山西運城近20年蘋果主要氣象災害變化特征分析*

袁嘉瑋，張 健，田時敏，張鵬飛，王 璐，薛琴琴，張戰備，梁哲軍

（山西農業大學棉花研究所，運城044000）

山西省運城市地處黃土高原蘋果優勢產業帶，多項氣象指標適宜蘋果生長，但在暖溫帶大陸性季風氣候的影響下，氣象災害頻繁發生，尤其是花期凍害、果實膨大期高溫熱害、果實膨大期至成熟期干旱災害和果實成熟期連陰雨害，對蘋果產量及品質影響嚴重[1]。春季，當遭遇冷空氣大幅度降溫時，處于花期或坐果期的蘋果樹遭受嚴重凍害，造成花器官及果實脫落、畸形，會大幅度減產[2-3]。果實膨大期溫度過高和水分短缺均對蘋果產量及品質造成不良影響[4-5]。成熟期果實對光照敏感，長時間的連陰雨天氣會對蘋果著色及品質造成不良影響[6-7]。

有關蘋果氣象災害發生規律及防御對策前人研究較多，柴芊等[8]依據蘋果物候資料及氣象觀測數據，以溫度低于5 ℃作為發生凍害指標，建立了蘋果花期凍害指數計算模型，實現了花期凍害預報。魏麗欣等[9]通過調研河北省45 個蘋果主產縣蘋果物候資料及氣象觀測站要素數據，確定了果實膨大期熱害評價指標。劉璐等[10]針對白水縣1971—2010 年逐日氣溫資料進行研究，建立了蘋果果實膨大期高溫熱害危險性風險評估模型，實現了膨大期熱害區劃。程雪等[11]和王景紅等[12]依據降水量、需水量、連續無降水日數及生育期日數4 個氣象因子構建干旱指數，揭示了北方和陜西蘋果干旱災害發生的差異周期性規律，發現了蘋果不同生育階段存在3 種不同尺度的干旱災害變化周期。劉璐等[7]選取陜西省12 個氣象臺站，設計并計算蘋果連陰雨指數，能夠客觀反映蘋果果實成熟期連陰雨害強度，實現了成熟期連陰雨害預測預報。不同區域氣候存在較大差異，對蘋果生產影響也不相同。本文研究了近20 年運城市蘋果花期凍害、果實膨大期高溫熱害、果實膨大期至成熟期干旱災害以及果實成熟期連陰雨害等對蘋果生長有顯著影響的氣象災害的變化特征，旨在為防災增產提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 數據來源

收集整理山西省運城市2000—2019 年氣溫、降水量等氣象數據，數據來源于山西省氣象局。其中花期凍害取3 月25 日至4 月25 日逐日日最低氣溫，果實膨大期熱害取6 月1 日至9 月10 日逐日日最高氣溫，果實膨大期至成熟期干旱指數計算取6 月1 日至10 月31 日逐日日降水量、無降水日數，果實成熟期連陰雨害取9 月1 日至10 月31 日連續3 d 降水≥0.1 mm 日數。

1.2 災害劃定指標

花期凍害日數劃定標準參照柴芊等[8]關于蘋果花期凍害日數的計算方法，以日極端最低氣溫≤5 ℃劃定。果實膨大期熱害日數劃定標準參照魏麗欣等[9]關于蘋果果實膨大期熱害日數的計算方法，以日最高氣溫≥35 ℃劃定。果實成熟期連陰雨害劃定標準參照劉璐等[7]關于蘋果果實成熟期連陰雨害日數的計算方法，只計算降水連續3 d 及以上≥0.1 mm 的日數。干旱指數參考王景紅等[12]關于陜西蘋果干旱指數的計算方法，計算公式如下。

干旱指數＝（生育期需水量×無降水日數）／（生育期降水量×生育期日數）

1.3 分析方法

采用最小二乘法[13]對氣象災害日數進行線性傾向估計，并用Mann-Kendall 非參數檢驗方法（M-K檢驗）[14-15]對氣象災害日數的變化趨勢進行顯著性檢驗[16]，研究運城市蘋果主要氣象災害的時間變化特征及氣候演變趨勢。

