2018和2020年銅川核桃晚霜凍害分析

楊亞利，鄭合清，張淑敏，吳 寧，周曉麗，董亞龍

(1.銅川市氣象局，陜西銅川 727031；2.銅川市中草藥氣象服務(wù)研究中心，陜西銅川 727031；3.宜君縣氣象局，陜西宜君 727203)

近年來隨著氣候變暖的影響，災(zāi)害性天氣對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)帶來極大影響，尤其是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響更為明顯。馬柱國(guó)等人研究表明氣候變暖在冬季和早春表現(xiàn)得較為明顯[1]。隨著氣候變暖，進(jìn)入春季，氣溫快速回升，各種作物物候期提前，抗寒鍛煉不足，致使抗寒力下降，使農(nóng)業(yè)遭受晚霜凍害的危險(xiǎn)性增大。李建平等人研究表明，晚霜凍害已成為經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的限制因子[2]。有一些學(xué)者對(duì)春茶、蘋果、核桃等作物的凍害開展了一些研究[3-9]。銅川地處關(guān)中平原與陜北黃土高原的過渡地帶，境內(nèi)地形復(fù)雜，山地、丘陵、殘?jiān)?、溝壑縱橫交錯(cuò)，受大陸性季風(fēng)氣候影響，冬長(zhǎng)夏短、雨熱同季，災(zāi)害性天氣種類多，致災(zāi)嚴(yán)重。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略落地生根，銅川市政府提出打造一鄉(xiāng)一品經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，核桃成為全市經(jīng)濟(jì)林果的支柱產(chǎn)業(yè)。春季晚霜凍害往往使核桃花芽、葉芽和花蕊及新生枝條受凍，造成全市核桃減產(chǎn)甚至絕收，影響了核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展。對(duì)2018年和2020年銅川核桃4月晚霜凍害天氣進(jìn)行分析，旨在總結(jié)核桃晚霜凍害特征，為降低災(zāi)害損失和科學(xué)防御晚霜凍害提供依據(jù)。

1 資料和方法

晚霜凍：是指在春季氣溫回暖時(shí)，受北方強(qiáng)冷空氣南下影響，短期內(nèi)近地面氣溫驟然降低至0 ℃以下，使作物遭受凍害或死亡的一種嚴(yán)寒現(xiàn)象[10]。銅川核桃種植面積5.80萬hm2,主要分布于北部、東部和西北部山區(qū)。核桃一般在4月初萌芽展葉，4月中旬—下旬為花期，5月為幼果期，4、5月是核桃萌芽、開花、坐果關(guān)鍵期，因此研究銅川4、5月晚霜凍害十分重要。因?yàn)?月全市氣溫沒有出現(xiàn)低于0 ℃的情況，不存在凍害風(fēng)險(xiǎn)，所以分析4月氣溫變化及晚霜凍天氣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。將4月日最低氣溫<0 ℃記為一個(gè)凍害日。

銅川市有3個(gè)國(guó)家氣象站，分別為宜君國(guó)家一般氣象站、銅川國(guó)家一般氣象站、耀州國(guó)家基本氣象站，印臺(tái)區(qū)和王益區(qū)共用銅川國(guó)家一般氣象站；有76個(gè)區(qū)域自動(dòng)站，分布在宜君縣、印臺(tái)區(qū)、王益區(qū)、耀州區(qū)，分區(qū)縣數(shù)據(jù)分析將銅川國(guó)家站劃分到王益區(qū)。本文采用宜君、銅川、耀州3個(gè)國(guó)家氣象站及76個(gè)區(qū)域自動(dòng)監(jiān)測(cè)站2018年和2020年的4月氣溫觀測(cè)資料，以及相應(yīng)的高空探測(cè)資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和農(nóng)業(yè)氣象原理等，對(duì)銅川市核桃晚霜凍害進(jìn)行分析。

2 2018年和2020年核桃晚霜凍災(zāi)害分析

2.1 災(zāi)害概況

2018年4月4—7日，受強(qiáng)冷空氣影響，銅川市出現(xiàn)大范圍強(qiáng)寒潮和降水天氣過程。日平均氣溫下降12～16 ℃，北部宜君最低氣溫-1.8 ℃，出現(xiàn)在6日；中南部銅川、耀州最低氣溫分別為-4.2、-1.4 ℃，均出現(xiàn)在7日，宜君縣棋盤鎮(zhèn)彌家河區(qū)域觀測(cè)站日最低氣溫達(dá)到-8.7 ℃，出現(xiàn)在7日。與歷史同期比較，銅川為建站以來同期第4低值，耀州區(qū)為建站以來同期第3低值。由于前期溫度偏高，果樹物候期提前，抗寒能力下降，致使核桃等干雜果大面積受災(zāi)。據(jù)各區(qū)縣果業(yè)部門初步統(tǒng)計(jì)，全市干雜果受災(zāi)面積18.37 hm2。

