基于农田小气候的枇杷花果期低温冻害分析及预报

姜燕敏，吴宝玉，朱泠霏，李丽芬，陆晨薇

(1.丽水市气象局，浙江 丽水 323000； 2.丽水市农业农村局，浙江 丽水 323000)

丽水一直有着“浙江天然的枇杷基因库”的美誉，该地中亚热带季风气候和山地立体气候并存，冬暖春早、雨热同步、山地立体等气候资源为枇杷优异品质的形成创造了优越的气候环境[1-3]。但枇杷在冬季开花，且花期时间长，初春形成幼果，恰逢最冷时段，枇杷花、果最容易遭受低温冻害[4-5]。加上近些年极端气候事件的增多[6-8]，给枇杷的生长发育、产量形成、品质塑造等也造成了一定影响。如2016年1月下旬的寒潮天气导致丽水露地枇杷基本全部受冻，露地枇杷基本绝收；大棚内枇杷果也大部分冻伤，嫩梢冻伤，只有少部分未受冻。基于这种情况，充分利用农田小气候站实时监测数据，能很好地起到观测、评估与预防枇杷低温冻害的作用。

本研究基于丽水太平乡枇杷基地棚内、棚外农田小气候站逐时气温观测资料，与丽水国家气象观测站同期观测数据进行对比分析，根据气象行业标准《枇杷冻害等级》的低温指标，分析枇杷花果期最低气温和不同等级低温冻害日数的变化特征，结合容易发生枇杷低温冻害的天气形势，建立太平枇杷低温预报模型，及早做好监测预警服务，并通过短信、微信、电视等渠道提醒枇杷种植户及早做好相关防御，为果农防范低温冻害做好气象预测与服务工作。

1 材料与方法

1.1 农田小气候站

丽水市莲都区太平乡下岙村枇杷基地农田小气候站建站时间是2015年1月19日，包括枇杷棚内农田小气候站(119°52′56″E，28°32′28″N，海拔78.0 m，下面简称“棚内”)和枇杷棚外农田小气候站(119°52′56″E，28°32′28″N，海拔78.0 m，下面简称“棚外”)。为了便于运用天气预报温度预报值，对太平枇杷基地最低气温进行预报订正，故引用对应同时段的丽水国家气象观测站(119°55′47″E，28°27′41″N，海拔59.7，下面简称“丽水”)气象资料，进行数理统计对比分析。

1.2 枇杷花果期

根据丽水枇杷种植特点，一般认为11月至次年2月上旬为枇杷开花期，1—3月为枇杷幼果期。枇杷开花期和幼果期持续时间较长，且时间上难以明确区分[9]，故本文将枇杷花果期归并为11月至次年3月，该时段也是大棚防御低温冻害发挥作用的主要时段。

以2015—2019年的每年11月至次年3月枇杷花果期逐时气象观测资料为分析对象，选取棚内、棚外和丽水逐时气象观测数据，数据中少量缺测值通过同一站点前后时间的数据差值补齐[10-12]。

1.3 枇杷低温冻害指标

根据气象行业标准《枇杷冻害等级》[13]，最低气温是判断枇杷花果期是否遭受低温冻害最重要的气象要素。根据相关专家研究的枇杷开花、幼果期冻害等级指标[14-15]，结合丽水当地枇杷生长气候特征和农业专家意见[16-17]，把11月至次年2月上旬确定为当地枇杷开花期，并根据最低气温(Tmin)，划分为轻度(-4 ℃

1.4 天气类型划分

将天气类型按日平均总云量C(指云遮蔽天空视野的成数)的多少分为晴(0≤C<2.0成)、多云(2.0≤C≤8.0成)、阴(雨雪)(C>8成)3种天气类型。

2 结果与分析

2.1 枇杷花果期最低气温变化特征

2.1.1 最低气温日变化特征

由枇杷花果期(11月至次年3月)最低气温的日变化特征(图1)可以看出，最低气温的变化趋势总体较为一致，都是先降低，至早晨7：00左右降至最低值，随后逐渐升高，在午后15：00左右升至最高值，然后再逐渐降低，以此往复。从3个站点最低气温的对比来看，棚内和棚外的最低气温变化趋势基本一致，其中棚内全天最低气温明显高于棚外，在夜间棚内增温更为明显，因为在寒冷季节夜间大棚薄膜基本都是覆盖的，可见大棚的增温防冻作用比较明显，特别是遇到低温冻害天气时，大棚起到明显的保温效果。另外，丽水国家气象观测站最低气温仅在白天10：00—15：00低于棚内、棚外小气候站，而在傍晚-夜间-凌晨都明显高于小气候站，在晴天夜间(夜间辐射降温严重)尤为明显；而且丽水站最低气温变化略滞后于棚内和棚外气温，丽水城区气温最高点出现于午后16：00，与太平枇杷基地相比滞后约1 h。

