1961—2015年貴州省中西部初霜、終霜及霜期的時空演變

(1、2、3、4、5.貴州理工學院建筑與城市規(guī)劃學院，貴州 貴陽550003)

IPCC第五次評估報告指出：全球各地區(qū)地表溫度都呈上升趨勢，氣候變暖已是不爭的事實[1]。同時，氣候變暖在一定程度上改變著初、終霜日期以及霜期的長短[2]，進而對農業(yè)作物生產、防災減災以及疾病預防等造成不同程度的影響。因此，氣候變暖對霜期的影響已成為學者廣泛關注的話題。

目前，我國許多學者對全國霜期變化做了研究，如王國富等[3]對我國近50年來霜期時空分布及變化趨勢進行了分析，發(fā)現(xiàn)我國霜期在時間上呈縮短的趨勢，在空間上呈自北向南、自高山向平原逐漸縮短的趨勢。許艷等[4]對近50年中國霜期的變化特征進行研究，發(fā)現(xiàn)霜期縮短顯著的區(qū)域主要集中在我國東北、華北、內蒙古中部、江淮流域和華南部分地區(qū)，四川盆地和長江中下游部分地區(qū)霜期縮短的趨勢并不明顯。此外，不少學者對我國東北、華北、華東等地區(qū)的霜期氣候變化特征進行了相關研究[5-8]，研究表明大部分地區(qū)霜期變化基本與全國一致，即霜期變化呈現(xiàn)為初霜日逐漸推遲、終霜日逐漸提前、霜期縮短、無霜期延長的趨勢。但仍有部分地區(qū)存在明顯差異，如新疆地區(qū)初、終霜日及無霜期持續(xù)天數年際差異不明顯[9]，黑龍江省的平均初霜日期要早于遼寧省和吉林省[10]。由此可見，霜的變化具有明顯的地域分布特征，對于區(qū)域性而言，霜變化的范圍和幅度也各不相同[11]。貴州省作為云貴高原東部的重要省份，其初霜、終霜及霜期的時空演變對農業(yè)生產具有重要作用。貴州中西部地區(qū)是全省糧食的主產區(qū)，該區(qū)對全省糧食安全至關重要。然而，目前鮮有針對該區(qū)域霜期演變特征的研究。鑒于此，本研究以貴州中西部的貴陽市、遵義市、安順市、畢節(jié)市、六盤水市為研究地域，基于1961-2015年逐日氣象觀測數據，運用趨勢分析法、空間插值法以及小波分析法等對貴州省中西部的初霜、終霜及霜期的時空演變進行研究，以期為農業(yè)生產政策的制定及區(qū)域糧食安全提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 氣候數據來源及處理

以貴州省中西部地區(qū)(貴陽市、遵義市、安順市、畢節(jié)市、六盤水市)5個地州市中(貴陽市、遵義市、湄潭縣、桐梓縣、習水縣、安順市、畢節(jié)市、黔西縣、威寧縣、盤縣特區(qū))10個氣象站點1961-2015年逐日氣溫作為基礎數據，進行初霜、終霜和霜期的統(tǒng)計分析。霜一般被認為屬于“冷季現(xiàn)象”，因此其統(tǒng)計是按照“年度”進行的，即是從本年7月1日到次年6月31日為一個年度進行統(tǒng)計。在一個年度中，第一次出現(xiàn)霜(≤0℃)的日期記為初霜日，最后一次發(fā)生霜(≤0℃)的日期記為終霜日，初霜和終霜日期之間的日數記為霜期[3]。依據研究區(qū)特點，以10月1日作為霜的統(tǒng)計開始日，得到初、終霜日數據序列。

1.2 研究方法

1.2.1 趨勢分析法

采用線性回歸方程分析貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期的年際變化趨勢。

y=at+b，其中，y為霜的變化天數，t為年份，a為回歸系數，b為常數。

1.2.2 空間插值法

采用ArcGIS軟件中的Kriging空間插值法分析貴州省中西部初、終霜以及霜期年際變化傾向率的空間格局。

1.2.3 小波分析法

采用MATLAB軟件中的Morlet小波分析法得出貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期變化的周期特征。

