东北地区2013年低温春涝气候特征及对春耕春播影响分析

赵秀兰，姜 艳

（1.国家气象中心，北京 100081；2.石河子大学农学院，新疆 石河子 832003）

东北是我国重要商品粮基地，气候条件直接影响该地区粮食生产。近50年东北地区气候变化对农业影响特征显著[1]，尤其是春季温度和水分条件年际差异较大，有些年份甚至出现显著异常[2-4]。春季水热条件是东北地区粮食生产主要限制因素，春季水分和温度条件良好匹配是东北地区春耕整地和春播工作顺利开展前提，春季气温回升关系土壤解冻和散墒速度，影响春耕整地和春播进程。东北地区秋季降温降雪早、冬季持续时间长，春季土壤水分条件不仅与冬季降雪和春季雨雪量有关，与秋季降水和土壤封冻前锁水也密切相关。低温春涝是一种农业气象灾害，影响农业生产。1980年以来东北地区低温春涝发生较少，2013年尤为突出[5]。以往学者多针对东北地区来气温和降水时空变化特征开展研究，东北地区春季气温异常偏低、土壤水分异常偏高同时出现低温春涝气候特征以及低温春涝对农业生产影响系统性研究较少。本文搜集东北地区（包括黑龙江、吉林、辽宁3省）农业气象观测站1961～2017年气温和降水等地面观测资料及农业生产相关信息，分析2013年东北地区春耕春播期低温春涝气候特征及其对春季农业生产影响，为东北地区春季农业生产制定科学合理低温春涝防御措施、防灾减灾科学决策等提供参考。

1 东北地区2012/2013年秋冬春持续多降水特征分析

东北地区春耕春播期土壤湿涝直接取决于土壤水分条件，主要受两个因素影响：①上一年秋季至当年春季期间降水量，如上一年秋季降水多，封冻时土壤锁水量大，则春季土壤易出现湿涝；冬春季节降雪（雨）量大也导致春季化冻后土壤含水量饱和，出现湿涝。②春耕春播期土壤水分条件与上一年秋季土壤封冻时间及当年春季气温回升速度，如果上一年秋季降温幅度大、降温速度快，尤其是强降水后出现强降温或寒潮天气则易造成上一年秋季土壤封冻时间偏早、土壤中锁水量较大等，不利于当年春季土壤散墒，增加土壤湿涝风险；当年春季气温偏低、回升慢，土壤解冻和散墒速度减慢，不利于土壤化冻和散墒，也易导致春耕春播期土壤仍未完成化冻或仍处于湿涝状态，春耕春播生产难以开展。

2012年秋季至2013年春季，东北地区出现历史同期少见持续性雨雪低温天气。自2012年10月1日～2013年4月20日，东北地区区域平均累计降水量为135.17 mm，较历史同期均值镏金54.22 mm，达1961～2013年最高（见图1）；降水距平百分率分析表明，东北地区降水量区域平均较常年同期偏多67.5%，且从每个月情况看，除2013年1月降水量偏少24.8%和4月上中旬降水量偏少68%外，其余各月降水量均较常年同期偏多，主要集中在2012年11月、12月和2013年2月，其中2012年11月降水量比常年同期多2倍，12月降水量比常年同期多近1倍，2013年2月降水量比常年同期多近1.5倍（见图2）。而这个数值明显高于2014、2015、2016、2017年同期，东北地区2012年10月1日～2013年4月20日时段区域平均累计降水量创1961年来新高。历史罕见的秋冬春持续降水偏多是2013年春季农田湿涝主因，尤其是秋冬降水量异常偏多。

图1 东北地区及黑龙江历年10月～次年4月中旬降水量变化(1961～2013年)Fig.1 Precipitation from October to mid-April of next year in Northeast China and Heilongjiang during 1961-2013

图2 东北地区及黑龙江2012年10月～2013年3月及4月上中旬累计降水量距平百分率逐月变化Fig.2 Precipitation anomaly percentagein Northeast China and Heilongjiang monthly from October 2012 to March and mid-April 2013

