21世紀(jì)以來西藏日喀則蘋果花期終霜凍變化特征

摘 要：【目的】研究蘋果花期霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)，為有效防御霜凍災(zāi)害對(duì)當(dāng)?shù)靥O果生產(chǎn)的影響提供科技支撐。【方法】以日最低氣溫為霜凍指標(biāo)，采用線性傾向估計(jì)、Mann-Kendall檢驗(yàn)和R/S分析等方法，分析2002年—2023年日喀則蘋果花期終霜凍變化特征和氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。【結(jié)果】日喀則蘋果花期呈推遲趨勢，平均每10年推遲1.58～6.69 d，以盛花期最明顯；開花期偏晚的突變發(fā)生在21世紀(jì)前10年中后期，且未來花期持續(xù)推遲的可能性高。蘋果花期各等級(jí)終霜凍發(fā)生頻率為54.5%～95.5%，花期終霜凍的氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)4.41，明顯高于我國北方蘋果主產(chǎn)區(qū)。【結(jié)論】全球氣候變暖背景下，日喀則終霜凍日期提早，蘋果花期推遲，花期終霜凍的氣候風(fēng)險(xiǎn)將降低。

關(guān)鍵詞：蘋果；花期；終霜凍；變化趨勢

文章編號(hào)：2096-8108（2025）01-0054-07 中圖分類號(hào)：S661.1；S425 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Cultivar Characteristics of Last Frost during Apple’s Flowering Period in Xigaze， Xizang from 2002 to 2023

TENTIN Woeser¹，DU Jun^2*，XU Wei³，Pasang²

（1.Lhaze County Meteorological Beatun of Xizang Autonomous Region， Lhaze Xizang 858100， China;

2.Xizang Institute of Plateau Atmospheric and Environmental Science Research/Plateau Atmospheric and Environment Open laboratory of Xizang， Lhasa Xizang 850001， China;

3.Xigaze National Climate Observatory， Xigaze Xizang 857000， China）

Abstract：【Objective】The study of frost climate risk in apple’s flowering period provides scientific and technological support for effectively preventing the impact of frost disaster on local apple production.【Methods】Taking the daily minimum temperature as the frost index， the linear tendency estimation， Mann-Kendall test and R/S analysis were used to analyze the cultivar characteristics and climate risk index of the final frost of apple flowering period in Xigaze from 2002 to 2023. 【Results】The flowering period of apple in Xizage showed a delay trend， with a rate of 1.58-6.69d per decade， which was most obvious at the full bloom date. The mutation of later flowering period occurred in the middle and late of the 2000s， and the possibility of continuous delay of flowering period in the future was higher. The frequency of each grade of last frost during the apple flowering period was 54.5% to 95.5%， and the climate risk index of final frost during the flowering period reached 4.41， which was significantly higher than that of the main apple producing areas in the north of China.【Conclusion】Under the background of global warming， the date of the final frost in Xizage was advanced， the apple’s flowering period delayed， and the climate risk of the final frost in flowering period would be reduced.

Keywords：apple; flowering period; final frost; change trends

花期霜凍是全球蘋果生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，影響蘋果的種植分布及其產(chǎn)量、品質(zhì)^［1-5］。隨著全球氣候變暖，蘋果種植界限北移，蘋果普遍提早開花^［6-8］，增加了遭遇霜凍的不確定^［9］。因此，評(píng)估氣候變暖背景下蘋果花期霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)科學(xué)應(yīng)對(duì)氣候變化、合理調(diào)整蘋果生產(chǎn)具有十分重要意義。目前，國內(nèi)在蘋果花期凍害風(fēng)險(xiǎn)方面開展了大量研究^［10-14］，如屈振江等^［10］利用最大熵模型評(píng)估了全國蘋果主產(chǎn)區(qū)花期凍害的風(fēng)險(xiǎn)。王明昌等^［11］基于日平均氣溫采用熱時(shí)模型重構(gòu)了陜西禮泉和旬邑兩地蘋果開花始期，研究指出兩地蘋果花期凍害風(fēng)險(xiǎn)呈上升趨勢。邱美娟等^［12］構(gòu)建中國北方蘋果主產(chǎn)地蘋果始花期模型，分析不同產(chǎn)區(qū)蘋果花期晚霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)。楊小利等^［12］利用危險(xiǎn)性、易損性、敏感性和防災(zāi)減災(zāi)能力等12個(gè)指標(biāo)，建立了蘋果氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，采用折衷方法計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重，評(píng)估了蘋果氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)。邱星霖等^［14］利用泰勒?qǐng)D選取對(duì)蘋果花期最低氣溫?cái)M合能力最優(yōu)模式，預(yù)估氣候變化下中國北方蘋果霜凍災(zāi)害及減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

