現象，發生在春秋季節，與最低氣溫有著密切的關系[6]。在農業氣象研究中，通常以最低溫度低于0℃作為霜凍的氣候指標[7]。霜凍更是一種發生范圍廣，危害作物種類多，造成經濟損失大的氣象災害，全國各地都會受到霜凍的危害[8-9]。馬柱國通過分析北方1951—2000年的霜凍日數和強度的變化趨勢，發現近50 a來我國北方地區霜凍日的日數有明顯減少的趨勢，春季霜凍日提前結束，秋季霜凍日推遲，霜凍次數的變率大小也存在明顯的區域差異，華北、西北東部和東北西南部是變率較大的地區[10-13]。有關霜凍的研究較多[14-23]。甘肅省隴東地區為主要農作物種植區，霜凍是當地的一種常見自然災害，因霜凍災害給當地造成了嚴重的經濟損失。李麗娟通過對甘肅省綜合自然災害風險的管理研究，得出結論，若以城市為基本風險單位，運用GIS技術對自然災害成災面積進行分類，甘肅省平涼地區偶爾成為重災區或中度災區[24]。利用近40 a逐日地面最低氣溫資料，對近42 a甘肅省平涼市初霜凍日數、終霜凍日數、無霜期變化特征；初、終霜凍日變化趨勢、霜凍異常特征及霜凍氣象災害的影響等進行了分析。其目的為該地區霜凍防御和減災提供科學參考。

1 資料及方法

利用平涼市7個氣象觀測站1971—2012年逐日地面最低氣溫資料，分析了霜凍的變化趨勢。霜凍是指空氣溫度突然下降，地表溫度低于0℃，使農作物受到損害，甚至死亡，多發生在春秋季節。由溫暖季節向寒冷季節過渡期間（9—11月）第一次出現日地面最低溫度≤0℃的日期為初霜凍日，在此時段內出現的霜凍總日數稱為初霜凍日數；由寒冷季節向溫暖季節過渡期間（4—6月）最后一次出現日地面最低溫度≤0℃的日期為終霜凍日，在此時段內出現的霜凍總日數稱為終霜凍日數；霜凍初日和終日之間的間隔日數為無霜期。利用線性傾向估計法[25-26]分析平涼市霜凍變化趨勢。

依據1971—2012年（4—6、9—11月）歷年霜凍日數資料，通過分析平涼市初霜凍日數（9—11月出現的霜凍）和終霜凍日數（4—6月出現的霜凍）的變化特征，評價該地區霜凍的變化趨勢及演變規律[27]。世界氣象組織對氣候異常事件提出兩種判別標準，一是與多年平均值的差異超過標準差的2倍以上，二是它出現的幾率為25 a以上一遇。由于霜凍是因為大氣溫度降低而引起農作物受凍的一種災害，因此它同氣溫一樣具有正態分布特征。所以，挑選特早初霜凍和特晚終霜凍的概率值都以5%較為合適（公式（2）），因為它反映了霜凍氣候的異常小概率事件的特征。根據正態分布原理，其關系式[28]為：

同理，挑選偏早和偏晚霜凍的概率值為0.11（公式（3）），即：

式中P為概率值（%），x為初（終）霜凍日，μ為1971—2012年多年平均值，σ為標準差。

由上式可知，“異?！背?、終霜凍日的標準為：＜-1.65σ和＞1.65σ之間分別定義為特早初霜凍和特晚終霜凍，-1.65σ～-σ和1.65σ～σ之間分別定義為偏早初霜凍和偏晚終霜凍。

氣象災害資料取自甘肅省氣象局、西北區域氣候中心的“氣象災害資料庫”，并對個別年份、個別重復記載或與實際情況不符的氣象災害資料進行甄別和剔除。相比而言，1984年前的氣象災害雖有記載，但有些記錄存在人為因素，特別是發生在邊遠山區的氣象災害記錄，屬于目擊證人追述加判斷記載或由成災多日在勘驗災害現場后記錄而成，故整體選用1984年以后至2011年平涼地區7個縣站的霜凍災情的資料，簡單分析霜凍氣象災害在不同地區造成的影響。

