賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)晚霜凍低溫持續(xù)時(shí)間規(guī)律分析

楊洋，張磊，陳豫英，郭曉雷，李紅英

(中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002)

中國(guó)西北屬干旱半干旱地區(qū)，對(duì)全球氣候變化響應(yīng)敏感，并對(duì)區(qū)域和全球氣候變化具有相應(yīng)的反饋?zhàn)饔肹1].在全球氣候變暖背景下，極端天氣氣候事件的發(fā)生愈加頻繁[2-4]，全許多地區(qū)仍然受到低溫冷害的侵襲[5]，寧夏也是低溫冷害頻發(fā)的省份之一，尤其是晚霜凍，很容易造成處于開(kāi)花、結(jié)果和萌發(fā)期的經(jīng)濟(jì)林果受凍，輕者減產(chǎn)，重者造成絕產(chǎn)[6].春季4～5月份為賀蘭山東麓釀酒葡萄出土放條～春梢生長(zhǎng)期，此時(shí)期氣溫變化大，冷空氣活動(dòng)相對(duì)頻繁，容易造成釀酒葡萄幼芽或新梢受凍[7]，如遇-3 ℃以下低溫，容易造成萌芽受凍，甚至脫落，從而影響產(chǎn)量[8]；進(jìn)入新梢生長(zhǎng)期若遇到-1 ℃的低溫，嫩梢和幼葉就很容易受凍[9-10]，對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)影響較大[11].霜凍危害起決定性作用的是低溫和低溫持續(xù)時(shí)間等關(guān)鍵因子[12]，對(duì)同一發(fā)育期的葡萄來(lái)說(shuō)，溫度越低，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，凍害程度越嚴(yán)重[13].2012年4月11日寧夏大部出現(xiàn)降雪天氣，12日凌晨，全區(qū)出現(xiàn)較大幅度的降溫天氣，大部地區(qū)達(dá)到重霜凍指標(biāo)，霜凍天氣使賀蘭山東麓部分已經(jīng)放條的葡萄受到較大影響，特別是已經(jīng)萌發(fā)的枝芽受凍死亡，影響抽條和后期生長(zhǎng)，降雪在樹(shù)枝和花上形成冰凍，延長(zhǎng)了花的受凍時(shí)間，加重了受凍程度； 2018年4月上旬出現(xiàn)一次大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、強(qiáng)降溫的霜凍天氣過(guò)程，青銅峽及以北各釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)已出土的釀酒葡萄受不同程度霜凍危害.在長(zhǎng)期的氣象服務(wù)中發(fā)現(xiàn)，不同低溫持續(xù)時(shí)間對(duì)釀酒葡萄的危害程度也不盡相同[14]，溫度越低、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，作物受凍率越高[15]，霜凍日低溫持續(xù)時(shí)間又主要受大環(huán)流形式的強(qiáng)弱和持續(xù)時(shí)間、冷空氣侵入路徑、地面冷鋒過(guò)境、霜凍線(xiàn)移動(dòng)速度以及地形等綜合條件的控制.

