1961—2015年贵州省中西部初霜、终霜及霜期的时空演变

(1、2、3、4、5.贵州理工学院建筑与城市规划学院，贵州 贵阳550003)

IPCC第五次评估报告指出：全球各地区地表温度都呈上升趋势，气候变暖已是不争的事实[1]。同时，气候变暖在一定程度上改变着初、终霜日期以及霜期的长短[2]，进而对农业作物生产、防灾减灾以及疾病预防等造成不同程度的影响。因此，气候变暖对霜期的影响已成为学者广泛关注的话题。

目前，我国许多学者对全国霜期变化做了研究，如王国富等[3]对我国近50年来霜期时空分布及变化趋势进行了分析，发现我国霜期在时间上呈缩短的趋势，在空间上呈自北向南、自高山向平原逐渐缩短的趋势。许艳等[4]对近50年中国霜期的变化特征进行研究，发现霜期缩短显著的区域主要集中在我国东北、华北、内蒙古中部、江淮流域和华南部分地区，四川盆地和长江中下游部分地区霜期缩短的趋势并不明显。此外，不少学者对我国东北、华北、华东等地区的霜期气候变化特征进行了相关研究[5-8]，研究表明大部分地区霜期变化基本与全国一致，即霜期变化呈现为初霜日逐渐推迟、终霜日逐渐提前、霜期缩短、无霜期延长的趋势。但仍有部分地区存在明显差异，如新疆地区初、终霜日及无霜期持续天数年际差异不明显[9]，黑龙江省的平均初霜日期要早于辽宁省和吉林省[10]。由此可见，霜的变化具有明显的地域分布特征，对于区域性而言，霜变化的范围和幅度也各不相同[11]。贵州省作为云贵高原东部的重要省份，其初霜、终霜及霜期的时空演变对农业生产具有重要作用。贵州中西部地区是全省粮食的主产区，该区对全省粮食安全至关重要。然而，目前鲜有针对该区域霜期演变特征的研究。鉴于此，本研究以贵州中西部的贵阳市、遵义市、安顺市、毕节市、六盘水市为研究地域，基于1961-2015年逐日气象观测数据，运用趋势分析法、空间插值法以及小波分析法等对贵州省中西部的初霜、终霜及霜期的时空演变进行研究，以期为农业生产政策的制定及区域粮食安全提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 气候数据来源及处理

以贵州省中西部地区(贵阳市、遵义市、安顺市、毕节市、六盘水市)5个地州市中(贵阳市、遵义市、湄潭县、桐梓县、习水县、安顺市、毕节市、黔西县、威宁县、盘县特区)10个气象站点1961-2015年逐日气温作为基础数据，进行初霜、终霜和霜期的统计分析。霜一般被认为属于“冷季现象”，因此其统计是按照“年度”进行的，即是从本年7月1日到次年6月31日为一个年度进行统计。在一个年度中，第一次出现霜(≤0℃)的日期记为初霜日，最后一次发生霜(≤0℃)的日期记为终霜日，初霜和终霜日期之间的日数记为霜期[3]。依据研究区特点，以10月1日作为霜的统计开始日，得到初、终霜日数据序列。

1.2 研究方法

1.2.1 趋势分析法

采用线性回归方程分析贵州省中西部地区初、终霜及霜期的年际变化趋势。

y=at+b，其中，y为霜的变化天数，t为年份，a为回归系数，b为常数。

1.2.2 空间插值法

采用ArcGIS软件中的Kriging空间插值法分析贵州省中西部初、终霜以及霜期年际变化倾向率的空间格局。

1.2.3 小波分析法

采用MATLAB软件中的Morlet小波分析法得出贵州省中西部地区初、终霜及霜期变化的周期特征。

2 结果与分析

2.1 贵州省中西部地区初、终霜及霜期变化整体趋势

从1961—2015年间贵州省中西部初、终霜及霜期变化趋势分析(图1)可以看出，55年间贵州省中西部地区初霜日期逐渐推迟，终霜日期逐渐提前，霜期呈缩短趋势，其中，终霜的变化趋势大于初霜的变化趋势。

图1 1961-2015年贵州省中西部初、终霜及霜期变化整体趋势

2.2 贵州省中西部地区初、终霜及霜期变化空间特征

从1961—2015年贵州省中西部初、终霜及霜期变化空间格局(图2)可知，研究区所有地区初霜呈延迟趋势，终霜呈提早趋势，霜期呈缩短趋势。其中初霜延迟空间格局呈现北部和西部延迟时间较长，南部延迟时间较短的特点(图2a)。终霜提早空间格局呈现北部和南部提早时间较长，东南部和西部提早时间较短(图2b)。霜期缩短时间呈现东南部、北部和西南部缩短时间较短，西部和西北部缩短时间较长(图2c)。

图2 1961—2015年贵州省中西部初、终霜及霜期变化空间格局

从各站点初、终霜及霜期的变化趋势及其与年平均气温相关性分析(表1)可知，贵州省中西部各站点霜的变化情况各不尽相同，各站点初霜延迟时间介于0.28～2.21天/5a，其中贵阳、盘县等地区延迟时间较短，习水地区延迟时间高达2天以上。站点终霜提前时间介于0.21～2.18天/5a，其中贵阳市终霜提早时间较短，桐梓、遵义和习水终霜提早高达2天/5a。霜期缩短0.49～4.27天/5a，其中贵阳地区霜期缩短较少，变化不明显。而安顺、湄潭、威宁、遵义、习水的霜期缩短时间超过3天/5a。由相关性分析可知各站点初霜日期变化与年平均气温变化均呈正相关，其中湄潭、威宁、遵义、习水等地区在不同级别上相关性显著，各站点终霜日期变化与年平均气温变化均呈负相关，安顺、湄潭等地区在不同级别上相关性显著。各站点霜期与年平均气温变化均呈负相关，安顺、湄潭、威宁、遵义、习水等站点的相关性均较为显著。

表1 贵州省中西部各站点霜的趋势变化与年平均温度相关性分析

2.3 1961—2015年贵州中西部初、终霜及霜期变化周期特征

从1961—2015年贵州中西部初、终霜及霜期变化周期特征(图3)可知，贵州省中西部地区初霜变化存在两个时间尺度周期震荡分别为6a、28a，其中28a为震荡中心(图3a)。终霜变化的周期性不突出，无明显周期震荡(图3b)。霜期变化存在两个时间尺度周期震荡分别为7a、13a，其中震荡主周期为13a(图3c)。

图3 1961—2015年贵州中西部初、终霜及霜期变化周期特征

3 结论与讨论

本研究基于贵州省1961—2015年历史气象数据，分析了贵州省中西部地区初、终霜及霜期的时空演变，并得出以下结论：贵州省中西部地区初霜日逐渐推迟，终霜日逐渐提前，霜期呈缩短趋势。初霜空间格局中北部习水等地区延迟时间多于南部贵阳、盘县等地区。终霜空间格局中北部习水等地区提早时间多于东南部贵阳和西部毕节等地区。霜期缩短时间中南部盘县等地区缩短时间少于西北部习水、遵义等地区。各站点初霜日变化与年平均温度变化呈正相关，终霜日变化、霜期与年平均温度变化呈负相关，部分地区相关性显著。初霜、霜期变化均存在两个时间尺度周期震荡，震荡中心分别为28a、13a，终霜变化的周期性不突出，无明显震荡周期。