1961—2021 年晉南蘋果生長期氣象災害氣候變化特征*

王詠梅，王志偉，譚江瑞，張愛紅，鄒正姍

（1 山西省運城市氣象局， 044000）（2 山西省氣候中心）

2021 年山西省氣候十分異常，極端氣象災害事件頻發，2020/2021 年冬季極寒、極暖及罕見的大范圍暴雪，秋季強降水疊加，給農業造成了嚴重影響。IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會）第6 次評估報告[1]指出，隨著全球氣候變暖，各地極端高溫和強降水、干旱等災害性天氣事件頻率和強度正在增加，已經對人民生命健康、糧食安全及經濟發展等造成了廣泛影響。晉南地區位于山西省最南端，屬于黃土高原蘋果產業優勢地帶，蘋果一直以來都是當地的主要經濟作物，而氣象災害是影響蘋果生產的主要因素，每年都會不同程度地遭遇氣象災害影響。近年來晉南亦呈現極端性、災害性天氣事件頻發、重發態勢，使得氣象災害對果樹造成愈加嚴重的影響。早春氣溫異常偏暖導致果樹始花期提前，花期凍害風險加大；2018 年大范圍強霜凍致使果樹受災嚴重；2020/2021 年冬季強寒潮造成部分地區果樹淺層根系凍傷；2021 年秋季遭遇罕見強連陰雨，導致嚴重裂果、爛果，影響農民收入。

關于蘋果氣象因素的研究較多地集中在氣候適宜性分析及區劃，以及氣象因子對蘋果生長的影響[2-9]，針對蘋果氣象災害的研究主要是對于某個地區或某一種氣象災害的影響分析[10-12]，而關于山西省域的研究較少。晉南作為山西省主要果業基地，其氣象災害有著什么樣的氣候特征及變化趨勢？和其他地區氣象災害有何不一樣的區域性特點？本文以影響晉南蘋果產量和品質的主要氣象災害為出發點，分析其氣候特征，尤其是近年來的變化趨勢和極端災害事件的出現，以便了解果樹氣象災害發生風險，趨利避害，促進當地果業發展，提高經濟效益。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文使用的氣象資料為山西省臨猗、萬榮、芮城、平陸和吉縣1961—2021 年逐日最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數以及冰雹，來自各縣地面氣象觀測記錄月報表；物候觀測資料來自萬榮、臨猗、吉縣農業氣象觀測站1981—2021 年記錄；蘋果氣象災害資料來自實地觀測、災情直報庫和《中國氣象災害大典·山西卷》；蘋果產量及種植面積來自《山西統計年鑒》。

1.2 研究對象

1.2.1選取主產縣

本研究針對山西省南部蘋果主栽品種紅富士。根據山西省各縣蘋果種植面積和產量，選取主產縣臨猗、萬榮、芮城、平陸和吉縣代表晉南蘋果產區。2020 年5 個主產縣紅富士蘋果面積約為10 萬hm2，約占全省蘋果種植面積的70%；產量350 萬t，約占全省蘋果產量的85%。

1.2.2氣象災害

根據實地調查和統計分析，選取對晉南蘋果生長發育影響較嚴重的氣象災害，包括：花期凍害、花期高溫、果實膨大期高溫、果實膨大期干旱、果實著色成熟期連陰雨、冰雹。

1.2.3發育關鍵期

晉南蘋果發育關鍵期：①開花期，臨猗、萬榮、芮城、平陸為3 月25 日至4 月15 日；吉縣為4 月5—25 日。②果實膨大期，6 月至10 月上旬。普遍認為6—8 月為蘋果果實膨大期，但據文獻[13]以及實際觀測，晉南9 月至10 月上旬果實膨大仍較明顯，因此，本文將果實膨大期確定為6 月至10 月上旬，其中，6 月為第1 次果實膨大期，7—8 月為第2 次果實膨大期（果實快速膨大期），9 月至10 月上旬為第3 次果實膨大期（果實成熟膨大期）。③果實著色成熟期，9 月中旬至10 月中旬。