2 蘋果主要氣象災害分析

2.1 凍害

由圖1 可知，運城市蘋果凍害發生較重的年份 分別是2001、2004、2006、2010、2013、2015、2018年。近20 年凍害日數介于0～6 d 之間，平均值為2.15 d，最大值發生于2001 年；近5 年平均值為1.4 d，凍害高頻期主要集中在4 月10—16 日，占比為46.8%。近20 年蘋果花期凍害日數呈顯著下降趨勢，其氣候傾向率為-1.248 d/10 年（P≤0.01）。

圖1 運城市近20 年蘋果花期凍害日數及變化趨勢

由圖2 可以看出，運城市蘋果開花期凍害日數于2000—2001 年短暫表現為增加的趨勢；UF 曲線于2001—2019 年表現為減少的趨勢。其中，在2011—2019 年，UF 曲線始終低于0.05 顯著性水平下限，表明這一時間段凍害日數呈顯著下降趨勢。而蘋果開花期凍害日數的UF、UB 曲線未相交，這一結果表明運城市近20 年蘋果花期凍害日數趨勢無突變點。

圖2 2000—2019 年運城市蘋果花期凍害的Mann-Kendall 檢驗

2.2 熱害

由圖3 可知，運城市蘋果熱害發生較重的年份分別是2001、2002、2005、2010、2019 年，近20年果實膨大期高溫熱害日數介于9～40 d 之間，波動幅度較大，平均值為23.55 d，最大值在2002 年，最小值在2015 年，近5 年平均值為18.4 d，熱害發生頻繁，熱害高頻期主要集中在6 月11 日至7 月5日、7 月28 日至8 月1 日，其高頻期占比為43.3%。近20 年蘋果果實膨大期高溫熱害日數整體呈下降趨勢，其氣候傾向率為-1.556 d/10 年（P≤0.05）。

圖3 運城市近20 年蘋果果實膨大期熱害日數及變化趨勢

由圖4 可以看出，運城市蘋果果實膨大期高溫熱害日數于2000—2006 年表現為增加的趨勢，于2006—2019 年表現為減少的趨勢。其中在2016—2019 年UF 曲線始終低于0.05 顯著性水平下限，表明該時段運城市蘋果果實膨大期熱害日數呈顯著下降趨勢。而蘋果果實膨大期高溫熱害日數的UF、UB 曲線相交于2002 年前后及2010 年，2002 年是熱害日數增長趨勢開始下降的突變年，2010 年是蘋果熱害日數由緩慢下降轉為明顯遞減的突變年。

圖4 2000—2019 年運城市蘋果果實膨大期高溫熱害的Mann-Kendall 檢驗

2.3 干旱

由圖5 可以看出，運城市近20 年蘋果果實膨大期無降水日數介于62～75 d 之間，平均值為68.55 d，最大值發生于2018 年，最小值發生于2010 年；蘋果果實膨大期降水量介于140.0～318.2 mm之間，變幅較大，平均值為202.2 mm，無法滿足蘋果果實膨大期生育需水量；蘋果果實成熟期無降水日數介于36～51 d 之間，平均值為43.55 d，最大值發生于2013 年和2018 年，最小值發生在2011 年；蘋 果果實成熟期降水量介于38.3～352.9 mm 之間，變 幅很大，平均值為145.1 mm。

圖5 2000—2019 年運城市蘋果果實膨大期和成熟期無降水日數及降水量

由圖6 可以看出，運城市蘋果果實膨大期干旱指數介于0.569～1.516 之間，旱情較為嚴重；果實成熟期干旱指數介于0.191～2.184 之間，變幅較大，多數年份旱情嚴重，峰值發生于2013 年。運城市蘋果果實膨大期和成熟期干旱指數均呈增長趨勢，氣候傾向率分別為-0.047 d/10 年（P＞0.05）、-0.128 d/10 年（P＞0.05），氣候傾向率未通過顯著性檢驗，趨勢不明顯，趨勢變化無參考價值。

圖6 2000—2019 年運城市蘋果果實膨大期和成熟期干旱指數及變化趨勢

2.4 果實成熟期連陰雨害

由圖7 可以看出，運城市近20 年蘋果果實成熟期連陰雨害日數介于0～21 d 之間，變幅較大，其平均值為11.25 d，最大值發生于2000 年，最小值發生于2004 年，近5 年平均值為11 d，可見，運城市蘋果果實成熟期連陰雨害日數呈下降趨勢，其氣候傾向率為-2.023 d/10 年（P≤0.05）。

