1971—2012年平凉市霜冻变化特征分析

林婧婧，郭慧

（1.西北区域气候中心，甘肃兰州 730020；2.甘肃省气象局，甘肃兰州 730020）

1971—2012年平凉市霜冻变化特征分析

林婧婧1，郭慧2

（1.西北区域气候中心，甘肃兰州 730020；2.甘肃省气象局，甘肃兰州 730020）

以≤0℃地面最低气温作为霜冻指标，利用平凉地区7个气象观测站1971—2012年的逐日地面最低气温资料，采用现代气候诊断方法，分析了初、终霜冻和无霜冻期的变化特征。结果表明：在近42 a间，平凉市初霜冻发生频率减小，终霜冻发生频率增加，初、终霜冻日数呈减少趋势；平均初霜冻日呈推迟变化趋势，终霜冻日呈提早变化趋势，无霜期呈延长变化趋势，其气候倾向率均>2 d/10 a，并均通过α=0.05的显著性检验；平凉地区初霜冻日普遍推后1～5 d，终霜冻日普遍提前1～5 d，无霜期普遍延长1～9 d。平凉各地霜冻受灾程度差异较大，灵台和庄浪在受灾人口、直接经济损失和农业经济损失方面受灾较重。

初终霜冻；无霜期；变化趋势；霜冻影响

由于人类活动和自然原因的双重作用，使大气成分发生变化，温室气体和对流层气溶胶不断增加，造成了全球气候的普遍变化。气候变化问题已成为全球关注的热点问题，随着各种极端天气的频繁发生,许多科学家将其归因为温室效应[1-5]。虽然气温总体呈现出上升趋势，但我国许多地区仍然受到低温冷害的侵袭。霜冻是一种低温冷害的重要农业自然现象，发生在春秋季节，与最低气温有着密切的关系[6]。在农业气象研究中，通常以最低温度低于0℃作为霜冻的气候指标[7]。霜冻更是一种发生范围广，危害作物种类多，造成经济损失大的气象灾害，全国各地都会受到霜冻的危害[8-9]。马柱国通过分析北方1951—2000年的霜冻日数和强度的变化趋势，发现近50 a来我国北方地区霜冻日的日数有明显减少的趋势，春季霜冻日提前结束，秋季霜冻日推迟，霜冻次数的变率大小也存在明显的区域差异，华北、西北东部和东北西南部是变率较大的地区[10-13]。有关霜冻的研究较多[14-23]。甘肃省陇东地区为主要农作物种植区，霜冻是当地的一种常见自然灾害，因霜冻灾害给当地造成了严重的经济损失。李丽娟通过对甘肃省综合自然灾害风险的管理研究，得出结论，若以城市为基本风险单位，运用GIS技术对自然灾害成灾面积进行分类，甘肃省平凉地区偶尔成为重灾区或中度灾区[24]。利用近40 a逐日地面最低气温资料，对近42 a甘肃省平凉市初霜冻日数、终霜冻日数、无霜期变化特征；初、终霜冻日变化趋势、霜冻异常特征及霜冻气象灾害的影响等进行了分析。其目的为该地区霜冻防御和减灾提供科学参考。

1 资料及方法

利用平凉市7个气象观测站1971—2012年逐日地面最低气温资料，分析了霜冻的变化趋势。霜冻是指空气温度突然下降，地表温度低于0℃，使农作物受到损害，甚至死亡，多发生在春秋季节。由温暖季节向寒冷季节过渡期间（9—11月）第一次出现日地面最低温度≤0℃的日期为初霜冻日，在此时段内出现的霜冻总日数称为初霜冻日数；由寒冷季节向温暖季节过渡期间（4—6月）最后一次出现日地面最低温度≤0℃的日期为终霜冻日，在此时段内出现的霜冻总日数称为终霜冻日数；霜冻初日和终日之间的间隔日数为无霜期。利用线性倾向估计法[25-26]分析平凉市霜冻变化趋势。

依据1971—2012年（4—6、9—11月）历年霜冻日数资料，通过分析平凉市初霜冻日数（9—11月出现的霜冻）和终霜冻日数（4—6月出现的霜冻）的变化特征，评价该地区霜冻的变化趋势及演变规律[27]。世界气象组织对气候异常事件提出两种判别标准，一是与多年平均值的差异超过标准差的2倍以上，二是它出现的几率为25 a以上一遇。由于霜冻是因为大气温度降低而引起农作物受冻的一种灾害，因此它同气温一样具有正态分布特征。所以，挑选特早初霜冻和特晚终霜冻的概率值都以5%较为合适（公式（2）），因为它反映了霜冻气候的异常小概率事件的特征。根据正态分布原理，其关系式[28]为：

