扶綏縣春耕春播期低溫陰雨的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢

崖偉松 黃麗球 莫申萍 黃小晏 蒙小寒*

（1.廣西東亞扶南精糖有限公司，廣西 崇左532199；2.廣西貴港市氣象局，廣西 貴港537100）

氣象條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間聯(lián)系非常緊密，[1]同時在所有的影響因素中最為明顯的因素是極端氣候和氣候變異。目前全球變暖，氣溫和降水形勢也在變幻莫測，農(nóng)業(yè)氣象災害加重趨勢明顯，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)波動性增大，作物品質(zhì)產(chǎn)量受嚴重影響。[2]極低溫陰雨是災害性農(nóng)業(yè)天氣的一種，主要表現(xiàn)為陰雨、偏低氣溫、偏少日照，每當持續(xù)時間相對較長時在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害則較明顯。[3]一段時間以來，低溫陰雨災害和暴雨、臺風、霜凍等極端天氣不一樣，它的發(fā)生表現(xiàn)速度一般，人們對這一災害的重視程度不夠。隨著認識不斷深入以及低溫陰雨災害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活影響的加劇，人們逐步提高這種災害的認知。進一步研究極端氣候事件發(fā)生概率和極端氣候事件災損評估對揭示其變化規(guī)律以及發(fā)展趨勢有重要意義。[4]前人對低溫陰雨天氣的研究主要是天氣特征、預報模式和災害風險等方面[5-7]，也有關于區(qū)域低溫陰雨天氣變化趨勢和變化周期的研究[8-10]。扶綏縣是崇左市的水稻種植大縣，研究低溫陰雨災害出現(xiàn)規(guī)律和特征、變化趨勢、輕重程度等，對綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展以及農(nóng)業(yè)氣象防災減災有著重大意義。本文對扶綏縣低溫陰雨的研究主要基于日平均氣溫，通過一元回歸分析、累積距平分析、Morlet小波等方法，分析扶綏縣春耕春播期低溫陰雨的趨勢和周期震蕩等變化規(guī)律，評估早稻播插期受低溫陰雨的影響程度，為當?shù)卦绲痉N植充分利用有效資源環(huán)境、合理規(guī)劃生產(chǎn)以及深入相關研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

資料選取扶綏縣1961年2月21日至2020年4月20日逐日平均氣溫、年平均氣溫、日最低氣溫等氣象資料。

1.2 分析方法

運用累積距平分析、一元回歸分析、滑動平均法、Morlet小波等方法進行研究，分析扶綏縣60年春耕春播期低溫陰雨發(fā)生的變化規(guī)律。

1.2.1 Morlet小波 Morlet小波分析對于研究變化周期是其中方法之一，無論在理論和應用上都相當成熟[11-13]。Morlet小波是經(jīng)常用的非正交小波，不存在尺度函數(shù)，它的一般表達為：

式中：V0是小波中心頻率。Morlet小波系數(shù)的閉合區(qū)域表現(xiàn)不同時間尺度特征信息，在相差異時間上的概率趨勢和位相兩方面的信息，分析對象在該時間為正值的小波系數(shù)則表現(xiàn)為偏多期，分析對象在該時間為負值的小波系數(shù)則表現(xiàn)為偏少期，突變點為零值。

1.2.2 低溫陰雨 低溫陰雨標準[14]：日平均氣溫連續(xù)3天或以上≤12℃，或日平均氣溫連續(xù)5天以上≤14℃。根據(jù)扶綏縣農(nóng)業(yè)部門提供的當?shù)卮焊翰テ诘南嚓P播種資料和扶綏縣春耕春播氣象服務期，綜合考慮歷年低溫陰雨的影響程度，本文中低溫陰雨統(tǒng)計的時間定為每年的2月21日至4月20日。