1.3 方法

1.3.1變化趨勢及突變

采用氣候傾向率[14]分析氣象災害變化趨勢，并使用Mann-Kendall 方法[15]對氣象災害時間序列進行突變檢測，給定顯著性水平為0.05，置信區間為［-1.96，+1.96］。

1.3.2災害指標

①花期凍害。根據前人研究成果[16-19]結合實地調查確定凍害指標，當開花期日最低氣溫＜-2 ℃時，對花造成較明顯凍害。②花期高溫。當氣溫＞28 ℃，開花期明顯縮短，影響授粉。花期高溫熱害指標：臨猗、萬榮、芮城、平陸3 月25 日至4月10 日，吉縣4 月5—20 日，日最高氣溫＞28 ℃。③果實膨大期高溫。當氣溫＞35 ℃時，蘋果生長緩慢或停止生長，確定日最高氣溫＞35 ℃為膨大期高溫熱害指標。④果實膨大期干旱。采用膨大期降水量和連續10 d 以上無降水日數結合作為評價干旱的指標。⑤果實成熟期連陰雨。果實著色成熟期在9 月中旬至10 月中旬，其間出現連續4 d 以上（含4 d，無間隔日）或5 d 以上（含5 d，中間允許有1 d 無降水）≥0.1 mm 雨日，且過程累計雨量≥30 mm，定義為1 次連陰雨。

2 結果與分析

2.1 花期凍害

晚霜凍是晉南地區蘋果生產的首要氣象災害，個別地區晚霜凍害幾乎年年發生。圖1 給出了1961—2021 年晉南地區蘋果花期凍害日數及花期極端最低氣溫變化。凍害日數呈顯著下降趨勢，氣候傾向率為-0.53 d/10 年；極端最低氣溫呈顯著升高趨勢，氣候傾向率為0.68 ℃/10 年。Mann-Kendall 檢驗表明，凍害日數在2018—2019 年出現突變，下降趨勢顯著；極端最低氣溫在1996 年發生突變，呈顯著上升趨勢，表明花期凍害為減弱趨勢。從年代際變化來看，20 世紀90 年代中期以前波動較明顯，1966—1978 年間凍害日數較少、極端低溫相對較高，凍害較輕；1979—1997 年凍害日數多，極端低溫相對較低，凍害較重；1998 年至今凍害明顯減輕，凍害日數減少，極端低溫呈波動性升高，年際變化大。21 世紀以來凍害最嚴重的為2001、2010年和2011 年。

圖1 1961—2021 年晉南地區蘋果花期凍害的變化

2.2 花期高溫

近年來晉南地區蘋果經常遭遇花期高溫熱害的影響，由于春季氣溫異常偏暖，導致蘋果樹開花期明顯縮短。用3 月25 日至4 月20 日日最高氣溫＞28 ℃的天數來表征花期高溫。從表1 可以看到，21 世紀以前花期高溫較少，每10 年僅有2～3 d，高溫災害很少發生。進入21 世紀以后，花期高溫經常出現，20 年中有10 年出現高溫，高溫最多的年份是2006 年和2018 年，各有5 d，其次是2014 年出現4 d 高溫。表1 表明，最近20 年花期高溫明顯增多，目前正處于花期高溫災害多發時期。