图1 丽水枇杷花果期不同天气类型最低气温日变化特征

在晴(a)、多云(b)和阴(c)不同天气条件下，最低气温的昼夜变化幅度相差较大。其中，晴天最低气温日较差最大，棚内、棚外和丽水分别达到16.6 ℃、16.5 ℃和13.9 ℃，其中棚外最低气温在7：00出现，仅有0.6 ℃，棚内15：00出现最高值，18.2 ℃。多云天气时，最低气温昼夜变化幅度有所平缓，棚内、棚外和丽水日较差分别是13.0 ℃、12.8 ℃和10.8 ℃，且主要以夜间最低值的升高导致了昼夜日较差的减小，如7：00时的棚外最低气温升至6.0 ℃，较晴天提高5.6 ℃。阴(雨雪)天时，最低气温变化幅度最小，趋于平缓，棚内、棚外和丽水日较差分别只有5.5 ℃、4.6 ℃和3.8 ℃，谷值7：00最低气温的升高，峰值15：00最低气温的降低，共同导致阴(雨雪)天气温起伏不明显。但不同天气条件下，都是棚内昼夜温差最大，其次是棚外，丽水城区温差最小。

2.1.2 最低气温月变化特征

由枇杷花果期平均最低气温(表1)对比来看，低温冻害主要发生在12、1和2月，其中丽水城区最低气温最高，其次是棚内最低气温，而棚外最低气温最低。从极端最低气温分布来看，1月棚外低温最为明显，同时也说明大棚对棚内枇杷起到较好的保护作用。因为冬季大棚薄膜覆盖基本上是全天的，仅在晴天的中午时揭膜通风，故相比棚外则有效降低了低温冻害的发生概率[17]。

表1 枇杷花果期月最低气温

2.1.3 夜间最低气温变化的影响

对于枇杷花果期来说，最低气温是花果受冻的最主要因素，夜间又是最低气温降低最明显的时候。相比白天，夜间最低气温下降幅度大，且持续时间长，而在0：00 —8：00期间气温降低较为明显，尤其是6：00 — 8：00气温降至最低，这给农户防御枇杷低温冻害带来一定难度。2016年1月22—26日发生强寒潮天气，气温大幅下降，多地积雪明显，太平枇杷棚外最低气温在1月23日、24日、25日连续3 d的24 h之内都以零下为主(低于零度的时间分别占19、20和17 h)。尤其是1月25日晨间5：00 — 08：00，持续4 h棚外最低气温都低于-9.0 ℃，5：20出现-9.7 ℃的极端最低气温。棚内则采取火炉加温等措施防御枇杷花、果冻害，对防御冻害有一定的实践效果。相比棚外最低气温，虽然有所回升，但仍较低，3 d低于零度的时次分别占8、15和11 h，而棚内也在1月25日晨间6：26出现-4.4 ℃极端最低温度。

2.2 枇杷花果期低温冻害程度分析

2.2.1 枇杷开花期低温冻害程度分析

由表2可知，枇杷棚内、棚外和丽水近五年枇杷开花期年均冻害(Tmin≤-3 ℃)日数分别是1.6、6.0和1.0 d，且都以轻度冻害为主，其中枇杷棚外冻害日数最多，且有重度和极重等级冻害出现。

表2 枇杷开花期不同等级低温冻害日数

图2显示，最低气温变化也是丽水最高，其次是棚内，最低的是棚外，且11—12月最低气温变化趋势基本一致；从1月开始趋势发生变化，尤其是1月下旬最冷的时候，三者差距最大，可见大棚保温性发挥了重要作用，棚内温度较棚外明显升高，棚内平均最低气温比棚外高出1.3 ℃，极端最低气温甚至高出5.3 ℃。枇杷开花期最低气温随时间推移下降明显。12月中旬最低气温出现一个低谷，随后有所缓和，在1月下旬出现-9.7 ℃的最低气温(棚外极端最低气温)。枇杷开花期低温冻害日数从无到有，从低到高，花期冻害时间段主要出现在12月上旬至2月上旬，其中1月下旬至2月上旬是枇杷开花期冻害最严重的时候。从花期特性来看，枇杷三花(1月上旬至2月上旬开放的花)遭受冻害的可能性最大(棚外和棚内冻害日数分别达4.2和1.0 d)，远大于二花(11月下旬至12月下旬开放的花)和头花(11月中旬以前开放的花)。

图2 丽水枇杷开花期低温冻害变化特征

2.2.2 枇杷幼果期低温冻害程度分析

由表3可知，枇杷棚内、棚外和丽水的枇杷幼果期年均冻害(Tmin≤-1 ℃)日数分别是5.6、10.2和3.8 d，棚外冻害日数最多。3站点虽都以轻度冻害为主，但其他冻害等级也均有分布，尤其是棚外中度、重度和极重冻害日数都分别达到3.8、1.0和1.4 d，可见枇杷幼果期发生冻害风险明显大于开花期。

表3 枇杷幼果期不同等级低温冻害日数

图3显示，枇杷幼果期最低气温随时间推移呈先降低后升高的趋势，在1月下旬降至最低点，棚内、棚外、丽水分别降至-4.4 ℃、-9.7 ℃、-7.3 ℃，此时棚内最低气温明显高于棚外，可见大棚保温效果明显。在冬季、初春大棚均以薄膜覆盖为主，晴天气温升高时通风换气，大棚增温效果相对明显[17]。