2 結果與分析

2.1 低溫陰雨的概況與發(fā)展趨勢

低溫陰雨的次數(shù)和日數(shù)的發(fā)展趨勢和出現(xiàn)概率，由圖1可知，1961—2020年扶綏縣的年平均氣溫呈現(xiàn)振蕩上升的趨勢，增溫傾向率為0.13℃/10年，90年代末到2010年是明顯的增暖期，春耕春播期（2月21日至4月20日）的增溫傾向率為0.22℃/10年。從圖2中低溫陰雨總日數(shù)五年滑動平均曲線顯示，在所研究的60年里，扶綏縣春耕春播期的低溫陰雨發(fā)生大致經(jīng)歷了四個階段性年際變化，20世紀60年代初至60年代末為上升期，70年代初至70年代末為震蕩向下階段，80年代初至80年代中為直線上升階段，80年代中至21世紀初為震蕩向下階段，21世紀以來低溫陰雨的概率較低，且發(fā)生低溫陰雨的持續(xù)日數(shù)震幅度較小。以21世紀為節(jié)點，21世紀前40年平均每年低溫陰雨日數(shù)日比21世紀后的20年多，且出現(xiàn)的概率高，也就是說平均低溫陰雨日數(shù)體現(xiàn)了由多變少的過程，年平均氣溫和春耕春播期平均氣溫出現(xiàn)了先冷后暖的發(fā)展趨勢，這與陳隆勛等人[15，16]關于中國出現(xiàn)異常變暖趨勢的研究結論相符。

圖1 扶綏縣1961—2020年年平均氣溫、春耕春播期平均氣溫波動線

扶綏縣1961—2020年期間有33年出現(xiàn)低溫陰雨天氣，占研究期間年份的55%，平均每2年有1次低溫陰雨，累計出現(xiàn)低溫陰雨過程共46次。從圖2中可以看出，扶綏縣春耕春播期低溫陰雨最多1年出現(xiàn)3次，為1976年；持續(xù)日數(shù)最長出現(xiàn)在1985年，有2次過程共計21天，占據(jù)了當年整個春耕春播期的75%，同時扶綏縣1985年的年平均氣溫和春耕春播期平均氣溫均為研究期間的最低值。

圖2 扶綏縣1961—2020年低溫陰雨總日數(shù)和過程次數(shù)變化曲線

近60年扶綏縣出現(xiàn)的低溫陰雨總日數(shù)為229天，平均每年低溫陰雨日數(shù)為3.8天，平均每次低溫陰雨的日數(shù)為6.9天。結合表1看，扶綏縣發(fā)生低溫陰雨持續(xù)總日數(shù)主要集中在大于等于5天且小于10天的范圍，占低溫陰雨年份的54.5%，大于等于10天的低溫陰雨僅有4年，占低溫陰雨年份的12.1%。90年代末至2020年間，無低溫陰雨的年份占79%，僅有3年出現(xiàn)低溫陰雨，分別是1998年、2000年、2007年。

表1 扶綏縣1961—2020年的低溫陰雨日數(shù)年份發(fā)生分布表

2.2 春耕春播期平均氣溫與低溫陰雨發(fā)生日數(shù)、結束期的關系

2.2.1 低溫陰雨發(fā)生日數(shù)、結束期與低溫陰雨輕、重年、異常年 低溫陰雨異常年：世界氣象組織（WMO）對異常事件[17]規(guī)定，相關對比序列距平達到兩倍標準差（2a）的事件。扶綏縣近60年低溫陰雨總日數(shù)標準差a為7天，將2a（即14天）定義為異常年。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，1978年（14天）和1987年（21天）為低溫陰雨異常年。

對扶綏縣的低溫陰雨結束期、發(fā)生日數(shù)歷年變化序列整理，取結束期距平≥5d（偏晚5d以上），且總日數(shù)距平≥3d的年份為低溫陰雨偏重年；[18]取結束期距平≤-5d（偏早5d以上），且總日數(shù)距平≤-3d的年份為低溫陰雨偏輕年。

