北京园林树木遭受倒春寒冻害的春季温度特征分析

兰欣 刘洋 张宇 魏红旭

摘要[目的]探讨北京市园林树木遭受倒春寒冻害的春季温度特征。[方法]根据温带倒春寒天气特征，对北京市的春季温度进行分析，并根据建成区公园树种组成分析倒春寒冻害的潜在威胁。[结果]倒春寒在40° N附近溫带地区的发生规律是在4月份正常春季物候开始之前气温提前回暖并持续5 d以上后，最低气温立刻骤降至0 ℃以下所发生的冻害。2011—2016年北京市频繁发生倒春寒迹象，但是与2011—2013年相比，2013—2016年倒春寒天气迹象中的低温天数有所减少。[结论]北京市的多数落叶乔木都曾有遭受倒春寒冻害的记录，而常绿树种的受害比例较低。建议在未来北京城市绿化中多采用常绿树种代替落叶树种，以降低树木遭受倒春寒冻害的风险。

关键词晚春冻害；春季低温；气候变化；园林植物；物候节律；灾害预警

中图分类号S716文献标识码A文章编号0517-6611（2017）05-0170-03

Abstract[Objective]To study city garden trees suffered frost in spring late spring coldness temperature characteristics in Beijing.[Method] Spring temperature in Beijing was analyzed according to the characteristics of late spring frost （LSF） in temperate area in 2011-2016. The potential threat of LSF was predicted on ornamental trees based on the component of their species in large parks of constructed areas of Beijing.[Result] LSF usually resulted in significant effect on trees by a sudden decline to temperature to subzero following a warm spell for at least five days in temperate forests at around the north latitude of 40 ° before the start of spring phenology. Accordingly， LSF tended to occur frequently in 2011-2016. Compared to days with subzero temperature during possible LSF in 2011-2013， that in 2014-2016 tended to decline. Trees from the genera for many ornamental trees in Beijing had been recorded to suffer LSF， which had less impact on evergreen species than on deciduous species in past records.[Conclusion] It is suggested to use more evergreen trees than deciduous trees for the construction of urban greening in Beijing to cope with more possible LSFs in future.

Key wordsLatespring frost；Subzero temperature in spring；Climatic change；Ornamental plants；Phenology dynamic；Alert for natural hazard

基金项目国家自然科学基金项目（31600496）；“十三五”国家重点研发计划（2016YFC0500300）。

作者简介兰欣（1983—），男，北京人，工程师，从事城市森林及园林树木栽培研究。*通讯作者，助理研究员，博士，从事城市森林、苗木生理生态学、林业野生资源开发研究。

收稿日期2016-12-28

在全球暖化的大背景下，北半球温带地区春季物候表现出逐年提前的迹象[1]，这极大地增大了树木遭受由春季温度波动所引起的倒春寒冻害的风险[2]。近年来，国际上有报道指出，倒春寒已经给当地的森林生态系统造成了严重干扰[2-6]。国内研究表明，近10年我国各地区的春季温度波动均呈现出明显的倒春寒天气特征，因此很可能已经对我国大面积的森林生态系统造成冻害[7]。然而，目前国内外有关倒春寒对树木春季生长干扰的研究数据大多来自于偏远山区，一些跨区域的大尺度研究也并未明确区分自然森林和城市森林中树木对倒春寒的响应，这在很大程度上限制了倒春寒对城市园林树木影响的理解。

全球正处在一个高速城市化的发展过程中。1980—2000年开始我国城市建成区面积以850 km2/a的速度直线增加，在1997—2007年东部地区地级及以上城市的建成区面积由6 685 km2快速增加至14 677 km2。北京市的城市化速度位列全国之首，1984—2007年城市化速率为47.12 km2/a，其中2000—2007年的速率高达68.09 km2/a。快速的城市化进程使北京市产生了典型的热岛效应，其建成区生态系统的春季物候提前现象尤为明显[8]，说明北京市的园林绿化树木遭受倒春寒冻害的概率极大，但目前鲜有研究从年际尺度内部对该问题进行深入探讨。

笔者根据世界范围内倒春寒天气形成的主要温度特征，对2011—2016年北京市春季温度波动进行分析，比对北京市建成区（11685°～115.86° E，39.43°～40.42° N）内主要大型公園中典型树种，分析北京市园林树木遭受倒春寒冻害的风险，旨在为北京市园林树木应对春季气候灾害的预警提供理论参考。

1资料与方法

1.1数据来源

世界范围内有关倒春寒天气形成温度波动规律的数据来自于2007年至今对北美、欧洲和我国研究所发表的报道[2-7]；北京市的春季温度数据来自对公共气象网站（Weather Underground）数据的搜集整理[9]；北京市建成区大型公园中主要树种的统计来自赵芒[10]的研究，主要包括中山公园（23.80 hm2）、紫竹院公园（47.35 hm2）、景山公园（23.00 hm2）、北京植物园（400.00 hm2）和海淀公园（40.00 hm2）等。

