扶绥县春耕春播期低温阴雨的变化规律和发展趋势

崖伟松 黄丽球 莫申萍 黄小晏 蒙小寒*

（1.广西东亚扶南精糖有限公司，广西 崇左532199；2.广西贵港市气象局，广西 贵港537100）

气象条件和农业生产之间联系非常紧密，[1]同时在所有的影响因素中最为明显的因素是极端气候和气候变异。目前全球变暖，气温和降水形势也在变幻莫测，农业气象灾害加重趋势明显，农业生产波动性增大，作物品质产量受严重影响。[2]极低温阴雨是灾害性农业天气的一种，主要表现为阴雨、偏低气温、偏少日照，每当持续时间相对较长时在农业生产的危害则较明显。[3]一段时间以来，低温阴雨灾害和暴雨、台风、霜冻等极端天气不一样，它的发生表现速度一般，人们对这一灾害的重视程度不够。随着认识不断深入以及低温阴雨灾害对农业生产和日常生活影响的加剧，人们逐步提高这种灾害的认知。进一步研究极端气候事件发生概率和极端气候事件灾损评估对揭示其变化规律以及发展趋势有重要意义。[4]前人对低温阴雨天气的研究主要是天气特征、预报模式和灾害风险等方面[5-7]，也有关于区域低温阴雨天气变化趋势和变化周期的研究[8-10]。扶绥县是崇左市的水稻种植大县，研究低温阴雨灾害出现规律和特征、变化趋势、轻重程度等，对绿色农业发展以及农业气象防灾减灾有着重大意义。本文对扶绥县低温阴雨的研究主要基于日平均气温，通过一元回归分析、累积距平分析、Morlet小波等方法，分析扶绥县春耕春播期低温阴雨的趋势和周期震荡等变化规律，评估早稻播插期受低温阴雨的影响程度，为当地早稻种植充分利用有效资源环境、合理规划生产以及深入相关研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

资料选取扶绥县1961年2月21日至2020年4月20日逐日平均气温、年平均气温、日最低气温等气象资料。

1.2 分析方法

运用累积距平分析、一元回归分析、滑动平均法、Morlet小波等方法进行研究，分析扶绥县60年春耕春播期低温阴雨发生的变化规律。

1.2.1 Morlet小波 Morlet小波分析对于研究变化周期是其中方法之一，无论在理论和应用上都相当成熟[11-13]。Morlet小波是经常用的非正交小波，不存在尺度函数，它的一般表达为：

式中：V0是小波中心频率。Morlet小波系数的闭合区域表现不同时间尺度特征信息，在相差异时间上的概率趋势和位相两方面的信息，分析对象在该时间为正值的小波系数则表现为偏多期，分析对象在该时间为负值的小波系数则表现为偏少期，突变点为零值。

1.2.2 低温阴雨 低温阴雨标准[14]：日平均气温连续3天或以上≤12℃，或日平均气温连续5天以上≤14℃。根据扶绥县农业部门提供的当地春耕春播期的相关播种资料和扶绥县春耕春播气象服务期，综合考虑历年低温阴雨的影响程度，本文中低温阴雨统计的时间定为每年的2月21日至4月20日。

2 结果与分析

2.1 低温阴雨的概况与发展趋势

低温阴雨的次数和日数的发展趋势和出现概率，由图1可知，1961—2020年扶绥县的年平均气温呈现振荡上升的趋势，增温倾向率为0.13℃/10年，90年代末到2010年是明显的增暖期，春耕春播期（2月21日至4月20日）的增温倾向率为0.22℃/10年。从图2中低温阴雨总日数五年滑动平均曲线显示，在所研究的60年里，扶绥县春耕春播期的低温阴雨发生大致经历了四个阶段性年际变化，20世纪60年代初至60年代末为上升期，70年代初至70年代末为震荡向下阶段，80年代初至80年代中为直线上升阶段，80年代中至21世纪初为震荡向下阶段，21世纪以来低温阴雨的概率较低，且发生低温阴雨的持续日数震幅度较小。以21世纪为节点，21世纪前40年平均每年低温阴雨日数日比21世纪后的20年多，且出现的概率高，也就是说平均低温阴雨日数体现了由多变少的过程，年平均气温和春耕春播期平均气温出现了先冷后暖的发展趋势，这与陈隆勋等人[15，16]关于中国出现异常变暖趋势的研究结论相符。

