近10年青海共和地区霜冻气候特征与历史特征的对比分析

2020-05-19王万满多杰才旦

农业灾害研究 2020年2期

王万满多杰才旦

摘要利用青海省共和县气象局观测的1961—2017年逐日最低气温资料，采用线性倾向估计、绝对变率、保证率等分析方法，对共和地区≤0℃霜冻初日、终日、无霜期变化特征进行分析，为有效利用共和地区农业气候资源提供科学参考依据，对该地区的农业生产起到积极有效的指导和促进作用。

关键词霜冻;气候特征;对比分析;共和

中图分类号：P468.02 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）02-025-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.012

Comparative Analysis of Frost Climate Characteristics and Historical Characteristics in Qinghai in the Past 10 Years

WANG Wan-man et al（Meteorological Bureau of Hainan Tibetan Autonomous Prefecture，Gonghe，Qinghai 813099）

Abstract Based on the daily minimum temperature data from 1961 to 2017 observed by the Meteorological Bureau of Gonghe County，the change characteristics of the first day，the last day，and the frost free period of the frost in Gonghe district at ≤0℃ were analyzed by using the linear tendency estimation，absolute variability and assurance rate，which provided a scientific reference for the effective utilization of the agricultural climate resources in Gonghe district and played a positive and effective role in guiding and promoting agricultural production in the region.

Key words Frost;Climatic characteristics;Comparative analysis;Gonghe

霜冻是指植物生长季节里因土壤表面和植株体温度降低至0℃或0℃以下而引起植物冻害，是一种常见的农业气象灾害，历来就是农业科学、气象科学及其他相关科学研究的重点问题[1-2]。作物刚开始生长阶段或成熟阶段出现霜冻，都会对农作物造成严重危害。为了有效地预防霜冻灾害，许多学者对霜冻的发生规律、形成机理、预防措施及对农业生产的影响等方面进行了研究[3-5]。笔者对共和地区≤0℃霜冻初日、终日、无霜期变化特征进行分析，为有效利用共和地区农业气候资源提供科学参考依据，对该地区的农业生产起到积极有效的指导和促进作用。

1 资料与方法

1.1 资料来源

选取青海省共和县气象局观测的1961—2017年共57年的逐日最低气温数据，计算霜冻初终日期间的无霜期日数和同时期的积温。采用1981—2010年的30年平均值为多年平均值。把日最低气温≤0℃作为霜冻标准[6]，终霜日定义为前半年最后一次出现日最低气温≤0℃的日期，初霜日定义为后半年首次出现日最低气温≤0℃的日期。无霜期是一年中终霜后至初霜前的一整段时间[7]，在此期间内没有霜冻出现。

1.2 研究方法

1.2.1 霜冻初日、终日的时间序列采用Julian日换算方法[8]，即将霜冻初日、终日出现日期转换为距离1月1日的实际日数，得到霜冻初日、终日的时间序列。

1.2.2 线性倾向估计法运用线性倾向估计法[9]对霜冻初日、终日、无霜期的变化规律进行分析。

1.2.3 80%保证率保证率是指某一界限以上或以下要素各值出现概率的总和。利用如下方法计算80%保证率[10-11]。

式中，P80%是80%保證率;S为均方差;为序列的均值;C为变异系数，可由下式算出。

1.2.4 绝对变率用以下式子计算初终霜日及无霜期的绝对变率。

应用DPS7.05、Excel 2003软件对数据进行统计处理、分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 共和地区霜冻的气候变化趋势

2.1.1 霜冻终日变化趋势由图1可见，1961—2017年近57年高寒地区共和地区霜冻终日日序呈现出波动提前的趋势，以每10年3.6 d的速率提前，霜冻终日日序与年份间的线性相关系数为0.478，通过99.99%的显著性检验。近57年≤0℃霜冻终日日序提前了20.6 d，提前趋势极显著。由表1可知，共和地区≤0℃霜冻终日历年平均日序为129.9 d（5月10日），最早日序为106.0 d（1992年4月17日），最晚日序为166.0 d（1969年6月16日），最早与最晚日序差值60 d。≤0℃霜冻终日日序绝对变率为9.7，变异系数为0.095，80%保证率在5月3日。