按上述統(tǒng)計標準，利用累積距平分析方法統(tǒng)計扶綏縣近60年低溫陰雨情況：低溫陰雨最早的結束期出現(xiàn)是2月25日，分別是1995年和2019年，結束期最遲出現(xiàn)是4月4日，平均結束日期為3月16日。平均日數(shù)為3.8天/年。從表2中可看出，低溫陰雨主要以中度年份為主，占60.6%；低溫陰雨的偏重年份出現(xiàn)13次，分別為1968年、1970年、1972年、1976年、1982年、1985年、1987年、1988年、1992年、1993年、1996年、1998年、2007年，占39.4%，集中出現(xiàn)在60年代末至90年代末，其中最重年份為1985年，總日數(shù)距平為14天，結束期距平為16天。

表2 1961—2020年扶綏縣春耕春播期低溫陰雨年份統(tǒng)計表

2.2.2 春耕春播期低溫陰雨平均氣溫與結束期、低溫陰雨發(fā)生日數(shù)的相關性 分別對扶綏縣春耕春播期平均氣溫與結束期序列、平均氣溫低溫陰雨發(fā)生日數(shù)進行相關分析，具體見表3，其相關系數(shù)分別為-0.62和-0.72，都通過了&=0.005的顯著性檢驗，兩組序列均具有較高的相關性。這表明春耕春播期結束期、低溫陰雨發(fā)生日數(shù)與春耕春播期的平均氣溫具有明顯的負相關變化趨勢。從表3中的回歸方程可以預測春耕春播期平均氣溫變動對結束期、低溫陰雨發(fā)生日數(shù)的影響水平。經(jīng)分析可知，春耕春播期如果平均氣溫高1℃，則低溫陰雨結束期相對提前約6.5天，低溫陰雨發(fā)生日數(shù)相對減少約2.4天。

表3 扶綏縣春耕春播期平均氣溫與低溫陰雨日數(shù)、結束期的相關方程

2.3 Morlet小波分析扶綏縣低溫陰雨日數(shù)周期性分布特征

選用Morlet小波分析扶綏縣1961—2020年低溫陰雨日數(shù)序列和頻率域，可以更清楚了解扶綏縣近60年低溫陰雨日數(shù)的振動變化的周期性和低溫陰雨天氣過程的重輕。小波系數(shù)的負數(shù)值越小代表低溫陰雨日數(shù)越偏小，小波系數(shù)的正數(shù)值越大代表低溫陰雨日數(shù)越偏大，小波系數(shù)的零值代表突變點；小波系數(shù)絕對值反映低溫陰雨日數(shù)突變程度的大小，小波系數(shù)絕對值越大突變程度越大，同時也表明序列時間尺度變化越顯著[19]；因研究需要正小波系數(shù)區(qū)域突出且隨著正值加大其區(qū)域的顏色則逐漸加深顯示。

圖3是近60年扶綏縣低溫陰雨總日數(shù)的小波變換實部等值線圖。圖中，為更直觀反映變化趨勢，小波系數(shù)<0為無色區(qū)域，即低溫陰雨日數(shù)偏少，扶綏縣處于無低溫陰雨或者低溫陰雨偏少時期；小波系數(shù)>0為灰褐色區(qū)域，即低溫陰雨日數(shù)偏多，扶綏縣處于低溫陰雨偏多時期。由圖3表明，扶綏縣低溫陰雨日數(shù)序列有3個清晰的時間尺度，分別為2年、4年、8年。特別明顯的是8年的振蕩周期，而2年、4年的振蕩周期相對偏弱。8年特征時間尺度為20世紀70年代中期、80年代中期、90年中期以及2013年前后的低溫陰雨日數(shù)序列中比較明顯。扶綏縣春耕春播期發(fā)生了2次低溫陰雨日數(shù)多與少的相互交替，顯示出2個多陰雨期和2個少陰雨期，扶綏縣低溫陰雨日數(shù)的年際變化曲線特征與等值線特征基本一致。由此可以知道扶綏縣低溫陰雨日數(shù)出現(xiàn)周期以8年為主，但也同時也有2年和4年的弱周期可能性。目前值線圖中的褐色實部位等值中心還未閉合，由此可以判斷未來一到兩年（2021—2022年）扶綏縣發(fā)生低溫陰雨日數(shù)較多的可能性仍較大且處于4年的周期等值線范圍內(nèi)振蕩。