图1 扶绥县1961—2020年年平均气温、春耕春播期平均气温波动线

扶绥县1961—2020年期间有33年出现低温阴雨天气，占研究期间年份的55%，平均每2年有1次低温阴雨，累计出现低温阴雨过程共46次。从图2中可以看出，扶绥县春耕春播期低温阴雨最多1年出现3次，为1976年；持续日数最长出现在1985年，有2次过程共计21天，占据了当年整个春耕春播期的75%，同时扶绥县1985年的年平均气温和春耕春播期平均气温均为研究期间的最低值。

图2 扶绥县1961—2020年低温阴雨总日数和过程次数变化曲线

近60年扶绥县出现的低温阴雨总日数为229天，平均每年低温阴雨日数为3.8天，平均每次低温阴雨的日数为6.9天。结合表1看，扶绥县发生低温阴雨持续总日数主要集中在大于等于5天且小于10天的范围，占低温阴雨年份的54.5%，大于等于10天的低温阴雨仅有4年，占低温阴雨年份的12.1%。90年代末至2020年间，无低温阴雨的年份占79%，仅有3年出现低温阴雨，分别是1998年、2000年、2007年。

表1 扶绥县1961—2020年的低温阴雨日数年份发生分布表

2.2 春耕春播期平均气温与低温阴雨发生日数、结束期的关系

2.2.1 低温阴雨发生日数、结束期与低温阴雨轻、重年、异常年 低温阴雨异常年：世界气象组织（WMO）对异常事件[17]规定，相关对比序列距平达到两倍标准差（2a）的事件。扶绥县近60年低温阴雨总日数标准差a为7天，将2a（即14天）定义为异常年。据数据统计，1978年（14天）和1987年（21天）为低温阴雨异常年。

对扶绥县的低温阴雨结束期、发生日数历年变化序列整理，取结束期距平≥5d（偏晚5d以上），且总日数距平≥3d的年份为低温阴雨偏重年；[18]取结束期距平≤-5d（偏早5d以上），且总日数距平≤-3d的年份为低温阴雨偏轻年。

按上述统计标准，利用累积距平分析方法统计扶绥县近60年低温阴雨情况：低温阴雨最早的结束期出现是2月25日，分别是1995年和2019年，结束期最迟出现是4月4日，平均结束日期为3月16日。平均日数为3.8天/年。从表2中可看出，低温阴雨主要以中度年份为主，占60.6%；低温阴雨的偏重年份出现13次，分别为1968年、1970年、1972年、1976年、1982年、1985年、1987年、1988年、1992年、1993年、1996年、1998年、2007年，占39.4%，集中出现在60年代末至90年代末，其中最重年份为1985年，总日数距平为14天，结束期距平为16天。

表2 1961—2020年扶绥县春耕春播期低温阴雨年份统计表

2.2.2 春耕春播期低温阴雨平均气温与结束期、低温阴雨发生日数的相关性 分别对扶绥县春耕春播期平均气温与结束期序列、平均气温低温阴雨发生日数进行相关分析，具体见表3，其相关系数分别为-0.62和-0.72，都通过了&=0.005的显著性检验，两组序列均具有较高的相关性。这表明春耕春播期结束期、低温阴雨发生日数与春耕春播期的平均气温具有明显的负相关变化趋势。从表3中的回归方程可以预测春耕春播期平均气温变动对结束期、低温阴雨发生日数的影响水平。经分析可知，春耕春播期如果平均气温高1℃，则低温阴雨结束期相对提前约6.5天，低温阴雨发生日数相对减少约2.4天。

表3 扶绥县春耕春播期平均气温与低温阴雨日数、结束期的相关方程

2.3 Morlet小波分析扶绥县低温阴雨日数周期性分布特征

选用Morlet小波分析扶绥县1961—2020年低温阴雨日数序列和频率域，可以更清楚了解扶绥县近60年低温阴雨日数的振动变化的周期性和低温阴雨天气过程的重轻。小波系数的负数值越小代表低温阴雨日数越偏小，小波系数的正数值越大代表低温阴雨日数越偏大，小波系数的零值代表突变点；小波系数绝对值反映低温阴雨日数突变程度的大小，小波系数绝对值越大突变程度越大，同时也表明序列时间尺度变化越显著[19]；因研究需要正小波系数区域突出且随着正值加大其区域的颜色则逐渐加深显示。

