基于距平指標的白銀市晚霜凍強度及終霜日變化特征

摘要根據白銀市春季氣候特征及農業生產實際，以最低地溫負距平為指標對晚霜凍強度進行等級劃分，在此基礎上，分析晚霜凍及終霜日變化規律。結果表明，白銀市晚霜凍日數以會寧最多，占全市霜凍總日數的29.2%;白銀次之，占總日數的27.4%;景泰占總日數的23.5%;靖遠最少，占總日數的19.9%。晚霜凍日數越往后期越少，但對作物的危害程度后期更為嚴重，5月出現霜凍都會對作物造成嚴重危害。白銀市各站終霜日均有提前趨勢，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，靖遠有顯著的5年左右平均周期，會寧沒有明顯的周期性。

關鍵詞距平指標;晚霜凍;終霜日;強度;變化特征;白銀市

中圖分類號S?425文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）18-0228-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.18.064

開放科學（資源服務）標識碼（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，是冷季向暖季過渡期間發生的霜凍[1]，而此時正值春耕作物的關鍵生育期，其抗寒能力急劇下降[2]，凍害往往造成嚴重的農業經濟損失。春季最后一次霜凍日稱為終霜日，終霜日出現越遲，越容易使作物遭受凍害，甚至造成絕產[3]。白銀市地處甘肅中北部，為晚霜凍災害的頻發區[4]，全市平均每年凍害受災面積2 000～?3 400 hm2[5]，了解白銀市晚霜凍發生規律對本地農業生產具有現實意義。

以往關于晚霜凍及其變化規律的研究很多[6-10]，但對于霜凍日的定義大都以日最低氣溫≤0 ℃為指標，也有一些學者采用0 cm地表最低溫度[11]或是相關試驗定義霜凍指標[12-14]，事實上對位于西北地區的白銀市而言，春季是持續回暖的季節，同時作物的耐寒力又在持續下降，霜日是否導致霜凍害與作物發育階段密切相關[15]。已有研究表明，晚霜凍發生越晚對農作物的危害越大[16]，為此，筆者試圖建立一種能夠反映白銀市春季氣候特點以及農業生產實際的晚霜凍強度指標，在此基礎上，分析晚霜凍強度及終霜日變化特征，以期為該地區農業生產及相關研究提供參考依據。

1資料與方法

1.1資料選取

所用資料包括白銀市各縣區1961—2016年逐日氣象要素觀測資料、2005—2016年白銀市農作物春霜凍害災情資料。

1.2霜凍距平指標方法從圖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距平反映霜凍強度，由于適宜溫度在研究期內是動態上升的過程，因此，最低地溫負距平體現了霜凍出現越晚，危害越大的農業生產實際。

最低地溫負距平計算式為[18]：

ΔT=T′?min-T0

式中，ΔT為霜凍日最低地溫負距平，T′?min為該日最低地溫，T0為該日適宜溫度。根據歷年霜凍日值及農業災情資料，定義：-3 ℃<ΔT≤0℃為輕霜凍，-7 ℃<ΔT≤-3 ℃為中霜凍，ΔT≤-7 ℃為重霜凍，以此統計白銀市各縣區歷年晚霜凍次數及等級。

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

2結果與分析

2.1白銀市晚霜凍變化規律

2.1.1霜凍日時空分布特征。

從表1可看出，近56年來白銀市各站日地面最低溫度≤0 ℃的霜凍日數以會寧最多，為436 d，占全市霜凍總日數的29.2%;白銀次之，為410 d，占總日數的27.4%;景泰351 d，占總日數的23.5%;靖遠最少，為297 d，占總日數的19.9%。從各旬情況來看，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（圖1）相吻合。白銀和會寧4月中旬—5月中旬間各旬霜凍日數均明顯多于景泰和靖遠，這可能由于黃河流經景泰、靖遠，導致局地氣候變化加之地形地貌因素，使得土壤導熱率較高，氣溫對地溫的影響較小，而白銀和會寧地氣溫差較小，氣溫下降就會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3 d;會寧最少，僅有1 d，這是由于會寧地理位置偏南，春季溫度回暖速度較偏北地區快，因而晚霜凍結束日期較早。

