倒春寒氣象指標及等級劃分研究

楊文剛　黃永學　劉可群

摘要：基于1981—2000年《中國氣象災害大典》記錄各地實際發生倒春寒災情和相應氣象臺站的逐日平均氣溫資料，在分析全國各地倒春寒氣象指標和分級標準的基礎上，利用平均氣溫距平和持續時間建立倒春寒氣象指標和等級劃分標準。在全國6個代表性區域開展倒春寒氣象指標等級與實際發生程度的對比，開展指標驗證。結果表明，倒春寒氣象指標與實際發生程度基本符合以上比例為73%～100%，完全符合比例為55%～100%。指標適用于中國各地倒春寒的界定，能反映倒春寒過程，定量評估倒春寒等級。指標對開展倒春寒氣象災害預報預警、災害評估和防御具有重要意義。

關鍵詞：倒春寒；氣象指標；等級

中圖分類號：S421 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）15-0049-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.15.012 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Meteorological Index and Grading of Late Spring Coldness

YANG Wen-gang1，HUANG Yong-xue2，LIU Ke-qun3，FAN Jin-jin1，MENG Cui-li2

（1.Huangshi Meteorological Bureau，Huangshi 435002，Hubei，China；2.Wuhan Test Station of Agricultural Meteorology，Wuhan 430040，China；

3.Wuhan Regional Climate Center，Wuhan 430074，China）

Abstract： Study on the meteorological index and grading of late spring coldness were carried out by using the disaster records of the late spring coldness in China and corresponding temperature data of meteorological stations from 1981 to 2000. Based on the analysis of the meteorological index and grading standard of late spring coldness all over the country， the index and grading are established by utilizing temperature departure and its duration. The newly built index was testified by contrasting the grading standards with the actually occurred of coldness in the six representative regions. The results show that the ratio of basically consistent between the new index and actual occurrence of the late spring coldness is 73%～100%， and the percentage of full compliance is 55%～100%. The index could define the cold of the late spring all over the country， which can reflect its course and quantitatively assess its occurrence level. The index is of important significance on meteorological disaster monitoring、evaluation and defense.

Key words： cold of the late spring；meteorological index；grade

隨著全球氣候變暖和降水變異的加劇，極端天氣氣候現象出現的頻率和強度不斷加大，中國的農業氣候資源與農業氣象災害也呈現出劇烈的變化[1]。中國地處東亞季風區，是世界上的“氣候脆弱區”之一，農業氣象災害多發頻發，干旱、洪澇、低溫冷害等對農業生產造成了嚴重的影響[2]。倒春寒是低溫冷害的一種，是指春季出現的前期暖后期冷，且后期氣溫明顯低于正常年份的現象，對農作物[3-5]、樹木[6]等的生長帶來不利的影響，常引起中國北方小麥、棉花和花生的爛種現象，影響南方水稻播種、出苗和生長，給農業和林業生產等帶來了嚴重的危害[7]。

倒春寒在農業生產過程中受到高度關注，國內外很多學者對倒春寒指標的建立、時空分布特征以及災害影響等方面進行了研究。許大全[8]將春季氣溫回升之后又突然急劇降溫、最低氣溫達到0 ℃左右的天氣過程定義為倒春寒；吳增福等[9]根據低溫強度、持續時間和凍害影響程度，將江蘇省的倒春寒劃分為輕中重3種類型；許炳南[10]、張淑惠[11]選取日平均氣溫和持續時間分別對貴州省、福建省倒春寒進行了定義和劃分；張云瑾等[12]利用日平均氣溫和日最低氣溫臨界值建立了云南省不同地方的倒春寒標準；龐文保[13]用旬平均氣溫距平來判別倒春寒。以往的研究主要針對當地或具體作物，不同地方采取的判別指標和標準不同，存在研究區域和對象的局限，未形成統一的倒春寒指標和等級劃分標準，不能在全國范圍開展倒春寒災害的定量化評估，倒春寒災害防御缺乏統一的、可比較性的指標。