2020年4月10—12日，受強(qiáng)冷空氣影響，銅川市出現(xiàn)了明顯降溫天氣過程，日平均氣溫下降了6～10 ℃。北部宜君最低氣溫1.1 ℃，出現(xiàn)在11日；中南部銅川、耀州最低氣溫分別為0.3、2.0 ℃，均出現(xiàn)在12日，宜君縣棋盤鎮(zhèn)彌家河區(qū)域觀測(cè)站日最低氣溫達(dá)到-4.7 ℃，出現(xiàn)在12日。晚霜凍害造成全市核桃等經(jīng)濟(jì)林果受災(zāi)面積528.946 7 hm2，其中宜君縣核桃受災(zāi)面積194.466 7 hm2，經(jīng)濟(jì)損失225.06萬元。

2020年4月22—24日，受冷空氣影響，銅川市出現(xiàn)了降溫天氣過程，日平均氣溫下降了1.4～2.3 ℃。北部宜君最低氣溫2.4 ℃，出現(xiàn)在23日；中南部銅川、耀州最低氣溫分別為0.6、2.1 ℃，均出現(xiàn)在24日。宜君縣棋盤鎮(zhèn)彌家河區(qū)域觀測(cè)站最低氣溫達(dá)到-6.1 ℃，出現(xiàn)在24日。晚霜凍害造成全市大部分區(qū)縣核桃等經(jīng)濟(jì)林果不同程度受災(zāi)，受災(zāi)面積約3 159.473 hm2，經(jīng)濟(jì)損失約8 143.76萬元。

經(jīng)分析，2018年4月4—7日、2020年4月10—12日、22—24日3次晚霜凍害，冷空氣都是自北向南影響銅川市，宜君極端最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間比銅川和耀州提前1 d，全市區(qū)域觀測(cè)站極端最低氣溫大都出現(xiàn)在宜君縣棋盤鎮(zhèn)彌家河觀測(cè)站，出現(xiàn)時(shí)間與中南部銅川、耀州國(guó)家站極端最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間一致。

2.2 晚霜凍害分析

為了對(duì)核桃晚霜凍害進(jìn)行精細(xì)化分析，進(jìn)一步掌握各鄉(xiāng)鎮(zhèn)核桃晚霜凍害特征，根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及村核桃種植面積、生長(zhǎng)狀況，一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)選取一個(gè)代表站，共選出26個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)代表站。由于銅川地形復(fù)雜，山地、丘陵、殘?jiān)羡挚v橫交錯(cuò)，分別對(duì)國(guó)家站、區(qū)域站資料進(jìn)行分析，全面掌握全市及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)晚霜凍害特點(diǎn)，有針對(duì)性地為災(zāi)害防御提供技術(shù)支撐。對(duì)2018年和2020年的晚霜凍害等進(jìn)行分析(見表1)，表中宜君、耀州、銅川為國(guó)家站，其余為代表各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的區(qū)域觀測(cè)站。

2.2.1 國(guó)家站晚霜凍害分析 從表1可以看出，2018年4月3個(gè)國(guó)家站均出現(xiàn)晚霜凍害，其中宜君縣2 d，銅川和耀州各1 d，宜君縣發(fā)生晚霜凍害風(fēng)險(xiǎn)較大。核桃晚霜凍害程度不僅與極端最低氣溫有關(guān)，還與≤0 ℃持續(xù)時(shí)間相關(guān)。分析2018年4月各區(qū)縣逐小時(shí)最低氣溫，宜君縣極端最低氣溫-1.8 ℃(6日)，≤0 ℃持續(xù)時(shí)間5 h；銅川站(王益區(qū)和印臺(tái)區(qū))極端最低氣溫-4.2 ℃(7日)，≤0 ℃持續(xù)時(shí)間9 h；耀州區(qū)極端最低氣溫-1.4 ℃(7日)，≤0 ℃持續(xù)時(shí)間5 h。2020年4月國(guó)家站未出現(xiàn)晚霜凍害日。

