葡萄主产区春霜冻风险分析*

岳慧欣，何延波，姜建福，樊秀彩，张 颖，刘崇怀**，杨英军

葡萄主产区春霜冻风险分析*

岳慧欣1,2，何延波3，姜建福2，樊秀彩2，张 颖2，刘崇怀2**，杨英军1**

（1. 河南科技大学园艺与植物保护学院，洛阳 471023；2.中国农业科学院郑州果树研究所，郑州 450009；3.国家气象中心，北京 100081）

选取中国607个气象站1958−2019年逐日最低气温观测资料，运用统计和空间分析方法，从气候致灾的角度，对葡萄主产区春霜冻灾害发生日数、频率、站次比以及致灾危险性进行分析，以了解葡萄主产区春霜冻的分布特征和风险区域，为葡萄主产区灾害防御工作提供依据。结果表明，60a来，各葡萄产区春霜冻平均发生日数和频率差异较大，春霜冻发生频率和平均发生日数最高在西北产区和西南高山产区，最低在南方产区；研究期内葡萄主产区春霜冻发生范围呈缩小趋势，且轻霜冻发生范围大于中度和重度春霜冻；春霜冻发生强度区域性明显，其中，轻霜冻强度指数自北向南呈逐渐偏小的趋势，中霜冻和重霜冻强度指数普遍偏小；葡萄主产区致灾因子危险性指数空间分布特征表现为中北部普遍高于南部区域，其中高风险区域主要分布在西北产区和东北中北部产区，无风险区域主要分布在南方产区。

葡萄；主产区；春霜冻；风险分析

葡萄在中国的栽培面积日益扩大，已经成为国内最重要的经济果树之一[1]，近年来全球气候变暖趋势持续，极端天气发生频繁，春霜冻已经成为国内葡萄产业发展不确定因素之一[2]。春霜冻又称为晚霜冻，指春天寒冷季节向温暖季节过度期间发生的霜冻，可直接影响果树的产量和品质，甚至造成葡萄地上部死亡[3−4]。

目前，前人对春霜冻的冻害指标、发生规律、分布特征等开展了研究[2、5−6]，王景红等[7]通过对2013年陕西30个苹果基地田间花期冻害气象因子和灾损情况进行分析，依据不同花期冻害指标构建了陕西苹果的风险区划体系；屈振江等[8]结合各果区花期和幼果期的物候时段，对1960−2007年陕西47个县苹果花期及幼果期不同强度冻害发生的频率以及灾损率进行计算，并绘制了风险区划图，指出陕西高海拔地区是苹果花期冻害重点防御区域；刘伟等[9]对赤霞珠萌芽期、新梢期、幼叶期和开花期进行了模拟霜冻试验，表明葡萄在不同物候期其耐寒能力不同；杨文军等[10]选用宁夏贺兰山东麓9个气象站近55a的最低气温数据，对当地酿酒葡萄种植区晚霜冻灾害进行分析，明确了该地区晚霜冻年际变化趋势及灾害风险区。然而前人的研究多侧重于某一个区域，缺少全国范围尺度的研究。因此，本研究在分析中国葡萄主产区春霜冻分布特征的基础上，进行全国葡萄主产区春霜冻风险区划，明确春霜冻重点防御区域，以期为提高国内葡萄主产区春霜冻减灾防灾能力提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象资料来源于中国气象局，包括30个省、市和自治区1958−2019年逐日最低气温，经筛选共获得607个气象站点数据，香港、澳门、台湾和青海省由于数据缺失，故不在研究区域范围内。

1.2 区域划分

参考《中国葡萄志》[11]，将全国划分为7个葡萄产区。同时，由于套袋、起垄、避雨栽培等技术的推广，南方葡萄产区发展迅速，因此，参考谢喜麟[12]的观点，将云贵川高原半湿润区替换为西南高山产区，西藏、四川西部、云南划分为西南高山产区，其它6个葡萄主产区不变，区域划分结果见如图1和表1。

