印江縣霜凍變化特征分析及農業氣象服務建議

符 晴，韓 璐，任 可，呂春艷，謝仁波

（1.印江縣氣象局，貴州印江 555200；2.貴州電網有限責任公司銅仁供電局，貴州銅仁 554300；3.銅仁市氣象局，貴州銅仁 554300）

在全球變暖的大背景下，極端短時強降水、高溫干旱、冰川融化等災害性天氣嚴重威脅著人類的生產生活、生命財產及經濟效益等。且氣候變化對農業領域的影響巨大，尤其是霜凍災害對農作物的生產和產量都有著較大的危害。國內外的學者們在霜凍方面開展了大量的研究，并取得較好的結果。秦俊靈等利用滄州市近50 年的氣象資料發現霜凍日變化趨勢為整體逐漸減少，以及初霜日推遲而終霜日提前結束[1]。吳偉光等通過研究張家口市高寒區4 個氣象觀測站的霜凍資料，發現無霜日整體呈增長趨勢，初霜日逐漸推遲，終霜日結束時間呈提前趨勢[2]。馮淑霞等分析了東北地區不同類型的霜凍、霜形成的物理機制以及對農業的影響[3]。關于霜凍的研究主要集中在北方地區，而南方地區的研究較少。

目前，關于南方地區的霜凍研究主要從氣候變化特征、發生的物理機制和對農業生產的影響、模型模擬等方面展開。吳瑕等基于浙江省日最低氣溫和地形數據，構建了本地化氣溫模型，該模型可以較好地模擬浙江省霜凍期的月平均最低氣溫[4]。姚浪等利用畢節市近30 年的氣象數據發現霜凍日數逐漸減少，在空間上呈西多東少趨勢，終霜凍日呈提前結束趨勢[5]。陳海濤等利用六盤水市1961—2010 年氣象資料，發現六盤水市的霜凍日數逐漸增長，初霜凍日趨于延遲出現而終霜凍日提前結束[6]。張麗等利用蕪湖市1960—2011 年的氣象資料分析了霜凍的變化規律、霜凍引起的農業方面的災害，以及提供相關的防御指南[7]。

在南方山地地區，受地形影響同一地區不同區域的氣候差異較大，尤其是南方山區易出現“霜打平地”現象。貴州省印江縣地處湘鄂川黔四省交界的武陵山區，該縣大力發展優質蔬菜、草本中藥材和水稻等主要經濟作物種植[8-9]。蔬菜、草本中藥材等與霜凍聯系緊密，無霜期、初霜凍日、終霜凍日等涉霜天氣是開展農事前必須征集的氣候資料之一[10-11]。但印江縣缺乏本地霜凍天氣的氣候特征指標，因此，本文利用1960—2020 年印江縣國家氣象觀測站日最低氣溫、日最低地面溫度、日照時間、降水等氣象資料，分析了霜凍日的年際變化、月變化及無霜期和初霜凍日、終霜凍日的變化特征，討論了霜凍期間的氣候特征（日最低溫度、日最低地面溫度、降水和日照變化特征），闡述了霜凍對農業的影響及農業氣象服務建議。本研究能為該縣霜凍天氣的氣候特征指標、作物栽培提供更精準的科學依據，為農業生產、農牧活動和糧食安全提供一定科學參考，有利于提升霜凍的短臨預報預警能力。

1 材料與方法

1.1 材料

本文利用印江縣國家氣象觀測站的逐日日最低氣溫、日最低地面溫度、日照時間、降水、風速等氣象資料，時間為1960—2020 年。

1.2 方法

霜凍日指的是日最低地面溫度≤0 ℃。初霜凍日為冬季（10—12 月）首次日最低地面溫度≤0 ℃的第1 天，終霜凍日為次年春季（1—3 月）最后一次日最低地面溫度≤0 ℃的最后1 天。

本研究采用一元線性回歸分析法來分析霜凍日數、無霜期、初霜凍日和終霜凍日的年際變化情況。在線性回歸分析中，不同年份（1960—2020 年）為自變量，每年的霜凍日數、無霜期、初霜凍日和終霜凍日為因變量，二者的關系用一條直線近似表示。

2 結果與分析

2.1 霜凍日數的年際變化

經統計可知，印江縣霜凍期為每年11 月至次年3 月，1960—2020 年以來，共出現1 048 d 霜凍日，年平均霜凍日數為17.2 d。1963 年是歷年霜凍日數最多的年份，霜凍日數為38 d；2019 年霜凍日僅為3 d，為歷年最低。為了進一步了解霜凍日數的年際變化，對逐年的霜凍日數進行線性擬合，如圖1 所示，霜凍日的回歸系數為-0.23 d·a-1，該結果表明，霜凍日數整體呈下降趨勢，約每10 a 減少2.3 d，印江縣1960—2020 年霜凍日減少了14.03 d。

圖1 印江縣1960—2020 年霜凍日變化情況

2.2 霜凍日數的月變化

經統計可知，印江縣的霜凍每年出現在11 月至次年3 月，主要出現在12 月至次年2 月，其中1 月為出現霜凍日最多的月份，共出現467 d，年平均霜凍日數為7.8 d，12 月和2 月次之，共出現534 d，年平均霜凍日數分別為5.4 d 和5.3 d，這3 個月的霜凍日占比為96%；1960—2020 年間，僅有14 次在11 月出現霜凍日，占比1%。該結果表明，印江縣每年12 月至次年2 月出現霜凍天氣的概率較大，而11 月和3 月出現霜凍的概率較小。

