1961—2021 年晉南蘋果生長期氣象災(zāi)害氣候變化特征*

王詠梅，王志偉，譚江瑞，張愛紅，鄒正姍

（1 山西省運(yùn)城市氣象局， 044000）（2 山西省氣候中心）

2021 年山西省氣候十分異常，極端氣象災(zāi)害事件頻發(fā)，2020/2021 年冬季極寒、極暖及罕見的大范圍暴雪，秋季強(qiáng)降水疊加，給農(nóng)業(yè)造成了嚴(yán)重影響。IPCC（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）第6 次評估報告[1]指出，隨著全球氣候變暖，各地極端高溫和強(qiáng)降水、干旱等災(zāi)害性天氣事件頻率和強(qiáng)度正在增加，已經(jīng)對人民生命健康、糧食安全及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等造成了廣泛影響。晉南地區(qū)位于山西省最南端，屬于黃土高原蘋果產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢地帶，蘋果一直以來都是當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)作物，而氣象災(zāi)害是影響蘋果生產(chǎn)的主要因素，每年都會不同程度地遭遇氣象災(zāi)害影響。近年來晉南亦呈現(xiàn)極端性、災(zāi)害性天氣事件頻發(fā)、重發(fā)態(tài)勢，使得氣象災(zāi)害對果樹造成愈加嚴(yán)重的影響。早春氣溫異常偏暖導(dǎo)致果樹始花期提前，花期凍害風(fēng)險加大；2018 年大范圍強(qiáng)霜凍致使果樹受災(zāi)嚴(yán)重；2020/2021 年冬季強(qiáng)寒潮造成部分地區(qū)果樹淺層根系凍傷；2021 年秋季遭遇罕見強(qiáng)連陰雨，導(dǎo)致嚴(yán)重裂果、爛果，影響農(nóng)民收入。

關(guān)于蘋果氣象因素的研究較多地集中在氣候適宜性分析及區(qū)劃，以及氣象因子對蘋果生長的影響[2-9]，針對蘋果氣象災(zāi)害的研究主要是對于某個地區(qū)或某一種氣象災(zāi)害的影響分析[10-12]，而關(guān)于山西省域的研究較少。晉南作為山西省主要果業(yè)基地，其氣象災(zāi)害有著什么樣的氣候特征及變化趨勢？和其他地區(qū)氣象災(zāi)害有何不一樣的區(qū)域性特點(diǎn)？本文以影響晉南蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)的主要?dú)庀鬄?zāi)害為出發(fā)點(diǎn)，分析其氣候特征，尤其是近年來的變化趨勢和極端災(zāi)害事件的出現(xiàn)，以便了解果樹氣象災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險，趨利避害，促進(jìn)當(dāng)?shù)毓麡I(yè)發(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文使用的氣象資料為山西省臨猗、萬榮、芮城、平陸和吉縣1961—2021 年逐日最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數(shù)以及冰雹，來自各縣地面氣象觀測記錄月報表；物候觀測資料來自萬榮、臨猗、吉縣農(nóng)業(yè)氣象觀測站1981—2021 年記錄；蘋果氣象災(zāi)害資料來自實(shí)地觀測、災(zāi)情直報庫和《中國氣象災(zāi)害大典·山西卷》；蘋果產(chǎn)量及種植面積來自《山西統(tǒng)計年鑒》。

1.2 研究對象

1.2.1選取主產(chǎn)縣

本研究針對山西省南部蘋果主栽品種紅富士。根據(jù)山西省各縣蘋果種植面積和產(chǎn)量，選取主產(chǎn)縣臨猗、萬榮、芮城、平陸和吉縣代表晉南蘋果產(chǎn)區(qū)。2020 年5 個主產(chǎn)縣紅富士蘋果面積約為10 萬hm2，約占全省蘋果種植面積的70%；產(chǎn)量350 萬t，約占全省蘋果產(chǎn)量的85%。

