倒春寒气象指标及等级划分研究

杨文刚　黄永学　刘可群

摘要：基于1981—2000年《中国气象灾害大典》记录各地实际发生倒春寒灾情和相应气象台站的逐日平均气温资料，在分析全国各地倒春寒气象指标和分级标准的基础上，利用平均气温距平和持续时间建立倒春寒气象指标和等级划分标准。在全国6个代表性区域开展倒春寒气象指标等级与实际发生程度的对比，开展指标验证。结果表明，倒春寒气象指标与实际发生程度基本符合以上比例为73%～100%，完全符合比例为55%～100%。指标适用于中国各地倒春寒的界定，能反映倒春寒过程，定量评估倒春寒等级。指标对开展倒春寒气象灾害预报预警、灾害评估和防御具有重要意义。

关键词：倒春寒；气象指標；等级

中图分类号：S421 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）15-0049-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.15.012 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Meteorological Index and Grading of Late Spring Coldness

YANG Wen-gang1，HUANG Yong-xue2，LIU Ke-qun3，FAN Jin-jin1，MENG Cui-li2

（1.Huangshi Meteorological Bureau，Huangshi 435002，Hubei，China；2.Wuhan Test Station of Agricultural Meteorology，Wuhan 430040，China；

3.Wuhan Regional Climate Center，Wuhan 430074，China）

Abstract： Study on the meteorological index and grading of late spring coldness were carried out by using the disaster records of the late spring coldness in China and corresponding temperature data of meteorological stations from 1981 to 2000. Based on the analysis of the meteorological index and grading standard of late spring coldness all over the country， the index and grading are established by utilizing temperature departure and its duration. The newly built index was testified by contrasting the grading standards with the actually occurred of coldness in the six representative regions. The results show that the ratio of basically consistent between the new index and actual occurrence of the late spring coldness is 73%～100%， and the percentage of full compliance is 55%～100%. The index could define the cold of the late spring all over the country， which can reflect its course and quantitatively assess its occurrence level. The index is of important significance on meteorological disaster monitoring、evaluation and defense.

Key words： cold of the late spring；meteorological index；grade

随着全球气候变暖和降水变异的加剧，极端天气气候现象出现的频率和强度不断加大，中国的农业气候资源与农业气象灾害也呈现出剧烈的变化[1]。中国地处东亚季风区，是世界上的“气候脆弱区”之一，农业气象灾害多发频发，干旱、洪涝、低温冷害等对农业生产造成了严重的影响[2]。倒春寒是低温冷害的一种，是指春季出现的前期暖后期冷，且后期气温明显低于正常年份的现象，对农作物[3-5]、树木[6]等的生长带来不利的影响，常引起中国北方小麦、棉花和花生的烂种现象，影响南方水稻播种、出苗和生长，给农业和林业生产等带来了严重的危害[7]。

倒春寒在农业生产过程中受到高度关注，国内外很多学者对倒春寒指标的建立、时空分布特征以及灾害影响等方面进行了研究。许大全[8]将春季气温回升之后又突然急剧降温、最低气温达到0 ℃左右的天气过程定义为倒春寒；吴增福等[9]根据低温强度、持续时间和冻害影响程度，将江苏省的倒春寒划分为轻中重3种类型；许炳南[10]、张淑惠[11]选取日平均气温和持续时间分别对贵州省、福建省倒春寒进行了定义和划分；张云瑾等[12]利用日平均气温和日最低气温临界值建立了云南省不同地方的倒春寒标准；庞文保[13]用旬平均气温距平来判别倒春寒。以往的研究主要针对当地或具体作物，不同地方采取的判别指标和标准不同，存在研究区域和对象的局限，未形成统一的倒春寒指标和等级划分标准，不能在全国范围开展倒春寒灾害的定量化评估，倒春寒灾害防御缺乏统一的、可比较性的指标。