分省来看，2012年10月1日～2013年4月20日期间黑龙江、吉林、辽宁三省分省降水量较常年同期均异常偏高。以黑龙江为例，自2012年10月1日～2013年4月20日黑龙江区域平均累计降水量达111.19 mm，为1961年～2013年期间历史排位第二，仅次于1972年117.10 mm（见图1），显著高于2014、2015、2016、2017年度同期。因此，黑龙江2012年10月～2013年4月20日时段区域平均累计降水量创1973年来新高，降水量为历史同期罕见。期间大部时段降水持续偏多，其中2012年11月黑龙江全省平均降水量为28.2 mm，较历年同期偏多近2倍；12月全省平均降水量为11.8 mm，比历年同期偏多1倍；2013年2月全省平均降水量为8.8 mm，比历年同期偏多1.2倍；3月全省平均降水量为13.7 mm，比历年同期偏多30%（见图2）。尽管3月份降水量增多幅度相对11月、12月和2月小，但降水出现秋季、冬季、春季连续偏高特征。

吉林和辽宁两省同期区域平均累计降水量异常偏多也是历史同期罕见。尤其是2012年11月～2013年2月期间降雪天气偏多更为突出，期间吉林全省平均降水量达76.4 mm，比历年同期多115%，突破历史极值；从分月份降雪量来看，11月和2月降雪量显著偏大，11月吉林全省平均降水量比常年同期多1.6倍，2月偏多1.8倍。辽宁2012年11月～2013年2月期间全省降水量较常年同期偏多1.3倍，为1961年以来同期最多值；其中11月偏多2.4倍，12月偏多1倍，2月偏多1.3倍；从区域上看，降水量较常年同期偏多幅度存在一定差异，大连东北部、锦州南部和朝阳中部偏多尤为突出，偏多幅度甚至达到4～9倍。相对而言，3月吉林和辽宁两省降水量较常年同期偏多幅度相对较小，分别为16%、40%。

降水日多、积雪覆盖范围大、持续时间长，也是2012/2013年秋冬春季东北地区主要气候特征。2012/2013秋冬春东北地区降水特点不仅是期间累计降水量大，持续性雨雪天气多即降水日多也是东北地区气候特征。以辽宁为例，2012年11月至2013年4月上旬期间，辽宁全省平均降水日数为36 d，比常年同期偏高15 d，为1961年以来同期最多值，其中抚顺东部、铁岭东部降水日数达到60～64 d，平均近3 d降水一次。东北地区2012年11月至2013年2月期间降雪天气偏高、降雪量大，也造成冬季积雪厚度偏大；东北地区冬季积雪范围和深度明显大于上年和常年同期，其中黑龙江和吉林积雪深度达20～50 cm；截至2013年4月上旬末，东北地区仍有大范围积雪，其中黑龙江积雪面积达21.7万km2、占全省面积48%，吉林4.3万km2、占全省面积23%，辽宁3万km2、占全省面积20%。东北地区冬春季积雪覆盖范围为2002年来最广，覆盖持续时间最长，其中黑龙江最突出。冬春季积雪覆盖量大、覆盖时间长也是东北地区春季农田湿涝原因之一。

2013年春季大风天气偏少。东北地区春季常年气候特点是多大风天气，常年季节性大风利于蒸散，促进积雪融化、土壤化冻和农田土壤散墒；而2013年春季东北地区大风天气较常年同期普遍偏少。以吉林为例，2013年3月至4月上旬期间，吉林全省有111站次出现大风天气，比历年同期减少20%；大风天气偏少，蒸散减弱，不利于农田湿涝状况改善。

土壤墒情监测显示2013年春季前中期（3月至4月中旬）东北地区存在大范围农田湿涝。春季前中期是东北地区春耕整地和大田备播重要时期，而2013年3月底至4月上旬0～20 cm土壤墒情监测表明，吉林全省大部土壤相对湿度在90%以上，土壤处于湿涝状态，占观测总站数90%；辽宁除大连、鞍山西北部、抚顺西部、丹东西部、营口南部、阜新西部、朝阳大部及葫芦岛大部以外，其余地区土壤相对湿度均大于90%，土壤水分达到饱和，农田湿涝明显；黑龙江农区则有60个县（市）土壤相对湿度在90%以上，土壤湿涝严重，偏涝县数量占全部农区81%，主要分布在黑龙江中部和东部；黑龙江春涝严重程度达2000～2017年同期最重。东北地区大范围农田湿涝，对春季前中期春耕整地和大田备播不利。

