海南島冬季辣椒寒害指標及發生規律研究

鄒海平 張京紅 陳小敏 李偉光 白蕤 呂潤

（1. 海南省氣候中心 海南海口 570203；2. 海南省南海氣象防災減災重點實驗室 海南海口 570203）

海南島地處熱帶，屬熱帶季風海洋性氣候，冬季（12月至翌年2月）均溫為18.1~22.8℃[1]，為冬季瓜菜生產提供了極其有利的自然條件。目前，海南島冬季瓜菜種植面積保持在20萬hm2左右，出島量近年均保持在300萬t以上[2]。冬季蔬菜產業在海南省產業脫貧、促進增收和保障民生及建設海南自由貿易港等方面發揮著重要作用。海南已成為我國冬季北運蔬菜重要的生產基地，在全國冬季蔬菜市場發揮了不可替代的作用[3-4]。辣椒是海南冬季瓜菜生產的主要種類之一，年播種面積在4.1萬hm2左右，是供應內地冬季“菜籃子”的第一大蔬菜品類[5-6]。但受冬季風影響，北方冷空氣仍有可能影響海南，引發辣椒低溫寒害[7]，導致減產。如2008年1—2月的低溫給海南辣椒造成嚴重影響，辣椒生長緩慢、植株纖弱、大幅減產，個別地段絕收[8]。農業氣象災害等級指標的準確性及其時空分布特征是農業氣象災害研究的基礎，只有正確判斷災害的活動區域及其發生頻率，才能對研究區域災害程度有直觀、準確的了解，為下一步災害監測和風險評估等提供科學依據[9]。因此，研究海南島冬季辣椒寒害指標及其時空變化規律顯得十分必要。

諸多學者對水稻冷害[10]、熱害[11]、雨洗花災害[12]，玉米冷害[13]、干旱[14-15]，冬小麥凍害[16]、干旱[14]，油菜澇漬害[17]等農業氣象災害指標及時空變化特征開展了細致的研究。在辣椒寒害方面，李娜等[18]以日最低氣溫≤10.0℃、持續日數≥3 d寒害過程的積寒和作為辣椒年度寒害氣候致災因子，并以此建立氣候風險估算模型及綜合氣候風險區劃指數模型，編制華南（廣東、廣西和福建）辣椒苗期和花果期寒害氣候風險區劃圖。張蕾等[19]基于海南島1998—2011年氣象資料，以日最低氣溫≤12.0℃、持續日數≥5 d寒害過程的有害積寒和作為辣椒年度寒害氣候致災因子，綜合孕災敏感性、承載體易損性和防災能力，對海南島辣椒寒害進行風險評價與區劃。上述研究主要是對辣椒年度寒害進行等級劃分和風險區劃，而未涉及歷次辣椒寒害過程等級劃分和不同等級辣椒寒害時空變化特征分析。譚宗琨等[20]利用霍治國等[21]編制的國家標準《辣椒寒害等級》征求意見稿對廣西冬季露地栽培辣椒寒凍害進行分級，揭示其時空分布特征并進行風險評估與區劃。2017年，霍治國等[21]針對華南地區編制的國家標準《辣椒寒害等級》（GB/T 34965—2017）正式實施，該標準規范了辣椒寒害致災因子和等級，為辣椒寒害等級劃分、時空變化規律分析和監測預警等奠定了堅實的基礎。但該標準并未考慮低溫陰雨對辣椒的影響，低溫陰雨會使得辣椒光合作用減弱而導致抗寒能力削弱。為此，本研究利用海南島18個氣象站1968—2017年氣象數據和災情數據，在《辣椒寒害等級》基礎上融合辣椒低溫陰雨災害指標，進而分析海南島冬季辣椒寒害發生規律，以期為海南島冬季辣椒抗寒減災提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 材料

