气候变暖下柴达木盆地晚霜冻变化特征分析

许学莲 ，王发科，曾国云，侯 岳，石秀云

(1.青海省格尔木市气象局，青海 格尔木 816099； 2.青海省防灾减灾重点实验室,青海 西宁 810001)

引言

霜冻是一种较为常见的农业气象灾害，发生在冬春季，多为寒潮南下，短时间内气温急剧下降至0℃以下引起的；或者受寒潮影响后，天气由阴转晴的当天夜晚，因地面强烈辐射降温所致。根据霜冻发生的季节不同，分为春霜冻和秋霜冻。春霜冻又称为晚霜冻，也就是春播作物苗期、果树花期、越冬作物返青后发生的霜冻。霜冻发生的越晚，对作物的危害越大。秋霜冻又称早霜冻，秋收作物尚未成熟，露地蔬菜还未收获时发生的霜冻。随着季节推移，秋霜冻发生的频率逐渐提高，强度也加大。

柴达木盆地为高原型盆地，地处青海省西北部，主要在海西蒙古族藏族自治州，是一个被昆仑山、阿尔金山、祁连山等山脉环抱的封闭盆地，介于90°16′E-99°16′E、35°00′N-39°20′N之间。盆地略呈三角形，东西长约800km，南北宽约300km，面积约24×104km2，为中国三大内陆盆地之一。

叶殿秀等[1]等对我国霜冻变化特征研究得出：全国平均终霜冻日期20世纪80年代起明显提早，初霜冻日期20世纪90年代开始明显推迟，全国平均终霜冻日期提早时间明显比初霜冻日期推迟时间长。张建光等[2]研究了我国北方梨树花期霜冻发生的特点后指出，在西北地区霜冻发生极为频繁，是梨果生产的重大威胁。高杰等[3]研究了气候变暖背景下沙坡头区霜冻变化特征后表明，55年来该地区初霜冻日呈推后趋势，终霜冻日呈提前趋势，无霜期呈延长趋势。陈芳等[4]研究了青海省近45年霜冻变化特征及其对主要作物的影响，结果表明：青海省大部分地区早(秋)霜冻初日推迟，晚(春)霜冻终日提前，无霜冻期延长。王发科等[5]分析了柴达木盆地南缘霜冻的气候变化特征，认为霜冻年际变化呈明显减少趋势，初霜冻日推迟，终霜冻日提前，无霜期延长。本文主要在气候变暖下，分析探讨柴达木盆地晚霜冻变化特征，对提高当地霜冻灾害的预测和防御能力有着十分重要的意义。

1 资料与研究方法

1.1 研究区概况

柴达木盆地属高原大陆性气候，以干旱为主。年平均气温5.1-5.9℃之间，最高气温33℃，最低气温-40℃。年平均降雨量为100-300mm，年蒸发量为1000-3000mm，年平均相对湿度为30-40%，风力强盛，年8级以上大风日数可达25-75d，西部甚至可出现40m/s的强风，风力蚀积强烈。无霜期时间长达115d-136d。柴达木盆地独特的沙地土壤和气候条件，特别适合藜麦的生长。

图1 柴达木盆地气象站点分布图

1.2 资料来源

选取格尔木、小灶火、诺木洪、德令哈和都兰5个气象观测站1961-2018年逐日平均气温和最低气温，根据《青海省气候资源分析评价与气象灾害风险区划》[6]中“霜冻灾害指标选择及等级划分”为依据，统计出晚霜冻发生日期及出现次数。

1.3 研究方法

按照儒略日记录方法(平年365天记录为365个儒略日，闰年为366个儒略日)统计晚霜冻发生日期，利用一元线性回归法[7]对柴达木盆地1961-2018年平均气温、晚霜冻出现次数和出现日期的变化趋势进行分析；采用Mann-Kendall突变法[7]对气温长期变化趋势进行突变检验。

2 结果与分析

2.1 柴达木盆地平均气温变化趋势

1961-2018年柴达木盆地平均气温以0.47℃/10a的气候倾向率呈上升趋势，且通过了0.01的显著性检验。多年平均值为4.2℃，最大值为5.9℃(2016年)，最小值为2.5℃(1967年)。平均气温累积距平在60年代至80年代中后期为下降趋势，80年代后期至90年代中后期较平稳，90年代后期至21世纪10年代为上升趋势。9点滑动曲线呈波动上升趋势(图2a)。年代际距平表现为(表1，下同)，60-90年代为负距平，气候属偏冷期，但气温随年代的增加逐渐升高；00-10年代为正距平，气候属偏暖期。这与大多数学者研究的结论相一致[8-9]。

表1 柴达木盆地平均气温、晚霜冻发生日期和出现次数年代际距平变化

从图2b得出，柴达木盆地平均气温从1961年开始呈上升趋势，1972开始UF值超过临界值，UF、UB曲线相交于临界线外的1986年至1987年之间，这与累积距平的变化趋势相一致，表明58年来柴达木盆地气温由偏冷期过渡为偏暖期。