为了掌握气候变暖背景下中国各地区倒春寒的变化规律，为倒春寒的预报和服务提供统一的信息，本研究根据《中国气象灾害大典》记录各地实际发生倒春寒灾情，在分析、总结、归纳各地倒春寒指标共性部分的基础上，提出可在全国范围适用的倒春寒气象指标和等级划分标准，为农业生产趋利避害、防灾减灾提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源

1.1.1 倒春寒气象灾害资料 查阅《中国气象灾害大典》各省分卷记录各地实际发生倒春寒灾情，发现北方地区倒春寒灾害记录较少，南方较多。王梓等[14]对有关倒春寒主题的研究论文在CNKI数据库中的区域分布做了分析，論文数量从多到少依次是西南、东南、中部和北方地区，这说明中国南方地区春季气温变幅大，易发生倒春寒，北方则不然。

选取云南、福建、广西、江西、四川、湖北等6省作为代表性区域，按照当地重要农业种植区、地理位置上南北分布、气象观测资料完整的原则，在6省中各选2个代表性站点，查阅《中国气象灾害大典》相应省份分卷[15-20]收集1981—2000年倒春寒气象灾害资料。通过国家气象中心农业气象中心收集2015年4月全国大范围倒春寒气象灾害资料。各省选取站点：云南省昭通和文山、福建省福州和龙岩、广西自治区桂林和南宁、江西省南昌和赣县、四川省双流和广汉、湖北省荆州和黄冈。

1.1.2 气象资料 1951—2000、2015年选取站点国家地面气象观测站的逐日日平均气温观测数据，资料来源于国家气候中心数据库。站点气候平均值为最近30年的平均值，如：1991—2000年期间，气候平均值取1961—1990年共30年的平均值。平均气温距平为某时段平均气温与常年同期气候平均值的差。

1.2 倒春寒气象指标

1.2.1 倒春寒气象指标计算公式 倒春寒是指入春后（3—5月），在春季出现的前期暖后期冷，且后期气温明显低于正常年份的现象。根据倒春寒的定义规定其气象指标由前期气温偏暖程度、后期气温偏冷程度（日平均气温距平）和持续时间3个因子组成。倒春寒气象指标的计算公式：

K=δT1/a1-δT2/a2+L/a3

式中，K为倒春寒气象指标；δT1为前期偏暖程度；δT2为后期偏冷程度；L为倒春寒过程持续天数；a1、a2、a3分别为参数。

1.2.2 前期气温偏暖程度 前期气温偏暖程度指冬末或早春平均气温较常年同期偏暖的程度，用δT1表示。当春季某时段气温较正常年份偏低时，此前连续10 d平均气温距平为δT1。达到倒春寒标准的δT1值必须大于或等于0，表示前期气温为偏暖。

1.2.3 后期气温偏冷程度 春季平均气温较常年同期偏低的程度，用δT2表示。3—5月平均气温较常年同期偏冷，期间偏冷程度最大的连续10 d平均气温距平为δT2。达到倒春寒标准的δT2值必须小于0，表示后期气温为偏冷，倒春寒气象指标公式计算中δT2取滚动计算的最小值。

1.2.4 倒春寒起止日期的确定 起始日期：在前期气温偏暖的条件下，春季出现的日平均气温与以此日为中点的连续5 d平均气温气候平均值的差值≤-1 ℃且持续3 d以上，且此日所在时段满足“1.2.2”和“1.2.3”确定的倒春寒标准的日期。

终止日期：出现倒春寒现象时，气温回暖的日期。气温回暖指日平均气温与以此日为中点的连续5 d平均气温气候标准值的差值>-1 ℃且持续3 d以上。

1.2.5 持续时间 倒春寒天气持续的天数，用倒春寒起始日期到终止日期之间的天数L（d）表示。达到倒春寒标准的L值必须大于3，表示倒春寒天气持续天数超过3 d。参考农业气象灾害持续时间对农作物损害情况，将持续天数设定为三个等级：持续时间长，3 d10 d。

1.3 倒春寒等级对应的定性判别标准

《中国气象灾害大典》和各省气象部门提供的灾情资料记录的是实际发生的灾情，描述了灾害发生的损失情况，根据农业和气象部门对灾害的分级标准，对实际发生的灾情程度的等级进行划分。