1.3 春霜冻等级指标

参考宁夏酿酒葡萄霜冻气候指标划分春霜冻等级[4]，以最低气温（Tmin）为霜冻指标，确定葡萄产区霜冻等级划分标准为，轻度（−2℃＜Tmin≤0℃），中度（−4℃＜Tmin≤−2℃），重度（Tmin≤−4℃）。葡萄主产区统计时间段参考相关文献确定（见表1），该时间段为葡萄的萌芽和新梢生长期。

统计春霜冻发生日数是在1958−2019年统计时间段内每日的最低气温（Tmin）符合各等级霜冻标准，则认为该日发生各级春霜冻。

1.4 春霜冻发生频率和强度指数

春霜冻发生频率（Pi）分级、分站、分区进行统计，参考李红英等[13]的研究方法，即

表1 葡萄产区划分

式中，Pi表示各等级春霜冻发生频率，n表示各站点春霜冻日数为零的年数，N为资料总年数。下标i表示春霜冻灾害等级（分为轻、中、重3级）。

参考李红英等[13]的研究方法，春霜冻强度指数(AT)计算分两步，首先定义变量I为日最低气温（Tmin）的倒数，即

计算1958−2019年所有站点统计时段（表1）内逐日最低气温资料（符合各级春霜冻标准）每日的I值。然后将I进行归一化处理，计算出各站点每日的ATi值，再计算出1958−2019年统计时段各站点ATi平均值。

式中，Tmin为日最低气温，Imax和Imin分别为（1958−2019年各站点统计时段内各级春霜冻)日最低气温倒数的最大值和最小值，i表示春霜冻灾害等级（分为轻、中、重3级）。

1.5 春霜冻致灾因子危险性指数（FI）

根据灾害风险理论，春霜冻致灾因子危险性计算考虑霜冻发生强度和频率两个因素，参考李红英等[13]的研究方法，各站点的霜冻致灾因子危险性指数（FI）为

式中，i表示霜冻灾害等级（分为轻、中、重3级），ATi表示各等级霜冻强度指数，Pi表示各等级霜冻发生频率（0≤Pi≤1）。

1.6 春霜冻站次比（Pj）

参考黄晚华等[14]研究方法，春霜冻发生站次比表示春霜冻发生范围的大小。

式中，j代表不同年份，m表示发生春霜冻的站数，M表示研究区域气象总站数。

1.7 数据处理

用Excel 2010进行基础数据处理，ArcGIS 10.2软件栅格数据空间分析模块进行空间插值处理，绘制春霜冻灾害的风险区划图。

2 结果与分析

2.1 葡萄主产区春霜冻发生频率及其影响范围统计分析

2.1.1 发生日数及其变化

由图2可见，60a来七大葡萄产区每年发生不同等级春霜冻的平均日数差异很大，从数据上看，发生各级春霜冻平均日数最多的是西南高山产区，其次是西北产区，南方产区最少。而从不同等级春霜冻日数统计结果看，西北产区轻度春霜冻平均日数最多，达4.7d，西南高山产区重度春霜冻平均日数最多，达7.0d，两区中度春霜冻日数相当，在3.4d左右。东北、黄土高原、环渤海湾和黄河故道产区各级春霜冻发生日数的分布基本符合轻度多、中度减少、重度最少的规律。南方产区各级春霜冻发生日数均最少，平均不到1d。可见，不同产区春霜冻发生情况存在很大差异。

注：横坐标轴上：1表示东北中北部产区，2表示西北产区，3表示黄土高原产区，4表示环渤海湾产区，5表示黄河故道产区，6表示南方产区，7表示西南高山产区。下同。

Note: The abscissa axis: 1 indicates the north-central northeast region, 2 is the northwest production area, 3 is the the Chinese Loess Plateau production area, 4 is the Bohai bay production area, 5 is old course of the Yellow River production area, 6 is the southern production area, 7 is the alpine production area in southwest China. The same as below.