图3 丽水枇杷幼果期低温冻害变化特征

枇杷幼果期低温冻害日数呈先增加后减少趋势，幼果期冻害主要集中在1月下旬至2月中旬，尤其是2月上旬，棚外冻害日数达到最高值3.2 d，占棚外幼果期冻害总日数的31.4%。

2.3 枇杷花果期低温冻害天气形势分析及低温预报

2.3.1 低温冻害天气形势分析

由近几年枇杷花果期低温冻害出现日期可以看出，有几个时段低温冻害对枇杷的影响最大，也造成较大的损失。如2015年2月6—13日，属于多股干冷空气补充型，冷空气强度弱，出现连晴天气。2016年1月23—27日，强冷空气影响出现大雪天气，部分枇杷树覆盖薄膜防积雪，枇杷树被雪压翻；2016年1月25日田间调查显示，露地枇杷全部受冻，棚内虽采用了火炉加温，但枇杷果也大部分冻伤，尤其是嫩梢冻伤，仅有少部分未受冻。2016年2月6—10日，冷空气强度弱，出现连晴天气，高空处于西北气流中，地面“L”型高压，不断有西北路干冷空气补充。2017年1月21—24日，冷空气强度弱，出现连晴天气，高空“两槽一脊”，地面处“L”型高压前底部，有冷空气补充南下。2018年1月21—31日，受多股冷空气连续影响，气温持续下降。2月1—8日持续晴冷天气，夜间辐射降温明显，出现低温冰冻，花果期均达到极重的冻害级别。

综合来看，枇杷低温冻害大多发生在雨(雪)后转晴，干冷空气补充造成的降温过程。天气形势基本都是高空“两槽一脊”、地面处“L”型高压前底部，出现连晴天气，夜间晴空辐射降温明显导致低温冻害。不同的是冷空气的强度，即冻害程度不同，如2016年1月23—27日为强冷空气影响，其余几个过程均为弱冷空气连续影响。近五年枇杷低温冻害中以2016年冻害最为严重(图4)，枇杷开花期和幼果期棚外冻害日数分别达到7和16 d，其中极重冻害日数分别达3和5 d，不仅冻害日数多，且冻害强度大。

图4 2016年1月25日8：00 500 hPa高空图(a)和20：00地面图(b)

2.3.2 枇杷花果期低温冻害预测模型

根据近五年11月至次年3月太平枇杷基地棚内、棚外和丽水最低气温对比分析(表4)来看，枇杷花果期棚内、棚外最低气温与丽水最低气温都呈显著正相关，即最低气温是同时升高或降低的，相关系数都达到0.9以上，均通过0.01显著性水平。在晴、多云、阴(雨雪)不同天气条件下，棚内最低气温分别较丽水偏低2.0 ℃、1.9 ℃和0.8 ℃，棚外最低气温分别较丽水偏低2.9 ℃、2.4 ℃和1.3 ℃，棚外低温较棚内更低一些。所以一般情况下，可以根据气温差大致推算出太平枇杷基地棚内、棚外的最低气温。基于此，当最低气温预测值达到枇杷花果期冻害阀值时，可提早开展枇杷低温冻害监测预警服务。

表4 枇杷棚内外最低气温预报模型

更为科学的可以采用回归预报模型。根据本地气象部门预报的最低气温，估算太平枇杷基地棚内、棚外的最低温度，尤其是在低温冻害、寒潮、冷空气等过程中，提早计算枇杷基地最低气温及预估冻害程度，并及时指导农业生产，提醒果农提早做好相关防御措施，尽量减轻或避免枇杷低温冻害的发生。

3 小结

最低气温是判断枇杷花果期是否遭受低温冻害最重要的气象要素。晴天时最低气温变化幅度较大，夜间降温较明显，7：00左右出现最低值；多云天气最低气温变化幅度小于晴天，气温最低值升高，气温日较差缩小；阴天最低气温变化趋于平稳，气温日较差最小。枇杷棚内最低气温明显大于棚外，在晴天夜间最为明显，大棚具有较好的保温效果。

枇杷花果期低温冻害主要发生在12、1和2月，且以1月下旬至2月中旬低温冻害较为严重，最低气温较低，冻害日数增多，且以棚外冻害最为严重，棚内冻害有所减轻，大棚的增温防冻作用相对明显。夜间是发生枇杷花果期低温冻害最集中的时候，尤其以6：00—8：00最为严重，给开展低温冻害防御造成一定不便，也更体现出提早预报的重要性。

枇杷低温冻害大多发生在高空“两槽一脊”、地面处“L”型高压前底部的天气形势下，出现类似天气类型，提高警惕，提早开展相关预报及服务。可以采用枇杷棚内外最低气温预报模型，根据丽水最低气温预报，结合不同天气的经验统计差值，预估太平枇杷基地棚内、棚外的最低温度，提早采取枇杷相关冻害防御措施，有效减轻冻害发生。