且末地区红枣越冬综合冻害指数研究

黄玖君，李大武，张慧琴，邓新建，冯浩

（1.库尔勒市气象局，新疆库尔勒 841000；2.且末县红枣管理中心，新疆且末 841900；3.吐鲁番气象局，新疆吐鲁番 838000;4.且末县气象局，新疆且末 841900）

且末地区红枣越冬综合冻害指数研究

黄玖君1，李大武2，张慧琴3，邓新建1，冯浩4

（1.库尔勒市气象局，新疆库尔勒 841000；2.且末县红枣管理中心，新疆且末 841900；3.吐鲁番气象局，新疆吐鲁番 838000;4.且末县气象局，新疆且末 841900）

根据且末气象站1971—2012年冬季逐日气温资料，通过对冬季极端最低气温、日平均气温≤-10℃负积温、最低气温≤-18℃日数、≥1 cm积雪持续日数等冻害气象因子进行标准化处理，运用主分量分析方法计算红枣综合冻害指数，并采用线性回归，Mann-Kendall检验和小波分析方法对综合冻害指标进行分析，结果表明，综合冻害指数数值越小，冻害越严重；确定综合冻害指数≤-1.0为红枣出现冻害的临界指标；冻害指数在1977年前后出现了一次增大突变；预测2013年冬季红枣受冻情况与实际一致。

红枣；越冬冻害；冻害指数

且末地处昆仑山北麓，塔里木盆地东南缘，境内光热、水土资源丰富，全年每平方厘米太阳辐射量为150 kcal，年日照时数高达2 908 h，枣树萌芽到果实成熟期≥0℃的积温为3 852℃，秋季红枣成熟期日平均温差达到20℃以上。所产红枣外形丰满美观，果皮深红发亮，平均单果重11.5 g。干枣果肉富有弹性，肉质紧密，耐挤压，肉核易分离，含糖量60%～70%。因个大饱满，皮薄肉厚，品质极优，绿色无污染，2009年成为新疆首个“全国绿色食品原料红枣标准化生产基地”。截至目前，全县耕地面积26 800 hm2，种植红枣就达9 380 hm2，挂果面积7 035 hm2，年产鲜枣21 000 t，总产值3.4亿元，人均增收6 400元。红枣已成为且末县繁荣农村经济、增加农民收入的支柱产业和阳光产业。然而且末又是典型的气象灾害频发区，大风、沙尘暴、越冬冻害是其主要灾害。近年来，随着全球气候和新疆区域气候的变暖，异常极端天气事件频繁发生。根据且末县红枣管理中心统计，近10a来，2001/2002年冬季红枣受害面积536 hm2，2007/2008年红枣冻害最严重，冻害面积4 059 hm2，其中严重冻害就达1 291 hm2，2010/2011年冬季持续严寒也都对红枣产业可持续发展带来了严峻考验。可见，冬季冻害已成为红枣产业的主要气象灾害之一，故开展红枣冻害研究具有重要意义。近年来，有关枣树冻害研究很多，如张亚新等[1]对阿克苏地区枣树冻害类型及主要气象因子进行了分析，胡云喜等[2]对塔里木河上游垦区枣树冻害调查及预防对策进行分析，但这些研究大多侧重于对冻害成因的分析。截止目前，对本地区枣树综合冻害指标的研究尚不多见。果树冻害主要原因是气象因子的异常变化、低温强度及其持续时间等因素综合决定其受冻程度[4]。本文利用且末县冬季气象资料和红枣灾情资料，综合考虑极端最低气温、低温强度及持续时间、积雪日数等因素对红枣冻害的影响，应用主分量分析方法计算且末红枣综合冻害指数，分析其变化特征和周期特征，为特色林果防灾减灾提供科学依据。

1 资料及方法

1.1 资料

1.1.1 气象资料

以12月至次年2月为冬季，选取且末气象站1971年12月—2013年2月的逐日最低气温、日平均气温及积雪日数等气象资料作为冻害主要因子进行分析。

1.1.2 红枣冻害资料

红枣冻害灾情资料来自且末县红枣管理中心。

1.2 分析方法

1.2.1 主分量分析

将相关性显著的冻害因子序列，运用主分量分析方法[4]，计算红枣综合冻害指数。

1.2.2 变化特征分析

采用线性回归方法分析综合冻害指数的趋势变化特征，用Mann-Kendall方法进行突变检测；运用morlet小波分析方法研究冻害指数周期变化特征[7]。

2 结果与分析

2.1 红枣综合冻害指数的分析与计算

2.1.1 冻害因子的分析

根据前人研究[1-3]和近几年观测调查冻害情况，经分析确定，以极端最低气温表示冬季短时冷暖的强度，定义为x（1℃）；以日平均气温≤-10℃的负积温反映冬季严寒的累积效应，定义为x（2℃）；因一定低温条件持续时间过长，超过树体忍耐限度果树就会冻伤[4]，因此，经相关检验以最低气温小于-18℃定义为x（3℃）；冬季积雪可增大枣树地表湿度引起冻害，因此以冬季积雪大于1 cm日数定义为x（4d）；各指标的原始值见表1。