轻度倒春寒：春播作物播种期推迟3 d以内，烂种死苗率5%～20%；作物个别大叶受害、受害叶片局部或大部萎缩；早稻、小麦等主茎及分蘖幼穗受冻后，仍能正常抽穗和结实，但穗粒数明显减少。

中度倒春寒：春播作物播种期推迟3～7 d，烂种死苗率20%～30%；作物大部分叶片受害，受害叶片局部或大部萎缩、焦枯，但心叶正常或轻微受冻。小麦、早稻等主茎、分蘖幼穗及心叶冻死，其余部分仍能生长。

重度倒春寒：春播作物播种期推迟7 d以上，烂种死苗率30%及以上；作物全部大叶和心叶均受冻害，趋向死亡；小麦、早稻等叶片、叶尖硬脆，后青枯或青枯成蓝绿色，茎秆、幼穗皱缩死亡。

1.4 倒春寒气象指标等级划分

将倒春寒气象指标计算结果与各省倒春寒实际发生情况进行比较分析，不断调整倒春寒指标的计算参数，使倒春寒气象指标计算结果与灾害实际发生程度相一致，通过不断调整确定了参数a1、a2、a3的值分别为4、2、10。用倒春寒气象指标K的值表示倒春寒气象等级，分三级：轻度倒春寒，K≤3；中度倒春寒，3

2 指标验证及效果分析

2.1 验证方法

根据倒春寒气象指标和划分等级标准，分别将选择地区的1981—2000年气象资料代入倒春寒气象指标中分析倒春寒发生过程和等级，将指标计算出来的倒春寒过程和等级与《中国气象灾害大典》记录各地实际发生倒春寒灾情和发成程度进行比较，验证指标的可靠性。

检验方法：倒春寒气象指标等级与实际等级值无级差认为完全符合，等级有1级级差认为基本符合，等级有2级级差认为不符合，实际出现倒春寒但指标计算未出现、指标计算出现倒春寒但实际未出现记为不符合。

2.1.1 云南省验证结果 云南省倒春寒发生情况与倒春寒气象指标计算结果对比见表1，昭通历史灾情记录倒春寒出现年份为1981、1982、1987、1988、1990、1991、1994、1996年，严重年份为1982、1988、1991、1996年。1990年发生倒春寒，实际为轻度，倒春寒气象指标计算结果为无；1994年实际发生为轻度，倒春寒气象指标计算结果为重度，有2级级差，记为不符合；其余灾情等级完全符合。验证结果为昭通地区倒春寒气象指标计算结果与实际倒春寒发生程度基本符合以上比例为75%，完全符合率为75%。文山州历史灾情记录发生倒春寒的年份为1983、1985、1986、1988、1989、1990、1991、1993、1994年，严重年份为1985年。利用倒春寒气象指标反映这些年份出现的倒春寒过程，其中1993年为基本符合，其余灾情等级全部符合，倒春寒发生程度基本符合以上比例为100%，完全符合率为89%。

2.1.2 福建省验证结果 福建省倒春寒发生情况与倒春寒气象指标计算结果对比见表2。福州历史灾情记录倒春寒出现年份有1982、1985、1986、1987、1988、1991、1992、1993、1994、1995、1996年，严重年份为1987、1988和1996年。1982、1987和1996年验证结果与实际不符、1993年为基本符合，其余年份完全符合。福州地区倒春寒气象指标结果与实际倒春寒发生程度基本符合以上比例为73%，完全符合率为64%。龙岩历史灾情记录倒春寒出现年份有1982、1984、1985、1987、1988、1991、1992、1993、1994、1995、1996年，严重年份为1987年。1982、1987和1994年验证结果与实际不符，1985、1993年基本符合，其他年份完全符合。龙岩地区倒春寒指标结果与实际倒春寒发生程度基本符合以上比例为73%，完全符合率为55%。