2.1.2晚霜凍強度變化特征。

根據“1.2”晚霜凍強度等級劃分方法，計算1961—2016年白銀各站春霜凍日霜凍等級，表2為白銀市不同等級晚霜凍時空分布特征。從表2可以看出，各等級（輕、中、重）霜凍在白銀各縣區隨時間的分布情況大體一致。輕霜凍全部出現在4月中下旬，并且頻次較高，其中，4月中旬輕霜凍最為集中，進入5月基本沒有輕霜凍害，說明前期4月基礎溫度較低，容易出現霜凍，但發生的霜凍總體對農作物的影響相對較輕，也有強降溫導致低溫極低，從而影響苗期作物生長;中霜凍害從4月中旬至5月中旬都會出現，且各站基本呈現出隨時間遞減趨勢，也就是說越晚中霜凍害日數越少，到5月下旬各站無中霜凍害發生;重霜凍害總日數最少，但在4月中旬至5月下旬都會出現，相對較多的是4月中旬和5月中旬，這是因為這2個時段是白銀強降溫天氣過程的高發時段，值得注意的是，5月出現的霜凍都是中霜凍或重霜凍，特別是5月下旬，一旦出現霜凍就是重霜凍害，這與農作物生長期相關，越晚作物耐寒程度越弱。綜合來看，晚霜凍日數越往后期越少，但對作物的危害程度后期更為嚴重，5月出現霜凍都會對作物造成危害，5月下旬出現的霜凍會造成嚴重的農業經濟損失。

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，全市平均提前率為1.91 d/10 a，各站來看白銀站提前趨勢最顯著，為2.32 d/10 a，靖遠、景泰、會寧的提前率分別為1.92、1.91、1.75 d/10 a。從年代際變化看，景泰在20世紀60年代晚霜凍結束日期較早，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年代初期晚霜凍結束日明顯偏遲，從20世紀60年代至2000年提前趨勢顯著，2000年以后，結束日期有所推遲;靖遠在20世紀60年代晚霜凍結束日期相對較早，70年代偏遲，80年代開始呈提前趨勢，90年代達到最早，2000年以后又有所推遲;會寧20世紀60年代晚霜凍結束日期年際振蕩較為顯著，歷史結束日最早和最遲的年份都出現在60年代，最早為1963年，晚霜凍結束于4月22日，最遲為1969年，晚霜凍結束于6月17日，但從70年代開始，日期較為穩定，沒有明顯的年代際變化，且總體略有提前趨勢。從全市平均情況來看，總體趨勢與靖遠的變化趨勢比較接近，20世紀60年代相對偏早，70年代偏遲，80年代開始提前趨勢顯著，到90年代中后期達到歷史最早，之后開始推遲，近幾年仍呈現推遲趨勢。

2.3白銀市終霜日周期變化特征

從1961—2016年白銀市各縣區及全市平均晚霜凍結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，并且分別通過了0.10和0.05的信度檢驗;靖遠有顯著的5年左右平均周期，通過了0.05的信度檢驗;會寧譜序列存在峰值，但未通過顯著性檢驗，因此晚霜凍結束日沒有明顯的周期性;全市平均來看，與靖遠的周期性較為接近，即存在5年左右的顯著周期，通過0.05檢驗信度。

3結論與討論

春季凍害強度是低溫強度與作物耐寒程度協同作用的結果，一方面氣溫在持續回升，另一方面作物耐寒力在不斷下降，這使得晚霜凍出現越晚造成的農業災害越嚴重。僅以日最低溫度來劃分霜凍強度不能反映農業生產實際，比如同樣低溫強度的霜日出現在4月中旬和5月下旬造成的危害會截然不同，而適宜溫度在此期間是動態變化過程，因而最低地溫負距平能夠體現晚霜凍出現越晚、其危害越重的特征。

該研究以最低地溫負距平為指標對晚霜凍強度進行等級劃分，運用統計學方法分析白銀市晚霜凍及終霜日特征，結果表明，白銀市晚霜凍日數以會寧最多，占全市霜凍總日數的29.2%;白銀次之，占總日數的27.4%;景泰占總日數的23.5%;靖遠最少，占總日數的19.9%。白銀市終霜日期均有提前趨勢，全市平均提前率為1.91 d/10 a，白銀站提前趨勢最顯著，為2.32 d/10 a，靖遠1.92 d/10 a，景泰1.91 d/10 a，會寧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，靖遠有顯著的5年左右平均周期，會寧沒有明顯的周期性。

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