由表1可见，且末1971—2012年冬季极端最低气温为-27.3℃，出现在2007年，该年且末红枣出现了严重冻害；年极端最低气温最大值-15.4℃，出现在2004年，为42a最暖冬季。日平均气温≤-10℃的负积温最大值出现在1984年冬季，为-596.9℃，负值越大出现冻害的概率也就越高。42a中有5a负积温为0，分别是1985、1989、1999、2003、2006年冬季，这几年果树均安全越冬。最低气温≤-18℃的日数最长为25d，出现在2007年冬季，低温持续时间长冻害可能性也越大。≥1 cm积雪最长日数出现在1977年和2007年，积雪时间长，引起根颈冻融交替造成冻害。

2.1.2 各指标因子相关性分析

计算表1中x1，x2，x3，x4序列间相关系数，结果显示x1，x2，x3，x4之间线性相关显著，R（x1，x2）= 0.680，R（x1，x3）=-0.858，R（x1，x4）=-0.623，R（x2，x3）=-0.917，R（x2，x4）=-0.518，R（x3，x4）=0.604，其中x1、x3和x2、x3相关程度最高，这6个相关系数均通过信度为0.01的显著性检验。说明它们之间互相存在显著的线性相关关系。

表1 且末红枣冻害因子原始值

2.1.3 综合冻害指数的计算

用主要分量分析方法[4-6]，计算出冻害指标x1、x2、x3、x4序列4个的主要分量，把其中一个物理意义清晰，且方差占总方差大部分的一个主要分量（要求这个主要分量的方差对总方差的贡献率大于75%），作为该站的综合冻害指数[6]。计算出综合指数如下：

yi1=0.519 9x1+0.515 9x2-0.536 8x3-0.418 8x4（1）

由表2可见，通过方差分解主成分，提取1个主成分，第一个主要分量方差已占到79%，即新变量包含原始变量79%以上的信息，且其物理意义明确，表明新变量yi1可以表示且末红枣冬季冻害程度的综合指数。

由式（1）可见，最低气温愈低，对新指数的贡献越大，这一部分对新指数的贡献为0.52；而负积温越多，对新指数贡献越大，这一部分为0.52，最低气温持续日数越长对冻害指数贡献越大，这一部分为-0.54，大于1 cm积雪日数越长对冻害指数贡献越大，这一部分为-0.42，根据式（1）计算且末冬季的综合冻害指数（图1）。

表2 各冻害因子在主分量中的特征向量及其贡献率

图1 且末红枣冻害指数的年际变化

2.1.4 冻害指数临界指标

1971—2012年且末红枣综合冻害指数最小值为-6.00，出现在2007年冬季，与前面分析的42a最冷的年份是一致的，是出现冻害最严重的一年。最大值为1.88。2004年是最暖的冬季，当年极端最低气温-15.4℃，是42a来最高的一年。且末在最近的2008年冬季未受过冻害，根据经验法，结合数理统计和对比印证方法，确定综合冻害指数小于-1.0为红枣冻害临界指标。42a中出现冻害概率为17%，进入21世纪有3a达到了红枣冻害标准。由于且末2001年才开始大面积种植红枣，对于之前红枣冻害情况无法得到验证（图1）。

2.2 综合指数的年代际分析

20世纪70年代到80年代中期以前，指数波动明显，80年代中期到2000年代前期进入一个相对平稳期，即这期间受冻害概率较小，2000年代中期后综合冻害指数又开始进入一个明显的波动期，即红枣安全的不确定性在增加。

2.3 综合冻害指数的突变分析

用Mann-Kendal方法检测综合冻数指数的突变，给定0.05显著性水平（u0.05=1.96），20世纪70年代中后期至80年代初以来冻害指数呈增大趋势，并在2000年以前维持相对稳定，尤其在1989年前后超过了显著水平0.05的临界（u0.05=1.96）。图中UF与UB曲线的交点位于临界线之间，交于1977、2006年前后，其中只有在1977年前后交叉后呈上升趋势，2000年代中后期UF与UB曲线也出现了一些交点，但突变趋势不明显。

