寶雞地區倒春寒時空分布特征及預報指標分析

李恩莉

(寶雞市氣象局，陜西 寶雞 721006)

1 引言

隨著全球氣候變暖的加劇，極端天氣氣候事件出現的頻率和強度不斷加大，2021年鄭州特大暴雨、2022年全國極端高溫干旱等都與氣候變暖有著一定的關系，受此影響，我國農業氣候資源與農業氣象災害也呈現出劇烈的變化，倒春寒作為農業氣象災害的一種，在農業生產過程中受到高度關注，很多學者對倒春寒的時空分布特征、氣象指標建立以及災害影響等方面進行了研究。李勇等從氣候突變等方面對貴州省倒春寒災害的時空分布特征進行了研究，指出貴州無倒春寒發生的頻率最大，其次是重級以上倒春寒。李德萍等對青島地區的倒春寒時空特征進行了研究，并得出青島倒春寒氣象指標，為提高作為防御能力提供了有力參考。徐巖巖等采用集合經驗模態分解的方法分析了河南省倒春寒時空特征。趙剛等采用主成分分析法構建了江蘇省的倒春寒評估模型，并對江蘇省多年發生的倒春寒過程進行了評估，馬德栗等同樣利用主成分分析法構建了倒春寒評估模型，對湖北省倒春寒過程進行了評估。楊文剛等利用平均氣溫距平和持續時間建立了倒春寒氣象指標和等級劃分標準。高操等分析了山東省不同強度倒春寒的時空變化特征，并指出山東省倒春寒發生強度與環流指數有相關性。楊莉等在分析貴陽市倒春寒發生規律的基礎上，概括出了典型重度倒春寒和無倒春寒年的環流模型，并給出倒春寒的防御措施。倒春寒作為低溫凍害的一種，也是對寶雞春季農業生產危害最嚴重的氣象災害之一。3～4月份正值寶雞小麥返青拔節、果樹開花坐果以及烤煙、花椒等經濟作物生長關鍵期，若受到倒春寒天氣的影響，會造成農作物莖葉組織凍傷，果樹花果脫落，從而造成嚴重影響。因此，分析研究寶雞倒春寒天氣的發生規律及其預報指標，對寶雞農業生產及農業氣象服務有重要的意義。

2 研究區域與方法

2.1 資料與方法

選取寶雞11個縣區氣象站1974～2019年3～4月份逐日最高、最低和平均氣溫資料，NCEP/NCAR再分析資料,分辨率為2.5°×2.5°，利用統計學方法分析寶雞倒春寒多時間尺度變化規律，利用克里金插值法分析倒春寒空間分布特征；采用天氣學方法分析中度以上倒春寒天氣的環流形勢，得出寶雞中度以上倒春寒天氣預報指標。

2.2 倒春寒標準

按照倒春寒氣象指標(GB/T34816-2017)，結合寶雞本地氣候特點，制定出寶雞市倒春寒標準(表1):3月1日至4月30日，日平均氣溫或最低氣溫24 h降幅首次達到3 ℃或以上的日期為倒春寒開始日期，日平均氣溫穩定回升到當日所在滑動候的平均氣溫氣候標準值的日期為倒春寒的結束日期，根據降溫幅度和持續時間又將倒春寒分為4個等級(表1)，其中，ΔT24、ΔT48分別為某站24 h、48 h氣溫降幅，δT為該站氣溫距平，L為倒春寒持續時間。

表1 寶雞市倒春寒等級標準

2.3 各強度“倒春寒”發生的頻率(Fi)

Fi=ns/N×100%。

(1)

式(1)中:s表示“倒春寒”等級；N為某站氣象資料的年數；ns為發生相應等級“倒春寒”的總時間。

3 寶雞市倒春寒時空分布特征

3.1 寶雞市倒春寒發生次數的空間分布特征

1974～2019年寶雞市不同等級倒春寒發生次數見表2，可以看出，各縣區不同等級倒春寒出現的占比不同，倒春寒發生總次數太白最多179次，扶風最少150次；輕度倒春寒發生次數岐山最多149次，最少仍為扶風128次；中度倒春寒發生次數隴縣最多27次，鳳翔最少13次；重度倒春寒各縣區出現次數為1～3次，其中太白未出現重度倒春寒；嚴重倒春寒各縣區出現次數為1～6次，值得注意的是，除眉縣的重度倒春寒次數多于嚴重倒春寒外，其余縣區均為嚴重倒春寒次數多于重度倒春寒。從各個等級倒春寒過程發生次數占比來看，輕度倒春寒發生次數最多，全市平均占比85.6%，中度倒春寒發生次數為次多，平均占比為11.5%，嚴重倒春寒平均占比為1.8%，發生次數最少為重度倒春寒，平均占比僅為0.8%。