蘋果是西藏的大宗水果，在海拔4 000 m左右的江孜、謝通門都有種植，而在海拔2 500～3 200 m的加查、朗縣、米林、林芝、波密等地蘋果表現(xiàn)產(chǎn)量高、品質(zhì)好，含糖量達(dá)14%左右，比中國平原地區(qū)高3%～5%^［15］。日喀則市桑珠孜區(qū)為高原溫帶半干旱次適宜蘋果栽培區(qū)^［16］，在該區(qū)蘋果生產(chǎn)中，主要?dú)庀鬄?zāi)害有干旱、花期霜凍、冰雹等，其中花期霜凍的影響最大，因此掌握當(dāng)?shù)靥O果花期變化和終霜凍發(fā)生規(guī)律尤為重要。因西藏蘋果物候觀測較晚，從2001年開始，有關(guān)西藏花期終霜凍風(fēng)險(xiǎn)的研究鮮見報(bào)道，為此，基于1991年—2023年日喀則氣象站逐日最低氣溫觀測資料和2002年—2023年蘋果花期觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合終霜凍氣象指標(biāo)、蘋果花期變化特征和終霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)，以期為當(dāng)?shù)赜行Х烙O果花期霜凍災(zāi)害提供科技支撐。

1 資料與方法

1.1 資料來源

1991年—2023年日喀則氣象站（29.15°N，88.52°E，海拔3 836 m）逐日最低氣溫由資料西藏自治區(qū)氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心提供，資料均通過質(zhì)量控制。2002年—2023年蘋果花期物候觀測數(shù)據(jù)來源于西藏自治區(qū)日喀則農(nóng)業(yè)氣象觀測站，觀測依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)按照中國氣象局《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》^［17］。

1.2 終霜凍指標(biāo)

蘋果花期終霜凍指標(biāo)見表1。其中，T_min為日最低氣溫。

1.3 研究方法

1.3.1 終霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

終霜凍發(fā)生頻率

P=f_n /n×100%（1）

式（1）中，P為終霜凍發(fā)生頻率（%），f_n為發(fā)生終霜凍年數(shù)，n為統(tǒng)計(jì)年數(shù)。

式（2）（3）中，n為統(tǒng)計(jì)年數(shù)，X-為平均值。

終霜凍日數(shù)指數(shù)^［10］：是指蘋果花期內(nèi)分別發(fā)生輕、中、重度終霜凍的日數(shù)，并對(duì)其求取多年平均值。

本研究采用邱美娟等^［10］建立的終霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型，即：

式（4）中，F(xiàn)_r為終霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；P_i為第i組終霜凍出現(xiàn)的頻率（%）；H_i為終霜凍強(qiáng)度。

1.3.2 線性傾向估計(jì)

線性傾向估計(jì)^［18］采用公式（5）進(jìn)行計(jì)算：

Y=a₀+a₁t（5）

式（5）中：Y為氣候要素（花期、終霜凍日期）；t為時(shí)間；a₀為回歸常數(shù)；a₁為回歸系數(shù)，把a(bǔ)₁×10稱為氣候要素每10年的變化趨勢，其顯著性可通過t與Y之間的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（Plt;0.10，Plt;0.05和Plt;0.01）。

1.3.3 Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

Mann-Kendall檢驗(yàn)法（簡稱M-K法）是世界氣象組織（WMO）推薦并廣泛應(yīng)用于氣候要素分析的非參數(shù)檢驗(yàn)方法^［19］，具有運(yùn)算簡便、對(duì)樣本分布情況沒有限制等特點(diǎn)，使用M-K法^［18］分析日喀則蘋果花期及終霜凍的突變氣候特征。

1.3.4 R/S分析法

R/S分析法是Hurst在總結(jié)尼羅河多年水文觀測資料時(shí)提出的一種分析方法，后來經(jīng)Mandelbrot與Wallis進(jìn)一步補(bǔ)充和完善并將其發(fā)展成為研究時(shí)間序列的分形理論^［20］。R/S分析法可通過計(jì)算獲取Hurst指數(shù)來判斷時(shí)間序列變化趨勢的持續(xù)性。對(duì)于不同的Hurst指數(shù)H（0lt;Hlt;1），存在3種情況，具體分級(jí)^［21］見表2。由表2可知，1）當(dāng)0lt;Hlt;0.5時(shí)，表征未來花期、終霜凍變化趨勢與過去相反，越接近0，反持續(xù)性越強(qiáng)；2）當(dāng)H=0.5時(shí)，表征未來花期、終霜凍變化趨勢與過去完全獨(dú)立，無相關(guān)性；3）當(dāng)0.5lt;Hlt;1.0時(shí)，表征未來的趨勢與過去一致，即花期、終霜凍等具有持續(xù)性，H越接近1，持續(xù)性越強(qiáng)。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理與繪圖

