1961—2010年乌苏市霜冻气候特征分析

刘红霞,黄 玲,曹红丽,刘思怡

(1.塔城地区气象局,新疆塔城 834700;2.呼图壁县气象局,新疆昌吉 831200; 3.西安市气象局,西安 710016;4.124团气象站,新疆奎屯 833011)

1961—2010年乌苏市霜冻气候特征分析

刘红霞1,黄 玲2,曹红丽3,刘思怡4

(1.塔城地区气象局,新疆塔城 834700;2.呼图壁县气象局,新疆昌吉 831200; 3.西安市气象局,西安 710016;4.124团气象站,新疆奎屯 833011)

依据新疆乌苏1961—2010年近50a逐日最低气温资料,对乌苏市初、终霜冻日,无霜冻期,异常霜冻的气候变化特征进行分析。结果表明:乌苏市平均初霜冻日为10月19日,终霜冻日为4月7日,无霜冻期为193d;初霜冻日以3.1d/10a的速率推后,终霜冻日以0.2d/10a的速率推后,无霜冻期约以2.3d/10a的速率延长;进入21世纪后,初霜冻日推迟和无霜冻期延长的变化趋势非常显著;异常霜冻发生次数20世纪60年代出现最多,以80年代末为界限,表现为先减少后增加的趋势;极端偏早初霜冻和极端偏晚终霜冻发生的概率分别为10%和6%。

初霜冻日;终霜冻日;无霜冻期;异常霜冻;新疆乌苏

霜冻是一种发生范围广、影响面积大、危害作物生长的气象灾害[1-2],乌苏作为新疆重要的植棉大县,每年都遭受不同程度霜冻的危害,特别是终霜冻对棉花的影响尤为突出[3-4]。利用乌苏市1961—2010年50a最低气温资料,对乌苏市初、终霜冻日,无霜冻期,异常霜冻的气候变化特征进行分析,掌握其变化趋势,有利于提高对霜冻灾害的预防能力。

1 资料和方法

选取的资料为乌苏国家基准站1961—2010年逐日最低气温资料,按照霜冻的定义将秋季第一次日最低气温≤0℃的日期定为初霜冻日,春季最后一次日最低气温≤0℃的日期定为终霜冻日,当年终霜冻日与初霜冻日之间的日数总和称为无霜冻期。将全年日期按顺序进行编号,1, 2,…,364,365(366)分别表示1月1日,1月2日,…,12月30日,12月31日。

借鉴前人研究成果[5-8],异常霜冻定义为: <1.65σ和>1.65σ分别称为极早初终霜冻日和极晚初终霜冻日,在1.65σ～σ和σ～1.65σ分别称为偏早初终霜冻日和偏晚初终霜冻日,其中σ为50a初(终)霜冻日标准差。

采用气候趋势分析法,分别计算得出初、终霜冻期和无霜冻期的时间序列变化趋势及变化速率,用F检验对线性趋势方程进行检验,并统一以显著性水平达到0.05作为通过显著性检验的标准。

图1 乌苏1961—2010年初霜冻日年际变化特征

2 霜冻气候变化特征

2.1 初霜冻日变化趋势

乌苏地区初霜冻日变化趋势见图1,从图中可以看出,乌苏1961—2010年初霜冻日总体呈现推迟趋势,以3.1d/10a的速率推后,50a约推后了15d,与时间的相关系数为0.446,通过了显著性水平为0.05的检验,表明乌苏初霜冻日推迟趋势较显著。

乌苏平均初霜冻日为10月19日,最早为9月28日(1969年),最晚为11月14日(2006年),相差47d。初霜冻日有23a提前,27a推迟。连续推迟的年份多于连续提前的年份,提前10d以上的有9a,20世纪80年代以前出现过5a,以后出现过4a;推迟10d以上的有12a, 80年代以前出现过2a,以后出现过10a,有2a出现在21世纪初。20世纪60年代和21世纪初初霜冻日年际变化较大。

初霜冻多发生在秋冬转换季节。乌苏近50a来气温在波动中不断升高[6],特别是最低气温升温非常显著,入冬期偏晚,0℃界限温度日推迟,造成初霜冻日明显推迟。

2.2 终霜冻日变化趋势

由图2可以看出,乌苏终霜冻日气候趋势以0.2d/10a的速率推后,50a约推后了1d,与时间的相关系数仅为0.026,未通过显著性水平为0.05的检验,表明乌苏1961—2010年终霜冻日整体推迟趋势不明显,基本保持不变。

图2 乌苏1961—2010年终霜冻日年际变化特征

乌苏1961—2010年平均终霜冻日为4月7日,最早为3月15日(1978年),最晚为4月26日(1975年),差42d。终霜冻日有23a提早,27a推迟。提前10d以上的年份有12a,其中5a出现在20世纪80年代以前;推迟10d以上的有9a,其中4a出现在80年代以前,且连续推迟的年份一般为2～3a。60年代到80年代初期、90年代中后期到21世纪初终霜日年际变化较大,80年代中期到90年代中期年际变化较小。

