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202Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.8近50年海原县霜冻发生特征及其对农业的影响王 月1，杨 贵2，徐璐娜1，王金弟1，杨 晨3，褚永伟41.宁 夏 海 原 县 气 象 局，宁 夏 海 原 755200；2.宁 夏 中 卫 市 气 象 局，宁 夏 中卫 755000；3.宁夏泾源县气象局，宁夏泾源 756400；4.宁夏六盘山气象站，宁夏隆德 756300摘要 基于海原县19712020年春秋季最低气温数据，将霜冻分为轻度、中度和重度3个等级；用累积滤波器法和非参数统计检验法，定性及定量分析了海原县霜冻的变化趋势；用异常霜冻指标分析了海原县霜冻的异常特征。关键词 日最低气温；初、终霜冻；异常霜冻指标；累积滤波器法中图分类号：S425 文献标识码：B 文章编号：20953305(2023)080202-03霜冻是一种常见的农业气候灾害，通常发生在春季和秋季，会对农业生产造成重大损害。霜冻与最低气温有着密切的关系，秋收农作物未成熟时遭遇初霜冻，将影响其产量；春播幼苗遭受终霜冻，可能冻死或冻伤，甚至遭到毁种1。霜冻风险研究作为防灾减灾的重要部分，备受相关学者的重视，宁夏是受霜冻影响较严重的省区之一，而海原县是宁夏霜冻发生频率较高的区域，所以研究海原县霜冻发生的基本特征及异常特征，对于提供优质霜冻预报服务、防止农作物遭受霜冻等具有十分重要的意义2。一般最低气温低于2 或植株表面温度低于0 时会发生霜冻3。以海原县春、秋两季日最低气温数据，按照2、0、-2 定义了3个霜冻强度等级：轻微、中度、重度，从而分析海原县霜冻发生特点，以及霜冻对海原县农作物生长的影响，以期为霜冻防御气象服务奠定基础。1 资料和方法1.1 资料将海原县19712020年春（秋）季日最低气温2、0 和-2 的最后一天（第一天）分别定义为轻、中和重度霜冻的终（初）霜冻日，当年的终霜冻日到初霜冻日之间的天数称为无霜冻期。1.2 方法累积滤波器法能够反映一段时间序列的变化趋势，选用它来计算海原县近50年霜冻的序列累积平均值。公式为：Pinp（1）式（1）中，S是累积平均值；Pi是霜冻的时间序列；P是时间序列平均值；n=1，2，N。选择非参数统计检验法作为变化趋势的定量化指标4。其原理如下：Z=4n（n-1）ri-1（2）式（2）中，Z为统计量，ri为Pj（j=i+1，n）Pi的样本个数。在=0.05的显著水平下，则Z0.05=1.96 4n+109n（n-1）；若|Z|Z0.05，则认为霜冻变化趋势在=0.05水平上是显著的。异常霜冻指标如下：Td-1.65、-1.65 Td分别定义为特晚终霜冻、偏晚终霜冻。其中，Td为初（终）霜冻日距平，为标准差5。2 结果与分析2.1 海原县近50年霜冻的基本特征海原县19712020年3种霜冻强度下初霜冻日、终霜冻日和无霜冻期情况统计见表1。由表1得出，对于初霜冻Characteristics of Frost Occurrence in Haiyuan County and Its Impact on Agriculture in the Past 50 YearsWang Yue et al(Haiyuan Meteorological Bureau,Haiyuan,Ningxia 755200)Abstract Based on the minimum temperature data of spring and autumn in Haiyuan County from 1971 to 2020,frost is divided into three grades:mild,moderate and severe;The change trend of frost in Haiyuan County was analyzed qualitatively and quantitatively by using the cumulative filter method and the non Parametric statistics test method;The abnormal characteristics of frost in Haiyuan County were analyzed by using the abnormal frost index.Key words Daily minimum temperature;Initial and final frost freezing;Abnormal frost indicators;Cumulative filter method作者简介 王月（1996），女，宁夏固原人，助理工程师，主要从事农业气象研究。