同理，挑选偏早和偏晚霜冻的概率值为0.11（公式（3）），即：

式中P为概率值（%），x为初（终）霜冻日，μ为1971—2012年多年平均值，σ为标准差。

由上式可知，“异常”初、终霜冻日的标准为：＜-1.65σ和＞1.65σ之间分别定义为特早初霜冻和特晚终霜冻，-1.65σ～-σ和1.65σ～σ之间分别定义为偏早初霜冻和偏晚终霜冻。

气象灾害资料取自甘肃省气象局、西北区域气候中心的“气象灾害资料库”，并对个别年份、个别重复记载或与实际情况不符的气象灾害资料进行甄别和剔除。相比而言，1984年前的气象灾害虽有记载，但有些记录存在人为因素，特别是发生在边远山区的气象灾害记录，属于目击证人追述加判断记载或由成灾多日在勘验灾害现场后记录而成，故整体选用1984年以后至2011年平凉地区7个县站的霜冻灾情的资料，简单分析霜冻气象灾害在不同地区造成的影响。

2 霜冻的变化特征

平凉市1971—2012年平均初霜冻出现日期为10月12日，9月上旬—11月上旬之间都有出现初霜冻的可能，初霜冻最早到来日期为9月2日，最晚到来日期为11月13日，极差为72 d。平凉市平均终霜冻出现日期为4月29日，终霜冻日结束时间主要在4月上旬—6月上旬，最早结束日期为4月6日，最晚结束日期为6月11日，极差为66 d。平凉市平均无霜冻期为165 d，最短无霜期为134 d，最长无霜期为196 d，相差62 d。

2.1 初、终霜冻日数的年际变化趋势

1971—2012年平凉市单站年平均初霜冻日数比全省单站年均初霜冻日数少7.2 d，其中，静宁仅比全省少3.3 d。平凉市初霜冻日数变化在近42 a中显示出减少趋势，线性趋势变化率为-1.4 d/10 a，平均初霜冻日数随时间的变化呈显著负相关，其线性相关系数通过了0.1的显著性水平检验[29]（图1a）。平凉市平均初霜冻日数在20世纪70年代至80年代呈减少趋势，但在20世纪90年代呈增加的变化趋势，其后在21世纪以来又呈现出明显减少的变化趋势,在20世纪80年代以后，初霜冻日数最多的年份为1991年（305 d）和1997年（287 d）。平凉大部分地区年平均初霜冻日数的变化呈减少趋势，年平均初霜冻日数减少趋势范围在1.0～2.6 d/10 a，但是，泾川年平均初霜冻日数的变化却出现较弱的增加趋势，增加率0.3 d/10 a，其原因有待进一步分析。静宁、华亭、庄浪近42 a初霜冻总日数较其它地区偏多，单站年平均日数也较多，单站年平均日数为35～38 d/a。

1971—2012年平凉市年平均终霜冻日数比全省年平均终霜冻日数少6.8 d，其中，静宁仅比全省少3.4 d。平凉市年平均终霜冻日数在近42 a中显示出减少趋势，线性趋势变化率为-1.1 d/10 a。年平均终霜冻日数随时间的变化呈显著负相关，其线性相关系数通过了0.01的显著性水平检验（图1b）。如图所示，从20世纪70—80年代年平均终霜冻日数呈减少的变化趋势，20世纪90年代有较弱的增加趋势，21世纪以来明显减少，其中20世纪80年代以后年平均终霜冻日数最多的年份为1995年（108 d）和1991年（102 d）。平凉大部分地区的年平均终霜冻日数变化显示出减少的趋势，年平均终霜冻日数减少趋势的范围在0.1～1.7 d/10 a。静宁、华亭、庄浪三站近42 a年平均终霜冻日数较其它地区偏多，单站年终霜冻平均日数在13～15 d/a。

2.2 初、终霜冻日和无霜期的变化特征

根据1971—2012年间平凉市初、终霜冻日的历年变化趋势分析，可以看出，平凉市年平均初霜冻出现日期呈现出推迟的变化趋势（2006年出现最晚初霜冻）（图2a），线性趋势变化率为2.6 d/10 a。年平均终霜冻日期呈现出提前的变化趋势（2009年、1999年出现较早终霜冻）（图2b），线性趋势变化率为-2.6 d/10 a。两者的线性相关系数都过了α=0.05的显著性水平检验。

