不同气候态下金华市无霜期变化特征的对比分析

楼俊伟，高昕瑜，王可欣，张 鑫，王智楷，祝海峰，张智利，曹峻烽，陈俊达

（1.武义县气象局，浙江 金华 321200；2.椒江区气象局，浙江 台州 318000；3.新疆石河子莫索湾气象站，新疆 石河子832000；4.四川省防雷中心，成都 610072；5.内蒙古空管分局，呼和浩特 010000；6.中国民用航空西南地区空中交通管理局，成都 610225；7.北京飞机维修工程有限公司成都分公司，成都 610225）

自哥本哈根世界气候大会以来，气候变化问题引起了许多学者的关注［1-5］。其一大特征是全球的显著增暖现象［6］，而离中国最近的一次增暖则发生在20 世纪80—90 年代，之后增暖加速［7-11］。与此同时，无论是气候业务上使用的1981—2010 年气候态还是1971—2000 年气候态，均包括上述2 个年代。而选择不同时段研究则会对气候分析产生影响［12］。无霜期是由初霜日、终霜日确定的，而初霜日、终霜日则是由日最低气温或地面0 cm 温度是否低于0 ℃来判定，入秋后第1 次低于0 ℃则为初霜日，次年入春后最后1 次低于0 ℃则为终霜日［13-16］。因此，不同气候态的初霜日、终霜日和无霜期会有差异。关于无霜期的研究有很多，有的学者分析其时空分布特征，指出初霜日、终霜日和无霜期分别呈显著推迟、提前和延长趋势［17-20］；也有学者研究其与海拔高度的关系，指出无霜期有明显的海拔依赖性［21，22］；还有学者探索其对农业生产的影响，发现无霜期的变化与主要粮食产量有很强的关联性［23，24］。

已有研究大多基于获取数据的时间范围进行整体分析，针对不同气候态下无霜期变化特征的对比分析较少。而作为中国十大宜居城市之一的浙江省金华市，研究无霜期等影响宜居的气象要素十分有必要。关于金华市的无霜期研究，前人研究指出20世纪90 年代以来，金华站的多年平均初霜日、终霜日和霜期分别呈显著推迟、提前和缩短趋势，而在2005 年前后，则均发生了不显著的突变［25］。可见，基于金华市的无霜期气候态变化特征研究较少。因此，对金华市不同气候态初霜日、终霜日和无霜期变化特征进行对比分析很有意义。本研究基于1968—2018 年的逐日最低气温数据，分别对比分析1971—2000 年、1981—2010 年和1989—2018 年的初霜日、终霜日和无霜期时空变化特征，揭示三者随着气候态转变而产生的变化趋势，以期为金华市的宜居城市发展、气象防灾减灾和农业生产布局等提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料

由于地面温度缺测较多，本研究气象资料选取浙江省气候中心提供的金华市所有国家气象观测站的逐日最低气温。其中，包括2 个国家基本气象站，分别在金华和义乌，5 个国家一般气象站，分别在兰溪、浦江、东阳、永康和武义（因磐安建站时间晚，故将其舍去），各气象站点分布如图1 所示。考虑到数据的连续性、统一性和时间一致性，将时间范围选取为1968 年1 月1 日至2018 年12 月31 日。同时，为了方便数据的计算和可视化，本研究采用Julia 历［26，27］的历法。

图1 研究区气象站点分布情况

1.2 方法

1.2.1 一元线性回归 一元线性回归是气象统计分析中最常用的一种方法，用于处理2 个变量之间的关系，即一个预报量与一个因子之间的关系。一般来说，对于容量为n的一组样本，预报量记为y，预报因子记为x，斜率设为a，截距设为b，则该一元线性回归方程为y=ax+b。

1.2.2 M-K 突变检验 由于M-K（Mann-Kendall）突变检验法具有检测范围宽、定量化程度高和计算简便［28］等优点，常用于检测气候突变。同时，检测的气候序列需平稳、随机独立和概率分布等同［29］。在M-K 突变检验中，利用UF、UB两个统计量进行序列分析，当UF与UB曲线的交点处于信度区间内时，则该点是突变的开始［30，31］。

2 不同气候态初霜日、终霜日和无霜期的时间变化

2.1 不同气候态初霜日、终霜日和无霜期的年际变化

图2 分别为不同气候态、年代际下金华市平均初霜日、终霜日和无霜期的线性回归。由图2a 可知，1968—2018 年平均初霜日呈显著的推迟趋势，推迟速度为0.39 d∕年（P＜0.001）。其中，1971—2000年的初霜日以0.21 d∕年（P＞0.10）的速度推迟，而1981—2010 年的初霜日以0.64 d∕年（P＜0.005）的速度显著推迟，1989—2018 年的初霜日以0.85 d∕年（P＜0.001）的速度显著推迟。可见，随着气候态更替，初霜日推迟趋势越来越明显。具体到年代际，20 世纪90 年代至21 世纪10 年代初霜日均呈推迟趋势，而20 世纪70—80 年代则呈提前趋势。其中，21 世纪10 年代和20 世纪70 年代初霜日分别以1.00 d∕年（P＜0.10）和1.52 d∕年（P＜0.05）的速度显著推迟和提前。可知，随着年代际转变，初霜日呈先提前后推迟的趋势。