采用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，利用Tang等^［22］研發(fā)的DPS系統(tǒng)中M-K檢驗(yàn)、R/S分析方法進(jìn)行分析。氣候要素的折線圖采用Excel軟件制作。終霜凍多年平均值為1991年—2020年的平均值，開花期多年平均值為2002年—2023年的平均值。

2 結(jié)果分析

2.1 蘋果花期氣候特征

2.1.1 平均態(tài)特征

由表3可見，2002年—2023年日喀則蘋果始花期平均日期為4月26日，最早出現(xiàn)在2004年3月31日，最晚可推遲至2015年5月8日，最早與最晚相差38 d；盛花期出現(xiàn)在4月5日—5月18日，早晚相差43 d，平均日期為5月3日；末花期最早可提前到4月19日（2004年），最晚推遲于6月12日（2013年），平均日期為5月19日。蘋果花期的絕對(duì)變率為6.14～7.86，變異系數(shù)為8.16～11.10。其中，末花期的絕對(duì)變率和變異系數(shù)最大。

2.1.2 變化趨勢

如圖1所示，近22 年（2002年—2023年）日喀則蘋果花期均呈推遲趨勢，平均每10年推遲1.58～6.96 d，以盛花期推遲的最多（Plt;0.05），其次是始花期，為5.27 d/10年（Plt;0.10），末花期推遲的最少。

2.1.3 持續(xù)性分析

采用R/S分析方法，計(jì)算日喀則花期、終霜凍的H指數(shù)，結(jié)果見表4。由表4可知，蘋果花期的H 指數(shù)均高于0.71，持續(xù)強(qiáng)度在較強(qiáng)以上，其中盛花期達(dá)到很強(qiáng)。說明日喀則蘋果花期推遲趨勢具有較強(qiáng)的持續(xù)性，且未來持續(xù)推遲的可能性高。

2.1.4 氣候突變

采用M-K方法檢驗(yàn)顯示（見圖2），近22 年日喀則蘋果始花期、盛花期和末花期均發(fā)生了氣候突變，突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在2005年、2009年和2005年，從一個(gè)相對(duì)偏早期躍變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)偏晚期。突變后與突變前比較，日喀則蘋果始花期、盛花期和末花期分別推遲16.0 d、9.50 d和17.0 d，以末花期最為明顯。

2.2 霜凍氣候特征

2.2.1 平均態(tài)特征

表5給出了日喀則不同等級(jí)終霜凍日期的統(tǒng)計(jì)值，由表5可知：1）輕度終霜凍平均終日為5月22日，最早結(jié)束出現(xiàn)在5月5日（2022年），較平均值偏早18 d；最晚推遲至6月12日結(jié)束（1993年），較平均值偏晚20 d。2）中度終霜凍平均日期為5月8日，最早結(jié)束可提前到4月11日（2008年），較平均值偏早28 d；最晚推遲至5月28日結(jié)束（2020年），較平均值偏晚19 d。3）重度終霜凍平均日期為4月27日，最早結(jié)束于4月2日（2008年），較平均值偏早28 d；最晚出現(xiàn)在5月16日結(jié)束（2020年），較平均值偏晚19 d。4）日喀則不同等級(jí)終霜凍的絕對(duì)變率為7.73～8.85，變異系數(shù)為9.70～11.04，以中度終霜凍日期的絕對(duì)變率和變異系數(shù)最大。

2.2.2 變化趨勢

從近33年（1991年—2023年）日喀則不同等級(jí)終霜凍日期的變化趨勢來看（見圖3），輕度、中度終霜凍日期趨于提早，平均每10 年分別提早1.81 d、3.21 d（Pgt;0.05），以中度終霜凍日期提早的最多。重霜凍日期線性趨勢不明顯，但曲線趨勢較為明顯，呈“推遲-提早-推遲”變化，其中1991年—2000年為推遲態(tài)勢（0.91 d/年，2001年—2013年趨于提早（-0.97 d/年），之后至2023年表現(xiàn)為推遲趨勢（2.25 d/年），近10年重霜凍日期的推遲速率明顯大于20世紀(jì)90年代的。

2.2.3 持續(xù)性分析

從圖3可知，近33 年日喀則不同等級(jí)終霜凍日期的H指數(shù)均大于0.50，表明日喀則晚霜凍日期趨于提早具有持續(xù)性，但輕霜凍、重霜凍日期的持續(xù)強(qiáng)度很弱或較弱；不過，中終霜凍日期的持續(xù)強(qiáng)度達(dá)到了較強(qiáng)等級(jí)，未來持續(xù)提早的可能性較高。