平凉市平均无霜期的历年变化在近42 a中显示出增加趋势，线性趋势变化率为5.1 d/10 a，平均无霜期随时间的变化呈显著正相关，其线性相关系数通过了0.01的显著性水平检验（图2c），从20世纪70—90年代平凉地区无霜期出现延长趋势，21世纪以来延长趋势更为明显。在近42 a间，无霜期的最长年份出现在2009年（196 d），其次是出现在1999年（186 d），最短的无霜期出现在1972年（134 d），其次是出现在1991年（136 d）。

从平凉市初霜冻日和终霜冻日的年代际变化来看，表1给出平凉市各年代霜冻发生情况与多年平均值的差值。与多年平均情况相比，平均初霜冻日在20世纪70年代和90年代均早出现2～3 d，20世纪80年代接近多年平均，在21世纪以来初霜冻日延迟了近4 d。平凉市平均终霜冻日在20世纪70—80年代晚出现1～4 d，20世纪90年代接近多年平均，在21世纪以来终霜冻提前了近4 d。

从空间分布来看，平凉市各地初、终霜冻日的变化也不相同。静宁和庄浪在近42 a初霜冻日持续偏早1～9 d，终霜冻日持续偏晚3～11 d，无霜期为缩短趋势，而且此变化趋势随年代的递进而逐渐减弱。崇信和泾川的初霜冻日持续偏晚1～10 d，终霜冻日则持续偏早2～9 d。平凉地区各年代无霜期与各年代均值的差值呈现出不同的变化，无霜期的变化主要表现为华亭呈缩短趋势，且逐代呈增强趋势，崇信和泾川为延长趋势，此趋势逐年代减弱。

2.3 各地霜冻的异常特征

平凉市各地初霜冻日、终霜冻日和无霜期的变化趋势如表2。在表2中，“-”表示初霜冻日、终霜冻日提前或无霜期缩短，正数代表初霜冻日、终霜冻日推后或无霜期延长。通过表2可以看出，平凉市各地初霜冻日变化趋势表现为普遍推后1～5 d，静宁、庄浪、崆峒和灵台通过了0.05的显著性检验；终霜冻日则呈现出提前1～5 d的趋势，静宁、崆峒和崇信通过了0.05的显著性检验，灵台通过了0.001的显著性检验；各地区无霜期延长1～9 d，静宁通过了0.05的显著性检验，崆峒和灵台通过了0.01的显著性检验，崇信和泾川通过了0.001的显著性检验。其中，静宁、庄浪和灵台的初霜冻日推后时间较长，终霜冻日提前3～5 d，无霜期延长6～8 d。

表3列出了1971—2012年平凉地区异常初霜冻和异常终霜冻的发生情况。在这42 a中，平凉地区特早初霜冻发生年份最少，其发生频率仅为2.4%，偏早初霜冻发生的年份共计4 a，发生频率在9%以上，并且在90年代就有3 a出现偏早初霜冻，其最晚的发生时间在1998年10月20日；偏晚、特晚终霜冻发生频率一样，均为7.1%，偏晚终霜冻出现在20世纪70、80年代，而特晚终霜冻则出现得较为均匀，其中，最晚终霜冻发生的时间为2007年6月11日。

3 霜冻日期变化对平凉地区的影响

平凉地区霜冻受灾人口占该地区气象灾害总受灾人口的11.5%，其中，2005年因霜冻受灾412 900人，为近28 a最多，其次是2004年和2008年，受灾人口分别为24.2万人、20.72万人。通过灾情统计分析，得出平凉地区近28 a霜冻灾害造成的受灾人口主要集中在静宁、崇信、灵台、庄浪四地，各地受灾人口总数占到了当地气象灾害受灾总人数1～5成。就近42 a各地区霜冻灾害受灾人口的比重而言，主要是在灵台、崇信和静宁的比重较大，因霜冻灾害造成的受灾人口总数均占当地乡镇总人口数的8成以上。

近28 a平凉地区受霜冻影响造成较大直接经济损失的年份主要是2005年、2008年和2010年，受霜冻灾害影响较大的主要是灵台和庄浪，两地霜冻造成的直接经济总损失分别达到了当地气象灾害造成的直接经济总损失中的2～3成，可见霜冻是灵台和庄浪两地主要的气象灾害，对当地的经济造成了较大影响。