分析國(guó)家氣象站資料，并結(jié)合實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，2018年銅川出現(xiàn)晚霜凍害，屬于輕度。晚霜凍害使核桃樹的花芽、葉芽、花蕊及幼果略受凍，造成全市核桃略減產(chǎn)，宜君縣發(fā)生晚霜凍害風(fēng)險(xiǎn)較大，與楊亞利等研究成果[5]結(jié)論一致。雖然2020年4月國(guó)家站未出現(xiàn)晚霜凍害日，但經(jīng)實(shí)地查看災(zāi)情、調(diào)研，一些川道、溝壑的低洼地帶出現(xiàn)了晚霜凍害，顯然只分析國(guó)家站資料不能如實(shí)反映各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)際情況，故對(duì)區(qū)域站資料進(jìn)行分析，以便更準(zhǔn)確、更精細(xì)化了解銅川各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的晚霜凍害情況。

2.2.2 區(qū)域站晚霜凍害分析 從表1可以看出，2018年全市26個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均出現(xiàn)了晚霜凍害，共出現(xiàn)晚霜凍害42站次,其中宜君19站次，占45.2%；耀州14站次，占33.3%；印臺(tái)7站次，占16.7%；王益2站次。全市每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)晚霜凍害日均大于或者等于年均晚霜凍害日[6]。2020年全市12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)晚霜凍害，共出現(xiàn)晚霜凍害32站次，其中宜君16站次，占50%；耀州14站次，占43.8%；印臺(tái)2站次，占6.3%；王益未出現(xiàn)晚霜凍害。

表1 2018、2020年4月銅川核桃晚霜凍害和氣溫統(tǒng)計(jì)

2018年全市有26個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)日最低氣溫≤0 ℃，持續(xù)時(shí)間為2～13 h,低溫持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為宜君縣棋盤鎮(zhèn)彌家河，并且該站出現(xiàn)極端最低氣溫-8.7 ℃(7日)；低溫持續(xù)時(shí)間>3 h的有21個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中宜君有8個(gè)，耀州有7個(gè)，印臺(tái)5個(gè)，王益1個(gè)；低溫持續(xù)時(shí)間≥10 h有6個(gè)觀測(cè)站，分別為宜君縣棋盤鎮(zhèn)彌家河、哭泉鎮(zhèn)哭泉、耀州區(qū)瑤曲鎮(zhèn)的瑤曲、廟灣鎮(zhèn)陳家山、照金鎮(zhèn)柳林、石柱鎮(zhèn)石柱觀測(cè)站。日最低氣溫≤-2 ℃的且持續(xù)時(shí)間>2 h有16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中宜君有6個(gè)，耀州有6個(gè)，印臺(tái)3個(gè)，王益1個(gè)。

2020年全市有12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)日最低氣溫≤0 ℃，持續(xù)時(shí)間1～9 h，低溫持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為宜君縣棋盤鎮(zhèn)彌家河、耀州區(qū)瑤曲監(jiān)測(cè)站；日最低氣溫≤-2 ℃且持續(xù)時(shí)間> 2 h的有3個(gè)監(jiān)測(cè)站，其中宜君有1個(gè)，耀州有2個(gè)。極端最低氣溫-6.1 ℃(24日)，出現(xiàn)在棋盤鎮(zhèn)彌家河。

以上分析表明，2018年晚霜凍害范圍和強(qiáng)度均大于2020年，與國(guó)家站資料分析基本一致。宜君縣發(fā)生晚霜凍害的強(qiáng)度、范圍較大，全市晚霜凍害高發(fā)區(qū)主要分布在宜君縣、耀州區(qū)西北部山區(qū)，耀州區(qū)東南部及王益和印臺(tái)區(qū)發(fā)生晚霜凍害較少。宜君縣棋盤鎮(zhèn)、哭泉鎮(zhèn)、耀州區(qū)的瑤曲鎮(zhèn)、廟灣鎮(zhèn)、照金鎮(zhèn)、石柱鎮(zhèn)為核桃晚霜凍害防御重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

3 地形對(duì)晚霜凍害影響分析

2018年和2020年晚霜凍害發(fā)生后，通過實(shí)地查災(zāi)、調(diào)研發(fā)現(xiàn)，地勢(shì)相對(duì)較低的低洼地帶的最低氣溫較周邊偏低，核桃凍害程度明顯偏重，而且地勢(shì)越低的地方溫度越低，凍害越嚴(yán)重。于是進(jìn)一步分析地形對(duì)晚霜凍害影響，掌握銅川不同地形晚霜凍害特點(diǎn)，為晚霜凍害預(yù)報(bào)及防御提供科技支撐。