由≤0℃霜冻终日年代平均值（表2）可以看出，20世纪60、70、80年代共和地区≤0℃霜冻终日落后于历年平均日期，20世纪90年代开始≤0℃霜冻终日呈提前趋势。

2.1.2 霜冻初日变化趋势从图2可以看出，近57年来共和地区≤0℃霜冻初日日序呈现出波动延迟的趋势，其气候倾向率为4.0 d/10年，≤0℃霜冻初日日序与年份间的线性相关系数为0.687，通过99.99%的显著性检验。近57年来≤0℃霜冻初日日序推迟了22.8 d，推迟趋势极显著。从表1可见，共和地区≤0℃霜冻历年平均日序为272.6 d（9月30日），初霜日发生日序最早为241.0 d（1962年8月30日），最晚为286.0 d（2000年10月14日），最早与最晚日序差值为45 d。≤0℃霜冻初日日序的绝对变率为7.9，变异系数为0.036，80%保证率在9月19日。由初霜日年代平均值（表2）可以看出，20世纪60、70、80年代≤0℃霜冻初日早于历年平均日期，20世纪90年代开始≤0℃终日则呈推后趋势。

上述结果表明，共和地区初霜日的绝对变率要小于终霜日的绝对变率，表明初霜日较终霜日稳定，年际差异相对较小。从最小值和最大值的差值来看，终霜日为60 d，初霜日为45 d，说明共和地区的终霜日年际差异较大，稳定性差，对农作物（马铃薯、碗豆等）和蔬菜的苗期以及果树的花期造成不利影响。

2.1.3 无霜期的变化趋势农作物的生长期也与无霜期有着密切关系，无霜期长，生长期也长。由图3可见，近57年来无霜期日数呈现出波动延长的趋势，其气候倾向率为7.6 d/10年，无霜期日数与年份间的线性相关系数为0.719，通过99.99%显著性水平检验，即近57年来无霜期显著延长了43.4 d。由表1可知，共和地区无霜期日数的历年平均值为141.6 d，绝对变率为14.1，变异系数为0.129，80%保证率在121 d。由无霜期年代平均值（表2）可以看出，20世纪60—80年代无霜期日数短于历年平均日数，其中20世纪80年代最短，只有113.5 d;20世纪90年代以来无霜期日数长于历年平均日数，其中2011—2017年最长，为153.7 d。可见，随着年份的增加，共和地区霜冻的终日提前、初日延迟、无霜期延长，这与许多学者[12-14]的研究结论相一致，说明随着全球气候变暖，不同地区霜冻的年际变化规律具有相似性。

2.2 近10年霜冻气候变化特征

2.2.1 近10年霜冻终日变化趋势从图4可以看出，近10年来共和地区≤0℃霜冻终日呈现出波动推迟的趋势，以每年1.2 d的速率推迟，≤0℃霜冻终日与年份间的线性相关系数为0.429，未通过0.10显著性水平检验。2008—2011年≤0℃霜冻终日呈逐年提前趋势，2012—2017年≤0℃霜冻终日在波动中呈现推迟趋势，其中2014年≤0℃霜冻终日出现在5月19日，2015年出现在4月26日，两者相差23 d，年际间变化幅度大。

2.2.2 近10年霜冻初日变化趋势从图5可以看出，近10年来共和地区≤0℃霜冻初日呈现出波动推迟的趋势，以每年0.62 d的速率推迟，≤0℃霜冻初日与年份间的线性相关系数为0.708，通过0.05显著性水平检验。2008—2010年≤0℃霜冻初日呈逐年提前趋势，2011—2017年≤0℃霜冻初日在波动中呈现推迟趋势，2017年出现在10月10日，推迟趋势显著。

2.2.3 近10年无霜期变化趋势由图6可见，近10年来共和地区≤0℃无霜期呈现出波动中缩短的趋势，以每年0.56 d的速率缩短，10年间共缩短了5.6 d。≤0℃无霜期与年份间的线性相关系数为0.199，未通过0.10显著性水平检验，说明近10年无霜期缩短趋势不显著。2008—2012年≤0℃无霜期呈逐年延长趋势，2012—2013年≤0℃无霜期呈急剧缩短趋势，2015—2017年无霜期在波动中呈现延长趋势。