因此，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列各葡萄種植區(qū)霜凍日低溫出現(xiàn)時(shí)間及不同低溫強(qiáng)度的持續(xù)時(shí)間特征進(jìn)行分析，有助于進(jìn)一步了解葡萄園春季霜凍發(fā)生持續(xù)時(shí)間規(guī)律，對(duì)提前制定霜凍防御措施，做好霜凍災(zāi)害防御有指導(dǎo)意義[16].本文選取 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植園區(qū)內(nèi)區(qū)域自動(dòng)站的逐小時(shí)最低氣溫資料[17]，主要分析了近幾年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)春霜凍極端低溫出現(xiàn)時(shí)間及低溫持續(xù)時(shí)間的規(guī)律，結(jié)果對(duì)于開(kāi)展霜凍預(yù)警、災(zāi)損失評(píng)估等工作具有一定的參考價(jià)值.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧夏賀蘭山東麓區(qū)域氣候干燥，光熱條件好，是國(guó)內(nèi)外葡萄栽培和釀酒專(zhuān)家認(rèn)定的優(yōu)質(zhì)生態(tài)區(qū)[18]，且釀酒葡萄的種植區(qū)已逐步建成了以銀川市、石嘴山市、青銅峽市、紅寺堡區(qū)和農(nóng)墾系統(tǒng)五大葡萄種植基地為主體的賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)業(yè)帶，其中農(nóng)墾系統(tǒng)于寧夏西北部，沿線(xiàn)涉及石嘴山市、銀川市、吳忠市3個(gè)市區(qū).因此，根據(jù)氣候地理?xiàng)l件、種植情況和地理區(qū)域以及傳統(tǒng)習(xí)慣，文中分石嘴山、銀川、青銅峽、紅寺堡4個(gè)種植區(qū)進(jìn)行分析[17].

1.2 資料來(lái)源

氣候資料收集寧夏賀蘭山東麓4個(gè)釀酒葡萄種植區(qū)自動(dòng)氣象觀(guān)測(cè)站2008～2016年4～5月小時(shí)最低氣溫?cái)?shù)據(jù)(1.5 m處百葉箱最低氣溫)，每個(gè)種植區(qū)挑選1個(gè)代表性站點(diǎn)，站點(diǎn)選擇原則：建站在釀酒葡萄種植園區(qū)內(nèi)或與之距離較近、地形相近；建站時(shí)間較早，數(shù)據(jù)積累時(shí)間較長(zhǎng)；數(shù)據(jù)缺測(cè)少、質(zhì)量高.個(gè)別缺測(cè)數(shù)據(jù)用內(nèi)插或距離最近站點(diǎn)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)代補(bǔ)(石嘴山種植區(qū)2008年4月1～8日，2009年4月2日，2010年數(shù)據(jù)缺測(cè)；紅寺堡種植區(qū)2013年數(shù)據(jù)缺測(cè)；青銅峽種植區(qū)2009年4月1日、2011年5月1～2日、2013年數(shù)據(jù)缺測(cè).).

1.3 晚霜凍指標(biāo)確定

釀酒葡萄在放條期內(nèi)，如果遇到氣溫突降至0 ℃以下的天氣，釀酒葡萄幼芽可能會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)低死亡而導(dǎo)致減產(chǎn)[7]；溫度越低，低溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，受害程度越重，在寧夏賀蘭山東麓地區(qū)的葡萄霜凍實(shí)際調(diào)查也有類(lèi)似的結(jié)論.因此本研究將0 ℃作為統(tǒng)計(jì)寧夏釀酒葡萄晚霜凍的界限溫度.寧夏氣象科研所于2015～2016年利用霜凍試驗(yàn)箱開(kāi)展了釀酒葡萄霜凍指標(biāo)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)-4 ℃的低溫持續(xù)1 h，釀酒葡萄的開(kāi)放芽、新梢和花序即會(huì)受到嚴(yán)重凍害，并且無(wú)法恢復(fù)，同時(shí)，在霜凍后的實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，日最低氣溫低于-3 ℃，一般情況下葡萄受凍會(huì)非常嚴(yán)重[20].為了方便統(tǒng)計(jì)分析、研究，且更好地反映不同程度晚霜凍對(duì)釀酒葡萄的影響，將2 ℃作為一個(gè)等級(jí)，對(duì)寧夏釀酒葡萄晚霜凍分輕、中、重3個(gè)等級(jí)，因此，本研究采用的釀酒葡萄晚霜凍的氣候指標(biāo)為輕霜凍：-2 ℃

表1 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)基本情況[17]

