近10年青海共和地區(qū)霜凍氣候特征與歷史特征的對比分析

王萬滿 多杰才旦

摘要 利用青海省共和縣氣象局觀測的1961—2017年逐日最低氣溫資料，采用線性傾向估計、絕對變率、保證率等分析方法，對共和地區(qū)≤0℃霜凍初日、終日、無霜期變化特征進行分析，為有效利用共和地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源提供科學參考依據(jù)，對該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到積極有效的指導(dǎo)和促進作用。

關(guān)鍵詞 霜凍;氣候特征;對比分析;共和

中圖分類號：P468.02 文獻標識碼：A 文章編號：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

霜凍是指植物生長季節(jié)里因土壤表面和植株體溫度降低至0℃或0℃以下而引起植物凍害，是一種常見的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，歷來就是農(nóng)業(yè)科學、氣象科學及其他相關(guān)科學研究的重點問題[1-2]。作物剛開始生長階段或成熟階段出現(xiàn)霜凍，都會對農(nóng)作物造成嚴重危害。為了有效地預(yù)防霜凍災(zāi)害，許多學者對霜凍的發(fā)生規(guī)律、形成機理、預(yù)防措施及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響等方面進行了研究[3-5]。筆者對共和地區(qū)≤0℃霜凍初日、終日、無霜期變化特征進行分析，為有效利用共和地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源提供科學參考依據(jù)，對該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到積極有效的指導(dǎo)和促進作用。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選取青海省共和縣氣象局觀測的1961—2017年共57年的逐日最低氣溫數(shù)據(jù)，計算霜凍初終日期間的無霜期日數(shù)和同時期的積溫。采用1981—2010年的30年平均值為多年平均值。把日最低氣溫≤0℃作為霜凍標準[6]，終霜日定義為前半年最后一次出現(xiàn)日最低氣溫≤0℃的日期，初霜日定義為后半年首次出現(xiàn)日最低氣溫≤0℃的日期。無霜期是一年中終霜后至初霜前的一整段時間[7]，在此期間內(nèi)沒有霜凍出現(xiàn)。

1.2 研究方法

1.2.1 霜凍初日、終日的時間序列 采用Julian日換算方法[8]，即將霜凍初日、終日出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)換為距離1月1日的實際日數(shù)，得到霜凍初日、終日的時間序列。

1.2.2 線性傾向估計法 運用線性傾向估計法[9]對霜凍初日、終日、無霜期的變化規(guī)律進行分析。

1.2.3 80%保證率 保證率是指某一界限以上或以下要素各值出現(xiàn)概率的總和。利用如下方法計算80%保證率[10-11]。

式中，P80%是80%保證率;S為均方差;為序列的均值;C為變異系數(shù)，可由下式算出。

1.2.4 絕對變率 用以下式子計算初終霜日及無霜期的絕對變率。

應(yīng)用DPS7.05、Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理、分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 共和地區(qū)霜凍的氣候變化趨勢

2.1.1 霜凍終日變化趨勢 由圖1可見，1961—2017年近57年高寒地區(qū)共和地區(qū)霜凍終日日序呈現(xiàn)出波動提前的趨勢，以每10年3.6 d的速率提前，霜凍終日日序與年份間的線性相關(guān)系數(shù)為0.478，通過99.99%的顯著性檢驗。近57年≤0℃霜凍終日日序提前了20.6 d，提前趨勢極顯著。由表1可知，共和地區(qū)≤0℃霜凍終日歷年平均日序為129.9 d（5月10日），最早日序為106.0 d（1992年4月17日），最晚日序為166.0 d（1969年6月16日），最早與最晚日序差值60 d。≤0℃霜凍終日日序絕對變率為9.7，變異系數(shù)為0.095，80%保證率在5月3日。

由≤0℃霜凍終日年代平均值（表2）可以看出，20世紀60、70、80年代共和地區(qū)≤0℃霜凍終日落后于歷年平均日期，20世紀90年代開始≤0℃霜凍終日呈提前趨勢。