2.1.3 江西省验证结果 江西省倒春寒发生情况与倒春寒气象指标计算结果对比见表3。南昌市历史灾情记录倒春寒出现年份有1987、1988、1990、1991、1992、1993、1994、1996、1997、1998、1999年，严重年份为1988、1991、1992、1996年。1990年实际发生等级为轻度，倒春寒气象指标计算等级为无，记为不符合。1998、1999年为基本符合，其他年份完全符合。南昌地区倒春寒指标结果与实际发生程度基本符合以上比例为91%，完全符合率为73%。赣州历史灾情记录倒春寒出现年份与南昌地区相同，倒春寒等级验证结果基本符合以上比例为82%，完全符合率为64%。

2.1.4 四川省验证结果 四川省倒春寒发生情况与倒春寒气象指标计算结果对比见表4。根据灾情描述程度，双流地区倒春寒指标结果与實际倒春寒发生程度基本符合以上比例为100%，完全符合率为86%。广汉地区灾情程度基本符合以上比例为88%，完全符合率为75%。

2.1.5 广西验证结果 广西省倒春寒发生情况与倒春寒气象指标计算结果对比见表5。桂林地区倒春寒气象指标结果与实际倒春寒发生程度基本符合以上比例为100%，完全符合率为67%。南宁地区灾情程度基本符合以上比例为86%，完全符合率为71%。

2.1.6 湖北省验证结果 湖北省倒春寒发生情况与倒春寒指标计算结果对比见表6。以荆州、黄冈作为实际灾情发生程度验证代表站点，由于倒春寒灾情记载较少，倒春寒气象指标等级与记录的几次灾情程度验证均符合。

2.2 典型个例分析

2015年4月上旬长江中下游等地区出现持续阴雨和倒春寒天气。从4月5日开始普遍出现较明显降温，6—9日大部地区日平均气温均在12 ℃以下，其中江淮、江汉北部和浙江北部日平均气温降至6～8 ℃，江汉南部和江南大部降至8～10 ℃，出现较大范围的倒春寒天气。该次长江中下游大部地区低温阴雨和倒春寒影响等级为轻度，湖北南部、湖南中部和江西北部的部分地区为中度，对农业生产未造成严重影响（国家气象中心农业气象中心2015年4月10日服务材料）。

据各地实际灾情记载，福建省4月中旬出现晚霜冻，茶叶受冻较重；湖南省上旬总体遭受轻度倒春寒，湘北地区达中度倒春寒；江西省上旬出现低温连阴雨和倒春寒灾害，赣北赣中有31个县（市）达轻度及以上，对春季农业生产造成不同程度影响。根据倒春寒指标计算结果，7省14个代表站点倒春寒发生在4月上中旬，桂林和文山州倒春寒指标为轻度，其他地区均为中度发生。由表7可以看出，倒春寒指标的计算结果和各地记载的倒春寒实际发生程度极为吻合。

3 结论与讨论

根据1981—2000年《中国气象灾害大典》记录各地实际发生倒春寒灾情，认真分析、总结、归纳了各地区倒春寒指标共性部分，提出了新的倒春寒气象指标和分级标准，开展全国代表性区域的验证，并利用2015年4月一次全国大范围内倒春寒天气开展指标与实际发生状况对比。结果表明，倒春寒气象指标和等级计算结果与实际倒春寒发生程度相符合，选定区域倒春寒气象指标等级与实际发生程度基本符合以上比例为73%～100%，完全符合比例为55%～100%，指标准确度较高，可靠性强。可利用该指标开展倒春寒气象灾害预报预警、灾害评估相关业务服务。

由于各地在服务过程中，并没有规范的倒春寒过程的指标界定和历史记录，倒春寒气象指标在制定和验证过程中所做的检验只是选择了一些代表性站点的常规气象资料做测算，并未与全国所有地区历史上的倒春寒天气过程进行一一对比。因此，可在今后经过2～3次全国大范围倒春寒天气过程检验后，对倒春寒气象指标的相关参数进行调整，提高指标的准确度。同时倒春寒气象指标并不针对特定作物，而是针对大部分春季作物，各地在应用到某种特定作物时，可对指标进一步细化。

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