河套地区春霜冻期日最低气温和霜冻日数时空变化特征

张舒昊

(巴彦淖尔市气象局，内蒙古 临河 015000)

霜冻是常见的农业灾害之一，多发生在每年的春、秋两个季节，春末或秋初由于冷空气入侵，造成植物细胞脱水而枯萎死亡的短时间低温灾害[1]。在全球气候变暖的背景下，河套地区出现霜冻的时间分布、空间分布和霜冻危害特点发生了变化，对农业产生较大影响。研究表明，河套地区秋霜冻日期推后，春霜冻日期提前，无霜期逐步延长[3-5]。河套地区是国家和内蒙古自治区重要的粮油生产基地，全市现有耕地1100多万亩，农业生产对全市尤为重要。

本文利用河套地区国家气象站日最低气温资料，根据霜冻日定义标准对春霜冻期内霜冻日进行判定，并采用Mann-Kendall检验、一元线性回归等方法，揭示春霜冻期日最低气温和霜冻日数的时空变化规律，有助于深入了解河套地区春霜冻气候变化特征，为河套地区种植结构规划和春霜冻灾害的预防提供一定的科学支撑。

1 资料与方法

1.1 资料来源

基于1960～2020年巴彦淖尔河套地区的临河、杭后、五原、乌前旗、磴口5个国家气象站61a逐日日最低气温资料,站点空间分布如图1所示。

图1 河套地区气象站点空间分布图

1.2 研究方法

经统计，在4月1日至5月30日期间，巴彦淖尔市河套地区各地设施农业处于育苗期，小麦、玉米等农作物进入出苗期，此阶段发生霜冻会给作物带来严重危害，故将这一阶段定义为河套地区春霜冻期[6]。霜冻日由当日日最低气温≤0℃的标准进行判定。按照这一标准统计河套地区春霜冻期内霜冻日。各站春霜冻期最低气温是这一时段内每日最低气温的平均值。然后，对各站春霜冻期最低气温进行区域平均，得到河套地区春霜冻期区域平均最低气温。

采用Mann-Kendall趋势和突变检验方法[7-8]判定时间序列的变化趋势、突变点击显著水平。应用一元线性回归分析最低气温和霜冻日数的关系。在ArcGIS 10.2软件下，采用反距离加权法对要素进行空间插值。

2 结果与分析

2.1 河套地区春霜冻期最低气温及霜冻日数的时间变化特征

1960～2020年河套地区霜冻期最低气温平均为6.2℃，平均每年区域平均最低气温升高0.07℃，在1960年、1990年波动较大，1980年、2000年以后波动渐缓，且阶段性变化特征明显，1980年以前波动下降，之后阶段性持续上升，整个时段上升趋势明显（图2a）。且Mann-Kendall趋势检验Z为6.77，上升趋势极为显著，通过了99%显著性检验。从Mann-Kendall突变检测[图2（b）]看出，近61aUF曲线基本为正值，河套地区平均最低气温有明显的增暖趋势，特别是1987年至2020年这种增暖趋势均超过显著性水平0.05临界线，表明河套地区最低气温的上升趋势是十分显著的。根据UF和UB曲线交点的位置，确定河套地区20世纪90年代的增暖是一突变现象，具体是从1990年开始。

图2 1960～2020年河套地区春霜冻期区域平均最低气温年际变化（a）和Mann-Kendall检验（b）

经统计，近61年河套地区春霜冻日数年平均为9.8 d,平均每年霜冻日数减少0.2 d，春霜冻日数有明显的阶段性年际变化特征，且1960年波动幅度异常大，1962年河套地区平均为24.8 d,1964年平均为4.2 d；随着时间推移，春霜冻日数的离散性逐渐变低，且整体呈明显下降趋势[图3（a）],Mann-Kendall趋势检验也反映下降趋势显著（P＜0.01）。从Mann-Kendall突变检测[图3（b）]看出，近61年UF曲线基本为负值，河套地区霜冻日数有明显的下降趋势，特别是1984～2020年这种下降趋势均超过显著性水平0.05临界线，表明河套地区霜冻日数下降趋势是十分显著的。根据UF和UB曲线交点的位置，确定河套地区霜冻日数发生了由多到少的显著突变，具体是从1985年开始。

图3 1960～2020年河套地区春霜冻日数年际变化和Mann-Kendall检验（b）

图4为1960～2020年河套地区春霜冻期最低气温和霜冻日数的线性相关关系，发现两者呈明显负相关关系，决定系数R2（0.8733）达到0.01的极显著水平；最低气温每升高1℃，霜冻日数约减少3.03 d。结合最低气温和霜冻日数的变化趋势可以断定，河套地区春霜冻气候变暖是霜冻日数减少的主要原因。

图4 河套地区春霜冻期最低气温和霜冻日数的线性相关关系

2.2 河套地区春霜冻期最低气温及霜冻日数的空间分布特征

图5是1960～2020年河套地区春霜冻期多年平均与最低气温和霜冻日数空间分布。可以看出，最低气温总体上以河套地区东南、西南向北递减，杭后北部、五原北部、乌前旗北部为低值区（5.1～6.2℃），磴口南部、乌前旗南部为高值区（6.2～7.1℃）；霜冻日数与最低气温在空间变化上呈反向分布，杭后北部、五原北部、乌前旗北部霜冻日数为高值区，这一点也说明了霜冻日数与纬度呈正相关，在霜冻灾害防控上需要引起足够重视。

图5 1960～2020年河套地区春霜冻期平均最低气温（a,单位：℃）和霜冻日数（b,单位：d）空间分布

3 结论与讨论

（1）1960～2020年河套地区春霜冻期最低气温和霜冻日数均发生显著变化，前者上升趋势极为显著，也印证了气候变暖的事实，而后者显著下降，在一定程度上印证了中国北方地球变暖造成霜冻日数减少的论断。另外，春霜冻期最低气温与霜冻日数存在极显著负相关关系，能够更好地揭示霜冻事件对气候变暖的响应。

（2）在空间上，河套地区春霜冻期最低气温和霜冻日数互为反向分布，且空间差异较大。河套地区西南、东南部是最低气温的高值区和霜冻日数的低值区，北部是最低气温的低值区和霜冻日数的高值区。这与张喜林等编著的巴彦淖尔市气象灾害防御规划中提出的霜冻灾害低、中、高风险空间区划基本吻合。

（3）河套地区春霜冻期气候变暖导致春霜冻日数显著减少，整体有利于农业生产，但也有极端气温不确定性，需要当地政府制定相应措施来防灾减灾。同时还应该关注霜冻日数的稳定周期，在霜冻防御、种植结构布局上充分考虑以减轻霜冻危害。

（4）气象部门提供准确的霜冻预报、及时的气象服务，确定事宜的霜冻指标，研究其变化规律。