表2 1974～2019年研究區倒春寒發生次數 次

采用克里金插值法對寶雞市倒春寒總次數的空間分布進行分析(圖1)，從圖中可以看出，倒春寒發生總次數呈南北山區多，川塬縣區少的特征，其中南部縣區多于北部縣區，全市范圍太白最多179次，另外一個高值中心位于麟游169次；全市最少的縣區為扶風150次，次少為渭濱152次。

圖1 1974～2019年研究區倒春寒總次數空間分布

圖2為寶雞不同等級倒春寒出現次數的空間分布，由圖可見，輕度倒春寒呈東西少、南北多的特征，高值中心位于太白和岐山(149次和148次)，扶風出現最少128次，另一低值中心出現在渭濱132次。中度倒春寒呈南北山區多川塬區少的的特征，高值中心位于隴縣27次，低值中心在鳳翔和扶風,分別為13次和14次。重度倒春寒呈東多西少的特征，出現次數較其他等級為最少，最多為岐山3次，鳳縣則未出現過重度倒春寒。嚴重倒春寒呈南多東少的特征，高值中心位于太白和鳳翔，出現次數分別為6次和5次，岐山眉縣一帶出現最少，僅出現過1次。

圖2 1974～2019年研究區不同等級倒春寒出現次數空間分布

3.2 成因分析

分析寶雞不同等級倒春寒空間分布特征可知，太白、麟游、岐山、鳳翔是倒春寒高發區，川道縣區出現次數最少。分析原因，主要與寶雞的地形相關。寶雞境內南、西、北三面山，中部低平，東部敞開，以渭河為中軸，呈尖角開口槽形。南部山區和北部塬區海拔較高，晴空時溫度更容易下降，中部渭河川道海拔較低，地勢平坦，輻射降溫較海拔高的地帶弱一些。

3.3 寶雞倒春寒時間變化特征

3.3.1 年代際變化

寶雞全市平均倒春寒發生次數呈明顯的年代際變化(圖3)，總次數20世紀80年代最多424站次，20世紀70年代最少269站次；輕度倒春寒20世紀80年代最多384站次，20世紀70年代最少236站次；中度倒春寒21世紀00年代最多72站次，20世紀70年代最少21站次；重度倒春寒21世紀00年代最多6站次，20世紀90年代則沒有出現；嚴重倒春寒21世紀00年代最多22站次，20世紀70年代最少1站次。由此可見輕度倒春寒發生次數的年代際變化特征與總次數相同，這與輕度倒春寒次數占比最多密切相關。

圖3 1974～2019年研究區不同等級倒春寒發生次數年代際變化

3.3.2 年際變化

寶雞倒春寒發生總次數呈現逐年下降的趨勢(圖4)，下降速率為2.6站次/10a，2019年總次數最少10站次，1980年最多59站次；與總次數相同，輕度倒春寒發生次數以3.5站次/10a的速度下降；中度到嚴重倒春寒均呈逐年上升趨勢，中度倒春寒上升速度最大0.7站次/10年，重度和嚴重倒春寒上升速度均為0.2站次/10a。由此可見，寶雞市倒春寒天氣在減少，但強度較強的倒春寒過程在增多，表明隨著全球氣候變暖的加劇，災害性天氣的強度在加強，極端天氣的頻數呈增長趨勢。

圖4 1974～2019年研究區不同等級倒春寒出現次數年際變化

3.3.3 月變化

圖5為1974～2019年寶雞全市平均不同等級倒春寒出現次數的月際變化，由圖5可見，各個等級倒春寒出現次數均為4月份多于3月份，寶雞全市平均總次數4月份為91次，占比53%，3月為79次，占比47%；輕度倒春寒4月份77次，3月份65次；中度4月份11次，3月份6次；3月份未出現過重度以上等級的倒春寒天氣；4月份全市平均出現重度倒春寒1次，嚴重倒春寒2次。4月份天氣逐漸回暖，氣溫回升，此時遇到冷空氣影響，降溫更為明顯。

圖5 1974～2019年研究區平均不同等級倒春寒3～4月份變化

3.3.4 旬變化

1974～2019年寶雞全市平均不同等級倒春寒旬變化見圖6，總次數4月中旬最多33次，占比20%，3月上旬最少18次，占比11%；輕度倒春寒特征與總次數相同，最多為4月中旬28次，最少為3月上旬16次；中度倒春寒4月中旬和下旬均為4次，3月中旬最少，僅1次；重度倒春寒僅在4月下旬出現過1次，4月上旬和中旬分別出現過1次嚴重倒春寒天氣，由此可見，3月上旬倒春寒天氣出現次數最少，且未出現過中度以上等級的倒春寒天氣。

