1961—2015年焉耆盆地霜冻气候分析

隆永兰，刘濛濛，张山清，夏玉莲

（1.巴音郭楞蒙古自治州气象局，新疆 库尔勒 841000；2.新疆农业气象台，新疆 乌鲁木齐 830002；3.蔡家湖气象站，新疆 昌吉 831304）

1961—2015年焉耆盆地霜冻气候分析

隆永兰1，刘濛濛1，张山清2，夏玉莲3

（1.巴音郭楞蒙古自治州气象局，新疆 库尔勒 841000；2.新疆农业气象台，新疆 乌鲁木齐 830002；3.蔡家湖气象站，新疆 昌吉 831304）

利用焉耆盆地1961—2015年的初、终霜冻日、无霜冻期资料，采用线性倾向估计法、多项式趋势、M-K检测等统计方法，分析焉耆盆地近55 a来霜冻气候变化特征。结果表明：（1）近55 a焉耆盆地平均初、终霜冻日分别为10月7日和4月8日，平均无霜期181 d。终霜冻年际差异比较明显且不稳定；（2）焉耆盆地平均初、终霜冻整体均呈显著推迟趋势，推迟速率分别为2.1 d/10 a和3.75 d/10 a，各地推迟趋势有差异；无霜期呈不显著缩短趋势，速率为1.68 d/ 10 a；终霜冻和无霜期具有明显的年代际特征。终霜冻对无霜期的影响较大。（3）初、终霜冻及无霜期分别于1986年、1983年、1969年发生了气候突变，初、终霜冻均表现为由提早转为明显推迟，无霜期表现为由延长转为缩短。（4）焉耆盆地特早、偏早初霜冻发生频率分别为4%和13%，多发生在20世纪70年代到90年代；特晚、偏晚终霜冻发生频率分别为7%和9%，多发生在20世纪80年代和90年代。（5）终霜日推后，无霜期缩短，是今后焉耆盆地农业生产结构优化应关注的重点。

焉耆盆地；霜冻；气候特征

霜冻是暖季节里，土壤表面的温度下降到植物组织0℃以下的低温而使体内组织冻结产生的短时间低温冻害[1]。它与最低气温有着密切的关系[2]，在全球变暖背景下，仍受到低温冷害的侵袭，终霜冻结束得晚往往使春季早播的喜温作物受冻害，初霜冻出现早容易造成作物产量减少和品质下降。霜冻产生的冻害影响在不同地区有所不同，因此霜冻变化及影响历来是农业和气象科技工作者的研究重点[3-10]。近年来许多新疆学者对南北疆不同地域的霜冻特征进行了研究[10-15]，得出的结论均表现为终霜提前、初霜推后、无霜期延长的趋势。

焉耆盆地为南天山山脉中的一个山间盆地，三面环山，一面临湖，地形独特，在气候方面有着明显的地域性特点，具有南北疆气候过渡特征，热量充足，日照时间长，温差较大。焉耆盆地包括焉耆、和静、和硕、博湖4县及新疆生产建设兵团第二师8个农业团场，境内设有焉耆国家基准气象站、和静及和硕一般气象站。目前还未有人对焉耆盆地霜冻气候变化进行过详细研究。本文运用焉耆盆地近55 a来霜冻资料，探讨霜冻变化规律及其对农业生产的影响，这对于全面认识焉耆盆地气候变化，合理利用气候资源具有一定意义，也为当地农业产业结构调整及采取趋利避害措施提供理论依据。

1 资料来源与方法

1.1 资料来源

焉耆盆地3个气象站1961-2015年的逐日最低气温、逐年初终霜冻日、无霜冻期资料。初霜日指秋季第一次出现日最低气温≤0℃的日期，终霜日指春季最后一次出现日最低气温≤0℃的日期，无霜冻期则为初终霜日的间隔日数。

1.2 研究方法

采用线性倾向估计法[16]、多项式趋势分析焉耆盆地1961—2015年平均初、终霜冻日的变化趋势；并用相关系数法对其信度进行检验；采用M-K方法检测[16]近55 a焉耆盆地平均初、终霜冻日及无霜期序列的突变特征。