近28 a来平凉地区受霜冻影响造成较大农业经济损失的年份由重到轻分别是2010年、2008年和2005年，其中2008年霜冻灾害给庄浪、崆峒和灵台都造成了上百万的农业经济损失，庄浪的农业经济损失接近5千万元，这项损失均占到当地气象灾害总损失的7成以上，对当地的农业造成了较大影响。

4 结论

（1）1971—2012年平凉市平均初霜冻出现日期为10月12日，平均终霜冻出现日期为4月29日，平均初霜冻日数为33.5 d，平均终霜冻日数为10.2 d，平均无霜冻期为165 d。

（2）在近42 a中，初、终霜冻日数均呈减少趋势，无霜冻期呈增加趋势。整体来看，平凉市霜冻的出现日数在不断减小，其中初霜冻日数和终霜冻日数减少趋势分别为1.0～2.6 d/10 a、0.1～1.7 d/10 a。西部的静宁、庄浪、华亭和崆峒在不同年代初（晚）霜冻发生频率普遍较大，东部的崇信、泾川和灵台的初（晚）霜冻发生频率相对较小。

（3）平凉市各地初霜冻日普遍推迟1～5 d，终霜冻日普遍提早1～5 d，无霜期普遍延长1～9 d，尤其是在2000—2012年，初霜冻日平均延迟5 d，终霜冻日提早4 d，无霜期延长9 d。初霜冻日在年代际间的变化较为复杂，终霜冻日则表现为20世纪70—90年代结束晚或接近常年，2000—2012年结束早，无霜期表现为20世纪70—90年代缩短，2000—2012年延长的变化特点。从空间分布来看，近42 a各地初霜冻日变化不同，静宁和庄浪在初霜冻日持续偏早1～9 d，而崇信和泾川则持续偏晚1～10 d；静宁、庄浪和华亭的终霜冻日持续偏晚3～11 d，而崇信、泾川则持续偏早2～9 d；各地无霜期在不同年代变化不同，尤其是华亭、崇信和泾川，无霜期年代际变化的延长程度明显弱于其它地区。

（4）近42 a平凉地区特早初霜冻发生年份最少，发生频率为2.4%，偏早初霜冻发生年份为4 a，发生频率在9%以上；偏晚终霜冻、特晚终霜冻发生频率均为7.1%。

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Characteristics of Frost in the Pingliang City During 1971-2012

LIN Jingjing1，GUO Hui2
（1.Northwest Regional Climate Center，Lanzhou 730020，China；2.Meteorological Bureau of Gansu Province，Lanzhou 730020，China）

Authors defined the frost processes with zero degrees centigrade or lower temperature, based on the method of modern climate diagnosis and daily ground minimum temperature data from 1971 to 2012 in Pingliang,analyzed the climatic features of the first/last frost dates and frost-free period changes.Results show that the first frost days showed a trend of decrease，while frost-free period was lengthening during the past 42 years.The frequency of the first frost events was decreased,but the frequency of the last frost events was increased.It's found that the first frost dates postponed,while the last frost dates occur earlier,leading to the significant lengthening of frost-free period in Pingliang.The climate tendency rate of the first frost date,the last frost date and frost-free period were all more than 2 d/10 a,and have passed the test of significance of α= 0.005.It can be seen from the linear change trend that the first frost date has 1 to 5 days delay,the last frost date was 1 to 5 days ahead of time and the frost-free days prolonged 1 to 9 days.The frost disaster degree was different in Pingliang.There were heavier direct economic losses and more populations affected at Lingtai and Zhuanglang.

first and late frost；frost-free period；change trend；frost influence

S452

B

1002-0799（2015）03-0057-06

林婧婧，郭慧.1971—2012年平凉市霜冻变化特征分析[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（3）：57-62.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.03. 009

2014-07-18；

2014-09-20

甘肃省气象局气象科研项目“西北地区气候态的变化规律及其对极端天气监测的影响”（2015-11）；甘肃省科技支撑计划社会发展类项目“气候变化下甘肃陇东地区主要气象灾害区划及防御对策评估专项”（1011FKCA098）；公益性行业专项“西北地区东部降水异常机理及预测方法研究”（GYHY201306027-01）共同资助。

林婧婧（1984-），女，工程师，从事气候变化与影响评估研究。E-mail：lin_jingjing_2003@126.com