2.3 初、终霜日的概率分布

从表3可以看出，终霜日较气候平均值偏早的概率中，以提早1～5 d的概率最大，为52.0%，平均每2年一遇;其次是提早6～10 d和11～15 d的概率均为20.0%，平均每5年一遇;提早16～20 d和21～25 d的概率均为4.0%，平均每25年一遇。

初霜日较气候平均值偏早的概率中，以提早1～5 d和6～10 d的概率最大，均为29.0%，平均每3年一遇;其次是提早11～15 d的概率，为22.6%，平均每4年一遇;提早16～20 d的概率为12.9%，平均每7年一遇;提早21～25 d的概率为6.5%，平均每15年一遇。

终霜日较气候平均值偏晚的概率中，以偏晚1～5 d的概率最大，为37.0%，平均每2.7年一遇;其次是偏晚6～10 d的概率，为29.6%，平均每3.4年一遇;偏晚11～15 d的概率为11.1%，平均每9年一遇;偏晚21～25 d的概率为14.8%，平均每6.8年一遇;偏晚26～30 d的概率为7.4%，平均每14年一遇。

初霜日较气候平均值偏晚的概率中，以偏晚1～5 d的概率最大，为54.2%，平均每2年一遇;其次是偏晚6～10 d的概率，為41.7%，平均每2.4年一遇;偏晚11～15 d的概率为4.2%，平均每24年一遇。

2.4 无霜期保证率

从气候资源利用的角度评价，无霜期的变化范围越大，表明热量资源的稳定性越差，可利用的程度越低;从防御灾害的角度分析，无霜期变化越大，农业生产上躲避霜冻的难度越大，遭受的危害性越高。

用分组法计算保证率，将57年无霜期分为11组，统计各组出现的次数，计算各组出现的频率，然后各组的频率依次累加，其累计频率就是无霜期保证率。

从图7可以看出，共和地区平均无霜期为141.6 d，近57年无霜期长于平均值的年份占40%，而短于平均值的年份占60%，长于平均值的年份比短于平均值的年份少20%。无霜期的年际变化范围较宽，最长和最短的差值（极差）为75 d，接近平均无霜期的一半。在这个范围内，集中在平均值前后10 d的有25年，占43.9%;集中在平均值前后15 d的有35年，占61.4%;集中于平均值前后20 d的有39年，占68.4%。说明历年无霜期的值不是很分散。保证率为95%、90%、80%的无霜期，分别比平均无霜期短33、19、11 d。

3 结论

（1）共和地区近57年来≤0℃霜冻的终日历年平均日期为5月10日，初日历年平均日期为9月30日。≥0℃霜冻的无霜期日数的历年平均值为141.6 d。

（2）近57年来共和地区≤0℃霜冻的终日以每10年3.6 d的速率呈极显著的提前趋势，初日以每10年4.0 d的速率呈显著的后延趋势，终日提前的幅度小于初日后延的幅度;无霜期以每10年7.6 d的速率呈现极显著延长趋势。初、终霜日的绝对变率小于无霜期的绝对变率。霜冻终日80%保证率在5月3日，霜冻初日80%保证率在9月19日，无霜期80%保证率在121 d。近10年霜冻终日呈不显著推迟趋势，霜冻初日则呈显著推迟趋势，由于受到霜冻终日和初日均呈现推迟的影响，无霜期呈不显著缩短趋势。

（3）≤0℃霜冻的终霜日较气候平均值偏早的概率中，以提早1～5 d的概率最大，為52.0%，平均每2年一遇;初霜日较气候平均值偏早的概率中，以提早1～5 d和6～10 d的概率最大，均为29.0%，平均每3年一遇;终霜日较气候平均值偏晚的概率中，以偏晚1～5 d的概率最大，为37.0%，平均每2.7年一遇;其次是偏晚6～10 d的概率为29.6%，平均每3.4年一遇;初霜日较气候平均值偏晚的概率中，以偏晚1～5 d的概率最大，为54.2%，平均每2年一遇;其次是偏晚6～10 d的概率为41.7%，平均每2.4年一遇。

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