2 結(jié)果與分析

2.1 霜凍日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間特征

根據(jù)所選氣象資料，2008～2016年4～5月，石嘴山釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)共有22 d出現(xiàn)霜凍(表1)；銀川產(chǎn)區(qū)共有31 d出現(xiàn)霜凍；青銅峽產(chǎn)區(qū)共有26 d出現(xiàn)霜凍；紅寺堡產(chǎn)區(qū)共有52 d出現(xiàn)霜凍.紅寺堡種植區(qū)霜凍日數(shù)明顯多于其他3個(gè)種植區(qū)，銀川、石嘴山、青銅峽種植區(qū)霜凍日數(shù)相差不大.主要原因是紅寺堡種植區(qū)海拔高度比其他種植區(qū)明顯高，釀酒葡萄春季晚霜凍的風(fēng)險(xiǎn)也較高.

表2 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日情況

分析春季賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間特征發(fā)現(xiàn)(圖1)，各種植區(qū)最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間分布在14個(gè)時(shí)次內(nèi)，但集中出現(xiàn)在凌晨5∶00～7∶00，且所有種植區(qū)都是在7∶00出現(xiàn)天數(shù)最多.各種植區(qū)在5∶00～7∶00出現(xiàn)最低氣溫的天數(shù)占霜凍總?cè)諗?shù)的74%～82%，其中最低氣溫出現(xiàn)在7∶00的霜凍日占總數(shù)的41%～62%，因此在防御霜凍時(shí)根據(jù)最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間合理安排時(shí)間提前量.根據(jù)實(shí)際天氣情況看，春季霜凍一般都是出現(xiàn)在凌晨，主要由于夜晚晴朗無(wú)風(fēng)，地面因強(qiáng)烈輻射散熱而出現(xiàn)低溫.也有特殊情況，如云系較多的大風(fēng)沙塵或雨雪天，冷空氣傾入造成降溫凍害，這種情況低溫出現(xiàn)時(shí)間沒(méi)有一定規(guī)律，分布在多個(gè)時(shí)次.如2008年4月21～22日、2010年4月12～13日、2011年5月9～10日、2012年4月11日、2013年4月7日、2014年4月24～25日、2016年4月2～3日都是出現(xiàn)了降水或大風(fēng)沙塵，日最低氣溫都是出現(xiàn)在0～4時(shí)、10～11時(shí)或夜間，部分還出現(xiàn)連續(xù)兩日氣溫都比較低的情況.因此要結(jié)合霜凍預(yù)報(bào)、預(yù)警，掌握霜凍發(fā)生的大致時(shí)間，把握釀酒葡萄果園防霜的最佳時(shí)機(jī)，提前根據(jù)天氣條件，選擇合適的防霜技術(shù)方法，保護(hù)葡萄嫩芽、新梢及幼葉免受傷害，提高防霜的實(shí)際效果[20].

圖1 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日極端最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間分布Figure 1 Temporal distribution of the daily lowest temperature in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.2 霜凍日0 ℃以下(含0 ℃)低溫持續(xù)時(shí)間

從圖2各種植區(qū)霜凍日低于0 ℃的持續(xù)時(shí)間特征可以看出，4個(gè)種植區(qū)都是在(0～4) h出現(xiàn)霜凍日數(shù)峰值.銀川種植區(qū)低于0 ℃持續(xù)時(shí)間主要集中在(2～4) h，其次是(8～10) h，分別占霜凍日總數(shù)的42%和26%，其他不同持續(xù)時(shí)間也有分布但占比較??；石嘴山種植區(qū)持續(xù)時(shí)間從(0～10) h的霜凍日數(shù)有明顯的減少趨勢(shì)，大部分霜凍日主要集中在(0～4) h，占總數(shù)的64%；青銅峽種植區(qū)低于0 ℃的持續(xù)時(shí)間(0～2) h霜凍日數(shù)較少，持續(xù)時(shí)間(2～10) h至10 h以上的霜凍日有明顯減少趨勢(shì)，主要集中在(2～6) h，占總數(shù)的58%；紅寺堡種植區(qū)總體上從(0～10) h至10 h以上是減少的趨勢(shì)，低于0 ℃持續(xù)時(shí)間(0～4) h占44%，(0～6) h占62%，持續(xù)(0～8) h占79%.