2.1.2 发生频率及其变化

由图3可知，7个葡萄产区不同等级春霜冻发生频率差异很大，各级春霜冻发生频率最多的是西北产区，其次是东北中北部产区，最少在南方产区。而从各级春霜冻统计结果来看，各产区不同等级春霜冻发生频率均表现为轻度＞中度＞重度。各级春霜冻发生频率最多的是西北产区，其轻霜冻发生频率为85.9%，中霜冻发生频率为75.4%，重霜冻发生频率为64.2%，南方产区各级春霜冻发生频率在七大产区内均为最少，其轻度、中度以及重度春霜冻发生频率分别为11.7%、3.1%和1.5%。

2.1.3 影响范围（站次比）及其变化

由春霜冻站次比或覆盖范围可知（图4），研究区域60a来主要以发生轻度春霜冻为主。各等级春霜冻站次比在15.3%～64.1%之间波动变化，其中轻度春霜冻发生范围35.2%～64.5%，中度春霜冻发生范围22.3%～52.2%，重度春霜冻发生范围15.4%～42.3%，各级春霜冻变化趋势均呈下降趋势。在20世纪60年代和70年代，不同等级春霜冻发生的范围最广，其中1962年是春霜冻发生最严重的一年，中度、重度春霜冻发生范围最大，分别为52.3%和42.3%，轻度春霜冻发生范围也达到了60.1%。进入2010年以来，不同等级春霜冻发生范围有所减少，2014年发生范围最小，轻度、中度、重度春霜冻发生范围分别为35.4%、22.1%和15.2%。

2.2 葡萄主产区春霜冻强度指数分析

由图5可见，根据1958−2019年实测逐日最低气温资料计算的各级春霜冻强度指数(AT)的分布具有显明的特点。图5a显示，葡萄主产区轻度春霜冻强度指数大的区域集中在西北产区和西南高山产区，包括西北产区的内蒙古、甘肃、新疆等部分地区，强度指数大于0.8；强度指数小的区域集中在南方产区，包括福建、广西、广东等地，强度指数在0～0.2，湖北、湖南、江西等部分地区轻度春霜冻指数在0.2～0.4，黄土高原产区的陕西佛坪、商南、汉中等地，黄河故道产区的河南三门峡、信阳、西峡等地以及环渤海湾产区的山东沂源、济南等地强度指数在0.4～0.6，其它地区强度较大，在0.6～0.8。

由图5b可见，葡萄主产区中霜冻的强度偏小，强度较大的区域集中在西北产区和西南高山产区，强度小的区域集中在南方产区。其中，强度较大的区域集中在西北产区的内蒙古、新疆、甘肃以及西南高山产区的四川、西藏等部分地区，强度指数在0.6～0.8；强度小的区域集中在南方产区的福建、广东、广西等地，强度指数在0～0.2；南方产区的江苏、湖北等部分地区、黄河故道产区的河南信阳、开封、西华等地以及环渤海湾产区的河北南宫、饶阳、黄骅，山东的惠民、章丘等地，强度指数在0.2～0.4，其它地区强度中等，在0.4～0.6。

由图5c可见，葡萄主产区重霜冻强度指数较小，指数较大区域仅在东北中北部产区的黑龙江虎林、西南高山产区的西藏那曲、西北产区的新疆铁干里克地区，强度指数在0.6～0.8；强度指数小的区域是在南方产区的江西、湖南、湖北等部分地区以及西南高山产区的云南、四川等部分地区，强度指数为0～0.2；环渤海湾产区的辽宁、山东、河北等部分地区、西北产区的甘肃、宁夏、新疆等部分地区以及东北中北部产区的吉林、黑龙江等部分地区，强度指数在0.2～0.4；其它地区强度指数中等，在0.4～0.6。

2.3 葡萄主产区春霜冻致灾危险性区划

结合全国葡萄主产区春霜冻的发生情况，计算各个站点春霜冻灾害风险指数（FI）值，对春霜冻致灾危险性指数进行等级划分，划分标准如表2所示，利用ArcGIS软件，用IDW（反距离加权插值）插值方法对葡萄主产区春霜冻风险区划进行分析。