式中，n为样本数，xi为数据值为历年平均值。

异常霜冻采用文献[11]中的指标：由于霜冻日期与大气温度降低密切相关，因此它同气温一样具有正态分布特征，根据正态分布原理，“异常”霜冻定义标准为：X－M≤-1.65σ和-1.65σ＜X－M≤-σ分别定义为特早初霜冻和偏早初霜冻；X－M≥1.65σ和σ≤X－M＜1.65σ分别定义为特晚终霜冻和偏晚终霜冻，其中X霜冻日期，M霜冻历年平均值，σ为标准差。

2 结果与分析

2.1 霜冻的基本特征

由表1可知，近55 a来焉耆盆地平均终霜冻日为4月8日，最早2月12日，最晚5月16日；平均初霜冻日为10月7日，最早在9月15日，最晚在10月27日；平均无霜期181 d，最长231 d，最短仅125 d。初、终霜冻及无霜冻期的绝对变率分别为6.8、16.1、16.9。上述表明，焉耆盆地终霜冻年际差异大且不稳定，对农业生产存在危害。

2.2 霜冻的时间变化特征

表1 1961—2015年焉耆盆地霜冻基本特征

2.2.1 线性气候趋势

从线性拟合线看（图1）：焉耆盆地平均终霜冻日线性趋势显著，整体呈显著推迟趋势，平均推迟速率3.75 d/10 a（P=0.05）；由多项式拟合曲线可见：终霜冻日变化趋势线呈完好的“W”型分布，年代际特征明显，20世纪60年代和90年代到2000年代偏早显著，20世纪70至80年代及2010年代推迟明显。近55 a来焉耆盆地平均终霜冻日推迟了20 d（表2）。终霜冻期推迟将使春播作物苗期遭受冻害的几率加大。

焉耆盆地平均初霜冻日线性趋势显著，整体呈显著推迟趋势，平均推迟速率2.1 d/10 a（P＝0.01），小于终霜冻日推迟的速率；从多项式拟合曲线看，20世纪60年代初至70年代末呈缓慢提早趋势，20世纪80年代初到2000年代中期显著推迟，2000年代中期以后又呈明显提早。上述分析表明初霜冻日年代际变化20世纪80年代以前及2000年代中期以后为提早趋势，20世纪80年代初到2000年代中期为推迟趋势。2000年代较20世纪60年代推迟12 d（表2）。初霜冻日的推迟使农作物在成熟后期遭受初霜冻危害可能性降低。

图1 焉耆盆地1961—2015年初、终霜冻和无霜期变化趋势

从线性拟合看（图1 ）：焉耆盆地平均无霜期线性倾向率为负值，表明无霜期整体呈不显著缩短趋势，缩短速率为1.68 d/10 a（未通过0.05显著检验）；从多项式拟合曲线看，焉耆地平均无霜期变化趋势线呈完好的倒“W”型分布，具有明显的年代际特征，20世纪60年代、80年代中期至2000年代中期呈偏长趋势。20世纪70—80年代中期、2000年代中期以后呈偏短趋势。近55 a来焉耆盆地平均无霜冻期缩短了18 d（表2）。无霜期的缩短会影响当地农业生产布局及耕作模式，降低了热量资源的利用。

表2 焉耆盆地1961—2015年初、终霜冻日年代际变化

从上述分析还可知，尽管近55 a来初、终霜冻日均呈推迟的趋势，但终霜冻日推迟的速率大于初霜冻日1.65 d/10 a，因此导致无霜期呈缩短趋势，而且终霜冻日的年代际变化与无霜期的年代际变化相对应，表现为终霜冻日提早、推迟的年代，对应无霜期延长、缩短的年代，这也表明了无霜期的缩短是由终霜冻日推后引起的。

2.2.2 年际变化

从年际变化曲线来看（图1）：焉耆盆地平均终霜冻日呈明显波动式变化。1998年以前振荡幅度较大，在1968年和1983年出现了近55 a来最早的终霜冻日，1973年出现了近55 a来最晚的终霜冻日，2000—2010年振幅减小，说明此时期年际变化差异小，霜冻结束日期稳定性相对较好。