圖2 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日低于0 ℃的持續(xù)時(shí)間Figure 2 The minimum temperature duration which below 0 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.3 霜凍日-2 ℃以下(含-2 ℃)低溫持續(xù)時(shí)間

從圖3縱坐標(biāo)可以看出，達(dá)到中度霜凍的次數(shù)明顯少于達(dá)到輕霜凍出現(xiàn)次數(shù)，但-2 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間仍能達(dá)10 h，且除石嘴山種植區(qū)以外的3個(gè)產(chǎn)區(qū)都是在(2～6) h出現(xiàn)霜凍日數(shù)峰值.銀川種植區(qū)持續(xù)時(shí)間主要集中在8 h以?xún)?nèi)，其中(4～6) h最多，8 h以上出現(xiàn)較少；石嘴山種植區(qū)霜凍日低于-2℃持續(xù)時(shí)間(8～10) h最多，在(0～6) h內(nèi)霜凍日數(shù)隨持續(xù)時(shí)間的增加也有所增加，沒(méi)有出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間大于10 h的霜凍日；青銅峽種植區(qū)霜凍日低于-2 ℃持續(xù)時(shí)間(2～4) h最多，其次是(0～2) h和10 h以上；紅寺堡種植區(qū)霜凍日低于-2 ℃的持續(xù)時(shí)間在8 h以?xún)?nèi)分布較為均勻，出現(xiàn)霜凍日數(shù)最多的是持續(xù)時(shí)間在(4～6) h，持續(xù)8 h以上霜凍日較少.

圖3 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日低于-2 ℃的持續(xù)時(shí)間Figure 3 The minimum temperature duration which below -2 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.4 霜凍日-4 ℃以下(含-4 ℃)低溫持續(xù)時(shí)間

霜凍日低于-4 ℃的持續(xù)時(shí)間特征可以看出(圖4)，達(dá)到重度霜凍的次數(shù)較達(dá)到中度和輕度霜凍次數(shù)又明顯減少，紅寺堡次數(shù)最多為11次.-4 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間較0 ℃和-2℃有所縮短，大多集中在8 h以?xún)?nèi)，只有青銅峽、紅寺堡各有一次霜凍持續(xù)時(shí)間在8 h以上.其中，銀川種植區(qū)霜凍日低于-4 ℃持續(xù)時(shí)間在(2～4) h最多；石嘴山種植區(qū)除持續(xù)(6～8) h的霜凍日略多外，持續(xù) 8 h以?xún)?nèi)的其他時(shí)間分布較均勻；青銅峽種植區(qū)出現(xiàn)了4 d持續(xù)-4 ℃以下的霜凍日，其中，1 d低于-4 ℃的持續(xù)時(shí)間在2 h以?xún)?nèi)，2 d在(6～8) h，1 d在(8～10) h；紅寺堡出現(xiàn)重度霜凍日明顯多于其他3個(gè)產(chǎn)區(qū)，霜凍日低于-4 ℃的持續(xù)時(shí)間主要集中在8 h以?xún)?nèi)，有一次超過(guò)10 h.主要由于霜凍日降溫幅度越大，降溫系統(tǒng)移動(dòng)越慢，氣溫回升時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)，低溫持續(xù)時(shí)間也越長(zhǎng).