為了掌握氣候變暖背景下中國各地區倒春寒的變化規律，為倒春寒的預報和服務提供統一的信息，本研究根據《中國氣象災害大典》記錄各地實際發生倒春寒災情，在分析、總結、歸納各地倒春寒指標共性部分的基礎上，提出可在全國范圍適用的倒春寒氣象指標和等級劃分標準，為農業生產趨利避害、防災減災提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 資料來源

1.1.1 倒春寒氣象災害資料 查閱《中國氣象災害大典》各省分卷記錄各地實際發生倒春寒災情，發現北方地區倒春寒災害記錄較少，南方較多。王梓等[14]對有關倒春寒主題的研究論文在CNKI數據庫中的區域分布做了分析，論文數量從多到少依次是西南、東南、中部和北方地區，這說明中國南方地區春季氣溫變幅大，易發生倒春寒，北方則不然。

選取云南、福建、廣西、江西、四川、湖北等6省作為代表性區域，按照當地重要農業種植區、地理位置上南北分布、氣象觀測資料完整的原則，在6省中各選2個代表性站點，查閱《中國氣象災害大典》相應省份分卷[15-20]收集1981—2000年倒春寒氣象災害資料。通過國家氣象中心農業氣象中心收集2015年4月全國大范圍倒春寒氣象災害資料。各省選取站點：云南省昭通和文山、福建省福州和龍巖、廣西自治區桂林和南寧、江西省南昌和贛縣、四川省雙流和廣漢、湖北省荊州和黃岡。

1.1.2 氣象資料 1951—2000、2015年選取站點國家地面氣象觀測站的逐日日平均氣溫觀測數據，資料來源于國家氣候中心數據庫。站點氣候平均值為最近30年的平均值，如：1991—2000年期間，氣候平均值取1961—1990年共30年的平均值。平均氣溫距平為某時段平均氣溫與常年同期氣候平均值的差。

1.2 倒春寒氣象指標

1.2.1 倒春寒氣象指標計算公式 倒春寒是指入春后（3—5月），在春季出現的前期暖后期冷，且后期氣溫明顯低于正常年份的現象。根據倒春寒的定義規定其氣象指標由前期氣溫偏暖程度、后期氣溫偏冷程度（日平均氣溫距平）和持續時間3個因子組成。倒春寒氣象指標的計算公式：

K=δT1/a1-δT2/a2+L/a3

式中，K為倒春寒氣象指標；δT1為前期偏暖程度；δT2為后期偏冷程度；L為倒春寒過程持續天數；a1、a2、a3分別為參數。

1.2.2 前期氣溫偏暖程度 前期氣溫偏暖程度指冬末或早春平均氣溫較常年同期偏暖的程度，用δT1表示。當春季某時段氣溫較正常年份偏低時，此前連續10 d平均氣溫距平為δT1。達到倒春寒標準的δT1值必須大于或等于0，表示前期氣溫為偏暖。

1.2.3 后期氣溫偏冷程度 春季平均氣溫較常年同期偏低的程度，用δT2表示。3—5月平均氣溫較常年同期偏冷，期間偏冷程度最大的連續10 d平均氣溫距平為δT2。達到倒春寒標準的δT2值必須小于0，表示后期氣溫為偏冷，倒春寒氣象指標公式計算中δT2取滾動計算的最小值。

1.2.4 倒春寒起止日期的確定 起始日期：在前期氣溫偏暖的條件下，春季出現的日平均氣溫與以此日為中點的連續5 d平均氣溫氣候平均值的差值≤-1 ℃且持續3 d以上，且此日所在時段滿足“1.2.2”和“1.2.3”確定的倒春寒標準的日期。

終止日期：出現倒春寒現象時，氣溫回暖的日期。氣溫回暖指日平均氣溫與以此日為中點的連續5 d平均氣溫氣候標準值的差值>-1 ℃且持續3 d以上。

1.2.5 持續時間 倒春寒天氣持續的天數，用倒春寒起始日期到終止日期之間的天數L（d）表示。達到倒春寒標準的L值必須大于3，表示倒春寒天氣持續天數超過3 d。參考農業氣象災害持續時間對農作物損害情況，將持續天數設定為三個等級：持續時間長，3 d10 d。

1.3 倒春寒等級對應的定性判別標準

《中國氣象災害大典》和各省氣象部門提供的災情資料記錄的是實際發生的災情，描述了災害發生的損失情況，根據農業和氣象部門對災害的分級標準，對實際發生的災情程度的等級進行劃分。

