暖春、晚霜与晚霜冻害探析——以深州蜜桃产区为例

王荣英，王 琼，关钧元，王 霞

1.衡水市气象局，河北衡水 053000；2.雄安新区气象局，河北雄安 071800；3.饶阳国家气候观象台，河北饶阳 053900

近年来，在全球气候变暖大背景下，暖冬和暖春年份增多，而春季气温不稳定性增加，果树花期遭遇晚霜冻害的风险增大，严重影响了果树栽培的经济效益[1-6]。据调查，晚霜冻害与冰雹同为最受果农关注的气象灾害，因此受到从业技术人员和气象服务人员的高度关注。大量研究表明：引发晚霜冻害的根本原因就是果树花期或幼果期遭遇晚霜冻天气，物候条件（花期或幼果期）和晚霜冻天气是发生晚霜冻害的2个先决条件。物候与春季气温密切相关，春季气温偏高则花期或幼果期提前，而此时气温的不稳定性较强，晚霜冻的发生概率较大，发生晚霜冻害的概率较高；晚霜结束日期（即终霜日）偏晚，霜冻发生时果树基本已进入开花或幼果期，同样会引发晚霜冻害。理论上而言，早春气温偏高（以下称暖春），同时终霜日期偏晚（以下称晚霜）的年份，发生晚霜冻害的概率较大。樊晓春等[7]发现春季气温上升能使苹果发育期提前，终霜日期推迟会加剧晚霜冻害的严重程度。

目前，关于果树晚霜冻害风险的研究多是基于固定的物候期（开花期或开花至幼果期）而开展的，屈振江等[8]基于积温、气温和降水等气象因子对主产区苹果花期冻害风险进行了评估；邱美娟等[9]基于苹果花期晚霜冻的出现频率、日数以及终霜日期变化趋势对晚霜冻风险进行了评估；袁佰顺等[10]基于最低气温和不同强度霜冻发生频率，对苹果、桃花果期晚霜冻害风险进行分析。而果树每年的开花时间不尽相同，与早春气温密切相关，将基于早春气温和终霜日期研究果树晚霜冻害的发生概率。

深州蜜桃位于中国四大传统名桃之首，昔日曾为皇家贡品，如今是中国国家地理标志产品、衡水市的特色产品[11]。以深州蜜桃产区——深州市为例，分析实际生产中暖春和晚霜同年出现时晚霜冻害的发生情况，以及暖春、晚霜的气候变化趋势，以期为提升晚霜冻害的预报预警能力、有效避免或减轻晚霜冻害的不利影响奠定基础。

1 资料与方法

选取深州市国家气象站1957—2021年的气象数据、2015—2020年衡水市区域气象站的气象数据和2010—2021年深州蜜桃物候观测资料，以及2001—2021年衡水市果树晚霜冻害资料等，所有气象数据均经过河北省气象信息中心的质量控制，深州蜜桃物候观测资料来源于深州市农业气象观测站，果树晚霜冻害资料来源于衡水市林业技术推广站。

应用气候变化倾向率、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验等统计方法[12]，分析了终霜日期和早春气温的时间演变特征，初步分析了暖春、晚霜与晚霜冻害的关系。

2 结果与分析

2.1 晚霜的时间演变特征

霜冻标准是地面最低温度≤0℃，终霜日定义为前半年最后一次出现地面温度≤0℃的日期。终霜日期晚于多年平均日期的确定为晚霜年份。根据原始气象数据，分别将每年终霜日出现的日序（如将1月1日的日序定义为1，如2020年3月20日的日序为80）标记为终霜日期，用于比较终霜日期的早晚。

深州市1958—2021年（1957年终霜日期缺测）终霜日序呈下降趋势（图1），即终霜日期提前，提前趋势为2.358 d/10年。多年平均终霜日序为100.5，即终霜日期为4月10日前后。从图中可以看出，1997年及以后有超过80%年份的终霜日表现为较平均日期提前，1996年及以前有近60%年份的终霜日表现为较平均日期推后。终霜日序最大值为117（4月27日前后），最小值为74（3月15日前后），均出现在1997年后，期间终霜日期波动较大，最多相差达43 d；1996年及以前终霜日序最大值同样为117，最小值为92（4月2日前后），期间终霜日期波动相对较小，终霜日期最多相差25 d，较1997年以后的43 d偏少18 d。1997年后，气候的不稳定性较1958—1996年有所增强。