焉耆盆地平均初霜冻日年际变化曲线与终霜冻日年际变化曲线相反，初霜冻日在1998年之前振幅小，之后振荡幅度剧烈，1999年出现了近55 a来最晚的初霜冻日，1998年出现了近55 a来第二位最早的初霜冻日，说明1998年之后年际变化差异大，初霜开始日期稳定性相对较差。

焉耆盆地平均无霜期年际变化曲线1985年以前振荡幅度较大，在1968年和1983年出现了近55 a来最长的无霜期，1983—1997年振幅减小，1997年之后波动增加，出现了近55 a来最短的无霜期，说明1985年以前无霜期年际变化差异大，1985年之后年际变化差异小，无霜期日数稳定性相对较好。

2.2.3 霜冻的突变特征

用Mann-Kendall方法检测焉耆盆地1961—2015年平均初、终霜冻及无霜冻期序列的突变。由图2a可见：近55 a来焉耆盆地平均终霜冻日表现出明显的推迟趋势，U1曲线和U2曲线于1982/ 1983年在置信区间有一交点，之后U1曲线快速上升突破了临界线1.96，并于1983年发生了突变，终霜冻日从一个相对偏早期跃变为一个相对偏晚期，较突变前推迟了14 d（表3）。

图2 焉耆盆地1961—2015年初、终霜冻和无霜期Mann-Kendall统计量

表3 1961—2015年焉耆盆地初终霜冻突变前后日期变化量

由图2b可见：近55 a来焉耆盆地平均初霜冻日表现出显著的推迟趋势，U1曲线和U2曲于1985/1986年在置信区间有一个明显交点，之后U1曲线快速上升突破了临界线1.96，并于1986年发生了突变，初霜冻日跃变为一个相对明显的推迟期，较突变前推迟了9 d。

由图2c可见：近55 a来焉耆盆地平均无霜期表现出明显的缩短趋势，20世纪60年代U1曲线上升，表明该时期无霜期呈延长趋势，1969年发生了突变，70年代初U1曲线开始下降，至1989年突破了临界线－1.96，说明20世纪90年代无霜期缩短的最为显著，虽然2000年以后U1曲线呈上升趋势，但U1曲线为负值，无霜期仍处于缩短趋势。突变后较突变前缩短了13 d。

2.2.4 趋势的地理分布特征

对焉耆盆地3个站霜冻资料进行线性回归计算，得到霜冻趋势变化系数（表4），正系数表示趋势变化率增大，对应霜冻日有推后趋势，负系数表示趋势变化率减少，有提前趋势。结果表明，焉耆盆地各地初霜冻线性倾向均为正，整体呈推迟趋势，但推迟趋势有差异，推迟最大的是偏西地区焉耆，线性倾向率为3.91 d/10 a（P＝0.001），推迟幅度最小的是偏东地区和硕，线性倾向率0.5 d/10 a（未通过P=0.05），偏北地区和静为2.04 d/10 a（未通过P=0.05）。

终霜冻焉耆盆地各地线性倾向均为正，整体呈推迟趋势，但推迟趋势各不相同有差异，推迟最大的是偏北地区和静，线性倾向率为5.72 d/10 a（P=0.05），其次是偏东地区和硕为5.32 d/10 a（P=0.01），推后幅度最小的是偏西地区焉耆，线性倾向率0.53 d/10 a（未通过P=0.05）。

表4 近55 a焉耆盆地各地线性倾向率/（d/10 a）及相关系数

无霜期焉耆盆地的偏东、偏北地区线性倾向为负，呈显著缩短趋势，缩短最大的是偏东地区和硕，线性倾向率为-4.66 d/10 a（P=0.05），偏西地区焉耆线性趋势率为正，为3.28 d/10 a（未通过信度0.05检验），呈不显著延长趋势。