2 霜凍的變化特征

平涼市1971—2012年平均初霜凍出現日期為10月12日，9月上旬—11月上旬之間都有出現初霜凍的可能，初霜凍最早到來日期為9月2日，最晚到來日期為11月13日，極差為72 d。平涼市平均終霜凍出現日期為4月29日，終霜凍日結束時間主要在4月上旬—6月上旬，最早結束日期為4月6日，最晚結束日期為6月11日，極差為66 d。平涼市平均無霜凍期為165 d，最短無霜期為134 d，最長無霜期為196 d，相差62 d。

2.1 初、終霜凍日數的年際變化趨勢

1971—2012年平涼市單站年平均初霜凍日數比全省單站年均初霜凍日數少7.2 d，其中，靜寧僅比全省少3.3 d。平涼市初霜凍日數變化在近42 a中顯示出減少趨勢，線性趨勢變化率為-1.4 d/10 a，平均初霜凍日數隨時間的變化呈顯著負相關，其線性相關系數通過了0.1的顯著性水平檢驗[29]（圖1a）。平涼市平均初霜凍日數在20世紀70年代至80年代呈減少趨勢，但在20世紀90年代呈增加的變化趨勢，其后在21世紀以來又呈現出明顯減少的變化趨勢,在20世紀80年代以后，初霜凍日數最多的年份為1991年（305 d）和1997年（287 d）。平涼大部分地區年平均初霜凍日數的變化呈減少趨勢，年平均初霜凍日數減少趨勢范圍在1.0～2.6 d/10 a，但是，涇川年平均初霜凍日數的變化卻出現較弱的增加趨勢，增加率0.3 d/10 a，其原因有待進一步分析。靜寧、華亭、莊浪近42 a初霜凍總日數較其它地區偏多，單站年平均日數也較多，單站年平均日數為35～38 d/a。

1971—2012年平涼市年平均終霜凍日數比全省年平均終霜凍日數少6.8 d，其中，靜寧僅比全省少3.4 d。平涼市年平均終霜凍日數在近42 a中顯示出減少趨勢，線性趨勢變化率為-1.1 d/10 a。年平均終霜凍日數隨時間的變化呈顯著負相關，其線性相關系數通過了0.01的顯著性水平檢驗（圖1b）。如圖所示，從20世紀70—80年代年平均終霜凍日數呈減少的變化趨勢，20世紀90年代有較弱的增加趨勢，21世紀以來明顯減少，其中20世紀80年代以后年平均終霜凍日數最多的年份為1995年（108 d）和1991年（102 d）。平涼大部分地區的年平均終霜凍日數變化顯示出減少的趨勢，年平均終霜凍日數減少趨勢的范圍在0.1～1.7 d/10 a。靜寧、華亭、莊浪三站近42 a年平均終霜凍日數較其它地區偏多，單站年終霜凍平均日數在13～15 d/a。

2.2 初、終霜凍日和無霜期的變化特征

根據1971—2012年間平涼市初、終霜凍日的歷年變化趨勢分析，可以看出，平涼市年平均初霜凍出現日期呈現出推遲的變化趨勢（2006年出現最晚初霜凍）（圖2a），線性趨勢變化率為2.6 d/10 a。年平均終霜凍日期呈現出提前的變化趨勢（2009年、1999年出現較早終霜凍）（圖2b），線性趨勢變化率為-2.6 d/10 a。兩者的線性相關系數都過了α=0.05的顯著性水平檢驗。

平涼市平均無霜期的歷年變化在近42 a中顯示出增加趨勢，線性趨勢變化率為5.1 d/10 a，平均無霜期隨時間的變化呈顯著正相關，其線性相關系數通過了0.01的顯著性水平檢驗（圖2c），從20世紀70—90年代平涼地區無霜期出現延長趨勢，21世紀以來延長趨勢更為明顯。在近42 a間，無霜期的最長年份出現在2009年（196 d），其次是出現在1999年（186 d），最短的無霜期出現在1972年（134 d），其次是出現在1991年（136 d）。