图2 不同气候态初霜日（a）、终霜日（b）和无霜期（c）的年际变化

1968—2018 年的近51 年，金华市平均终霜日以0.31 d∕年（P＜0.005）的速度显著提前，其中除1971—2000 年以0.22 d∕年（P＞0.10）速度不显著提前外，其余2 个气候态分别以0.32 d∕年（P＜0.10）和0.47 d∕年（P＜0.05）的速度显著提前（图2b）。可见，随着气候态更替，终霜日提前趋势随之加快。年代际上，20 世纪70 年代、20 世纪90 年代至21 世纪10 年代终霜日均呈提前趋势，其中20 世纪90 年代和21 世纪10 年代分别以2.08 d∕年（P＜0.10）和2.65 d∕年（P＜0.01）的速度显著提前，而20 世纪80 年代则以2.20 d∕年（P＜0.05）的速度显著推迟。可知，随着年代际转变，终霜日呈先提前后推迟再提前的趋势。

1968—2018 年金华市平均无霜期呈显著延长趋势，延长速度达0.69 d∕年（P＜0.001），其中3 个气候态的无霜期均呈显著的延长趋势，延长速度分别为0.42 d∕年（P＜0.10）、0.95 d∕年（P＜0.001）和1.32 d∕年（P＜0.001）（图2c）。可见，随着气候态更替，无霜期延长趋势随之明显。具体到年代际，20 世纪90 年代至21 世纪10 年代无霜期均呈延长趋势，其中20世纪90 年代和21 世纪10 年代分别以3.21 d∕年（P＜0.05）和4.05 d∕年（P＜0.001）的速度显著延长，而20 世纪80 年代则以2.36 d∕年（P＜0.10）的速度显著缩短。可知，随着年代际转变，无霜期呈先缩短后延长的趋势。

2.2 M-K 突变检验

图3 分别为金华市初霜日、终霜日和无霜期的突变。可知，1968—2002 年金华市初霜日呈提前趋势，之后呈推迟趋势，其中2012 年起UF值超过α=0.05 的显著性水平线，说明2012—2018 年初霜日呈十分显著的推迟趋势，但由于UF与UB曲线交点在信度区间外，故初霜日无突变（图3a）。

图3 初霜日（a）、终霜日（b）和无霜期（c）的M-K 突变检验

金华市终霜日在1968—1979 年主要呈推迟趋势，而在之后则主要呈提前趋势，其中1997—2007年主要呈显著的提前趋势，2008 年以后由于UF值超过α=0.05 的显著性水平线，故该时段主要呈十分显著的提前趋势。与此同时，由于UF与UB曲线交点在1997 年，且处于信度区间内，故终霜日突变发生在1997 年（图3b）。

1968—1996 年金华市无霜期主要呈缩短趋势，而1996 年以后则呈延长趋势，其中2006 年起延长趋势十分显著。此外，由于UF与UB曲线交点在2005年，且处于信度区间内，故无霜期突变发生在2005年（图3c）。

3 不同气候态初霜日、终霜日和无霜期的空间变化

3.1 不同气候态初霜日的空间变化

图4 分别给出不同气候态初霜日的空间变化。1968—2018 年金华市平均初霜日空间上呈西晚北早的分布特点，其中兰溪发生最晚，为331 d（11 月27 日），金华次之，为330 d（11 月26 日），而浦江则最早，为326 d（11月22日），最早与最晚相差5 d（图4a）。

图4 1968—2018 年（a）、1971—2000 年（b）、1981—2010 年（c）和1989—2018 年（d）初霜日的空间变化

进入第1 个气候态，金华市平均初霜日较多年平均整体偏早，其中高值区仍在兰溪，为325 d（11 月21 日），低值区为浦江和义乌，二者均为321 d（11 月17 日），早晚相差4 d（图4b）。由此可见，1971—2000 年初霜日在空间上有西晚北早的差异。

转为第2 个气候态，初霜日较上一个气候态整体推迟，最晚推迟到329 d（11 月25 日），位于兰溪和金华，而最早则推迟到323 d（11 月19 日），位于浦江，早晚差值变大，为6 d（图4c）。可知，1981—2010年初霜日在空间上开始呈西南晚东北早的格局。

1989—2018 年的初霜日较第1 个气候态整体推迟更为明显，最晚推迟到334 d（11 月30 日），位于兰溪、金华和永康，而最早则推迟到328 d（11 月24日），位于浦江，早晚差值仍为6 d（图4d）。可见，1989—2018 年初霜日在空间上呈西南晚东北早的分布特征。