1.2.2氣象災(zāi)害

根據(jù)實(shí)地調(diào)查和統(tǒng)計分析，選取對晉南蘋果生長發(fā)育影響較嚴(yán)重的氣象災(zāi)害，包括：花期凍害、花期高溫、果實(shí)膨大期高溫、果實(shí)膨大期干旱、果實(shí)著色成熟期連陰雨、冰雹。

1.2.3發(fā)育關(guān)鍵期

晉南蘋果發(fā)育關(guān)鍵期：①開花期，臨猗、萬榮、芮城、平陸為3 月25 日至4 月15 日；吉縣為4 月5—25 日。②果實(shí)膨大期，6 月至10 月上旬。普遍認(rèn)為6—8 月為蘋果果實(shí)膨大期，但據(jù)文獻(xiàn)[13]以及實(shí)際觀測，晉南9 月至10 月上旬果實(shí)膨大仍較明顯，因此，本文將果實(shí)膨大期確定為6 月至10 月上旬，其中，6 月為第1 次果實(shí)膨大期，7—8 月為第2 次果實(shí)膨大期（果實(shí)快速膨大期），9 月至10 月上旬為第3 次果實(shí)膨大期（果實(shí)成熟膨大期）。③果實(shí)著色成熟期，9 月中旬至10 月中旬。

1.3 方法

1.3.1變化趨勢及突變

采用氣候傾向率[14]分析氣象災(zāi)害變化趨勢，并使用Mann-Kendall 方法[15]對氣象災(zāi)害時間序列進(jìn)行突變檢測，給定顯著性水平為0.05，置信區(qū)間為［-1.96，+1.96］。

1.3.2災(zāi)害指標(biāo)

①花期凍害。根據(jù)前人研究成果[16-19]結(jié)合實(shí)地調(diào)查確定凍害指標(biāo)，當(dāng)開花期日最低氣溫＜-2 ℃時，對花造成較明顯凍害。②花期高溫。當(dāng)氣溫＞28 ℃，開花期明顯縮短，影響授粉?；ㄆ诟邷?zé)岷χ笜?biāo)：臨猗、萬榮、芮城、平陸3 月25 日至4月10 日，吉縣4 月5—20 日，日最高氣溫＞28 ℃。③果實(shí)膨大期高溫。當(dāng)氣溫＞35 ℃時，蘋果生長緩慢或停止生長，確定日最高氣溫＞35 ℃為膨大期高溫?zé)岷χ笜?biāo)。④果實(shí)膨大期干旱。采用膨大期降水量和連續(xù)10 d 以上無降水日數(shù)結(jié)合作為評價干旱的指標(biāo)。⑤果實(shí)成熟期連陰雨。果實(shí)著色成熟期在9 月中旬至10 月中旬，其間出現(xiàn)連續(xù)4 d 以上（含4 d，無間隔日）或5 d 以上（含5 d，中間允許有1 d 無降水）≥0.1 mm 雨日，且過程累計雨量≥30 mm，定義為1 次連陰雨。

2 結(jié)果與分析

2.1 花期凍害

晚霜凍是晉南地區(qū)蘋果生產(chǎn)的首要?dú)庀鬄?zāi)害，個別地區(qū)晚霜凍害幾乎年年發(fā)生。圖1 給出了1961—2021 年晉南地區(qū)蘋果花期凍害日數(shù)及花期極端最低氣溫變化。凍害日數(shù)呈顯著下降趨勢，氣候傾向率為-0.53 d/10 年；極端最低氣溫呈顯著升高趨勢，氣候傾向率為0.68 ℃/10 年。Mann-Kendall 檢驗(yàn)表明，凍害日數(shù)在2018—2019 年出現(xiàn)突變，下降趨勢顯著；極端最低氣溫在1996 年發(fā)生突變，呈顯著上升趨勢，表明花期凍害為減弱趨勢。從年代際變化來看，20 世紀(jì)90 年代中期以前波動較明顯，1966—1978 年間凍害日數(shù)較少、極端低溫相對較高，凍害較輕；1979—1997 年凍害日數(shù)多，極端低溫相對較低，凍害較重；1998 年至今凍害明顯減輕，凍害日數(shù)減少，極端低溫呈波動性升高，年際變化大。21 世紀(jì)以來凍害最嚴(yán)重的為2001、2010年和2011 年。