圖6 1974～2019年研究區平均不同等級倒春寒發生次數逐旬變化

3.3.5 倒春寒發生頻率

表3為寶雞市不同等級倒春寒天氣的發生頻率，可以看出輕度倒春寒出現頻率最高，各縣區均在95%以上，其中鳳翔、千陽、太白、鳳縣出現頻率達100%，說明這四縣區每年都會出現輕度倒春寒天氣。出現頻率次高的為中度倒春寒天氣(28.3%～45.7%)，其中鳳縣、太白出現頻率最高(45.7%和41.3%)，鳳翔出現頻率最小(23.9%)。值得注意的是，全市范圍內嚴重倒春寒天氣的出現頻率高于重度倒春寒，其中鳳翔出現重度倒春寒天氣的頻率最多8.7%，鳳縣未出現過重度倒春寒天氣；嚴重倒春寒天氣的出現頻率太白最多13%，其次為鳳翔10.9%，眉縣和岐山則最少2.2%。此特征為寶雞做好倒春寒天氣的預報和農事服務提供參考依據。

表3 研究區各等級倒春寒的出現頻率 %

3.4 倒春寒初終日特征分析

3.4.1 倒春寒初終日時間變化特征分析

倒春寒初日指某氣象站每年首次達到倒春寒標準的開始日期，倒春寒終日指某氣象站每年最后一次倒春寒天氣末日的終止日期。這里以3月1日記為1，以此類推，4月1日記為32, 4月30日記為61，建立倒春寒初終日期序列，選取陳倉代表川道，鳳翔代表塬區，隴縣代表北部山區，太白代表南部山區，對寶雞倒春寒初終日時空變化特征進行分析。

寶雞倒春寒初日逐年變化見圖7a，1974～2019年倒春寒過程川道平均初日為3月12日，最早日期為3月2日，最晚為4月25日，近46年初日呈逐年推遲的趨勢，速率為1.3d/10a。塬區平均初日為3月14日，最早日期為3月1日，最晚為4月18日，近46年初日以2.4d/10a的速度推遲，北部山區平均初日為3月10日，最早日期為3月1日，最晚為4月5日，近46年初日呈現緩慢提前趨勢，速度為0.2d/10a。南部山區平均初日為3月10日，最早日期為3月1日，最晚為3月31日，近46年初日無明顯變化。

分析寶雞全市倒春寒終日逐年變化(圖7b)可知，1974～2019年川道倒春寒平均終日為4月20日，最早日期為3月31日，最晚為4月27日，近46年終日呈逐年提前的趨勢，速率為0.3 d/10a；塬區平均終日為4月19日，最早日期為3月19日，最晚為4月28日，近46年終日以0.5 d/10a的速度提前；北部山區平均終日為4月18日，最早日期為3月19日，最晚為4月28日，近46年終日以1.1 d/10a的速度提前。南部山區平均終日為4月20日，最早日期為3月21日，最晚為4月28日，近46年終日呈現推遲趨勢，推遲速率為1.3 d/10a。

圖7 1974～2019年研究區倒春寒初日、終日逐年變化

3.4.2 倒春寒初終日空間變化特征分析

對寶雞各縣區倒春寒初終日氣候傾向率空間分布(圖8)進行分析，可見，各縣區倒春寒初日均為推遲趨勢(圖8a)，全市初日呈現東北-西南向推遲速度快、西北-東南向推遲速度慢的特征，其中麟游和鳳縣推遲最為明顯，推遲速度最為緩慢的地區為西北部隴縣一帶和東南部扶風眉縣一帶。而終日氣候傾向率(圖8b)除太白一帶為正外，其余縣區均為負，且自南向北逐漸減小，即除太白倒春寒終日呈推遲趨勢外，其余縣區均為提前，推遲速率最高的縣區為岐山1.6d/10a。由此可見，總體而言，寶雞倒春寒呈現初日推遲而終日提前的特征，這與全球氣候變暖有著密切的關系。

圖8 1974～2019年研究區倒春寒平初日、終日氣候傾向率空間分布

4 環流形勢分析

根據寶雞災害性天氣日常慣例，定義全市4個及以上縣區出現災害性天氣，則本次過程為一次區域性過程，經統計，1974～2019年寶雞出現區域性中度倒春寒天氣過程19次，重度倒春寒過程1次，嚴重倒春寒過程3次。利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°高度場、溫度場及海平面氣壓場等再分析資料，對區域性中度以上倒春寒天氣過程中的環流形勢進行分析。

4.1 地面形勢分析

對中度以上倒春寒天氣過程發生前48 h的地面形勢進行分析發現，地面冷高壓主體位于50°N以北、90～100°E之間，寶雞地區受暖低壓控制，持續增溫，倒春寒發生前寶雞平均氣溫較常年同期異常偏高，經統計，偏高2 ℃以上達12次，偏高4 ℃以上達6次，前期增暖為倒春寒的發生提供了有利的背景條件。