收稿日期 2023-03-10203农业灾害研究 2023,13(8)日，平均轻霜冻为10月9日，平均中度霜冻推迟10 d到来，平均重度霜冻推迟18 d到来；近50年最早的初霜冻日在9月2日，最晚在11月19日。对于终霜冻日，平均轻霜冻在5月4日，平均中度霜冻提前14 d结束，平均重度霜冻提前 21 d结束；近50年最早的终霜冻日在3月22日，最晚在5月21日。对于无霜期，平均轻度无霜期为157 d，平均中度无霜期为181 d，平均重度无霜期为 196 d；近50年最短的无霜期为110 d，最长有236 d。表1中的标准差表明，各级强度下初霜冻日、终霜冻日的稳定性基本接近，无霜冻期由于两者的综合影响，稳定性稍差。表1 海原县各级霜冻强度的基本特征指标初霜冻日/（月/日）终霜冻日/（月/日）无霜冻期/d轻度中度重度轻度中度重度轻度中度重度平均日期10/910/1910/275/44/204/13157 181 196 最早（短）9/29/2710/13/303/253/22110137 151 最晚（长）11/711/1311/195/215/175/12202216236极差664749525351927985标准差11.36 9.65 10.50 11.25 11.78 11.1318.11 14.78 16.15 2.2 海原县近50年霜冻的变化特征2.2.1 年代际变化表2是海原县各年代际霜冻平均值与多年（50年）平均值的距平。在20世纪70年代和80年代，与多年平均值相比，海原县各级霜冻的平均初霜冻日提前15 d、终霜冻日推后38 d、无霜期缩短310 d。而至20世纪90年代，轻微初霜冻日和中度初霜冻日提前13 d，重度初霜冻日和常年接近，各级终霜冻日提前13 d；各级霜冻的无霜冻期延长13 d。21世纪开始，呈现出初霜冻日越来越晚出现、终霜冻日逐渐提前或接近常年、无霜冻期越来越长这一趋势。各级霜冻强度下，21世纪10年代无霜冻期比20世纪70年代延长1221 d。总体而言，各级强度霜冻都在20世纪90年代间的变化最为复杂。表2 海原县各级强度霜冻在各年代际距平值年代初霜冻日终霜冻日无霜期轻度中度重度轻度中度重度轻度中度重度19711980-5-3-4787-10-5-819811990-2-3-1543-3-5-319912000-3-11-2-1-301320012010342-4-30106220112020245-3-8-74611 注：初霜冻日正（负）值表示该年代初霜冻提前（推迟）；终霜冻日正（负）值表示终霜冻结束晚 （早）；无霜期正（负）值表示延长（缩短）。2.2.2变化趋势根据公式（1）计算3种霜冻强度的初霜冻日、终霜冻日、无霜冻期序列累积平均值。图1呈现了轻微霜冻的初霜冻日、终霜冻日、无霜期的累积平均值曲线。由图1得出，海原县近50年轻微霜冻的初霜冻日和无霜期的变化趋势接近一致，即初霜冻日逐渐变晚、无霜期逐渐变长，并且两者的波动频率和趋势变化时间点基本一致。而终霜冻日体现出逐渐提前的趋势，20世纪80年代后更加明显（中度、重度霜冻的累积平均曲线同样可以反映出以上趋势，故略）。利用累积平均序列计算海原县轻、中和重度霜冻的初霜冻日统计量Z0的值分别为0.825、0.689和0.679，终霜冻日统计量Z0的值分别为-0.712、-0.919和-0.916，无霜期统计量Z0的值分别为0.846、0.882和0.830，Z0.05=0.179。说 明在=0.05的显著性水平下，海原县各级强度初霜冻的延后趋势、终霜冻的提前趋势和无霜期的延长趋势是显著的，其中最显著的是中度霜冻的终霜冻日提前趋势。2.3 初终霜冻的异常特征表3为海原县异常霜冻发生情况。近50年中，海原县中度特早初霜冻、中度偏晚终霜冻发生频率都达16%，其他发生频率都在4%14%。中度特早初霜冻最晚发生在2020年。对于特晚终霜冻，只有重度终霜冻在2003年发生1次，中度终霜冻都发生在20世纪70年代至90年代，未发生轻度特晚终霜冻。