暖冬骤增对江汉平原越冬作物的不利影响初探

曹锋

摘要：在全球气候变暖的大背景下，中国冬季增温明显，利用江汉平原钟祥国家基本气象站66年气象资料，分析了暖、常、冷冬变化趋势与相关特征，表明暖冬正骤然增加，且冬季气温有新变化趋势，这将导致油菜、小麦等越冬作物生育进程加快，过早进入营养生长与生殖生长并进期，因抗寒力减弱导致冻害，也有利于病虫害发生。通过对不同类型冬季做马尔科夫链概率转移分析，可以制作冷、常、暖年的趋势预报，以便于提前采取相应的对策。

关键词：暖冬；越冬作物；冻害；概率转移；江汉平原

中图分类号：P466 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）17-0034-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.008 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： In the background of global warming， the domestic weather increase is especially evident in winter. Through the analysis of 66 years meteorological materials in Zhongxiang National Basic Meteorological Station of Jianghan Plain， the trend and features of warm， normal， and cold winters are shown to testify the acceleration of warm winter as well as the new trend of climate change in winter. It would definitely speed up the growth process of winter crop （like rape， wheat， etc.） and step into the vegetative growth and reproductive development stages too early to resist cold， which would cause frozen damage and potential pest/disease damage. By means of Chapman-Kolmogorov transition probability analysis of different kinds of winter， we could make trend forecast of warm， normal， and cold year so as to take corresponding measures in advance.

Key words： warm winter； winter crop； frozen damage； transition probability； Jianghan Plain

在全球变暖的大背景下，近百年来，中国年平均气温升高了0.5～0.8 ℃，略高于同期全球增温平均值，近50年变暖尤其明显（国发〔2007〕17号文转《中国应对气候變化国家方案》）。从季节分布看，冬季增温最明显。在江汉平原有代表性的荆州市6个站点，冬季缩短较明显，由20世纪60年代最长的123 d，从1990年开始到现在已缩短为107～110 d[1]。

暖冬的增多直接影响越冬作物。本研究分析了地处江汉平原的钟祥国家基本气象站数十年气象记载资料，分析了暖、常、冷冬变化趋势与相关特征，表明暖冬增多，且冬季3月气温变化有趋势，这里对暖冬的增加给越冬作物油菜、小麦等生长发育带来的影响进行了初步分析与探索，以期为冷、常、暖年的趋势预报，减小对作物的影响提供参考。

1 资料与方法

采用钟祥国家基本气象站1952—2017年气象记载资料，用上年12月到当年1月、2月的3个月气温平均值，与1981—2010年的平均值5.2 ℃作为冬季常年值或气候值进行比较，凡距平值为0.5或以上者作为暖冬，距平值为-0.5或以下者作为冷冬，距平值在正负0.5以下者作为常冬，进行了不同类型冬季变化趋势、暖冬及其不同变化位相，对油菜、小麦的不利影响，不同冬季状态的马尔科夫链及其概率转移分析。

2 结果与分析

2.1 历年暖、常、冷冬类型变化趋势

钟祥市自1952年有气象记录以来，暖冬发生概率在1952—1960年、1961—1970年为0，在1978年首次出现暖冬，即1971—1980年暖冬概率达0.10，并不断增加到2011—2017年的0.57（7年中连续4年出现暖冬）；常冬发生概率由1952—1960年的0.56，波动上升到1991—2000年的0.80，后下降到0.14；冷冬发生概率由1952—1960年的0.44且保持在0.40，1991—2000年减少为0后，2001—2010、2011—2017年又增加到0.29。以上分析表明，由于暖冬的增加，常冬、冷冬减少（表1）。

2.2 暖冬及其气温变化趋势对油菜、小麦的不利影响

暖冬最大的问题是越冬作物在较高气温环境下，不仅冬季生长期缩短，甚至无休眠期，而且较高的积温使生育进程加快，引起油菜提前抽薹，小麦提前拔节。这样会过早由营养生长进入营养生长与生殖生长并进期，其抗寒能力明显减弱，引起冻害，而且江汉平原位于汉江下游地区，是北方冷空气南下的重要通道，雨凇出现机会多，荆州、钟祥市年均雨凇3.0～3.6 d[2]，易致冰冻危害加剧。如2013—2014年整个江汉平原属暖冬，在2013年9月20日播种的油菜，通常0 ℃以上的活动积温达1 355 ℃·d左右即可抽薹[3]，就在2014年1月22日抽薹（积温达1 492.9 ℃·d，较常年同期多137 ℃·d），过早抽薹往往植株横向发育不良，出现顶端生长过旺，其抗寒能力锐减。结果在2月气温由1月7.1 ℃（较常年明显偏高3.1 ℃）的情况下出现降低，从4日开始连续6 d出现低温雨雪并接续冰冻天气，5～15日日平均气温连续降至3 ℃以下（其中4 d连续低于0 ℃），最低气温连续11 d在0 ℃或以下，11日仅-5.5 ℃。因遭冻害裂薹现象尤其严重，还使其第一分枝发育不良，致使以后结荚数、子粒数都减少。对过早拔节的小麦、甚至过早孕穗的大麦影响也很严重。如在10月20日播种的小麦，一般3 ℃以上活动积温达790 ℃·d左右进入拔节期，这样在1月10日就拔节了（其活动积温达813.3 ℃·d，较常年同期偏多76.2 ℃·d），上述低温造成过早拔节小麦幼穗发育不良，对穗粒数或育性都产生了一定影响。尤其大麦已处于孕穗期，对低温的抵抗力更加减弱。特别是在花粉母细胞减数分裂期，造成分生组织细胞受冻死亡，致穗分化和生长发育停止，其减产达15%。