氣象資料來自海南省氣象信息中心，包括海南島18個氣象站1968年12月1日至2018年2月28日的逐日平均溫度、最低溫度和日照時數。災情數據來自《中國氣象災害大典·海南卷》[7]及海南省氣候中心和海南省氣象臺調研、收集整理的災情庫。

1.2 方法

1.2.1 辣椒寒害指標確定氣溫低于 15℃辣椒生長發育受阻[22]，在海南冬季低溫陰雨天氣日照時數明顯偏少[7]。因此，辣椒低溫陰雨指標設置為日均溫≤15℃、日照≤2 h持續日數。通過辣椒寒害災情資料確定不同等級辣椒苗期和花果期低溫陰雨持續日數（表1）。若該指標與《辣椒寒害等級》發生沖突則取災害等級更重者。

表1 辣椒低溫陰雨指標

1.2.2 分析時段確定海南冬季辣椒寒害主要發生在12月至翌年2月，同一地方辣椒種植時間各異，導致同一地方同一時間處于苗期和花果期的辣椒同時存在，因此，對12月至翌年2月每月辣椒苗期和花果期寒害時空規律均予以分析。

1.2.3 氣候傾向率計算利用一元線性回歸方程斜率的10倍表示氣候要素的變化傾向率。采用F檢驗法對擬合的回歸方程進行顯著性檢驗（α=0.05）。

1.2.4 站次比計算辣椒寒害站次比是指某一年份某一區域內某級辣椒寒害發生的站數占該區域內全部站數的比例，用于評價寒害影響范圍的大小（%），即：

式中，Yj為辣椒寒害站次比，j為某年，m為某級辣椒寒害發生的站數，M為全部站數，即18。

1.2.5 數據分析氣象指標的空間分布圖采用ArcGIS9.3軟件中的IDW模塊插值生成，柵格大小為200 m×200 m。采用自然斷點法對氣象指標進行分級。

2 結果與分析

2.1 寒害指標的適應性驗證

利用1968—2018年寒害災情資料對辣椒寒害指標準確性進行驗證，結果表明，海南島苗期37個樣本和花果期35個樣本中災情與辣椒寒害指標計算結果符合的樣本數分別為32和29個，符合率分別為86%和83%。為保證寒害指標的可靠性，利用2019—2022年辣椒寒害災情調研數據對指標進行再次驗證，結果表明，苗期4個樣本和花果期4個樣本中災情與指標計算結果符合的樣本數均為3個，符合率為75%。以澄邁縣為例，2022年2月19日至24日受強冷空氣影響，海南島出現強降溫和陰雨天氣，按照本文構建的辣椒寒害指標計算得出澄邁縣花果期辣椒寒害等級為輕度，經實地調研，花果期辣椒受精不良，坐果率降低，實際受害等級亦為輕度。可見本文構建的辣椒寒害指標可用于海南島冬季辣椒寒害變化規律分析。同時在研究中發現，2008年海南遭遇當時39年一遇的極端低溫陰雨天氣，經濟損失近10億，大部分地區辣椒受災達到極重度級別，而利用《辣椒寒害等級》計算得到的辣椒寒害等級為輕度至中度，利用辣椒低溫陰雨指標計算的寒害等級主要為極重度，可見將低溫陰雨指標融合進《辣椒寒害等級》切實可行。因篇幅有限，僅列舉作為代表性站點的澄邁縣災情驗證結果（表2）。

表2 海南島典型站點辣椒寒害調查結果與利用指標判斷結果的匹配情況

2.2 辣椒寒害發生次數的變化特征

2.2.1 空間分布

（1）各月寒害發生次數 圖1為冬季各月辣椒苗期寒害發生次數空間分布圖。可見，海南島12月至翌年2月辣椒苗期寒害50年發生總次數分別為0~22（圖1-a）、1~34（圖1-b）和0~19（圖1-c），均值分別為11.3、16.4和10.7。各月辣椒苗期寒害發生總次數均大致由中部、西北部向沿海地區減少。各月辣椒花果期寒害發生總次數空間分布與苗期對應月份類似。