表2 葡萄主产区春霜冻致灾危险性指数等级划分标准

由图6可知，春霜冻灾害风险分布呈现自北向南逐渐递减的趋势。春霜冻灾害无风险区主要集中分布在南方产区，其风险指数为0；高风险区主要集中分布在东北中北部产区和西北产区，其风险指数大于0.8。次高风险区、高风险区应选用抗霜冻能力强的品种种植，其它风险区域可选用常规品种，再加上田间管理措施避免春霜冻危害。

（1）无风险区。该区主要分布在南方产区的广西、广东、海南、重庆、福建、湖南大部分地区；贵州的兴仁、思南、铜仁，湖北的兴山、巴东、恩施，江西的宁都、寻乌、广昌等部分地区、四川东北部，其它产区也均有分布。该区域春霜冻强度指数小，发生频率低，因此是葡萄主产区的无风险区域。

（2）低风险区。该区在七个葡萄主产区均有分布，包括西北产区的新疆西南部；环渤海湾产区的天津、河北的保定、石家庄、邢台等地区；南方产区的湖南中部、湖北南部、江西北部、浙江北部、上海、福建的泰宁、建宁、宁化等地区、安徽的六安、合肥、安庆等部分地区；西南高山产区的云南泸西、昆明、贡山等地区。

（3）次低风险区。该区在七个葡萄主产区均有分布，包括西北产区的新疆民丰；黄土高原产区的山西西南部；环渤海湾产区的河北东南部、山东的沂源、郯城地区；黄河故道产区的河南信阳、固始、西峡等地区；南方产区的江苏南部、湖南的桂东地区、湖北西北部、安徽东至、祁门、霍山等地区；西南高山产区的云南丽江、会泽地区。

（4）中风险区。该区在七个葡萄主产区均有分布，包括西北产区的新疆若羌、鄯善地区；黄土高原产区的陕西陇县地区；环渤海湾产区的山东东部；黄河故道产区的河南三门峡、南阳、西华等地区；南方产区的安徽宁国、定远、寿县等地区、江苏东台、盱眙、高邮等地区；西南高山产区的云南邵通、维西地区。

（5）次高风险区。该区在七个葡萄主产区均有分布，东北中北部产区的黑龙江双城、泰来、鸡西等地区、吉林通化、长岭、长春等地区；西北产区的新疆且末、乌苏、克拉玛依等地区；环渤海湾产区的河北乐亭、秦皇岛、遵化等地区；黄河故道产区的河南商丘、开封、郑州等地区；南方产区的江苏东部、安徽亳州、宿州地区；西南高山产区的四川昭觉地区。

（6）高风险区。该区主要分布在东北中北部产区的黑龙江大部地区、吉林大部地区；西北产区的内蒙古、宁夏、甘肃、新疆大部地区；其它产区也均有分布，其中黄土高原产区的山西大部、陕西大部；环渤海湾产区的辽宁、北京的密云、河北北部地区；西南高山产区的西藏大部、四川西部、云南的德钦、温泉、香格里拉地区；南方产区的湖南南岳、江西庐山、江苏沐阳、灌云、邳州等地区；黄河故道产区的山东莘县、兖州等地区、河南安阳、卢氏、栾川等地区。该区域属于山地丘陵地带，春霜冻强度指数高，发生频率高，因此是葡萄主产区高风险区域。

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）各葡萄主产区春霜冻发生范围呈下降趋势，但春霜冻特别是轻度春霜冻发生频率和强度普遍较高，中霜冻和重霜冻相对较低，且各区域差异明显，平均发生日数和发生频率最高区域在西北产区和西南高山产区，最低为南方产区。