2.1.2 霜凍初日變化趨勢 從圖2可以看出，近57年來共和地區(qū)≤0℃霜凍初日日序呈現(xiàn)出波動延遲的趨勢，其氣候傾向率為4.0 d/10年，≤0℃霜凍初日日序與年份間的線性相關(guān)系數(shù)為0.687，通過99.99%的顯著性檢驗。近57年來≤0℃霜凍初日日序推遲了22.8 d，推遲趨勢極顯著。從表1可見，共和地區(qū)≤0℃霜凍歷年平均日序為272.6 d（9月30日），初霜日發(fā)生日序最早為241.0 d（1962年8月30日），最晚為286.0 d（2000年10月14日），最早與最晚日序差值為45 d?！?℃霜凍初日日序的絕對變率為7.9，變異系數(shù)為0.036，80%保證率在9月19日。由初霜日年代平均值（表2）可以看出，20世紀60、70、80年代≤0℃霜凍初日早于歷年平均日期，20世紀90年代開始≤0℃終日則呈推后趨勢。

上述結(jié)果表明，共和地區(qū)初霜日的絕對變率要小于終霜日的絕對變率，表明初霜日較終霜日穩(wěn)定，年際差異相對較小。從最小值和最大值的差值來看，終霜日為60 d，初霜日為45 d，說明共和地區(qū)的終霜日年際差異較大，穩(wěn)定性差，對農(nóng)作物（馬鈴薯、碗豆等）和蔬菜的苗期以及果樹的花期造成不利影響。

2.1.3 無霜期的變化趨勢 農(nóng)作物的生長期也與無霜期有著密切關(guān)系，無霜期長，生長期也長。由圖3可見，近57年來無霜期日數(shù)呈現(xiàn)出波動延長的趨勢，其氣候傾向率為7.6 d/10年，無霜期日數(shù)與年份間的線性相關(guān)系數(shù)為0.719，通過99.99%顯著性水平檢驗，即近57年來無霜期顯著延長了43.4 d。由表1可知，共和地區(qū)無霜期日數(shù)的歷年平均值為141.6 d，絕對變率為14.1，變異系數(shù)為0.129，80%保證率在121 d。由無霜期年代平均值（表2）可以看出，20世紀60—80年代無霜期日數(shù)短于歷年平均日數(shù)，其中20世紀80年代最短，只有113.5 d;20世紀90年代以來無霜期日數(shù)長于歷年平均日數(shù)，其中2011—2017年最長，為153.7 d?？梢?，隨著年份的增加，共和地區(qū)霜凍的終日提前、初日延遲、無霜期延長，這與許多學者[12-14]的研究結(jié)論相一致，說明隨著全球氣候變暖，不同地區(qū)霜凍的年際變化規(guī)律具有相似性。

2.2 近10年霜凍氣候變化特征

2.2.1 近10年霜凍終日變化趨勢 從圖4可以看出，近10年來共和地區(qū)≤0℃霜凍終日呈現(xiàn)出波動推遲的趨勢，以每年1.2 d的速率推遲，≤0℃霜凍終日與年份間的線性相關(guān)系數(shù)為0.429，未通過0.10顯著性水平檢驗。2008—2011年≤0℃霜凍終日呈逐年提前趨勢，2012—2017年≤0℃霜凍終日在波動中呈現(xiàn)推遲趨勢，其中2014年≤0℃霜凍終日出現(xiàn)在5月19日，2015年出現(xiàn)在4月26日，兩者相差23 d，年際間變化幅度大。

2.2.2 近10年霜凍初日變化趨勢 從圖5可以看出，近10年來共和地區(qū)≤0℃霜凍初日呈現(xiàn)出波動推遲的趨勢，以每年0.62 d的速率推遲，≤0℃霜凍初日與年份間的線性相關(guān)系數(shù)為0.708，通過0.05顯著性水平檢驗。2008—2010年≤0℃霜凍初日呈逐年提前趨勢，2011—2017年≤0℃霜凍初日在波動中呈現(xiàn)推遲趨勢，2017年出現(xiàn)在10月10日，推遲趨勢顯著。