圖1 各月辣椒苗期寒害發生次數空間分布

（2）各月不同等級寒害發生次數 圖2為12月辣椒苗期不同等級寒害發生次數空間分布圖。可見，海南島12月辣椒苗期輕度至極重度寒害50年發生總次數分別為0~9（圖2-a）、0~7（圖2-b）、0~5（圖2-c）和0~5（圖2-d）。12月辣椒苗期輕度至重度寒害發生總次數大致自中部、西北部向沿海地區減少，極重度寒害大致自中部向沿海地區減少。12月辣椒花果期不同等級寒害發生總次數空間分布與苗期對應等級類似。

圖2 12月辣椒苗期不同等級寒害發生次數空間分布

1月辣椒苗期寒害發生總次數空間分布與12月辣椒苗期對應寒害等級相似，花果期僅極重度寒害發生總次數與12月辣椒花果期對應等級不同，大致自西北向東南減少；2月辣椒苗期寒害發生總次數空間分布僅中度寒害與12月辣椒寒害對應等級相似，輕度和極重度寒害發生總次數大致自北向南減少，重度寒害大致自中部向沿海地區減少。2月辣椒花果期各等級寒害發生總次數與12月辣椒花果期對應寒害等級均不同，輕度和極重度寒害發生總次數大致自北向南減少，中度和重度寒害分別大致自中部向沿海地區和西北向東南減少。

總體而言，海南島冬季12月和1月辣椒苗期和花果期寒害50年發生總次數及各等級寒害50年發生總次數空間分布均主要由中部、西北部向沿海地區減少，2月則主要由北向南減少和中部向沿海地區減少。

12月辣椒苗期輕度至極重度寒害發生總次數占當月總次數的比例均值分別為45.8%、32.7%、16.8%、4.7%，1月相對應的占比均值分別為48.1%、41.1%、8.5%、2.3%，2月分別為51.2%、32.2%、10.6%、6.0%；12月辣椒花果期輕度至極重度寒害發生總次數占當月總次數的比例均值分別為72.1%、22.6%、3.3%、2.0%，1月相對應的占比均值分別為84.1%、11.5%、4.2%、0.2%，2月分別為73.3%、16.2%、4.7%和5.8%。可見，冬季各月辣椒苗期和花果期均分別主要以輕、中度寒害和輕度寒害為主。

2.2.2 時間變化表3為冬季各月辣椒苗期寒害年發生次數變化趨勢。可看出，12月、1月和2月辣椒苗期寒害年發生次數呈減少趨勢的站點個數分別為17、17和15個，其中減少顯著的站點分別有1、0和2個；呈增加趨勢的站點分別為0、1和1個；無變化趨勢的站點分別有1、0和2個。具體到各寒害等級上，12月除辣椒輕度寒害年發生次數呈增加趨勢的站點較多（6個且主要分布在北部）外，其余等級寒害絕大多數站點以減少趨勢或無變化趨勢為主，此為絕大多數站點12月辣椒苗期寒害年發生次數隨時間減少的原因；1月除辣椒輕度和中度寒害年發生次數呈增加趨勢的站點較多（6、5個且分別主要分布在北、中部）外，其余等級寒害絕大多數站點以減少趨勢或無變化趨勢為主，但因同一站點輕度和中度寒害呈增加趨勢并不同時出現，這就導致絕大多數站點1月辣椒苗期寒害年發生次數呈減少趨勢；2月除辣椒極重度寒害年發生次數呈增加趨勢的站點較多（12個且主要分布在北、中部）外，其余等級寒害絕大多數站點以減少趨勢或無變化趨勢為主，這就導致絕大多數站點辣椒苗期2月寒害年發生次數呈減少趨勢。