輕度倒春寒：春播作物播種期推遲3 d以內，爛種死苗率5%～20%；作物個別大葉受害、受害葉片局部或大部萎縮；早稻、小麥等主莖及分蘗幼穗受凍后，仍能正常抽穗和結實，但穗粒數明顯減少。

中度倒春寒：春播作物播種期推遲3～7 d，爛種死苗率20%～30%；作物大部分葉片受害，受害葉片局部或大部萎縮、焦枯，但心葉正常或輕微受凍。小麥、早稻等主莖、分蘗幼穗及心葉凍死，其余部分仍能生長。

重度倒春寒：春播作物播種期推遲7 d以上，爛種死苗率30%及以上；作物全部大葉和心葉均受凍害，趨向死亡；小麥、早稻等葉片、葉尖硬脆，后青枯或青枯成藍綠色，莖稈、幼穗皺縮死亡。

1.4 倒春寒氣象指標等級劃分

將倒春寒氣象指標計算結果與各省倒春寒實際發生情況進行比較分析，不斷調整倒春寒指標的計算參數，使倒春寒氣象指標計算結果與災害實際發生程度相一致，通過不斷調整確定了參數a1、a2、a3的值分別為4、2、10。用倒春寒氣象指標K的值表示倒春寒氣象等級，分三級：輕度倒春寒，K≤3；中度倒春寒，3

2 指標驗證及效果分析

2.1 驗證方法

根據倒春寒氣象指標和劃分等級標準，分別將選擇地區的1981—2000年氣象資料代入倒春寒氣象指標中分析倒春寒發生過程和等級，將指標計算出來的倒春寒過程和等級與《中國氣象災害大典》記錄各地實際發生倒春寒災情和發成程度進行比較，驗證指標的可靠性。

檢驗方法：倒春寒氣象指標等級與實際等級值無級差認為完全符合，等級有1級級差認為基本符合，等級有2級級差認為不符合，實際出現倒春寒但指標計算未出現、指標計算出現倒春寒但實際未出現記為不符合。

2.1.1 云南省驗證結果 云南省倒春寒發生情況與倒春寒氣象指標計算結果對比見表1，昭通歷史災情記錄倒春寒出現年份為1981、1982、1987、1988、1990、1991、1994、1996年，嚴重年份為1982、1988、1991、1996年。1990年發生倒春寒，實際為輕度，倒春寒氣象指標計算結果為無；1994年實際發生為輕度，倒春寒氣象指標計算結果為重度，有2級級差，記為不符合；其余災情等級完全符合。驗證結果為昭通地區倒春寒氣象指標計算結果與實際倒春寒發生程度基本符合以上比例為75%，完全符合率為75%。文山州歷史災情記錄發生倒春寒的年份為1983、1985、1986、1988、1989、1990、1991、1993、1994年，嚴重年份為1985年。利用倒春寒氣象指標反映這些年份出現的倒春寒過程，其中1993年為基本符合，其余災情等級全部符合，倒春寒發生程度基本符合以上比例為100%，完全符合率為89%。

2.1.2 福建省驗證結果 福建省倒春寒發生情況與倒春寒氣象指標計算結果對比見表2。福州歷史災情記錄倒春寒出現年份有1982、1985、1986、1987、1988、1991、1992、1993、1994、1995、1996年，嚴重年份為1987、1988和1996年。1982、1987和1996年驗證結果與實際不符、1993年為基本符合，其余年份完全符合。福州地區倒春寒氣象指標結果與實際倒春寒發生程度基本符合以上比例為73%，完全符合率為64%。龍巖歷史災情記錄倒春寒出現年份有1982、1984、1985、1987、1988、1991、1992、1993、1994、1995、1996年，嚴重年份為1987年。1982、1987和1994年驗證結果與實際不符，1985、1993年基本符合，其他年份完全符合。龍巖地區倒春寒指標結果與實際倒春寒發生程度基本符合以上比例為73%，完全符合率為55%。