1.2分析方法

根据多地区典型天气事件总结并提炼温带地区倒春寒天气形成的一般规律，采用典型特征识别法比对并分析2011—2016年北京市春季温度波动过程中形成倒春寒冻害的可能情况，进而提取关键因素数据并进行方差分析来总结动态规律，最后通过树木样本概率的计算来确定北京市园林树木遭受倒春寒冻害的可能性。

1.3数据统计与处理

采用SAS软件对北京市春季温度数据进行独立样本的t检验分析，并通过Bonferroni校正来确定真实置信区间。计划进行6组气象数据的检验，因此实际的误差限调整为P=0.008。

2结果与分析

2.1倒春寒天气规律

追溯近年来世界范围内的典型倒春寒冻害主要包括2001年发生于日本盛冈[3]、2007年发生于美国北部[2]、2010年发生于美国东北部[6]、2011年发生于德国[5]和近年来我国[7]的春季冻害事件。通过这些案例的分析总结，得到倒春寒在40° N附近温带地区的发生规律是在4月份正常春季物候开始前气温提前回暖并持续5 d以上之后，最低温立刻骤降至0 ℃以下所发生的冻害。值得注意的是，在发生倒春寒之前，日最高温往往会达到10～15 ℃，最高时甚至可达20 ℃以上，这时一部分树木会因提前回暖而解除休眠，进而遭受冻害。另外，在温度持续升高之前，即使春季温度下降至-5～10 ℃，倒春寒也不会发生。

2.2春季温度波动情况

在2011—2016年北京市春季温度在3月份均会出现连续5 d以上的升高（图1）。根据测算，北京市建成区的物候节律一般开始于每年4月底（21—25日）[8]，因此每年3月份北京的升温已构成提前回暖条件。根据历史经验，提前回暖5 d已经达到促进城区树木提前解除休眠的条件。因此，2011—2016年提前回暖后立刻出现的日最低温下降至0 ℃以下的天气特征可以构成产生倒春寒冻害的条件（图1）。

从图2可见，与2011—2013年相比，2014—2016年倒春寒天气特征发生之前的升温天数和冻害持续天数均呈下降趋势，且每年的首次倒春寒迹象与4月底的春季物候开始期之间的差距正在逐渐缩小，但只有冻害持续天数的年际差异达到了显著水平（P=0.003 1）。从温度变化上看，出现倒春寒天气迹象之前的最高温和冻害期间的最低温同时呈升高趋势，但是二者间的温差正在缩小。

2.3树种组成

经统计，北京市建成区常绿园林树木共有32种，包括11科18属，其中曾遭受倒春寒冻害记录的共有5种，来自2科2属，分别占总数的15.6%、18.2%和111%，均未达到小样本20%的要求。落叶树种方面，北京市建成区共有26科33属54种乔木，其中曾有过冻害记录的有26个树种，来自7科9属，分别占总数的48.1%、269%和2.3%，均达到了小样本水平。总体上，在北京市建成区曾有倒春寒冻害记录的树种共有31种，占总数的34%（表1）。因此，从树种组成上看，北京市建成区的园林树木整体上处于倒春寒冻害的风险中，其中落叶树种比常绿树种的受害几率更大。

3讨论与结论

2011—2016年北京市温度波动上看，发生倒春寒的迹象十分明显，春季温度的提前回暖、快速下降和持续时间都与2007年发生在美国伊利诺斯州（40°09′ N，88°10′ W）的倒春寒事件[2]相似，但是与发生在日本盛冈（141°08′ E，39°46′ N）[3]、德国东南部（13°25′ E，48°56′ N）[5]和我国沈阳（123°25′ E，41°48′ N）[7]相比特征差异较大，且发生时间较早。这说明倒春寒的发生和地理纬度之间的关系密切。北京地区为中温带地区，且城市化程度较高，因此其偏南的地理位置和热岛效应综合导致倒春寒天气迹象发生较北部地区早，持续时间更短。

近年来，北京市倒春寒天气迹象呈逐年减弱的趋势，尤其以降温持续天数的变化最为显著。这说明形成倒春寒的温度因素正在被北京市的热岛效应所削弱，建成区内的高温通过缩短降温的天数而缩小了最高温和最低温之间的温差，进而降低了城市树木遭受倒春寒冻害的风险。这与戴君虎等[11]的研究结论类似，后者发现华北地区植物的春季霜冻风险指数平均以0.18%/a的速率显著下降。然而，即便如此在时空的大尺度上来看，未来在很长一段时间内倒春寒对北京市的生态影响并不会解除。

该研究表明，北京市园林树木中落叶树种遭受倒春寒冻害的概率较大，而常绿树种的受害几率较低。这主要是由于北京市多数落叶树种的春季物候开始时期和倒春寒迹象出现时间恰好吻合，而多数常绿树种的春季物候开始期在倒春寒迹象的发生之后。这与美国[2]、德国[5]的研究结果类似，说明常绿树种比落叶树种更适应倒春寒的天气特征。因此，建议北京市在未来的城市园林绿化中更多地应用常绿树种，以降低倒春寒冻害对城市园林树木春季生长的影响。

参考文献

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