從平涼市初霜凍日和終霜凍日的年代際變化來看，表1給出平涼市各年代霜凍發生情況與多年平均值的差值。與多年平均情況相比，平均初霜凍日在20世紀70年代和90年代均早出現2～3 d，20世紀80年代接近多年平均，在21世紀以來初霜凍日延遲了近4 d。平涼市平均終霜凍日在20世紀70—80年代晚出現1～4 d，20世紀90年代接近多年平均，在21世紀以來終霜凍提前了近4 d。

從空間分布來看，平涼市各地初、終霜凍日的變化也不相同。靜寧和莊浪在近42 a初霜凍日持續偏早1～9 d，終霜凍日持續偏晚3～11 d，無霜期為縮短趨勢，而且此變化趨勢隨年代的遞進而逐漸減弱。崇信和涇川的初霜凍日持續偏晚1～10 d，終霜凍日則持續偏早2～9 d。平涼地區各年代無霜期與各年代均值的差值呈現出不同的變化，無霜期的變化主要表現為華亭呈縮短趨勢，且逐代呈增強趨勢，崇信和涇川為延長趨勢，此趨勢逐年代減弱。

2.3 各地霜凍的異常特征

平涼市各地初霜凍日、終霜凍日和無霜期的變化趨勢如表2。在表2中，“-”表示初霜凍日、終霜凍日提前或無霜期縮短，正數代表初霜凍日、終霜凍日推后或無霜期延長。通過表2可以看出，平涼市各地初霜凍日變化趨勢表現為普遍推后1～5 d，靜寧、莊浪、崆峒和靈臺通過了0.05的顯著性檢驗；終霜凍日則呈現出提前1～5 d的趨勢，靜寧、崆峒和崇信通過了0.05的顯著性檢驗，靈臺通過了0.001的顯著性檢驗；各地區無霜期延長1～9 d，靜寧通過了0.05的顯著性檢驗，崆峒和靈臺通過了0.01的顯著性檢驗，崇信和涇川通過了0.001的顯著性檢驗。其中，靜寧、莊浪和靈臺的初霜凍日推后時間較長，終霜凍日提前3～5 d，無霜期延長6～8 d。

表3列出了1971—2012年平涼地區異常初霜凍和異常終霜凍的發生情況。在這42 a中，平涼地區特早初霜凍發生年份最少，其發生頻率僅為2.4%，偏早初霜凍發生的年份共計4 a，發生頻率在9%以上，并且在90年代就有3 a出現偏早初霜凍，其最晚的發生時間在1998年10月20日；偏晚、特晚終霜凍發生頻率一樣，均為7.1%，偏晚終霜凍出現在20世紀70、80年代，而特晚終霜凍則出現得較為均勻，其中，最晚終霜凍發生的時間為2007年6月11日。

3 霜凍日期變化對平涼地區的影響

平涼地區霜凍受災人口占該地區氣象災害總受災人口的11.5%，其中，2005年因霜凍受災412 900人，為近28 a最多，其次是2004年和2008年，受災人口分別為24.2萬人、20.72萬人。通過災情統計分析，得出平涼地區近28 a霜凍災害造成的受災人口主要集中在靜寧、崇信、靈臺、莊浪四地，各地受災人口總數占到了當地氣象災害受災總人數1～5成。就近42 a各地區霜凍災害受災人口的比重而言，主要是在靈臺、崇信和靜寧的比重較大，因霜凍災害造成的受災人口總數均占當地鄉鎮總人口數的8成以上。

近28 a平涼地區受霜凍影響造成較大直接經濟損失的年份主要是2005年、2008年和2010年，受霜凍災害影響較大的主要是靈臺和莊浪，兩地霜凍造成的直接經濟總損失分別達到了當地氣象災害造成的直接經濟總損失中的2～3成，可見霜凍是靈臺和莊浪兩地主要的氣象災害，對當地的經濟造成了較大影響。

近28 a來平涼地區受霜凍影響造成較大農業經濟損失的年份由重到輕分別是2010年、2008年和2005年，其中2008年霜凍災害給莊浪、崆峒和靈臺都造成了上百萬的農業經濟損失，莊浪的農業經濟損失接近5千萬元，這項損失均占到當地氣象災害總損失的7成以上，對當地的農業造成了較大影響。