2 东北地区2012/2013年冬春低温特征分析

东北地区冬春季节低温一般对春耕春播有不同程度影响。尤其是冬春季气温明显偏低，土壤冰冻厚度加深，积雪覆盖时间长，延长春季土壤解冻和积雪融化时间，造成春耕整地时间推迟，影响春耕春播正常开展。

自2012年10月～2013年4月中旬，东北地区平均气温为-7.2℃，较常年同期平均偏低1.3℃，为1977～2013年最低值（见图3），同样也明显低于2014、2015、2016、2017年同期，达40年不遇；其中东北地区中北部部分地区甚至偏低4～6℃。分阶段来看，虽然2012年10月、11月气温接近常年，但隆冬至春季即12月至2013年4月中旬，气温持续偏低，期间平均气温仅为-12.2℃，较常年同期偏低2.6℃，为2002～2017年最低值，尤其12月偏低幅度达4.4℃。其中，3月1日～4月中旬，区域平均气温为-2.46℃，为1981～2017年次低，仅高于2010年；尤其是春耕关键期4月上中旬，东北大部平均气温偏低幅度达4.4℃（见图4），为1961～2017年最低。

分省看，黑龙江自2012年10月～2013年4月中旬日平均气温为-10.88℃，为1977年来最低；平均气温距平显示，期间大部地区气温偏低幅度达3～5℃，其中12月偏低4.2℃；2013年4月上中旬偏低4.5℃（见图4），达1961～2017年最低。同样，吉林和辽宁两省期间区域平均气温较历史同期显著偏低。尤其是冬春季气温偏低幅度较大，2012年12月和2013年4月上中旬气温偏低更为突出；其中2012年12月，吉林全省平均气温比常年同期低5.0℃，辽宁较常年偏低4℃；4月上中旬，吉林全省平均气温比常年同期低4.5℃，辽宁较常年偏低4.2℃。而2013年1～3月吉林和辽宁两省区域平均气温偏低幅度小于2012年12月和2013年4月上中旬，吉林分别为气温偏低2.0、3.3、2.0℃，辽宁分别为气温偏低1.8、1.5、1.4℃。隆冬至春季气温较常年同期偏低幅度在区域上存在差异，黑龙江气温偏低幅度最大，吉林次之，辽宁相对最小；但2013年春耕关键期4月上中旬，气温偏低幅度三省接近，均为历史罕见。

图3 东北地区及黑龙江历年10月1日至次年4月20日平均气温变化(1961～2013年)Fig.3 Mean temperature change from October to mid-April of next year in Northeast China and Heilongjiangduring 1961-2013

图4 东北地区及黑龙江2012年10月～2013年3月逐月及4月上中旬平均气温距平变化Fig.4 Mean temperature anomaly in Northeast China and Heilongjiang monthly from October 2012 to March 2013 and April 1-20,2013

春季土壤解冻是制约东北地区春耕春播关键因素。2013年由于春季气温偏低及受积雪覆盖时间长影响，地温回升偏慢，土壤解冻迟缓，土壤化冻深度偏浅，截至4月上旬末东北地区化冻深度普遍较常年同期偏浅10～20 cm。以吉林为例，吉林全省平均化冻深度12 cm，比历年同期少26 cm；其中全省大部县市化冻深度比历年少20～40 cm，特别是洮南、长岭、白山、临江、集安等县市比常年少43～57 cm，延边州图门、龙井、珲春化冻深度比常年多3～12 cm。因此气温低、土壤化冻晚，东北地区春耕整地和春播推迟。