（2）葡萄主产区春霜冻灾害风险空间分布呈现自北向南逐渐递减的趋势特征，无风险区域主要集中在南方产区，高风险区域主要集中在西北产区和东北中北部产区。

3.2 讨论

本研究在了解葡萄产区春霜冻灾害分布情况的基础上，对葡萄主产区进行风险区划，为葡萄主产区减灾防灾提供科学依据。以春霜冻强度和发生频率作为致灾危险性指标，建立危险性指数，完成春霜冻风险区划图，王田等[15−16]对河南省冬小麦晚霜冻进行风险区划，风险高的区域是在河南的卢氏、栾川等地区，包云轩等[17]绘制江苏省冬小麦晚霜冻风险区图，其风险较高的区域在江苏沐阳等地区，与本研究结果相吻合。由于站点较多，时间序列较长，本研究仅考虑了灾害的发生强度和频率两个因素，并未考虑春霜冻灾害孕灾环境的暴露性、承灾体的脆弱性等因素[18−20]，在以后的研究中还需做更全面考量。

影响春霜冻的因素很多，不仅与天气气候条件有关，还与地形条件、品种、土壤类型等多种因素有关，如西藏、四川、云南地区气候类型多样，基于站点数据获取的局限性，本风险区划只得出一个初步结果，在以后的研究中将考虑地形条件等方面，更加全面地进行风险区划。

生产上可根据各葡萄主产区风险区划的结果采取相应的防灾减灾措施，以预防为主，防治为辅，风险高的区域可以选用抗霜冻能力强，萌芽、花期较晚的果树品种[21−22]，或采用延迟萌芽期、花期，避开霜冻；加强水肥管理和熏烟驱霜等田间管理措施亦可预防春霜冻危害[23−29]，降低葡萄主产区损失；春霜冻发生后，可根据葡萄产区的受害情况再进行疏花疏果；将受冻的新梢叶片以及花序全部抹除，集中树体营养，刺激结果母枝上副芽萌发结果，弥补果园产量损失；加强水肥综合管理，恢复树势；喷施保护剂和杀菌剂预防病虫害[30−32]，以确保果园产量，降低葡萄产区的经济损失。

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Risk Analysis of Spring Frost in Main Grape Producing Areas

YUE Hui-xin1,2, HE Yan-bo3, JIANG Jian-fu2, FAN Xiu-cai2, ZHANG Ying2, LIU Chong-huai2, YANG Ying-jun1

（1.Academy of Horticulture and Plant Protection of Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China; 2.Zhengzhou Fruit Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450009; 3.National Meteorological Center, Beijing 100081）

In recent years, spring frost occurred frequently in China, which had a serious impact on grape industry and became one of the main meteorological disasters endangering grape production.Based on the daily minimum temperature observation data of 607 meteorological stations in China from 1958 to 2019, the occurrence days, frequency, station number ratio and disaster risk of spring frost disaster in main grape producing areas were analyzed by using statistical and spatial analysis methods.The results showed that the average days and frequency of frost in different grape growing areas were very different in the past 60 years. The frequency and average number of frost occurrence in spring were the highest in northwest and southwest mountain regions, and the lowest in southern regions.The intensity of spring frost was obvious in different regions. The intensity index of light frost tended to be smaller from north to south, while that of medium frost and heavy frost were generally smaller.The spatial distribution characteristics of the disaster causing factor index in the main grape producing areas were generally higher than those in the southern regions. The high-risk areas were mainly distributed in the northwest region and the north-east region, and the risk-free areas were mainly distributed in the southern region.According to the results of risk zoning, it can provide scientific basis for disaster prevention in main grape producing areas.

Grape; Main production area; Spring frost; Risk zoning

10.3969/j.issn.1000-6362.2021.03.006

岳慧欣,何延波,姜建福,等.葡萄主产区春霜冻风险分析[J].中国农业气象,2021,42(3):221-229

2020−09−17

重大自然灾害监测预警与防范重点专项（2017YFC1502806）；现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-29-yc-1）；中国农业科学院科技创新工程专项经费（CAAS-ASTIP-2020-ZFRI）

刘崇怀，研究员，研究方向为葡萄种质资源，E-mail：liuchonghuai@caas.cn；杨英军，教授，研究方向为园艺植物种质资源评价与应用研究，E-mail：yangyingjun2003@126.com

岳慧欣，E-mail：18238767207@163.com