霜凍主要有平流霜凍、輻射霜凍、混合型霜凍。分析2018和2020年4月晚霜凍害天氣環(huán)流形勢(shì)特征發(fā)現(xiàn)，銅川的霜凍均屬于混合型霜凍，在降溫前期存在著顯著的升溫，后期降溫為平流降溫和輻射冷卻降溫相結(jié)合。2018年4月4—7日，2020年4月10—12日、22—24日，在降溫過程前一日，氣溫顯著上升，宜君縣4月3日15時(shí)氣溫達(dá)25.7 ℃，為2018年4月最高氣溫，而后受冷平流影響，氣溫開始自北向南降低。輻射冷卻降溫往往發(fā)生在低層平流降溫結(jié)束后，2018年4月6日夜間、2020年4月11日夜間、4月23日夜間，由于受偏北氣流控制，天空晴朗少云，風(fēng)速小、濕度小，導(dǎo)致輻射冷卻降溫。地勢(shì)相對(duì)較低的低洼地帶，如川道、溝壑受輻射降溫冷空氣堆積，最低氣溫較周邊地區(qū)偏低。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)宜君縣的清河村、彌家河、雷塬、西河水庫(kù)、工業(yè)園等地，印臺(tái)區(qū)的馬坊、玉華宮、金鎖、紅土、金華山等地，耀州區(qū)的柳林、瑤曲、前咀、玉門、陳家山、薛家寨、衣食等地的最低氣溫較周邊偏低4～6 ℃，最大達(dá)到了8 ℃以上(圖1)。

圖1 2018-04-04—07(a)，2020-04-10—12(b)，2020-04-22—24(c)晚霜凍害過程最低氣溫分布

4 結(jié)論和討論

(1)2018年、2020年造成銅川晚霜凍害的冷空氣均自北向南影響全市，極端最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間宜君比銅川和耀州提前1 d出現(xiàn)。由于受地形及輻射降溫的影響，全市極端最低氣溫大都出現(xiàn)在宜君縣棋盤鎮(zhèn)彌家河觀測(cè)站，出現(xiàn)時(shí)間與中南部銅川、耀州國(guó)家站極端最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間一致。

(2)2018年、2020年銅川核桃晚霜凍害均屬于輕度，晚霜凍害使核桃的花芽、葉芽、幼果略受凍，造成全市核桃略減產(chǎn)。2018年晚霜凍害范圍和強(qiáng)度均大于2020年，宜君縣發(fā)生晚霜凍害的強(qiáng)度、范圍較大，全市晚霜凍害高發(fā)區(qū)主要分布在宜君縣、耀州區(qū)西北部山區(qū)，宜君縣棋盤鎮(zhèn)、哭泉鎮(zhèn)、耀州區(qū)的瑤曲鎮(zhèn)、廟灣鎮(zhèn)、照金鎮(zhèn)、柳林鎮(zhèn)為核桃晚霜凍害防御重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

(3)銅川市出現(xiàn)的晚霜凍害一般為混合型霜凍，地勢(shì)相對(duì)較低的低洼地帶，如川道、溝壑受輻射降溫冷空氣堆積，最低氣溫往往較周邊地區(qū)偏低4～6 ℃。宜君縣的清河村、彌家河，印臺(tái)區(qū)的馬坊、金華山，耀州區(qū)的柳林、瑤曲等地的最低氣溫較周邊偏低，要采取措施，做好低洼地帶晚霜凍害的防御。

(4)為了避免核桃晚霜凍害，可利用核桃種植基地區(qū)域觀測(cè)站，密切監(jiān)測(cè)氣溫變化，并采用秦智智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)系統(tǒng)，制作精細(xì)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的網(wǎng)格預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)布核桃晚霜凍害警報(bào)，為果農(nóng)提供精細(xì)化全程跟蹤服務(wù)。

(5)根據(jù)地形影響分析，建議核桃園一般建在山梁丘陵、傾斜地和陽(yáng)坡地，空氣流通，凍害概率小，避開容易積累冷空氣的低洼地勢(shì)區(qū)域、閉合谷地；同時(shí)采取噴藥、灌溉、熏煙、間作綠草等措施防御晚霜凍害對(duì)核桃影響。