經統計，倒春寒發生時，影響寶雞的冷空氣移動路徑主要有4條(圖9)，分別是西北路、北路、西路和東路。其中重度以上倒春寒發生時，冷空氣路徑以北路為主，其次為西北路，地面冷高壓中心均在1040 hPa 以上，鋒區走向呈東北-西南向，鋒區強度達25 hPa/10緯距。中度倒春寒發生時，冷空氣路徑則以西北路為最多(11次)，其次為東路(4次)，北路冷空氣影響3次，西路冷空氣影響僅1次。冷高壓中心為1030～1040 hPa，經統計，西北路冷空氣影響時冷高壓強度大于東路冷空氣，鋒區走向以西北-東南向為主，其次為南北向和東西向，鋒區強度則明顯小于重度倒春寒。

圖9 不同路徑冷空氣影響的地面氣壓場

4.2 高空形勢分析

對中度以上倒春寒過程發生時的高空環流形勢進行分析可知，500 hPa高度場上以2種環流形勢為主，一種是“兩槽一脊”型(圖10a)，即中高緯度地區高度場呈兩槽一脊形勢，巴爾喀什湖以東至貝湖地區為長波脊，烏拉爾山和貝湖以東分別為低槽區，冷空氣在貝湖東側堆積，寶雞受高壓脊前西北氣流控制，此種形勢降溫強度最大，但不伴有降水。另一種形勢是“一槽一脊”型(圖10b)，中高緯度上烏拉爾山以東為長波脊，歐亞地區為寬廣的槽區，冷空氣在巴爾喀什湖一帶堆積，寶雞市上空氣流平直或多短波槽活動，此種倒春寒天氣一般伴有降水出現。

圖10 中度以上倒春寒天氣500hPa高度場(實線)和溫度場(虛線)

4.3 倒春寒天氣預報指標

對1974～2019年寶雞中度以上倒春寒天氣過程的天氣形勢進行分類統計分析，得出寶雞市倒春寒天氣預報指標(表4)，為寶雞農業氣象服務提供參考。鋒區強度和等溫線數量指30～40°N、100～110°E的范圍內。

由表4可見，中度倒春寒天氣發生時，500 hPa冷中心溫度為-44～-32 ℃，鋒區強度為15～20 hPa/10緯距；700 hPa冷中心溫度為-28～-16 ℃，等溫線數量為4～6條，850 hPa冷中心溫度低于-16～-8 ℃，等溫線數量為3～5條。重度以上倒春寒天氣發生時，500 hPa冷中心溫度低于-36 ℃，鋒區強度大于25 hPa/10緯距，700 hPa冷中心溫度低于-20 ℃，等溫線數量為5～6條，850 hPa冷中心溫度低于-16～-12 ℃，等溫線數量為6條。

表4 寶雞市中度以上倒春寒天氣預報指標

5 結論

(1)受地形影響，寶雞市倒春寒過程總體呈南北山區多中部川道少的特征，其中太白和麟游、岐山、鳳翔一帶為高發區，川道縣區為低發區。

(2)寶雞不同等級倒春寒過程呈現多時間尺度變化的特征，總次數和輕度倒春寒為20世紀80年代最多，20世紀70年代最少；中度以上倒春寒出現最多的年代均為21世紀00年代，20世紀90年代則沒有出現過重度倒春寒。輕度倒春寒呈逐年下降趨勢，中度以上倒春寒則呈逐年上升趨勢；各個等級倒春寒過程4月份多于3月份；逐旬變化來看，3月上旬倒春寒天氣出現次數最少，且未出現過中度以上等級的倒春寒天氣，重度倒春寒僅在4月下旬出現過1次，4月上旬和中旬分別出現過1次嚴重倒春寒天氣。另外，倒春寒天氣呈現初日推遲終日提前的趨勢，這與氣候變暖有著密切的關系。

(3)影響寶雞中度以上倒春寒天氣的冷空氣路徑由多到少依次是西北路、東路、北路和西路，500 hPa高度場上中高緯度以“兩槽一脊”或“一槽一脊”形勢為主，其中前者降溫幅度較大，一般無降水出現，后者影響下一般伴有降水出現。另外，前期回暖也是寶雞倒春寒過程強度加大的原因之一。

(4)利用統計學方法和天氣學原理，從高低空冷空氣的強度、鋒區強度、地面冷空氣路徑等方面著手，建立了寶雞中度以上等級倒春寒天氣預報指標，為寶雞倒春寒天氣預報及農業氣象服務提供科學支撐。