3 东北地区2013年低温春涝对春耕春播影响分析

分析东北地区2013年低温春涝对春耕春播影响主要从水分、温度因素入手。首先从水分因素看，2012～2013年秋冬春降水异常偏高，2013年春季农田大范围湿涝对东北地区春耕春播产生明显不利影响。其中，2012年秋季至入冬前，东北地区大部降水偏高0.5～2倍，大部地区土壤封冻前土壤过湿，部分地区湿涝明显，入冬首场雪后温度急剧下降土壤封冻迅速时，农田土壤处于“湿封冻”状态。秋季降水偏高影响主要有两方面：①农田湿涝阻碍农业机械进地秋收作业，作业进度偏慢，秋季整地质量受显著影响，部分地区秋整地任务未完成，增加2013年春季春耕整地难度。以黑龙江为例，截至入冬封冻时全省有近1/3玉米秸秆未及时收割，秋季水田整地、备土、做床等秋整地工作完成量不足1/3。②秋季降水偏高使入冬土壤封冻时土壤中含水量过多，封冻后经过整个冬季冻结过多水分保持到春季解冻时，“湿封冻”状态农田土壤则加重2013年春季湿涝程度。2013年春季，随气温上升，东北地区地上积雪和地中冻土开始融化，受2012/2013年秋冬春持续多雨雪天气及累计降水量偏高影响，春季东北地区大部分旱地农田土壤含水量处于显著饱和状态，土壤湿涝状况突出，部分地区地势低洼农田甚至出现积水难以排出状况，有些地区同时叠加积雪融化和冻土解冻，造成机械进地收回秸秆和耕地整地困难，大田春耕整地和春季播种整体被受阻。东北地区50多年不遇的2012/2013年秋冬春降水连续偏高，先后使秋季腾茬整地、春季春耕整地、春季大田播种不同程度受阻，导致2013年春播推迟。

从温度因素来看，东北地区2012/2013年初冬冷空气强度强、降温速度快及冬春两季持续低温均对秋季腾茬整地、春季春耕整地、春季大田播种产生明显不利影响。其中，初冬降温快、降温幅度大使土壤封冻速度加快，处于湿涝状态农田土壤短时间内出现“湿封冻”；“湿封冻”使部分地区无法完成秋整地，农田土壤封冻时土壤锁水较正常年份显著增多，增加2013年春季出现土壤湿涝风险。冬季东北地区气温普遍偏低2～4℃，明显持续低温导致土壤冻层加深，冻层厚度较常年同期偏大，冻土深度普遍在60 cm以上，春季土壤解冻难度加大。春季前中期东北地区气温继续维持偏低态势，与常年同期相比，气温普遍偏低2.5～3.5℃，春季回暖慢使土壤化冻和积雪融化速度降低，春季化冻深度普遍较常年同期偏浅，春季积雪覆盖时间延长，影响春季土壤化冻和土壤散墒，春耕整地时间延长；同时春季一方面受土壤化冻偏浅影响，积雪融水难以渗入地下、滞留表层，表层湿涝加重，另一方面春季气温低也加重土壤锁水，地表聚集水分较多，表层土壤湿涝面积加大，表层土壤过湿和底层化冻双重作用进一步阻碍土壤表层温度回升，影响土壤解冻，一系列因素最终使春耕整地难度加大，春耕整地和春季播种整体受阻。

综合分析看，东北地区自2012年秋季～2013年春季，持续秋冬春低温多雨雪天气，积雪覆盖范围大、春涝春湿范围广、地温回升慢，土壤化冻迟缓，春耕整地和播种难度加大，春耕春播推迟[6]。从作物种类看，旱地作物春播工作受影响相对较大，玉米、大豆等作物大田播种较常年普遍推迟5～15 d；尽管低温以及较多积雪和土壤过湿增加大棚水稻育秧难度和成本，但因水稻棚室播种育秧，受低温湿涝影响相对偏轻。从区域上看，由于东北三省播种期空间差异，低温湿涝对春耕春播影响程度也存在明显差异，三省中黑龙江受影响最重；吉林次之。截至2013年4月中旬，吉林和辽宁两省春耕春播进程较常年晚5～7 d，黑龙江晚7～15 d。尽管此次东北地区春耕春播遭受不利影响是低温和湿涝叠加造成，但从气象单因素角度来看，湿涝对春耕春播直接和间接影响大于低温。此次低温春涝对东北地区春耕春播综合影响为2000年来程度最重。