圖4 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日低于-4 ℃的持續(xù)時(shí)間Figure 4 The minimum temperature duration which below -4 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

3 討論

研究霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)及霜凍特征類(lèi)的文獻(xiàn)很多，但單獨(dú)關(guān)注霜凍持續(xù)時(shí)間特征的比較少，本文從氣候特征上初步分析了賀蘭山東麓釀酒葡萄春季霜凍出現(xiàn)時(shí)間及霜凍日不同強(qiáng)度低溫持續(xù)時(shí)間的特征，研究數(shù)據(jù)使用的釀酒葡萄園區(qū)內(nèi)或最近自動(dòng)氣象站點(diǎn)的氣候數(shù)據(jù)，比以往使用國(guó)家氣象站的數(shù)據(jù)更具代表性，研究結(jié)果精細(xì)化程度也有所提高，與生產(chǎn)實(shí)際更吻合.研究結(jié)果中紅寺堡地區(qū)霜凍日數(shù)明顯多于寧夏北部3個(gè)種植區(qū)，在實(shí)際生產(chǎn)中，無(wú)論哪個(gè)地區(qū)若放條時(shí)間把握不好，放條過(guò)早，遇到霜凍天氣，都會(huì)影響釀酒葡萄生產(chǎn)，所以種植戶(hù)應(yīng)根據(jù)短期和中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)合理安排釀酒葡萄放條，防止土內(nèi)黃芽的同時(shí)避免霜凍災(zāi)害影響.如遇霜凍，通過(guò)掌握霜凍發(fā)生的大致時(shí)間及低溫持續(xù)規(guī)律，結(jié)合霜凍預(yù)報(bào)、預(yù)警，提前根據(jù)天氣條件，把握釀酒葡萄果園防霜的最佳時(shí)機(jī)，選擇合適的防霜技術(shù)方法，保護(hù)葡萄嫩芽、新梢及幼葉免受傷害，提高防霜的實(shí)際效果.

霜凍是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受小氣候、土壤質(zhì)地、土壤含水量、地形地勢(shì)、樹(shù)齡、品種、發(fā)育期、栽培管理措施及影響系統(tǒng)等各種因素影響，因此，還需進(jìn)一步考慮霜凍過(guò)程影響系統(tǒng)、霜凍類(lèi)型、地形條件等，來(lái)細(xì)化分析霜凍日低溫持續(xù)時(shí)間特征.雖然賀蘭山東麓地區(qū)重度霜凍發(fā)生日數(shù)較少，但重度霜凍危害程度不可估量[22]，且在氣候變暖的背景下，近年來(lái)極端天氣氣候事件有所增加，未來(lái)春季霜凍發(fā)生情況到底怎么樣還難以預(yù)料.因此，對(duì)于氣象部門(mén)來(lái)說(shuō)，必須加強(qiáng)霜凍預(yù)報(bào)服務(wù)和監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確提供氣象預(yù)報(bào)服務(wù)信息，指導(dǎo)廣大農(nóng)戶(hù)及時(shí)采取相應(yīng)的防霜技術(shù)措施，及早做好霜凍災(zāi)害防御及田間管理工作，保障釀酒葡萄健康發(fā)展[23].

4 結(jié)論

1) 紅寺堡種植區(qū)霜凍日數(shù)明顯多于其他3個(gè)種植區(qū)，銀川、石嘴山、青銅峽種植區(qū)霜凍日數(shù)相差不大.

2) 霜凍日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間分布在14個(gè)時(shí)次內(nèi)，但集中出現(xiàn)在凌晨5∶00～7∶00，在7∶00出現(xiàn)最多.

3) 由于影響系統(tǒng)、地形等影響，霜凍過(guò)程都較為復(fù)雜，不同地區(qū)降溫幅度和不同低溫強(qiáng)度持續(xù)時(shí)間也有差異.各種植區(qū)霜凍日0 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間在(0～4) h出現(xiàn)最多，之后隨著持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)霜凍日數(shù)減少；除石嘴山以外的種植區(qū)霜凍日-2 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間在(2～6) h出現(xiàn)最多，之后隨著持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)霜凍日數(shù)減少；達(dá)到重度霜凍的次數(shù)明顯減少，紅寺堡最多為11次，-4 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間大多都在8 h以?xún)?nèi).