2.3 無霜期的變化情況

經統計可知，印江縣的無霜期出現在每年的4—10 月，1960—2020 年的無霜期介于327～362 d，年平均無霜期348 d，標準差為±8 d。對逐年無霜凍日數進行線性擬合來一步分析其年際變化。如圖2 所示，無霜期整體呈上升趨勢，即近60 年來印江縣無霜期在逐漸延長。2000 年以后，無霜期基本上未出現較大的波動，穩定在345～362 d。

圖2 印江縣1960—2020 年無霜期變化情況

2.4 初、終霜凍日的年際變化

初霜凍日出現日期最早的是1992 年11 月10 日，日最低地面溫度為0 ℃，日最低溫度為1.4 ℃。平均初霜凍日為12 月9 日，標準差為±11 d。經統計可知，初霜凍日主要出現在12 月，占比為83%。初霜凍日在11 月出現的較少，僅出現9 次，分別為1962 年、1973 年、1975 年、1976 年、1978 年、1979 年、1992 年、1993 年和2011 年，占總數的17%，僅1962 年（11 月10 日）、1992 年（11 月15 日）出現在上旬，其余出現在下旬。最晚的終霜凍日出現在1963 年的3 月17 日，日最低地面0 cm 溫度為0 ℃，日最低溫度為2.1 ℃。平均終霜凍日為2 月18 日，標準差為±15 d，終霜凍日主要出現在2 月，占比51%。終霜凍日在1 月出現的比較少，60 年來僅出現了9 次，分別為1973 年、1987 年、1997 年、1999 年、2007 年、2009 年、2013 年、2019 年和2020 年，占比為15%，僅1973 年在上旬（1 月3 日）出現，其余皆出現在下旬。對初霜凍日和終霜凍日做線性擬合，如圖3 和圖4 所示，初霜凍日和終霜凍日回歸系數分別為0.14 d·a-1、-0.33 d·a-1，初霜凍日整體呈現推遲而終霜凍日呈提前結束趨勢，該結論與吳偉光等的研究結果一致[2]。

圖3 印江縣1960—2020 年初霜凍日變化情況

為了進一步探究霜凍日的氣候特征，接下來將分析霜凍期的日最低氣溫、日最低地面溫度、日照時間和降水變化情況。

2.5 霜凍期間日最低氣溫、日最低地面溫度、日照、降水的變化特征

經統計霜凍期間日最低氣溫的區間為[-9.0 ℃，7.3 ℃]，日最低地面溫度介于-9.2～0.0 ℃，平均日最低氣溫為-0.5 ℃，平均日最低地面溫度為-1.6 ℃。平均日照時間5.3 h，超過84.8%的霜凍日都有日照，其中78.2%的霜凍日有超過2 h 的日照。99.3%的霜凍日白天都沒有降水，霜凍日白天的最大降水僅為0.3 mm。上述結果為判斷霜凍日出現的短時臨近預報提供了一定參考。

為進一步討論霜凍形成的物理機制，對霜凍前期的日照時間、降水量和風速等氣象資料進行統計分析。從霜凍前期天氣來看，除了滿足晴朗無風的氣象條件外，雪（雨）后轉晴出霜的可能性也較大。

2.6 霜凍對農業生產的影響及農業氣象服務建議

初霜凍日的提前出現及終霜凍日的延期結束對作物生長和農業生產影響巨大。印江縣總體呈初霜凍日推遲而終霜凍日提前結束、無霜期延長、霜凍日減少的趨勢，該結果表明霜凍的危害逐漸減弱，農作物的生長季將延長，可為當地農業生產提供更多的熱量。印江縣受凍害影響的主要糧食作物為玉米、小麥和油菜等，本研究可為印江縣確定主要糧食作物秋播、春播時間提供參考，另外當地農民可根據重大農事活動節點的天氣預報開展農業生產，也可根據印江縣霜凍的發生規律調整作物的播種期，同時培育一批抗寒性強、播期短的農作物品種，避免因天氣造成農業經濟損失。在霜凍期（11 月到至次年3 月），根據印江縣氣象局發布的天氣預報，可采取以下方法來預防霜凍對作物造成的影響：1）在霜凍來臨前可給農作物覆蓋塑料薄膜，減少土壤熱量的流失；2）霜凍前期天氣通常晴朗無風，可在霜凍來臨前為作物澆水灌溉，以此增加土壤熱容、減緩土壤溫度下降。而作物受到霜凍后易發生病蟲害，應該加強病蟲害的防御，最大限度地減輕病蟲對作物生產、產量和品質的影響。

3 結論與討論

通過對印江縣1960—2020 年霜凍變化特征分析和初步討論霜凍的物理機制，得出以下結論。1）每年11 月至次年3 月是印江縣的霜凍期，其中1 月出現霜凍現象的概率最大。2）隨著時間的增長，霜凍日整體呈減少趨勢，初霜凍日總體推遲出現而終霜凍日呈提前結束趨勢。3）印江縣的無霜期整體呈增長趨勢。4）霜凍期間的天氣現象通常都有日照而無降水發生。本研究有利于提升霜凍的預報預警能力，為作物栽培提供更精準的科學依據。但本次僅基于印江縣國家氣象觀測站單點展開分析，無法代表整個印江縣的情況，未來將由點到面進一步開展相關研究，分析整個印江縣的霜凍變化特征，并深入探討霜凍形成的物理機制。