圖3 扶綏縣1961—2020年低溫陰雨總日數(shù)小波變換實部等值線圖

3 小結

3.1 扶綏縣低溫陰雨變化特征

扶綏縣春耕春播期的低溫陰雨發(fā)生大致經(jīng)歷了四個階段性年際變化，以21世紀為節(jié)點，21世紀前平均每年低溫陰雨日數(shù)日比21世紀后多，且出現(xiàn)的概率高。近60年扶綏縣有33年出現(xiàn)低溫陰雨，占研究期間年份的55%，也就是說平均每2年有1次低溫陰雨，平均每年低溫陰雨日數(shù)為3.8天，平均每次低溫陰雨的日數(shù)為6.9天。從發(fā)生低溫陰雨的日數(shù)概率統(tǒng)計分析可知，主要集中發(fā)生在大于等于5天且小于10天的范圍，占低溫陰雨年份的54.5%。

3.2 春耕春播期平均氣溫與結束期、低溫陰雨發(fā)生日數(shù)的關系

扶綏縣近60年低溫陰雨平均結束日期為3月16日，平均日數(shù)為3.8天/年。低溫陰雨主要體現(xiàn)為中度年份，占60.6%；低溫陰雨的重年累計為13次，占39.4%。春耕春播平均氣溫變化與低溫陰雨日數(shù)、結束期呈反位相顯著性相關變化趨勢。春耕春播期如果平均氣溫高1℃，則低溫陰雨結束期相對提前約6.5天，低溫陰雨發(fā)生日數(shù)相對減少約2.4天。

3.3 扶綏縣低溫陰雨日數(shù)振蕩周期

通過Morlet小波分析可知，扶綏縣低溫陰雨日數(shù)序列有3個清晰的時間尺度，分別為2年、4年、8年。特別明顯的是8年的振蕩周期，而2年、4年的振蕩周期相對偏弱。未來一到兩年（2021—2022年）扶綏縣發(fā)生低溫陰雨日數(shù)較多的可能性仍較大且處于4年的周期等值線范圍內(nèi)振蕩。

3.4 低溫陰雨對早稻生長的影響及防御措施

水稻需要經(jīng)過四個階段才能從播種到長成秧苗。秧苗長出3片完全葉前最容易受低溫陰雨的影響，如果受連續(xù)陰雨低溫天氣影響，早稻幼苗不但耗盡了種子本身自帶的胚乳營養(yǎng)，又沒有能通過葉片的光合作用及時補充養(yǎng)分，會發(fā)生“饑餓”現(xiàn)象，抵抗能力弱[20]，主要體現(xiàn)為:①爛秧。②苗期長勢弱。③耽誤晚稻播插。低溫陰雨對早稻生長的影響還體現(xiàn)在秧田期和移栽前期，當秧苗移栽大田返青后已經(jīng)能夠及時補充養(yǎng)分，對于抵抗低溫陰雨的能力也逐漸加強。

露地育秧，注意夜間灌深水的保溫作用，但不應長時間積水，可深淺水交替，既提高土溫，又防止無氧呼吸的影響，或在夜間搭支架拱膜保護秧苗，減少輻射冷卻，同時密切關注天氣變化，控制留水深淺以及時間。拱膜覆蓋育秧或者大棚育秧，都可以有效地保溫護苗，但在回暖或者出現(xiàn)陽光時，根據(jù)溫度升高的情況，秧田可適當灌水（深水或者淺水）或者適當揭膜口、打開大棚門口進行通風，以避免高溫燒苗。