2.4 海原县霜冻对农业生产的影响当气温突然下降，会导致农作物体内的水分结冰，尤其是植物细胞内体积增大，造成细胞功能受到破坏时发生作物霜冻6。初霜冻越早发生，对农作物的损害就越大，受害作物主要是大秋作物，如玉米、糜谷，以及露天蔬菜，如大白菜等。海原县秋粮作物的成熟日期为9月下旬至10月中旬。海原县一般在9月2426日可能出现轻微偏早初霜冻，此时大部分农作物已经成熟。轻微特早初霜冻只在1972、2011年发生过，发生概率较小，加之是在9月上中旬发生，因此，一般情况下轻微异常初霜冻不会图1 海原县近50年轻微霜冻的累积平均值曲线d204Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.8影响海原县秋粮作物。大白菜是海原县主要的冬季蔬菜之一，在海原各地广泛种植。大白菜在一定程度上耐寒、喜凉爽，但抗害能力较弱，环境温度低于10 时生长减缓，低于5 时甚至会生长停止；当日最低气温降至-2-5、日平均气温在0 时将出现轻度冻害7。海原县轻微异常初霜冻发生时，大白菜处于结球期，此时其会遭受轻度冻害。中度异常初霜冻发生在10月上旬，此时为大白菜成熟期，其会遭受轻度冻害。重度异常初霜冻一般发生在10月上中旬，会使大白菜遭受重度冻害。终霜冻结束时间越晚对作物的危害越严重。海原县春播期在3月，播种出苗一般需15 d左右，重度终霜冻发生在春小麦苗期，由于幼苗抗低温能力弱，其会遭受严重的冻害。3 结论和讨论（1）对于初霜冻日，平均轻霜冻为10月9日，平均中度霜冻推迟10 d，平均重度霜冻推迟18 d；对于终霜冻日，平均轻霜冻在5月4日，平均中度霜冻提前14 d结束，平均重度霜冻提前21 d结束；对于无霜期，平均轻度无霜期为157 d，平均中度无霜期为181 d，平均重度无霜期为196 d。（2）海原县初霜冻日和无霜冻期呈现出相似的变化趋势，初霜冻日越来越晚、无霜冻期越来越长，而终霜冻日则从20世纪80年代开始逐渐提前。（3）在=0.05的显著性水平下，海原县各级强度初霜冻的延后趋势、终霜冻的提前趋势和无霜期的延长趋势是显著的，其中最显著的是中度霜冻的终霜冻日提前趋势。（4）近50年中，海原县中度特早初霜冻、中度偏晚终霜冻发生频率都达16%，其他发生频率都在4%14%，且中度霜冻都发生在20世纪70年代至90年代，未发生轻微特晚终霜冻。（5）海原县轻微异常初霜冻基本不影响秋粮作物，但会使大白菜遭受轻度冻害；中度异常初霜冻会使大白菜遭受轻度冻害；重度异常初霜冻会使大白菜遭受重度冻害。春播幼苗主要会受到重度终霜冻的影响。初霜冻日越来越晚、终霜冻日越来越早、无霜冻期越来越长这一总体趋势，对农业生产是有利的，可以为本地农作物生长提供更多的热量资源；但霜冻是气温突降造成的，是短时间内的农业气象灾害，它的发生可能与长期气候变化趋势不一致。例如，1972年，初霜冻日出现在9月2日，比多年平均提前37 d。短时间内气温降幅过大，即使日最低气温没有降至2 以下，也会使未成熟的作物遭受霜冻灾害而减产。霜冻发生也会受气候、地形、作物发育期及作物品种等各种因素的影响，在防范应对过程中，除了考虑霜冻本身发生规律，还要综合分析多种环境因素。为了降低霜冻对农业的影响，首先，气象局应加强对霜冻的监测和预警，使得农户能够及时采取喷洒保护剂、覆盖物等保护措施，农户还可以依据气象部门的气候趋势预测挑选作物品种、调整栽培技术、调整播种时间等，以此提高农作物抵御霜冻的能 力8-10。其次，政府应加大对农业保障的支持力度，提供保险和补贴等措施，以减少农民经济损失。最后，科研机构应加强对霜冻的研究，提出更有效的防护方法和适应策略，以减少霜冻对农作物生长的影响，保障农民的收益和粮食安全。参考文献1 冯玉祥,何维勋.霜冻的研究M.北京:气象出版社,1999.2 包云轩,王莹,高苹,等.江苏省冬小麦春霜冻害发生规律及其气候风险区划J.中国农业气象,2012,33(1):134-141.3 李红英,张晓煜,曹宁,等.宁夏霜冻致灾因子指标特征及危险性分析J.中国农业气象,2013,34(4):474-479.4 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术M.北京:气象出版社,2007.5 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