2.4 综合冻害指数的周期变化特征分析

本文用Morlet小波变换分析且末红枣冻害指数的多时间尺度特征。图2为红枣综合冻害指数小波变换实部，由图2可看出，综合冻害指数变化存在多时间尺度特征，年代际变化以38～42a左右的周期信号明显，表现为明显的“正—负—正”闭合中心贯穿整个序列且交替振荡显著，即为明显的冷—暖—冷交替变化。20世纪80年代以前为偏冷期，此后至2000年为偏暖期，进入21世纪后前12a为偏冷期。此外年代际尺度还存在17a的准周期；年际尺度存在9a周期，但这种周期在2000年以前信号最强，2000年以后有向更短周期发展的趋势，并在2005年以后形成3～5a周期变化。从大尺度背景来看，负值中心还未闭合，由小波系数负值范围可推测[7]，未来一段时间综合指数仍处于负值区，但从小尺度变化来讲，预测2013年冬季冻害指数处于正值区周期，属不易受冻年份。经过计算检验，2013年冬季综合指数为1.46，与预测结果一致。

图2 冻害指数的Morlet小波变换实部

3 结论

（1）且末红枣冻害指数能较好反映冻害情况，综合冻害指数越小，冻害程度越大，确定冻害指数小于-1.0为冻害临界指标，基本上能涵盖历史上受冻害年份，尤其包含了2000年以后冻害基本情况。但由于且末红枣发展历史较短，无法对2000年以前冻害年份进行检验。2010年冬季综合冻害指数排名较靠前，却没有相关灾情记录，可能与经过2007/2008年冬季的极端严寒，且末县各级政府加强了红枣防冻措施有关。

（2）且末红枣冻害指数增大趋势不明显，20世纪70年代到80年代中期以前，指数波动明显，80年代中期到2000年代前期进入一个相对平稳期，这期间受冻害概率较小，2000年后又开始进入一个明显的波动期。

（3）红枣综合冻害指数年代际变化以38～42a和17a左右的周期信号明显。从大尺度背景来看，未来一段时间综合指数仍处于负值区，但从小尺度来看，2013冬季冻害指数处于正值区周期，事实上2013年冬季为明显暖冬，红枣未受冻害。

（4）果树冻害是气象因子、植物学因子以及其它人为因素共同影响的结果，本文从极端最低气温、负积温、低温强度持续时间以及冬季积雪角度，研究发现红枣综合冻害指数，主要为该地区红枣冻害预报预测起到一个抛砖引玉的作用。但由于枣树受害年份少，对于冻害因子的确定有可能还不全面，今后仍需持续开展这方面的研究。

[1]张亚新，刘海蓉，李茂春，等.阿克苏地区枣树冻害类型及主要气象因子的影响分析[J].沙漠与绿洲气象，2009，3（6）：43-46.

[2]胡云喜，李茂春，全学荣.塔里木垦区上游枣树冻害调查及预防对策浅析[J].沙漠与绿洲气象，2009，3（5）：41-49. [3]魏天军.2008年宁夏枣树冻害调查[J].中国果树，2009（2）：62-64.

[4]黄嘉佑.气象统计分析与预报方法[M].北京:气象出版社，2009：57-69.

[5]张仕明，吴钧，史玉辉，等.库尔勒香梨树冬季冻害指数及其变化特征分析[J].中国农业气象，2012，33（3）：462-467.

[6]冯颖竹，梁红，黄璜.广东冬季寒害指标研究[J].自然灾害学报，2005，14（1）：59-65.

[7]魏风英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2009：57-69.

Index of Freezing Injury on Jujube in Qiemoarea in Winter

HUANG Jiujun1，LI Dawu2，ZHANG Huiqing3，DENG Xingjian1，FENG Hao4
（1.Korlameteorological Bureau,Korla 841900，China；2.Qiemomanagement Center of Jujube，Qiemo 841900，China；3.Turpanmeteorological Bureau，Turpan 838000，China；4.Qiemeomoteological Bureau，Qiemo 841900，China）

according to the daily temperature data during 1971-2012 in themeteorological station of Qiemo,themeteorological factors of freeze injury including winter extremelyminimum temperature,negativeaccumulated temperature with dailyaverage temperature≤-10℃,day numbers of the lowest temperature≤-18℃,last days of snow≥1cm were standardized.The principal componentanalyticalmethod was used to calculate the comprehensive index of freezing injury of jujube,and the linear regression,Man-Kendall testingand waveletanalysis were used toanalyze the comprehensive index of freezing injury.The results showed that,the smaller the comprehensive index of frost damage was,themore serious freeze injury was;wealso determined that the comprehensive index of frost damage≤-1.0 was the critical index for freeze injury occurrence;the index of freezing injury hadan increasedmutation in 1977.

Jujube；freeze injury in winter；index of freeze injury

S425

B

1002-0799（2014）06-0056-04

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.06.010

2014-04-14；

2014-07-17

中国气象局气候变化专项（CCSF201425）；巴州科学技术研究（含星火）计划项目（201306）和巴州气象局创新团队项目（201312）共同资助。

黄玖君（1975-），女，工程师，主要从事气象服务和农业气象工作。E-mail：xjscmy@126.com

黄玖君，李大武，张慧琴，等.且末地区红枣越冬综合冻害指数研究[J].沙漠与绿洲气象，2014，8（6）：56-59.