表3 冬季各月辣椒苗期寒害年發生次數變化趨勢

冬季12月和2月辣椒花果期寒害年發生次數變化趨勢與苗期相似，1月稍有不同，其僅輕度寒害年發生次數呈增加趨勢的站點較多（5個且主要分布在中部）外，其余等級寒害絕大多數站點以減少趨勢或無變化趨勢為主。

2.3 辣椒寒害發生站次比的變化特征

表4為冬季各月辣椒苗期和花果期寒害發生站次比均值及變化趨勢。可看出，12月、1月和2月辣椒苗期寒害發生站次比均值分別為18.0%、29.0%和19.1%，說明辣椒苗期寒害影響范圍1月>2月>12月。各月辣椒苗期不同等級寒害發生站次比均值輕度>中度>重度>極重度，表明冬季各月辣椒苗期寒害影響范圍輕度>中度>重度>極重度。辣椒花果期寒害發生站次比總體亦表現出類似規律。隨時間變化上，除2月辣椒苗期和花果期極重度寒害發生站次比呈現出不顯著增加趨勢（氣候傾向率分別為0.93%/10a、0.85%/10a）外，2月其余等級和12月、1月寒害（含各等級）發生站次比均表現出減少趨勢，且僅2月辣椒花果期輕度寒害發生站次比顯著減少。可見，總體上冬季各月辣椒苗期和花果期寒害（含各等級）發生影響范圍隨時間在縮小。

表4 冬季各月辣椒苗期和花果期寒害發生站次比均值及變化趨勢

3 討論

災情驗證表明，在國家標準《辣椒寒害等級》基礎上構建的考慮低溫陰雨對辣椒影響的辣椒寒害指標準確性較高。將該指標用于分析海南島冬種辣椒寒害時空變化規律，做如下討論。

（1）總體上，海南島冬季12月和1月辣椒苗期和花果期寒害50年發生總次數及各等級寒害50年發生總次數空間分布均主要由中部、西北部向沿海地區減少，2月則主要由北向南、中部向沿海地區減少。因此，海南島12月和1月需重點防范中部、西北部地區辣椒寒害，2月則為北、中部地區。在辣椒苗期和花果期寒害發生等級上，冬季各月均分別主要以輕、中度和輕度為主。時間變化上，海南島絕大多數站點冬季各月辣椒苗期和花果期寒害年發生次數呈不顯著減少趨勢，這與當前氣候變暖背景下我國寒潮事件減少[23]、海南省冷事件發生頻率整體降低[24]事實吻合，對海南島辣椒種植總體有利。但海南島12月北部地區輕度寒害，1月北、中部地區輕、中度寒害，2月北、中部地區極重度寒害年發生次數不顯著增加，需引起重視，尤其需重點防范2月極端寒害對辣椒的不利影響，這與當前氣候變化背景下我國極端天氣事件頻率增加事實亦吻合[25]。

（2）總體而言，辣椒寒害發生站次比均值1月>2月>12月、輕度>中度>重度>極重度，近50年來冬季各月辣椒苗期和花果期寒害（含各等級）發生站次比在減小。

辣椒寒害受災程度除與氣象條件有關外，還與辣椒品種[26-27]、管理水平（如水肥、抗寒保暖）[28-29]等因素有關，同一地塊，不同的辣椒品種和管理水平，辣椒抗寒能力亦會不同，最終導致受災程度不同。本研究構建的辣椒寒害氣象指標并未考慮上述因素，因此以后的研究將不斷完善改進辣椒寒害指標，以提高辣椒寒害氣象指標的準確度，進而提高海南島冬季辣椒寒害監測預警水平。此外，本文用18個氣象站點辣椒寒害發生次數進行空間插值得到全省辣椒寒害發生次數空間分布圖，準度有待提高，后續研究將構建氣象因子與經緯度、海拔高度、地形等因子關系，再進行空間計算，從而得到更準確的本省辣椒寒害發生次數空間分布圖。