2.2.4 氣候突變

如圖4所示，近33年日喀則輕終霜凍日期發(fā)生突變時(shí)間較晚，為2014年。中終霜凍日期發(fā)生突變最早，在1993年從一個(gè)相對(duì)偏晚期躍變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)偏早期，突變后與突變前比較，終霜凍日提早18.7 d。重終霜凍日期有1個(gè)較為明顯的突變點(diǎn)，出現(xiàn)在2010年，由偏晚躍變?yōu)槠纭?/p>

2.3 蘋果花期終霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)分析

2.3.1 蘋果花期終霜凍頻率

統(tǒng)計(jì)日喀則蘋果花期不同級(jí)別終霜凍發(fā)生頻率，結(jié)果見表6，由表6可知，近22 年蘋果花期輕霜凍發(fā)生頻率為95.5%，平均每年一遇；中霜凍發(fā)生頻率為77.3%，平均約1.3 年一遇；重霜凍發(fā)生頻率為54.5%，平均約1.8年一遇。

2.3.2 蘋果花期終霜凍日數(shù)指數(shù)

從日喀則蘋果花期各等級(jí)霜凍日數(shù)指數(shù)來看（見表6），輕霜凍日數(shù)指數(shù)最大，為4.1 d，其中2002年和2009年最多，達(dá)10 d；其次是中霜凍日數(shù)指數(shù)，為1.8 d，其中2003年和2023年均出現(xiàn)了4 d；重霜凍日數(shù)指數(shù)為1.1 d，以2004年最多，為7 d。從變化趨勢來看，各等級(jí)霜凍日數(shù)指數(shù)表現(xiàn)為減少趨勢，減幅為-1.58 d/10年（Plt;0.10）、-0.47 d d/10年（Pgt;0.10）和-1.07 d d/10年（Plt;0.05），以輕霜凍日數(shù)減幅最大。

2.3.3 蘋果花期終霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

由表6可知，日喀則蘋果花期終霜凍氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為4.41，與國內(nèi)其他蘋果種植區(qū)^［10］比較，日喀則終霜凍的氣候風(fēng)險(xiǎn)程度明顯高于中國北方蘋果主產(chǎn)區(qū)。

3 討論與結(jié)論

1）日喀則蘋果始花期、盛花期和末花期平均日期分別為4月26日、5月3日和5月19日，以末花期的絕對(duì)變率和變異系數(shù)最大。近22 年蘋果花期均趨于推遲，推遲率為1.58～6.96 d/年，以盛花期推遲的最多；未來蘋果花期持續(xù)推遲的可能性高；花期由偏早躍變?yōu)槠淼耐蛔凕c(diǎn)發(fā)生在21世紀(jì)前10年中后期。

2）日喀則輕、中和重終霜凍平均終日分別出現(xiàn)在5月22日、5月8日和4月27日，以中度終霜凍日期的絕對(duì)變率和變異系數(shù)最大。近33年日喀則輕、中度終霜凍日期呈提早趨勢，重霜凍日期呈“推遲-提早-推遲”變化；未來各等級(jí)終霜凍日期仍保持提早趨勢；輕、中和重度終霜凍日期的突變時(shí)間分別為2014年、1993年和2010年。

3）日喀則蘋果花期呈推遲趨勢，這與中國北方蘋果主產(chǎn)區(qū)蘋果始花期顯著提前趨勢^［10］的結(jié)論截然不同，這是因?yàn)槿湛t冬季氣溫升高顯著^［23］，不能滿足蘋果休眠所需的冷需求量^［24-26］，開春后蘋果萌芽到開花期仍需要一定數(shù)量的0～7.2 ℃積累低溫^［24］，因而造成花期普遍推遲。

4）日喀則蘋果花期發(fā)生輕、中、重度終霜凍的頻率分別為95.5%、77.3%和54.5%；蘋果花期終霜凍的氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為4.41，明顯高于中國北方蘋果主產(chǎn)區(qū)。但從日喀則蘋果生產(chǎn)中來看，花期遭遇霜凍危害的災(zāi)情并不多^［27-28］，這可能當(dāng)?shù)仄贩N花期抵抗低溫能力較強(qiáng)有關(guān)；另外，本研究選取的霜凍氣象指標(biāo)^［29-30］在日喀則不適宜，今后需結(jié)合當(dāng)?shù)靥O果品種，研究適合當(dāng)?shù)靥O果花期霜凍的評(píng)價(jià)指標(biāo)。總體來看，在全球氣候變暖背景下，日喀則終霜凍日期提早，蘋果花期推遲，且這種情景的持續(xù)性強(qiáng)，花期終霜凍的氣候風(fēng)險(xiǎn)將降低，有利于當(dāng)?shù)靥O果生產(chǎn)。

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