4 結論

（1）1971—2012年平涼市平均初霜凍出現日期為10月12日，平均終霜凍出現日期為4月29日，平均初霜凍日數為33.5 d，平均終霜凍日數為10.2 d，平均無霜凍期為165 d。

（2）在近42 a中，初、終霜凍日數均呈減少趨勢，無霜凍期呈增加趨勢。整體來看，平涼市霜凍的出現日數在不斷減小，其中初霜凍日數和終霜凍日數減少趨勢分別為1.0～2.6 d/10 a、0.1～1.7 d/10 a。西部的靜寧、莊浪、華亭和崆峒在不同年代初（晚）霜凍發生頻率普遍較大，東部的崇信、涇川和靈臺的初（晚）霜凍發生頻率相對較小。

（3）平涼市各地初霜凍日普遍推遲1～5 d，終霜凍日普遍提早1～5 d，無霜期普遍延長1～9 d，尤其是在2000—2012年，初霜凍日平均延遲5 d，終霜凍日提早4 d，無霜期延長9 d。初霜凍日在年代際間的變化較為復雜，終霜凍日則表現為20世紀70—90年代結束晚或接近常年，2000—2012年結束早，無霜期表現為20世紀70—90年代縮短，2000—2012年延長的變化特點。從空間分布來看，近42 a各地初霜凍日變化不同，靜寧和莊浪在初霜凍日持續偏早1～9 d，而崇信和涇川則持續偏晚1～10 d；靜寧、莊浪和華亭的終霜凍日持續偏晚3～11 d，而崇信、涇川則持續偏早2～9 d；各地無霜期在不同年代變化不同，尤其是華亭、崇信和涇川，無霜期年代際變化的延長程度明顯弱于其它地區。

（4）近42 a平涼地區特早初霜凍發生年份最少，發生頻率為2.4%，偏早初霜凍發生年份為4 a，發生頻率在9%以上；偏晚終霜凍、特晚終霜凍發生頻率均為7.1%。

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Characteristics of Frost in the Pingliang City During 1971-2012

LIN Jingjing1，GUO Hui2
（1.Northwest Regional Climate Center，Lanzhou 730020，China；2.Meteorological Bureau of Gansu Province，Lanzhou 730020，China）

Authors defined the frost processes with zero degrees centigrade or lower temperature, based on the method of modern climate diagnosis and daily ground minimum temperature data from 1971 to 2012 in Pingliang,analyzed the climatic features of the first/last frost dates and frost-free period changes.Results show that the first frost days showed a trend of decrease，while frost-free period was lengthening during the past 42 years.The frequency of the first frost events was decreased,but the frequency of the last frost events was increased.It's found that the first frost dates postponed,while the last frost dates occur earlier,leading to the significant lengthening of frost-free period in Pingliang.The climate tendency rate of the first frost date,the last frost date and frost-free period were all more than 2 d/10 a,and have passed the test of significance of α= 0.005.It can be seen from the linear change trend that the first frost date has 1 to 5 days delay,the last frost date was 1 to 5 days ahead of time and the frost-free days prolonged 1 to 9 days.The frost disaster degree was different in Pingliang.There were heavier direct economic losses and more populations affected at Lingtai and Zhuanglang.

first and late frost；frost-free period；change trend；frost influence

S452

B

1002-0799（2015）03-0057-06

林婧婧，郭慧.1971—2012年平涼市霜凍變化特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（3）：57-62.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.03. 009

2014-07-18；

2014-09-20

甘肅省氣象局氣象科研項目“西北地區氣候態的變化規律及其對極端天氣監測的影響”（2015-11）；甘肅省科技支撐計劃社會發展類項目“氣候變化下甘肅隴東地區主要氣象災害區劃及防御對策評估專項”（1011FKCA098）；公益性行業專項“西北地區東部降水異常機理及預測方法研究”（GYHY201306027-01）共同資助。

林婧婧（1984-），女，工程師，從事氣候變化與影響評估研究。E-mail：lin_jingjing_2003@126.com