圖7 2000—2019 年運城市蘋果果實成熟期連陰雨日數及變化趨勢

由圖8 可以看出，運城市蘋果果實成熟期連陰雨害始終呈減少的趨勢，在2017—2019 年UF 曲線低于0.05 顯著性水平下限，表明該時間段運城市蘋果果實成熟期連陰雨害呈現顯著下降趨勢。運城市蘋果果實成熟期連陰雨害日數的UF、UB 曲線相交于2011 年，可見2011 年是下降趨勢從遞減到遞增的突變年。

圖8 2000—2019 年運城市蘋果果實成熟期連陰雨害的Mann-Kendall 檢驗

3 討 論

近20 年來，運城市蘋果主要氣象災害總體呈下降趨勢，尤其近3 年呈顯著減緩趨勢，這與王丹丹等[17]基于華北地區近年氣象受災面積及成災面積得出的氣象災害趨勢研究結論一致。運城市蘋果果實膨大期熱害日數發生頻繁，且于2000—2006 年呈上升趨勢，苗愛梅等[18]認為，熱害發生頻繁是受盆地地勢的影響。武捷等[19]認為，熱害呈上升趨勢，主要是受城市化和工業化進程的影響。運城市蘋果果實膨大期至成熟期干旱災害較為嚴重，這與梁哲軍等[20]和王江濤[21]針對山西地區的研究結論一致。運城市蘋果果實成熟期連陰雨害發生頻率高，總體呈下降趨勢，這與王棟等[22]研究山西省秋季成熟期連陰雨害的結果一致。運城市2000—2001 年凍害呈短暫增加趨勢，與前人研究不一致的原因是2000年冬季及2001 年春季異常高溫造成蘋果開花期提前且2001 年春季冷空氣活動頻繁，導致當年凍害日數突增[23-25]。本研究在蘋果果實膨大期至成熟期干旱災害長期氣候變化趨勢與梁哲軍等和王江濤研究不一致的原因可能是干旱指標的計算方式不一樣。

蘋果生育期氣象條件是影響果實產量及品質的重要因素，由于氣象災害具有突發性和不確定性，果樹生產者往往因其防范不當導致巨大災損。目前，果樹氣象災害面臨的主要問題是花期凍害來臨前防御措施不到位、果實膨大期熱害處理不及時以及果實成熟期連陰雨害發生時不重視。針對蘋果花期凍害，應該采取萌芽前及時灌水，噴施葉面微量元素肥，并收集果樹殘枝、麥秸等置于果園內，冷空氣來臨前進行熏煙，另外在災害高頻期應提高防范意識[26-27]。針對果實膨大期高溫熱害，應及時灌溉、樹體噴水、延遲套袋時間，并及時摘除日燒嚴重的病果，以減少樹體營養流失，且在災害高頻期及時采取園內降溫措施[28-29]。對于常年發生果實成熟期連陰雨害的果園，應及時調整果園內蘋果種植布局、品種及結構，及時鋪設反光膜，使果實在較弱的光照條件下也能著色良好[30]。

4 小 結

（1）總體上看，近20 年運城市蘋果花期凍害、果實膨大期高溫熱害、果實成熟期連陰雨害等氣象災害發生日數均呈下降趨勢，且2017 年后下降趨勢顯著，其中花期凍害日數下降趨勢更加明顯。

（2）蘋果不同生育階段干旱程度分析結果表明：運城市蘋果果實膨大期和成熟期干旱災害發生嚴重，且大多數年份膨大期生育階段干旱嚴重程度重于成熟期生育階段；對于年際變化趨勢，過去20年研究區域內干旱指數在果實膨大期和成熟期生育階段干旱程度呈加重趨勢，但趨勢不顯著。

（3）從近年災害發生頻次上看，運城市花期凍害年際變化小，屬偶發性，災害發生高頻期在4月10—16 日；果實膨大期高溫熱害及干旱災害年際變化小，為常態災害，災害高頻期主要集中在6月11 日至7 月5 日、7 月28 日至8 月1 日；果實成熟期干旱災害及連陰雨害年際變化大，為常態災害。