2.1.3 江西省驗證結果 江西省倒春寒發生情況與倒春寒氣象指標計算結果對比見表3。南昌市歷史災情記錄倒春寒出現年份有1987、1988、1990、1991、1992、1993、1994、1996、1997、1998、1999年，嚴重年份為1988、1991、1992、1996年。1990年實際發生等級為輕度，倒春寒氣象指標計算等級為無，記為不符合。1998、1999年為基本符合，其他年份完全符合。南昌地區倒春寒指標結果與實際發生程度基本符合以上比例為91%，完全符合率為73%。贛州歷史災情記錄倒春寒出現年份與南昌地區相同，倒春寒等級驗證結果基本符合以上比例為82%，完全符合率為64%。

2.1.4 四川省驗證結果 四川省倒春寒發生情況與倒春寒氣象指標計算結果對比見表4。根據災情描述程度，雙流地區倒春寒指標結果與實際倒春寒發生程度基本符合以上比例為100%，完全符合率為86%。廣漢地區災情程度基本符合以上比例為88%，完全符合率為75%。

2.1.5 廣西驗證結果 廣西省倒春寒發生情況與倒春寒氣象指標計算結果對比見表5。桂林地區倒春寒氣象指標結果與實際倒春寒發生程度基本符合以上比例為100%，完全符合率為67%。南寧地區災情程度基本符合以上比例為86%，完全符合率為71%。

2.1.6 湖北省驗證結果 湖北省倒春寒發生情況與倒春寒指標計算結果對比見表6。以荊州、黃岡作為實際災情發生程度驗證代表站點，由于倒春寒災情記載較少，倒春寒氣象指標等級與記錄的幾次災情程度驗證均符合。

2.2 典型個例分析

2015年4月上旬長江中下游等地區出現持續陰雨和倒春寒天氣。從4月5日開始普遍出現較明顯降溫，6—9日大部地區日平均氣溫均在12 ℃以下，其中江淮、江漢北部和浙江北部日平均氣溫降至6～8 ℃，江漢南部和江南大部降至8～10 ℃，出現較大范圍的倒春寒天氣。該次長江中下游大部地區低溫陰雨和倒春寒影響等級為輕度，湖北南部、湖南中部和江西北部的部分地區為中度，對農業生產未造成嚴重影響（國家氣象中心農業氣象中心2015年4月10日服務材料）。

據各地實際災情記載，福建省4月中旬出現晚霜凍，茶葉受凍較重；湖南省上旬總體遭受輕度倒春寒，湘北地區達中度倒春寒；江西省上旬出現低溫連陰雨和倒春寒災害，贛北贛中有31個縣（市）達輕度及以上，對春季農業生產造成不同程度影響。根據倒春寒指標計算結果，7省14個代表站點倒春寒發生在4月上中旬，桂林和文山州倒春寒指標為輕度，其他地區均為中度發生。由表7可以看出，倒春寒指標的計算結果和各地記載的倒春寒實際發生程度極為吻合。

3 結論與討論

根據1981—2000年《中國氣象災害大典》記錄各地實際發生倒春寒災情，認真分析、總結、歸納了各地區倒春寒指標共性部分，提出了新的倒春寒氣象指標和分級標準，開展全國代表性區域的驗證，并利用2015年4月一次全國大范圍內倒春寒天氣開展指標與實際發生狀況對比。結果表明，倒春寒氣象指標和等級計算結果與實際倒春寒發生程度相符合，選定區域倒春寒氣象指標等級與實際發生程度基本符合以上比例為73%～100%，完全符合比例為55%～100%，指標準確度較高，可靠性強。可利用該指標開展倒春寒氣象災害預報預警、災害評估相關業務服務。

由于各地在服務過程中，并沒有規范的倒春寒過程的指標界定和歷史記錄，倒春寒氣象指標在制定和驗證過程中所做的檢驗只是選擇了一些代表性站點的常規氣象資料做測算，并未與全國所有地區歷史上的倒春寒天氣過程進行一一對比。因此，可在今后經過2～3次全國大范圍倒春寒天氣過程檢驗后，對倒春寒氣象指標的相關參數進行調整，提高指標的準確度。同時倒春寒氣象指標并不針對特定作物，而是針對大部分春季作物，各地在應用到某種特定作物時，可對指標進一步細化。

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