圖1 1961—2021 年晉南地區(qū)蘋果花期凍害的變化

2.2 花期高溫

近年來晉南地區(qū)蘋果經(jīng)常遭遇花期高溫?zé)岷Φ挠绊?，由于春季氣溫異常偏暖，?dǎo)致蘋果樹開花期明顯縮短。用3 月25 日至4 月20 日日最高氣溫＞28 ℃的天數(shù)來表征花期高溫。從表1 可以看到，21 世紀(jì)以前花期高溫較少，每10 年僅有2～3 d，高溫災(zāi)害很少發(fā)生。進(jìn)入21 世紀(jì)以后，花期高溫經(jīng)常出現(xiàn)，20 年中有10 年出現(xiàn)高溫，高溫最多的年份是2006 年和2018 年，各有5 d，其次是2014 年出現(xiàn)4 d 高溫。表1 表明，最近20 年花期高溫明顯增多，目前正處于花期高溫災(zāi)害多發(fā)時期。

表1 1961—2021 年晉南臨猗等五地蘋果花期氣溫＞28 ℃的天數(shù)

2.3 果實(shí)膨大期高溫?zé)岷?/h3>

從蘋果果實(shí)膨大期高溫?zé)岷μ鞌?shù)和極端高溫（圖2-a、c）來看，兩者均為弱的增高趨勢，氣候傾向率分別為0.29 d/10 年和0.1 ℃/10 年。Mann-Kendall 檢驗(yàn)表明，2012 年為高溫天數(shù)突變點(diǎn)，但增加趨勢不顯著；而極端高溫沒有發(fā)生突變，增高趨勢不明顯。高溫?zé)岷μ鞌?shù)和極端高溫的年代際變化大致同步，20 世紀(jì)90 年代前期以前存在明顯波動，60—70 年代前期為偏高狀態(tài)，70 年代中期至90 年代前期轉(zhuǎn)為偏低態(tài)勢；90 年代中期開始基本上呈現(xiàn)增高的趨勢，高溫天數(shù)沒有明顯波動，極端高溫年際變化明顯，最近幾年顯現(xiàn)出降低的趨勢。1961 年以來，果實(shí)膨大期極端高溫最高值為42.8 ℃，出現(xiàn)在1966 年；其次是42.1 ℃，出現(xiàn)在2005 年。極端高溫≥40 ℃的有19 年，其中有9 年發(fā)生在近20 年；極端高溫≥41 ℃的有7 年，其中有5 年出現(xiàn)在近20 年。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，不僅高溫?zé)岷μ鞌?shù)明顯增多，極端高溫也呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢，果實(shí)膨大期高溫?zé)岷厔菁又亍?/p>

圖2 1961—2021 年晉南地區(qū)蘋果果實(shí)膨大期高溫的變化

2.4 果實(shí)膨大期干旱

蘋果果實(shí)膨大期主要有2 個階段降水分布對果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量影響較大：7—8 月果實(shí)快速膨大期出現(xiàn)干旱，影響果實(shí)膨大和產(chǎn)量。另外，如果后期降水多，則容易引起果面水裂紋[20]。9 月下旬至10 月上旬第3 次果實(shí)膨大期出現(xiàn)干旱，影響蘋果著色和產(chǎn)量。