2 結果與分析

2.1 貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期變化整體趨勢

從1961—2015年間貴州省中西部初、終霜及霜期變化趨勢分析(圖1)可以看出，55年間貴州省中西部地區(qū)初霜日期逐漸推遲，終霜日期逐漸提前，霜期呈縮短趨勢，其中，終霜的變化趨勢大于初霜的變化趨勢。

圖1 1961-2015年貴州省中西部初、終霜及霜期變化整體趨勢

2.2 貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期變化空間特征

從1961—2015年貴州省中西部初、終霜及霜期變化空間格局(圖2)可知，研究區(qū)所有地區(qū)初霜呈延遲趨勢，終霜呈提早趨勢，霜期呈縮短趨勢。其中初霜延遲空間格局呈現(xiàn)北部和西部延遲時間較長，南部延遲時間較短的特點(圖2a)。終霜提早空間格局呈現(xiàn)北部和南部提早時間較長，東南部和西部提早時間較短(圖2b)。霜期縮短時間呈現(xiàn)東南部、北部和西南部縮短時間較短，西部和西北部縮短時間較長(圖2c)。

圖2 1961—2015年貴州省中西部初、終霜及霜期變化空間格局

從各站點初、終霜及霜期的變化趨勢及其與年平均氣溫相關性分析(表1)可知，貴州省中西部各站點霜的變化情況各不盡相同，各站點初霜延遲時間介于0.28～2.21天/5a，其中貴陽、盤縣等地區(qū)延遲時間較短，習水地區(qū)延遲時間高達2天以上。站點終霜提前時間介于0.21～2.18天/5a，其中貴陽市終霜提早時間較短，桐梓、遵義和習水終霜提早高達2天/5a。霜期縮短0.49～4.27天/5a，其中貴陽地區(qū)霜期縮短較少，變化不明顯。而安順、湄潭、威寧、遵義、習水的霜期縮短時間超過3天/5a。由相關性分析可知各站點初霜日期變化與年平均氣溫變化均呈正相關，其中湄潭、威寧、遵義、習水等地區(qū)在不同級別上相關性顯著，各站點終霜日期變化與年平均氣溫變化均呈負相關，安順、湄潭等地區(qū)在不同級別上相關性顯著。各站點霜期與年平均氣溫變化均呈負相關，安順、湄潭、威寧、遵義、習水等站點的相關性均較為顯著。

表1 貴州省中西部各站點霜的趨勢變化與年平均溫度相關性分析

2.3 1961—2015年貴州中西部初、終霜及霜期變化周期特征

從1961—2015年貴州中西部初、終霜及霜期變化周期特征(圖3)可知，貴州省中西部地區(qū)初霜變化存在兩個時間尺度周期震蕩分別為6a、28a，其中28a為震蕩中心(圖3a)。終霜變化的周期性不突出，無明顯周期震蕩(圖3b)。霜期變化存在兩個時間尺度周期震蕩分別為7a、13a，其中震蕩主周期為13a(圖3c)。

圖3 1961—2015年貴州中西部初、終霜及霜期變化周期特征

3 結論與討論

本研究基于貴州省1961—2015年歷史氣象數據，分析了貴州省中西部地區(qū)初、終霜及霜期的時空演變，并得出以下結論：貴州省中西部地區(qū)初霜日逐漸推遲，終霜日逐漸提前，霜期呈縮短趨勢。初霜空間格局中北部習水等地區(qū)延遲時間多于南部貴陽、盤縣等地區(qū)。終霜空間格局中北部習水等地區(qū)提早時間多于東南部貴陽和西部畢節(jié)等地區(qū)。霜期縮短時間中南部盤縣等地區(qū)縮短時間少于西北部習水、遵義等地區(qū)。各站點初霜日變化與年平均溫度變化呈正相關，終霜日變化、霜期與年平均溫度變化呈負相關，部分地區(qū)相關性顯著。初霜、霜期變化均存在兩個時間尺度周期震蕩，震蕩中心分別為28a、13a，終霜變化的周期性不突出，無明顯震蕩周期。