小麦抽穗扬花日平均气温以18～20 ℃为宜，但暖冬会使其抽穗明显提前，引起低温危害。2008—2009年江汉平原及以北地区属暖冬，上年10月17日播种的半冬性偏春性品种豫农202，在2月20日进入拔节普遍期，3月23日即进入抽穗普期，较大面积的郑麦9023也都在此前后抽穗[4]，播种到抽穗0 ℃以上活动积温达1 474.4 ℃·d，较常年同期多200 ℃·d以上，结果在开花期3月28日到4月4日，连续遭遇日平均气温8 d低于12～10 ℃以下低温阴雨天气，导致结实率明显下降。

此外，暖冬有利于病菌孢子与虫卵甚至虫的安全越冬，给病虫害暴发留下了隐患，如蚜虫的危害也较严重。若12月平均气温达5.5 ℃或以上，1月最低气温高于-5.2 ℃时，只要上年9—11月有1个月降水量在100 mm左右，小麦白粉病就会大发生[5]。

2.3 冬季3个月平均气温变化时空位相及其影响

1952—2017年冬季12、1、2月平均气温变化时空位相，66年中有4种类型：一是降后升，其概率为54/66（0.82）；二是降后降，其概率为5/66（0.08）；三是升后升，其概率为6/66（0.09）；四是升后降，其概率为1/66（0.02）。很明显，历年冬季3个月最常见的变化趋势是呈先降后升的趋势、呈一直下降的趋势（即1月气温比上年12月低，2月又比1月低）与呈一直上升的趋势（即1月气温比上年12月高，2月比1月高）都不到0.10，前者往往是前冬暖后冬冷，与之相反的是前冬冷后冬暖，而先升后降是初次发生的极小概率事件，它与冬季最常见的先降后升完全相反，就在1月气温高于2月气温下降的情况下，极易遭到冻害，这是发生在暖年中的例外。

当然，在暖冬年，若3个月的气温一直呈上升趋势，由于12～1月日平均气温3 ℃以下的日数极少，小麦等越冬作物无休眠期，春性品种可免遭极端低温冻害，使分蘖较多，营养生长体增大，因提前拔节，在冬季较低积温环境下，幼穗发育较充分（时间拉长），有利于多穗、多粒、大穗的形成，只要合理地将播种期从原来10月中旬后期推迟到10月25日—11月10日，实施科学水肥管理，将利于高产。

2.4 不同类型冬季状态的马尔科夫链及其概率转移

利用（2）式还可以计算三阶、四阶等高阶转移概率矩阵。通常为了预报来年冬季是冷冬、常冬、暖冬哪种类型，在预报方法上，由于上述系列是按冷冬（1）、常冬（2）、暖冬（3）表示，如果最后2個状态为2、2，可先查表2由S2经一阶转移到S2的概率最大，为0.57，转移到S3的概率次之，为0.24，转移到S1的概率最小，为0.19，所以一阶转移结果应预报为S2即2；接着用倒数第二年的状态2，查表3由S2经二阶转移到S2的概率最大，为0.52，转移到S1的概率次之，为0.33，转移到S3的概率最小，为0.14，故二阶转移结果应预报为S2（即2），这样最终预报为2即常冬。如1994年常冬编码2，其前一年1993年常年也编码2，先查表2一阶为2，再查表3二阶也为2，都是预报1995年为常冬，结果实况与预报相符。因此，马尔科夫链概率转移法可作为预报未来冷冬、常冬、暖冬类型的参考方法。

3 结论与讨论

钟祥市1952年至2017年，在1978年首次出现暖冬，并从1996年开始不断加速增长到2011—2017年的概率达0.57；暖冬最大的问题是越冬作物在较高气温环境下，活动积温明显增加使生育进程加快，引起油菜提前抽薹，小麦提前拔节，导致由营养生长过早进入营养生长与生殖生长并进期，其抗寒能力明显减弱，引起冻害，使油菜第一分枝发育不良，致以后结荚数、子粒数均减少。对过早拔节的小麦、甚至过早孕穗的大麦影响也很严重。特别是在大麦花粉母细胞减数分裂期，造成分生组织细胞受冻死亡，致穗分化和生长发育停止，导致其减产严重。

冬季3个月平均气温变化趋势中发现有先升后降趋势，更易使越冬作物遭遇冻害，这应该引起高度重视。利用不同类型冬季状态的马尔科夫链及其概率转移分析，可以对今后暖冬的发生与否做趋势预报参考。

随着暖冬的增加，可能会导致这3个月的气温呈一直上升的年份相应增加，这就可免遭极端低温冻害。这类年可采用春性品种，使之分蘖适度增多（为防过旺生长可适时镇压或叶面喷施抑旺促壮的多效唑），虽会提前拔节，但冬季积温较低，能使幼穗分化期拉长，可从争多穗、大穗上下功夫，科学水肥管理，变被动为主动，取得高产。

参考文献：

[1] 贺程程.荆州四季初日与长度变化特征分析[J].湖北气象，2017（3）：27-31.

[2] 湖北省地方志编纂委员会办公室.湖北气候志[M].武汉：湖北人民出版社，1989.

[3] 黄智敏，黄 璟.中国东亚热带农业湿地高效种养模式研究与实践[M].北京：气象出版社，2007.

[4] 黄智敏.农业气象服务手册[M].北京：金盾出版社，2013.

[5] 成尚廉.小麦白粉病大量发生的农业气象条件分析[J].湖北植保，2001，1（1）：18-19.