(细虚线为多年平均值；直线为线性趋势线；粗曲线为9年滑动曲线；粗虚线为累积距平线，下同)

2.2 柴达木盆地晚霜冻变化特征

2.2.1 年际变化特征

近58年来柴达木盆地晚霜冻出现次数以4.93次/10a的气候倾向率呈减小趋势，且通过了0.05的显著性检验。多年平均值为21.5d，最多值出现在1961年(79次)，最小值出现在1997年和2000年(2d)。9点滑动曲线呈波动下降趋势(图3a)。年代际距平表现为，60-80年代为正距平，逐年代呈减小趋势；90年代至2018年为负距平，21世纪00年代比上一年代增加1.8℃，2011-2018年比上一年代减小3.9℃。晚霜冻发生日期以2.05d/10a的气候倾向率呈提前趋势，并通过了0.01的显著性检。多年平均值为140.4d，最多值出现在1969年(166d)，最少值出现在2000年(125d)。20世纪60年代至21世纪00年代中期9点滑动曲线呈波动下降趋势，之后呈上升趋势(图3b)。60-80年代为正距平，90年代至2018年为负距平，2011-2018年比上一年代略有推迟。这与王发科等[5]和陈芳等[4]研究的结论一致，受气候逐渐变暖的影响，霜冻出现次数呈减少趋势，晚(春)霜冻终日提前。

图3 柴达木盆地晚霜冻发生日期和次数变化特征

从各站看代际变化分析得出(表2)，小灶火、格尔木、诺木洪、都兰20世纪60年代晚霜冻发生日期最晚(153.6d、145.0d、143.0d、150.1d)、出现次数最多(14.6次、5.4次、3.7次、6.4次)，德令哈晚霜冻发生日期最晚出现在20世纪70年代(149.1d)，60年代出现次数最多(8.3d)；晚霜冻发生最早日期和最少出现次数5站各不相同，小灶火出现在20世纪90年代(138.9d/4.4次)、格尔木出现在20世纪80年代(127.7d/1.5次)、诺木洪、都兰出现在2011-2018年(132.0d/1.3次、140.1d/4.5次)、德令哈出现在21世纪00年代(133.3d/2.4次)。

表2 各站晚霜冻发生日期和出现次数年代际变化

2.3 柴达木盆地晚霜冻空间变化特征

分析图4可知，柴达木盆地晚霜冻出现次数平均值高值中心出现在西部的小灶火，低值中心出现在西部的格尔木和东部的诺木洪；发生日期高值中心出现在西部的小灶火和东部的都兰，低值中心出现在西部的格尔木。

图4 柴达木盆地晚霜冻空间变化特征

晚霜冻出现次数变化速率从东部向西部逐渐减小，高值中心出现在东南部的都兰和诺木洪地区，低值中心出现在西部的小灶火。小灶火、格尔木、德令哈通过了0.01的极显著性检验，诺木洪通过了0.05的显著性检验，都兰未通过显著性检验。发生日期变化速率从东部向西部逐渐减小，高值中心出现在东南部的都兰地区，低值中心出现在西部的格尔木、小灶火和东部的德令哈。小灶火、格尔木、诺木洪、德令哈减小速率通过了0.01的极显著性检验，都兰未通过显著性检验。

2.4 气候突变前后霜冻变化特征

根据平均气温突变检验(M-K检验)得知，柴达木盆地平均气温突变发生在1986-1987年之间，故将盆地晚霜冻发生日期和出现次数划分为突变前和突变后两个阶段进行分析：突变前发生日期平均值为143d,气候倾向率以3.80d/10a的速率呈提前趋势，突变后平均值为139d，以2.95d/10a的气候倾向率呈提前趋势，突变前、后都通过0.01的极显著性检验。突变前晚霜冻出现次数平均值为28.7次，突变后出现次数均值为15.3次，前、后出现次数减少比较明显，相差13.4次。气候倾向率以10.07次/10a和2.94次/10a的速率呈减少趋势。经分析发现，突变后发生日期和出现次数提前趋势略缓于突变前。

3 结论

3.1近58年来，柴达木盆地平均气温呈显著上升趋势，气温由偏冷期过渡为偏暖期。

3.2晚霜冻发生日期和出现次数呈明显的提前和减小趋势，年代际距平表现为，90年代前为正距平，90年代后为负距平。

3.3柴达木盆地晚霜冻出现次数平均值高值中心出现在西部的小灶火，低值中心出现在西部的格尔木和东部的诺木洪；晚霜冻发生日期高值中心出现在西部的小灶火和东部的都兰，低值中心出现在西部的格尔木。空间变率从东部向西部逐渐减小，发生日期高值中心在出现在都兰，低值中心出现在格尔木、小灶火和东部的德令哈。出现次数高值中心出现在都兰和诺木洪，低值中心出现在小灶火。

3.4突变后晚霜冻发生日期和出现次数提前趋势略缓于突变前。