2.2.5 霜冻异常特征

表5列出了焉耆盆地异常霜冻的发生情况，分析表明：近55 a特早初霜冻和偏早初霜冻多出现在20世纪70—90年代，其中特早初霜冻发生频率为4%，偏早初霜冻发生频率为13%；特晚终霜冻和偏晚终霜冻多发生在80年代和90年代，特晚终霜冻发生频率为7%，偏晚终霜冻发生频率为9%。进入21世纪，特晚和偏晚终霜冻仅各出现一次，偏早初霜冻出现2次。

表5 1961—2015年焉耆盆地异常霜冻发生年份

3 霜冻变化对农业生产的影响

3.1 对酿酒葡萄的影响

当早春气温偏高，葡萄发芽期提前，出现寒潮天气时，葡萄遭受冻害较为严重。焉耆盆地的酿酒葡萄一般在4月中旬出土，平均终霜冻日期出现在4月8日，最晚在5月16日，终霜在4月21日前结束的保证率为80%[17]，葡萄出土过早或终霜过晚都容易遭受冻害，0℃时花芽受冻，-1℃时嫩梢和叶片受冻，从而影响葡萄的发育和产量。初霜冻日推迟，延迟了葡萄落叶进程，增加了叶片的光合作用，葡萄枝条贮存的养份更加充足。葡萄主要受春季晚霜冻的影响，建议选择发育期晚的品种及采取延迟发芽的管理措施。

3.2 对红辣椒、工业番茄的影响

焉耆盆地目前种植的红辣椒、工业番茄现都采取先育苗后移栽的方式，移栽普遍期在4月中、下旬至5月上旬，虽然终霜冻出现在5月上、中旬是小概率事件，但此时正值红辣椒、工业番茄幼苗生长期，终霜冻推迟，将导致受冻害的风险加大，越晚危害越大。初霜冻日推迟，则使农作物在成熟后期遭受霜冻危害可能性降低。建议红辣椒、工业番茄移栽安排在终霜结束后（一般在4月20日后）。

4 结果与讨论

（1）近55 a年来，焉耆盆地平均终霜期为4月8日，初霜冻期为10月7日，平均无霜期为181 d。终霜冻年际差异大且不稳定，对农业生产存在危害。

（2）近55 a年来，焉耆盆地平均初、终霜冻日整体均呈显著推迟趋势，推迟速率分别为2.1 d/10 a和3.75 d/10 a，各地推迟趋势有差异。初霜冻日推迟最大的是偏西地区焉耆，为3.91 d/10 a；其次为偏北的和静，为2.04 d/10 a；最小的是偏东地区和硕，为0.5 d/10 a。终霜冻日推迟最大的是偏北地区和静5.72 d/10 a，其次为偏东的和硕，为5.32 d/10 a；最小的是偏西地区焉耆，为0.53 d/10 a。无霜期整体呈不显著缩短趋势，缩短速率为1.68 d/10 a，但各地缩短趋势有差异，偏东、偏北地区的和硕、和静呈显著缩短趋势，缩短速率分别为4.66/10 a和3.61/10 a，偏西地区焉耆呈不显著延长趋势，延长速率3.28/ 10 a。

（3）近55 a来焉耆盆地终霜冻日推迟了20 d；初霜冻日推迟了12 d，无霜冻期缩短了18 d。

（4）尽管近55 a来初、终霜冻日均呈推迟趋势，但终霜冻日推后的速率大于初霜冻日1.65 d/10 a，因此导致无霜期呈缩短趋势，而且终霜冻日的年代际变化与无霜期的年代际变化相对应，表现为终霜冻日提早、推迟的年代，对应无霜期延长、缩短的年代，这也表明了无霜期的缩短是由终霜冻日推迟引起的。

（5）近55 a来，焉耆盆地平均初、终霜冻及无霜期分别于1986年、1983年、1969年发生了突变，初、终霜冻均表现为由提早转为明显推迟，较突变前推迟了9 d和14 d，无霜期表现为延长转为缩短，较突变前缩短了13 d。终霜冻推迟，将会使春播作物、果树在苗期、花芽分化期受冻害程度的风险加大；初霜冻日推迟，则使农作物在成熟后期遭受霜冻危害可能性降低；无霜期的缩短会影响当地农业生产布局及耕作模式，降低了热量资源的利用。