表1 1961—2021 年晉南臨猗等五地蘋果花期氣溫＞28 ℃的天數

2.3 果實膨大期高溫熱害

從蘋果果實膨大期高溫熱害天數和極端高溫（圖2-a、c）來看，兩者均為弱的增高趨勢，氣候傾向率分別為0.29 d/10 年和0.1 ℃/10 年。Mann-Kendall 檢驗表明，2012 年為高溫天數突變點，但增加趨勢不顯著；而極端高溫沒有發生突變，增高趨勢不明顯。高溫熱害天數和極端高溫的年代際變化大致同步，20 世紀90 年代前期以前存在明顯波動，60—70 年代前期為偏高狀態，70 年代中期至90 年代前期轉為偏低態勢；90 年代中期開始基本上呈現增高的趨勢，高溫天數沒有明顯波動，極端高溫年際變化明顯，最近幾年顯現出降低的趨勢。1961 年以來，果實膨大期極端高溫最高值為42.8 ℃，出現在1966 年；其次是42.1 ℃，出現在2005 年。極端高溫≥40 ℃的有19 年，其中有9 年發生在近20 年；極端高溫≥41 ℃的有7 年，其中有5 年出現在近20 年。進入21 世紀以來，不僅高溫熱害天數明顯增多，極端高溫也呈現多發態勢，果實膨大期高溫熱害趨勢加重。

圖2 1961—2021 年晉南地區蘋果果實膨大期高溫的變化

2.4 果實膨大期干旱

蘋果果實膨大期主要有2 個階段降水分布對果實品質和產量影響較大：7—8 月果實快速膨大期出現干旱，影響果實膨大和產量。另外，如果后期降水多，則容易引起果面水裂紋[20]。9 月下旬至10 月上旬第3 次果實膨大期出現干旱，影響蘋果著色和產量。

從整個果實膨大期（圖3-a、c）降水來看，降水量變化趨勢不明顯，連續無降水天數則呈顯著增多趨勢。連續無降水天數超過40 d 的11 年里，除了1997 年以外，其余年份均出現在2005 年以后，2005—2018 年是干旱最嚴重的時期。Mann-Kendall檢驗（圖3-d）表明，連續無降水天數于1995 年出現突變，之后增多趨勢顯著，這與馬柱國等[21]、劉莉紅等[22]提出的“我國北方在20 世紀90 年代以后干旱加重”的結論吻合。第2 次果實膨大期降水呈弱減少趨勢（圖3-e），1990—1993 年發生突變，但減少趨勢不顯著；年代際變化特征為：20 世紀60—70 年代初降水少，干旱較嚴重；70 年代后期至80 年代后期降水較充沛，干旱較輕；90 年代以來大部分年份降水少，干旱較嚴重。第3 次果實膨大期降水為弱增多趨勢（圖3-g），1975—1976 年發生突變，降水由多轉少；20 世紀80 年代后期至21 世紀初降水明顯偏少，之后的十幾年降水波動較大。21 世紀以來，雖然連續無降水天數表現出干旱化趨勢，但降水量偏多的情形卻較多發生，尤其是果實成熟膨大期，降水最多的3 年均出現在最近20年，說明在干旱的背景下極端強降水反而會多發。

圖3 1961—2021 年晉南地區蘋果果實膨大期降水量的變化

2.5 果實著色成熟期連陰雨

蘋果果實著色成熟期的9 月中旬至10 月中旬出現連陰雨，容易引起果面裂紋[20]，并影響糖分積累和果實著色。1961—2021 年，成熟期雨日及連陰雨次數變化趨勢不明顯，日照時數呈弱減少趨勢（圖4）。年代際變化特征：20 世紀60 年代和70年代初成熟期雨日較多，80 年代后期至90 年代后期雨日較少，21 世紀以來大部分年份雨日偏多；連陰雨次數較少的時期為20 世紀80 年代中期至90年代后期，以及2006—2017 年，連陰雨較多的階段為20 世紀70 年代末至80 年代前期，以及最近的5 年；日照時數20 世紀80 年代后期至90 年代后期多數年份偏多，90 年代末至今的20 余年偏少。成熟期雨日平均為12 d，最少為5 d，出現在2003年，最多為23 d，出現在2021 年；連陰雨頻次最多年份為1983 年、1992 年和2021 年，各出現3 次連陰雨，近60 年有19 年無連陰雨，2010—2016 年的7 年里有5 年無連陰雨，但2017 年之后的最近幾年連陰雨似有增多趨勢，值得后期關注；日照時數極端多的年份出現在20 世紀70 年代和90 年代，分別為1977 年、1978 年和1997 年；極端少的年份為2017 年、2020 年和2021 年，均出現在最近5 年。