從整個果實(shí)膨大期（圖3-a、c）降水來看，降水量變化趨勢不明顯，連續(xù)無降水天數(shù)則呈顯著增多趨勢。連續(xù)無降水天數(shù)超過40 d 的11 年里，除了1997 年以外，其余年份均出現(xiàn)在2005 年以后，2005—2018 年是干旱最嚴(yán)重的時期。Mann-Kendall檢驗(yàn)（圖3-d）表明，連續(xù)無降水天數(shù)于1995 年出現(xiàn)突變，之后增多趨勢顯著，這與馬柱國等[21]、劉莉紅等[22]提出的“我國北方在20 世紀(jì)90 年代以后干旱加重”的結(jié)論吻合。第2 次果實(shí)膨大期降水呈弱減少趨勢（圖3-e），1990—1993 年發(fā)生突變，但減少趨勢不顯著；年代際變化特征為：20 世紀(jì)60—70 年代初降水少，干旱較嚴(yán)重；70 年代后期至80 年代后期降水較充沛，干旱較輕；90 年代以來大部分年份降水少，干旱較嚴(yán)重。第3 次果實(shí)膨大期降水為弱增多趨勢（圖3-g），1975—1976 年發(fā)生突變，降水由多轉(zhuǎn)少；20 世紀(jì)80 年代后期至21 世紀(jì)初降水明顯偏少，之后的十幾年降水波動較大。21 世紀(jì)以來，雖然連續(xù)無降水天數(shù)表現(xiàn)出干旱化趨勢，但降水量偏多的情形卻較多發(fā)生，尤其是果實(shí)成熟膨大期，降水最多的3 年均出現(xiàn)在最近20年，說明在干旱的背景下極端強(qiáng)降水反而會多發(fā)。

圖3 1961—2021 年晉南地區(qū)蘋果果實(shí)膨大期降水量的變化

2.5 果實(shí)著色成熟期連陰雨

蘋果果實(shí)著色成熟期的9 月中旬至10 月中旬出現(xiàn)連陰雨，容易引起果面裂紋[20]，并影響糖分積累和果實(shí)著色。1961—2021 年，成熟期雨日及連陰雨次數(shù)變化趨勢不明顯，日照時數(shù)呈弱減少趨勢（圖4）。年代際變化特征：20 世紀(jì)60 年代和70年代初成熟期雨日較多，80 年代后期至90 年代后期雨日較少，21 世紀(jì)以來大部分年份雨日偏多；連陰雨次數(shù)較少的時期為20 世紀(jì)80 年代中期至90年代后期，以及2006—2017 年，連陰雨較多的階段為20 世紀(jì)70 年代末至80 年代前期，以及最近的5 年；日照時數(shù)20 世紀(jì)80 年代后期至90 年代后期多數(shù)年份偏多，90 年代末至今的20 余年偏少。成熟期雨日平均為12 d，最少為5 d，出現(xiàn)在2003年，最多為23 d，出現(xiàn)在2021 年；連陰雨頻次最多年份為1983 年、1992 年和2021 年，各出現(xiàn)3 次連陰雨，近60 年有19 年無連陰雨，2010—2016 年的7 年里有5 年無連陰雨，但2017 年之后的最近幾年連陰雨似有增多趨勢，值得后期關(guān)注；日照時數(shù)極端多的年份出現(xiàn)在20 世紀(jì)70 年代和90 年代，分別為1977 年、1978 年和1997 年；極端少的年份為2017 年、2020 年和2021 年，均出現(xiàn)在最近5 年。

圖4 1961—2021 年晉南地區(qū)蘋果果實(shí)著色成熟期降水和日照的變化

因此，無論是雨日還是連陰雨頻次近年來均呈增多趨勢，日照時數(shù)明顯減少，近20 余年蘋果成熟期陰雨寡照頻次高、極端性強(qiáng)，連陰雨災(zāi)害趨勢加重。