（6）近55 a来，焉耆盆地特早、偏早初霜冻发生频率分别为4%和13%，发生在20世纪70—90年代，特晚、偏晚终霜冻发生频率分别为7%和9%，多发生在80年代和90年代，21世纪以来特晚和偏晚终霜冻仅各出现一次，偏早初霜冻出现2次。

（7）大多数研究成果表明[10-15]，在全球气候变暖背景下，近年来，新疆大部地区初霜冻日呈推后趋势，终霜冻日呈提前趋势，无霜期延长趋势，与作者所得结果有较大差异。这可能与焉耆盆地内近千平方公里博斯腾湖面（水域面积大小）变化有关。湖泊对当地气候起着重要调节作用，龙雪珍[18]研究指出湖泊水体对局地气候效应较显著，且湖泊水位升降变化对周边区域的温度有一定的影响，主要体现在冬春的月平均温度变化上，水位上升0.5 m，1月、4月气温分别上升0.71℃和0.72℃。郭梦京等[19]研究指出，在气候变暖干和暖湿的背景下，博斯腾湖水位经历了下降、上升、再下降3个阶段，即1958—1987年下降、1988—2002年上升、2003—2012年下降趋势，博斯腾湖水位升降时段与本文研究的焉耆盆地终霜冻日的提早、推后时段相吻合。水位上升，终霜冻日提前，水位下降，终霜冻日推迟，且近50 a来博斯腾湖面水位总体呈显著下降趋势，焉耆盆地终霜冻日总体也呈显著推迟趋势，由此可知文中所得结论是可信的。

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Analysis of Frost during 1961-2015 in Yanqi Basin

LONG Yonglan1，LIU Mengmeng1，ZHANG Shanqing2，XIA Yulian3
（1.Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture Meteorological Bureau，Korla 841000，China；2.Xinjiang Agrometeorological Bureau，Urumqi 830002，China；3.Caijiahu Weather Station，Changji 831304，China）

Based on the first frost dates,last frost dates and frost-free period dates of meteorological data in recent 55 years of Yanqi basin,the change of frost was analyzed by using the methods of linear trend rate,polynomial trend and M-K test.The main results indicated as follows：（1）The average dates of the first and last frost were October 7th and April 8th respectively,and the average frost-free period was 181 d during the past 55 years in Yanqi basin.The stability of the last frost dates was better,but the stability of the first frost dates was poor.（2）The first and last frost dates had significant delayed by the rate of 2.1 d/10a and 3.75 d/10 a respectively,and frostfree period shortened by the rate of 1.68 d/10 a in recent 55 years.The rate of delay on last frost dates was greater than first frost dates,but There are differences in postponement trends.The frost free period was not significantly shortened.The last frost dates and frost-free period were obvious decadal characteristics.The impact of last frost dates on frost-free period was more obvious than first frost dates.（3）First frost dates,last frost dates and the frost-free period had significantly mutation in 1986,1983 and 1969 during the past 55 years,respectively.The first and last frost dates had shown by the advance into the obvious postpone,and frost-free period had showed the change from extension to shortening.（4）The frequency of the earliest or earlier first frost dates were 4%and 13%respectively,and they mainly occurred from 1970s to 1990s.The frequency of last frost dates were extremely latest at the rate of 7%and later at the rate of 9%respectively,and occurred from 1980s to 1990s.（5）The fact is the key to optimize the structure of agricultural production in Yanqi basin that the last frost date significantly delayed and frost free period was shortened.

Yanqi basin；frost；climate characteristics

S162

B

1002-0799（2017）01-0081-06

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.01.011

2016-08-09；

2016-11－16

新疆气象局科研基金面上课题（ms201611）资助。

隆永兰（1966-），女，高级工程师，现从事公众气象服务和气候研究。E-mail：xxy51568@126.com

隆永兰，刘濛濛，张山清，等.1961—2015年焉耆盆地霜冻气候分析[J] .沙漠与绿洲气象，2017，11（1）：81-85.