由此可知，随着气候态更替，金华市初霜日整体有推迟趋势，与此同时，空间格局出现西晚北早到西南晚东北早的转变。

3.2 不同气候态终霜日的空间变化

分析金华市终霜日的气候态变化特征（图5），可知多年平均终霜日在金华和东阳结束最早，结束时间为67 d（3 月8 日），而在武义结束最晚，为80 d（3 月21 日），浦江次之，为75 d（3 月16 日），早晚相差13 d（图5a）。可见，1968—2018 年终霜日在空间上呈中部早南北晚的特点。

图5 1968—2018 年（a）、1971—2000 年（b）、1981—2010 年（c）和1989—2018 年（d）终霜日的空间变化

1971—2000 年金华市终霜日较多年平均整体有所推迟，其中，结束时间最早推迟1 d，为68 d（3 月9 日），位于兰溪和东阳，而最晚则推迟2 d，为82 d（3 月23 日），位于武义，浦江仍次之，为76 d（3 月17日），早晚相差14 d（图5b）。可见，1971—2000 年终霜日在空间上呈西东早南北晚的格局。

进入1981—2010 年，终霜日较上一个气候态整体有所提前，其中，结束时间最早提前至65 d（3 月6日），位于义乌，而最晚则提前至81 d（3 月22 日），仍位于武义，早晚相差变大，为16 d（图5c）。可知，1981—2010 年终霜日在空间上呈中部早南北晚的分布特征。

转为下一个气候态后，终霜日较第1 个气候态整体提前明显，其中，结束时间最早提前至62 d（3 月3 日），仍位于义乌，金华次之，为63 d（3 月4 日），而最晚则提前至76 d（3 月17 日），仍位于武义，早晚相差14 d（图5d）。可知，1989—2018 年终霜日在空间上有中部早南北晚的差异。

由此可见，随着气候态更替，金华市终霜日整体有提前趋势。此外，空间分布特征有西东早南北晚至中部早南北晚的转变。

3.3 不同气候态无霜期的空间变化

基于不同气候态分析无霜期空间分布情况（图6），可知1968—2018 年无霜期最长为263 d，位于兰溪和金华，而最短则为248 d，位于武义，浦江次之，为249 d，长短相差15 d（图6a）。由此可见，金华市多年平均无霜期在空间上呈中部长南北短的特点。

进入1971—2000 年，金华市无霜期较多年平均整体有缩短的趋势，其中，无霜期最长缩短为258 d，仍位于兰溪，东阳次之，达255 d，而无霜期最短则缩短至241 d，仍处于武义，浦江次之，为245 d（图6b），长短差距增大，为17 d。可见，1971—2000 年无霜期在空间上呈西东长南北短的格局。

进入下一个气候态，无霜期较第1 个气候态整体有延长趋势，其中，无霜期最长延长至262 d，仍位于兰溪，金华、义乌和永康次之，达261 d，而无霜期最短则延长至245 d，仍处于武义，浦江次之，为249 d（图6c），长短差距持平。可知，1981—2010 年无霜期在空间上也呈中部长南北短的分布特征。

转为最后1 个气候态，无霜期较第1 个气候态整体的延长趋势更明显，其中，无霜期最长延长至270 d，位于金华和义乌，兰溪和永康次之，为267 d，而无霜期最短则延长至255 d，处于武义和浦江，东阳次之，为264 d（图6d），长短差距减小为15 d。可见，1989—2018 年无霜期在空间上也有中部长南北短的差异。

由此可知，随着气候态更替，金华市无霜期整体有延长趋势。与此同时，空间分布特点有西东长南北短至中部长南北短的转变。

4 结论

通过对1968—2018 年金华市不同气候态无霜期变化特征进行对比分析，得到以下结论。

1）1968—2018 年金华市平均初霜日、终霜日和无霜期分别以0.39、0.31、0.69 d∕年的速度显著推迟、提前和延长。其中，不同气候态初霜日和无霜期也分别呈显著推迟和延长趋势，且随着气候态转变，趋势越来越明显，而终霜日则在后2 个气候态呈显著提前趋势。年代际上，初霜日、终霜日和无霜期分别呈先提前后推迟、先提前后推迟再提前和先缩短后延长的趋势。

2）金华市终霜日和无霜期的突变分别发生在1997 年和2005 年，而初霜日则无突变。

3）随着气候态更替，金华市初霜日、终霜日和无霜期整体分别有推迟、提前和延长趋势。同时，空间分布特征分别出现西晚北早到西南晚东北早、西东早南北晚至中部早南北晚和西东长南北短至中部长南北短的转变。

20 世纪90 年代以来，金华市平均初霜日、终霜日和无霜期分别呈显著推迟、提前和延长趋势，与金华站的变化趋势一致［25］，但具有地区差异性，与此同时，三者变化趋势随气候态更替而递增。造成地区差异性原因有很多，可进一步分析海拔高度和纬度等地理因子与无霜期的关系。