2.6 冰雹

晉南地區(qū)蘋果主產(chǎn)區(qū)位于冰雹多發(fā)地帶，每年都會遭受不同程度的冰雹災(zāi)害。從蘋果發(fā)育期5—9月冰雹頻次來看（圖5），近60 年冰雹呈弱減少趨勢，氣候傾向率為-0.16 站次/10 年。冰雹頻次沒有發(fā)生突變，但年代際變化較明顯，1961—1993 年冰雹偏多，尤其是20 世紀(jì)80 年代最多；1994 年開始冰雹明顯減少，1994—2021 年的28 年里有15 年無冰雹出現(xiàn)。冰雹發(fā)生最多的是1973 年的4 站次和1984 年的5 站次，蘋果遭遇嚴(yán)重冰雹侵襲。21 世紀(jì)以來，冰雹災(zāi)害最嚴(yán)重的是2020 年，有3 次冰雹發(fā)生，其次是2001 年、2013 年和2016 年，分別有2 次冰雹出現(xiàn)。1993 年以前幾乎每年都有冰雹，之后的將近30 年里有多半年份沒有冰雹，蘋果冰雹災(zāi)害趨勢明顯減輕。

圖5 1961—2021 年晉南地區(qū)5—9 月冰雹站次的變化

3 討論

一般而言，處于蘋果適宜區(qū)的晉南冬季氣候?qū)麡溆绊懖淮?，?020/2021 年冬季強(qiáng)寒潮造成晉南部分地區(qū)果樹根系凍傷，無疑給人們敲響警鐘。氣候變暖導(dǎo)致極端事件增多，暖冬不排除階段性強(qiáng)降溫造成影響；關(guān)于蘋果花期高溫災(zāi)害的研究比較少見，本文研究揭示早春花期熱害正在成為常態(tài)；秋季強(qiáng)連陰雨對農(nóng)業(yè)的影響或在加大。剛剛發(fā)布的IPCC6《氣候變化2022：影響、適應(yīng)和脆弱性》[1]闡述了當(dāng)前和未來氣候變化影響和風(fēng)險、適應(yīng)措施等，指出未來氣候風(fēng)險將進(jìn)一步加大。針對晉南氣象災(zāi)害極端事件的多發(fā)趨勢，為適應(yīng)加大的氣象災(zāi)害風(fēng)險，應(yīng)因地制宜采取措施，比如種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，以及加強(qiáng)災(zāi)害防御技術(shù)研發(fā)，最大程度地降低氣象災(zāi)害帶來的不利影響。

4 結(jié)論

近年來隨著氣候變暖，各地極端災(zāi)害性天氣多發(fā)，給各行各業(yè)造成了嚴(yán)重影響，因此，關(guān)于極端性、災(zāi)害性天氣的研究已成為熱點(diǎn)。本文針對晉南果區(qū)主要?dú)庀鬄?zāi)害，分析其變化趨勢、突變以及年代際變化特征，重點(diǎn)關(guān)注了20 世紀(jì)以來的災(zāi)害趨勢，主要結(jié)論如下。

（1）氣候變暖背景下，晉南蘋果花期凍害趨勢變輕，極端最低氣溫在1996 年出現(xiàn)突變，呈顯著上升趨勢。近年來晉南經(jīng)常遭遇蘋果花期高溫災(zāi)害，最近20 年花期高溫顯著增多。果實(shí)膨大期高溫?zé)岷Τ始又刳厔荩?0 世紀(jì)以來，不僅高溫?zé)岷θ諗?shù)明顯增多，極端高溫也呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢。

（2）蘋果膨大期干旱趨勢加重，2005—2018年是干旱最嚴(yán)重時期，連續(xù)無降水日數(shù)于1995 年出現(xiàn)突變，呈現(xiàn)顯著增多趨勢。21 世紀(jì)以來，雖然連續(xù)無降水日數(shù)表現(xiàn)出干旱化趨勢，但降水異常偏多的情形卻經(jīng)常發(fā)生，表明在干旱的氣候背景下極端強(qiáng)降水多發(fā)、重發(fā)。

（3）蘋果成熟期連陰雨變化表明，雨日呈增多趨勢、日照時數(shù)為明顯減少趨勢，蘋果成熟期連陰雨災(zāi)害趨勢加重。近60 年晉南冰雹災(zāi)害發(fā)生呈減輕趨勢，1994 年開始冰雹明顯減少，與梁軼等[11]關(guān)于“陜西蘋果冰雹1990 年代以來有所減少”的研究結(jié)論相似。