2.3 无霜冻期变化趋势

乌苏初霜冻日显著推迟、终霜冻日无显著变化,造成无霜冻期明显延长的趋势。从图3可看出,乌苏50a间无霜冻期呈现显著增加趋势,约以2.3d/10a的速率增加,50a延长了11.5 d,与时间的相关系数为0.256,通过了显著性水平为0.05的检验。

图3 乌苏1961—2010年无霜冻期年际变化特征

2.4 年代际变化

研究不同年代霜冻发生频率与多年平均值的差异,可以准确把握霜冻年代际间变化特征,为霜冻预测提供依据[9]。计算乌苏市不同年代霜冻与多年平均值的差值(表略),终霜冻日以80年代为界限,表现为推迟—提前—推迟的变化趋势;初霜冻日60年代到70年代提前,80年代以后特别是21世纪初有非常明显的推迟趋势;无霜冻期则表现为60年代偏短,70年代之后延长的变化特点。与60年代相比,21世纪初10a初霜冻期推后14d,终霜冻期无变化,无霜冻期延长11d。

将乌苏1961—2010年初、终霜冻日和无霜冻期按照近10a、20a、30a、40a和50a分为5个序列,并运用线性回归方程计算各序列的气候倾向率,计算结果见表1,1961—2000年乌苏初霜冻日呈平稳推迟趋势,终霜冻日无显著变化,无霜冻期呈延长趋势。但近10a变化非常显著,初霜冻日平均每年推迟1.3d,终霜冻日平均每年提前0.3d,无霜冻期则以2.2d/a的速率延长。

3 异常霜冻的气候特征

文献显示[10-11],异常早初霜冻和异常晚终霜冻都会对农作物造成重大损失。

表1 乌苏霜冻的气候倾向率 d/10a

表2 乌苏异常霜冻发生年份及概率

统计分析了乌苏1961—2010年异常初、终霜冻日和无霜冻期出现的年份 (见表2)。从表2可以看出异常早初霜冻出现概率最多,达32%;其次是异常早终霜冻(22%)和异常短无霜冻(22%)。偏早初霜冻和极早初霜冻分别发生了11次、5次,大部分发生在20世纪60—70年代。偏晚初霜冻和极晚初霜冻分别发生1次和2次,全部在90年代后。偏早终霜冻和极早终霜冻分别为8次、3次,大多发生在90年代以前。偏晚终霜冻和极晚终霜冻分别发生了7次、2次,各年代均有出现。90年代以后对乌苏主要农作物生产影响较大的极端偏早初霜冻和极端偏晚终霜冻只出现过1次(1992年)。异常长无霜冻共7次,全部出现在20世纪80年代以后,其中极长无霜冻只有1次(1997年)。异常短无霜冻共11次,每个年代均有出现,大部分出现在60—70年代。

乌苏地区不同年代异常霜冻出现频次的变化情况见图4。20世纪60年代异常霜冻出现最多,达16次;其次是20世纪90年代和21世纪初,均为12次;80年代最少仅为8次。异常早初霜冻频次最多为20世纪60年代,达8次之多,异常晚初霜冻20世纪60年代到80年代均未出现,从90年代开始呈现偏多趋势。异常早终霜冻20世纪70年代和90年代最多,为3次;21世纪初最少,只有1次。异常晚终霜冻一般为1～2次。异常长无霜冻20世纪60年代到70年代未出现,从80年代开始逐年代递增。异常短无霜冻以20世纪60年代最多,80年代最少。

图4 乌苏不同年代异常霜冻出现的频次

4 结论

4.1 乌苏1961—2010年近50a来平均初霜冻日为10月19日,平均终霜冻日为4月7日,平均无霜冻期为193d。

4.2 初霜冻日呈明显推迟趋势,约以3.1d/10a的速率推迟;终霜冻日变化趋势不明显,约以0.2d/10a的速率推迟;无霜冻期呈显著增加的趋势,约以2.3d/10a的速率增加。

4.3 进入21世纪后,初霜冻日和无霜冻期的变化较显著,前者每年推迟1.3d,后者则以2.2 d/a的速率延长,终霜冻日变化不明显,但年际波动较大。

4.4 乌苏异常早初霜冻、异常早终霜冻和异常短无霜冻期出现的概率较大,均超过20%;60年代最多,以80年代末为界限,表现为先减少后增加的趋势;对农作物影响较大的极端偏早初霜冻和极端偏晚终霜冻发生的概率分别为10%和6%,大多发生在60—70年代。

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1006-4354(2013)06-0015-04

2013-04-16

刘红霞(1979—),女,汉族,新疆沙湾人,学士,工程师,从事气象观测业务管理。