图3是近60年扶绥县低温阴雨总日数的小波变换实部等值线图。图中，为更直观反映变化趋势，小波系数<0为无色区域，即低温阴雨日数偏少，扶绥县处于无低温阴雨或者低温阴雨偏少时期；小波系数>0为灰褐色区域，即低温阴雨日数偏多，扶绥县处于低温阴雨偏多时期。由图3表明，扶绥县低温阴雨日数序列有3个清晰的时间尺度，分别为2年、4年、8年。特别明显的是8年的振荡周期，而2年、4年的振荡周期相对偏弱。8年特征时间尺度为20世纪70年代中期、80年代中期、90年中期以及2013年前后的低温阴雨日数序列中比较明显。扶绥县春耕春播期发生了2次低温阴雨日数多与少的相互交替，显示出2个多阴雨期和2个少阴雨期，扶绥县低温阴雨日数的年际变化曲线特征与等值线特征基本一致。由此可以知道扶绥县低温阴雨日数出现周期以8年为主，但也同时也有2年和4年的弱周期可能性。目前值线图中的褐色实部位等值中心还未闭合，由此可以判断未来一到两年（2021—2022年）扶绥县发生低温阴雨日数较多的可能性仍较大且处于4年的周期等值线范围内振荡。

图3 扶绥县1961—2020年低温阴雨总日数小波变换实部等值线图

3 小结

3.1 扶绥县低温阴雨变化特征

扶绥县春耕春播期的低温阴雨发生大致经历了四个阶段性年际变化，以21世纪为节点，21世纪前平均每年低温阴雨日数日比21世纪后多，且出现的概率高。近60年扶绥县有33年出现低温阴雨，占研究期间年份的55%，也就是说平均每2年有1次低温阴雨，平均每年低温阴雨日数为3.8天，平均每次低温阴雨的日数为6.9天。从发生低温阴雨的日数概率统计分析可知，主要集中发生在大于等于5天且小于10天的范围，占低温阴雨年份的54.5%。

3.2 春耕春播期平均气温与结束期、低温阴雨发生日数的关系

扶绥县近60年低温阴雨平均结束日期为3月16日，平均日数为3.8天/年。低温阴雨主要体现为中度年份，占60.6%；低温阴雨的重年累计为13次，占39.4%。春耕春播平均气温变化与低温阴雨日数、结束期呈反位相显著性相关变化趋势。春耕春播期如果平均气温高1℃，则低温阴雨结束期相对提前约6.5天，低温阴雨发生日数相对减少约2.4天。

3.3 扶绥县低温阴雨日数振荡周期

通过Morlet小波分析可知，扶绥县低温阴雨日数序列有3个清晰的时间尺度，分别为2年、4年、8年。特别明显的是8年的振荡周期，而2年、4年的振荡周期相对偏弱。未来一到两年（2021—2022年）扶绥县发生低温阴雨日数较多的可能性仍较大且处于4年的周期等值线范围内振荡。

3.4 低温阴雨对早稻生长的影响及防御措施

水稻需要经过四个阶段才能从播种到长成秧苗。秧苗长出3片完全叶前最容易受低温阴雨的影响，如果受连续阴雨低温天气影响，早稻幼苗不但耗尽了种子本身自带的胚乳营养，又没有能通过叶片的光合作用及时补充养分，会发生“饥饿”现象，抵抗能力弱[20]，主要体现为:①烂秧。②苗期长势弱。③耽误晚稻播插。低温阴雨对早稻生长的影响还体现在秧田期和移栽前期，当秧苗移栽大田返青后已经能够及时补充养分，对于抵抗低温阴雨的能力也逐渐加强。

露地育秧，注意夜间灌深水的保温作用，但不应长时间积水，可深浅水交替，既提高土温，又防止无氧呼吸的影响，或在夜间搭支架拱膜保护秧苗，减少辐射冷却，同时密切关注天气变化，控制留水深浅以及时间。拱膜覆盖育秧或者大棚育秧，都可以有效地保温护苗，但在回暖或者出现阳光时，根据温度升高的情况，秧田可适当灌水（深水或者浅水）或者适当揭膜口、打开大棚门口进行通风，以避免高温烧苗。