2.2.3 近10年無霜期變化趨勢 由圖6可見，近10年來共和地區(qū)≤0℃無霜期呈現(xiàn)出波動中縮短的趨勢，以每年0.56 d的速率縮短，10年間共縮短了5.6 d。≤0℃無霜期與年份間的線性相關(guān)系數(shù)為0.199，未通過0.10顯著性水平檢驗，說明近10年無霜期縮短趨勢不顯著。2008—2012年≤0℃無霜期呈逐年延長趨勢，2012—2013年≤0℃無霜期呈急劇縮短趨勢，2015—2017年無霜期在波動中呈現(xiàn)延長趨勢。

2.3 初、終霜日的概率分布

從表3可以看出，終霜日較氣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;其次是提早6～10 d和11～15 d的概率均為20.0%，平均每5年一遇;提早16～20 d和21～25 d的概率均為4.0%，平均每25年一遇。

初霜日較氣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，均為29.0%，平均每3年一遇;其次是提早11～15 d的概率，為22.6%，平均每4年一遇;提早16～20 d的概率為12.9%，平均每7年一遇;提早21～25 d的概率為6.5%，平均每15年一遇。

終霜日較氣候平均值偏晚的概率中，以偏晚1～5 d的概率最大，為37.0%，平均每2.7年一遇;其次是偏晚6～10 d的概率，為29.6%，平均每3.4年一遇;偏晚11～15 d的概率為11.1%，平均每9年一遇;偏晚21～25 d的概率為14.8%，平均每6.8年一遇;偏晚26～30 d的概率為7.4%，平均每14年一遇。

初霜日較氣候平均值偏晚的概率中，以偏晚1～5 d的概率最大，為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的概率為4.2%，平均每24年一遇。

2.4 無霜期保證率

從氣候資源利用的角度評價，無霜期的變化范圍越大，表明熱量資源的穩(wěn)定性越差，可利用的程度越低;從防御災(zāi)害的角度分析，無霜期變化越大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上躲避霜凍的難度越大，遭受的危害性越高。

用分組法計算保證率，將57年無霜期分為11組，統(tǒng)計各組出現(xiàn)的次數(shù)，計算各組出現(xiàn)的頻率，然后各組的頻率依次累加，其累計頻率就是無霜期保證率。

從圖7可以看出，共和地區(qū)平均無霜期為141.6 d，近57年無霜期長于平均值的年份占40%，而短于平均值的年份占60%，長于平均值的年份比短于平均值的年份少20%。無霜期的年際變化范圍較寬，最長和最短的差值（極差）為75 d，接近平均無霜期的一半。在這個范圍內(nèi)，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%。說明歷年無霜期的值不是很分散。保證率為95%、90%、80%的無霜期，分別比平均無霜期短33、19、11 d。

3 結(jié)論

（1）共和地區(qū)近57年來≤0℃霜凍的終日歷年平均日期為5月10日，初日歷年平均日期為9月30日。≥0℃霜凍的無霜期日數(shù)的歷年平均值為141.6 d。

（2）近57年來共和地區(qū)≤0℃霜凍的終日以每10年3.6 d的速率呈極顯著的提前趨勢，初日以每10年4.0 d的速率呈顯著的后延趨勢，終日提前的幅度小于初日后延的幅度;無霜期以每10年7.6 d的速率呈現(xiàn)極顯著延長趨勢。初、終霜日的絕對變率小于無霜期的絕對變率。霜凍終日80%保證率在5月3日，霜凍初日80%保證率在9月19日，無霜期80%保證率在121 d。近10年霜凍終日呈不顯著推遲趨勢，霜凍初日則呈顯著推遲趨勢，由于受到霜凍終日和初日均呈現(xiàn)推遲的影響，無霜期呈不顯著縮短趨勢。

（3）≤0℃霜凍的終霜日較氣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;初霜日較氣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，均為29.0%，平均每3年一遇;終霜日較氣候平均值偏晚的概率中，以偏晚1～5 d的概率最大，為37.0%，平均每2.7年一遇;其次是偏晚6～10 d的概率為29.6%，平均每3.4年一遇;初霜日較氣候平均值偏晚的概率中，以偏晚1～5 d的概率最大，為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。

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責任編輯：鄭丹丹