圖4 1961—2021 年晉南地區蘋果果實著色成熟期降水和日照的變化

因此，無論是雨日還是連陰雨頻次近年來均呈增多趨勢，日照時數明顯減少，近20 余年蘋果成熟期陰雨寡照頻次高、極端性強，連陰雨災害趨勢加重。

2.6 冰雹

晉南地區蘋果主產區位于冰雹多發地帶，每年都會遭受不同程度的冰雹災害。從蘋果發育期5—9月冰雹頻次來看（圖5），近60 年冰雹呈弱減少趨勢，氣候傾向率為-0.16 站次/10 年。冰雹頻次沒有發生突變，但年代際變化較明顯，1961—1993 年冰雹偏多，尤其是20 世紀80 年代最多；1994 年開始冰雹明顯減少，1994—2021 年的28 年里有15 年無冰雹出現。冰雹發生最多的是1973 年的4 站次和1984 年的5 站次，蘋果遭遇嚴重冰雹侵襲。21 世紀以來，冰雹災害最嚴重的是2020 年，有3 次冰雹發生，其次是2001 年、2013 年和2016 年，分別有2 次冰雹出現。1993 年以前幾乎每年都有冰雹，之后的將近30 年里有多半年份沒有冰雹，蘋果冰雹災害趨勢明顯減輕。

圖5 1961—2021 年晉南地區5—9 月冰雹站次的變化

3 討論

一般而言，處于蘋果適宜區的晉南冬季氣候對果樹影響不大，但2020/2021 年冬季強寒潮造成晉南部分地區果樹根系凍傷，無疑給人們敲響警鐘。氣候變暖導致極端事件增多，暖冬不排除階段性強降溫造成影響；關于蘋果花期高溫災害的研究比較少見，本文研究揭示早春花期熱害正在成為常態；秋季強連陰雨對農業的影響或在加大。剛剛發布的IPCC6《氣候變化2022：影響、適應和脆弱性》[1]闡述了當前和未來氣候變化影響和風險、適應措施等，指出未來氣候風險將進一步加大。針對晉南氣象災害極端事件的多發趨勢，為適應加大的氣象災害風險，應因地制宜采取措施，比如種植結構調整，以及加強災害防御技術研發，最大程度地降低氣象災害帶來的不利影響。

4 結論

近年來隨著氣候變暖，各地極端災害性天氣多發，給各行各業造成了嚴重影響，因此，關于極端性、災害性天氣的研究已成為熱點。本文針對晉南果區主要氣象災害，分析其變化趨勢、突變以及年代際變化特征，重點關注了20 世紀以來的災害趨勢，主要結論如下。

（1）氣候變暖背景下，晉南蘋果花期凍害趨勢變輕，極端最低氣溫在1996 年出現突變，呈顯著上升趨勢。近年來晉南經常遭遇蘋果花期高溫災害，最近20 年花期高溫顯著增多。果實膨大期高溫熱害呈加重趨勢，20 世紀以來，不僅高溫熱害日數明顯增多，極端高溫也呈現多發態勢。

（2）蘋果膨大期干旱趨勢加重，2005—2018年是干旱最嚴重時期，連續無降水日數于1995 年出現突變，呈現顯著增多趨勢。21 世紀以來，雖然連續無降水日數表現出干旱化趨勢，但降水異常偏多的情形卻經常發生，表明在干旱的氣候背景下極端強降水多發、重發。

（3）蘋果成熟期連陰雨變化表明，雨日呈增多趨勢、日照時數為明顯減少趨勢，蘋果成熟期連陰雨災害趨勢加重。近60 年晉南冰雹災害發生呈減輕趨勢，1994 年開始冰雹明顯減少，與梁軼等[11]關于“陜西蘋果冰雹1990 年代以來有所減少”的研究結論相似。