低温春涝后，东北地区2013年主要生长季大部分时段气象条件对当年作物生长发育和产量形成有利。2013年4月下旬～5月中旬，东北大部气温回升明显，春耕整地和春播进度加快。5月下旬，东北地区多晴雨相间天气，大部分地区墒情适宜，利于春播作物出苗和幼苗生长，旱地作物生长进程加快，但春耕春播进程偏晚态势仍未完全扭转，截至5月底，东北地区部分地区春玉米和大豆等旱地作物发育期仍偏晚3～7 d，黑龙江部分地区仍偏晚5～10 d。6月东北地区大部气温正常或偏高，其中黑龙江和吉林东部偏高1～2℃，弥补春播以来热量不足，利于春播作物加快发育进程；截至6月底，一季稻、玉米和大豆发育期基本接近常年，但仍有35%地区发育期较常年偏晚5～12 d，偏晚天数和地区较上月减少；黑龙江西北部阴雨日10～20 d，热量条件对春播旱地作物前期热量不足弥补作用有限。7月东北地区大部气温正常或偏高，光照充足，良好光热条件使春播作物生长发育进程加快；截至7月底吉林大部、辽宁作物发育期基本接近常年，黑龙江大部、吉林东部旱地作物仍偏晚3～7 d；东北地区农作物长势总体较好，86%作物长势接近或优于上年同期。8月东北地区大部平均气温接近常年同期；降水量普遍120～250 mm，大部墒情适宜，水分和热量条件充足，利于玉米吐丝灌浆和乳熟、一季稻抽穗灌浆、大豆结荚鼓粒，生育进程明显加快，大部地区作物长势总体较好；尤其是8月上中旬，东北大部气温偏高2～4℃，对作物旺盛生长有利；8月下旬东北地区大部出现阶段性低温，作物灌浆速度有一定下降。9月东北地区大部多晴少雨，降水量较常年偏少，月内气温多起伏但平均气温接近常年同期，初霜期接近常年或偏晚，气象条件利于水稻、春玉米、大豆等作物灌浆成熟。10月上中旬黑龙江和吉林以晴好天气为主，气温接近常年，光照充足，利于秋粮作物收获；辽宁大部10月份阴雨天气较多，秋收受阻，进度较常年偏慢。因此，东北大部地区作物旺盛生长和灌浆成熟期光温条件均较充足，降水基本正常，墒情适宜，农业气象条件总体偏好，春播期遭受不利影响逐渐得到缓解，尤其是9月初霜正常或偏晚，大部分作物灌浆充足并安全成熟。

尽管夏秋季良好气象条件补偿作用，2013年东北地区低温春涝对作物产量仍然造成一定影响，其中2013年黑龙江大豆和马铃薯单产均在2010、2011和2012年连续三年增产之后，首次出现减产，减产幅度分别达8.5%和26%；尽管大豆和马铃薯单产减产并非春季低温春涝直接造成，但低温春涝是2013年黑龙江大豆和马铃薯单产减少重要原因之一。

4 结论

2012年秋季至2013年春季，东北地区出现历史同期少见持续性雨雪低温天气，对春季春耕春播生产造成不利影响。从水分因子来看，东北地区遭遇50多年不遇秋冬春降水连续偏高，尤其是秋冬季节降水量异常偏高，冬春季降水日多、积雪覆盖范围大、持续时间长，先后使秋季腾茬整地、春季春耕整地、春季大田播种不同程度受阻，最终导致2013年春播明显推迟。从温度因子来看，东北地区2012/2013年初冬冷空气强度强、降温速度快以及冬春季持续异常低温均对秋季腾茬整地、春季春耕整地、春季大田播种产生明显不利影响；尤其是春耕春播关键期4月上中旬遭遇1961年以来50多年不遇低温，影响土壤化冻、积雪融化及融水下渗、土壤散墒除湿、土壤表层温度回升等，春耕春播进程明显延迟。另外，春季大风天气日数较常年同期偏少，不利于东北地区土壤蒸散和农田湿涝改善。综合来看，秋冬降水量异常偏高、4月上中旬历史罕见低温是造成2013年春耕春播关键期低温湿涝（即低温春涝）最关键因素。

此次低温春涝对东北地区春耕春播生产综合影响为2000年来最重。从作物种类上看，旱地作物春播工作受影响相对较大，玉米、大豆等作物大田播种较常年普遍推迟5～15 d；水稻播种育秧相对偏轻。从区域上看，三省中黑龙江春耕春播受影响最重，辽宁最轻；截至2013年4月中旬，黑龙江春耕春播进程较常年偏晚7～15 d，吉林和辽宁两省偏晚5～7 d。尽管此次东北地区春耕春播遭受不利影响是低温和湿涝叠加造成，但从气象单因素角度来看，湿涝对春耕春播直接和间接影响大于低温影响。

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