图1 1958—2021年深州市终霜的日序变化曲线

对终霜日序进行M-K突变检验，结果表明：1958—2021年深州市终霜日序表现为波动下降，下降趋势在2003年后达到或接近显著水平（P＝0.05）。尤其是2015年后，即深州市终霜日期表现为明显的提前趋势（图2）。终霜日序在1997年（UB和UF的交叉点）发生了突变，即终霜日期发生了气候突变。

图2 1958-2021年深州市终霜日序M-K突变检验

用Morlet小波方法分析深州市1958—2021年终霜日期的周期演变特征，深州市1958—2021年终霜日期存在准16年的振荡周期（图3），且通过了0.01水平的显著性检验，周期异常显著。按照准16年的演变周期，对应其小波实部图可以发现，2013—2021年终霜日期表现为提前的趋势，可推测2021—2029年终霜日期将表现为推后的趋势。

图3 1958—2021年深州市终霜日序的Morlet小波变化及其方差变化

2.2 暖春的时间演变特征

日平均气温达到5℃以上，桃树即可萌芽，深州市日平均气温达到5℃的多年平均日期为3月8日前后；物候观测资料显示：深州市桃树的始花期多集中在3月底—4月上旬。桃树开花日期受3月份气温影响最大，此处将暖春的时段定义为3月份，将3月份平均气温作为暖春的判定要素。通常，气温对果树的始花期起主导作用，3月份气温高，桃树始花期早，反之3月份气温低则始花期迟[13-14]。

1957—2021年深州市3月份平均气温为7.1℃，多年来表现为上升趋势，其线性倾向率为0.66℃/10年。其中，2000年之前多在4℃～8℃波动，2000—2013年 多 在6℃～10℃波 动，2014—2021年多在9℃～11℃波动。用M-K突变检验法对3月份平均气温进行气候突变检验，发现1996年后，3月份平均气温表现为持续上升趋势，2003年上升趋势达到显著水平（P=0.05），在2000年发生了气候突变。

使用Morlet小波分析1957—2021年3月份平均气温的周期演变特征，3月份平均气温存在准7年和19～20年的显著振荡周期，其中19～20年周期异常显著。对应小波实部图中19～20年的振荡周期，可以推测2022—2024年3月份平均气温处于增加阶段，即2022—2024年3月份平均气温偏高。

2.3 暖春遇晚霜年与晚霜冻害分析

关于暖春、晚霜的界定：鉴于终霜日期在1997年、3月份平均气温在2000年发生了气候突变，1997年后终霜日明显提前，2000年后3月平均气温明显升高。以1997年和2000年为界，分别统计了终霜日和3月平均气温前、后2个时段的平均值：终霜平均日期1957—1997年为4月14日，1997—2021年为4月4日，3月份气温平均值1957—2000年为6.2℃，2000—2021年为8.9℃。晚于该时段终霜平均日期的年份定义为晚霜，高于该时段3月平均气温的年份定义为暖春。晚霜和暖春同年发生的年份，1958—1999年间42年中出现了10年，2000—2021年间22年中出现了5年，2个时段内晚霜和暖春同年发生的概率相当，即气候变化未改变晚霜和暖春同年出现的发生概率。

因目前能收集到的较完整的桃晚霜冻害的历史数据多为2000年以后的，所以仅分析2000年后暖春和晚霜同时出现年份的晚霜冻害情况。考虑到单个气象观测站点或因城市发展受周边环境变化较大，影响其数据的代表性，在分析晚霜冻害发生情况时均参考了全衡水市的气象条件（最低气温、地表最低温度、降水、积雪等）。

2001—2021年共出现了12年暖春、9年晚霜，暖春和晚霜同时出现的年份有2006、2015、2018、2020年，期间发生晚霜冻害的年份有2001、2013、2018、2020年（表1）。暖春年晚霜冻害的发生概率为4/12，晚霜年晚霜冻害的发生概率为3/9，暖春又晚霜年晚霜冻害发生概率为2/4，可以发现，暖春和晚霜同时出现的年份晚霜冻害出现的概率较大，约占50%。

表1 2001—2021年深州市果树晚霜冻害发生情况

依此分析2001—2021年发生的每次晚霜冻害过程，其中2013年冻害较轻，其他年份有中等程度以上冻害发生。2001年3月平均气温9.2℃，较常年偏高2.1℃，桃树开花早，3月27—28日全市范围内遭遇-3℃～-2℃的强低温（气温）天气，冻害较重；2006、2015年终霜日期虽然偏晚（4月13日、4月7日），但最低气温多≥0℃且地表最低温度均＞-2℃（衡水市），未达到桃树发生晚霜冻害的指标，故没有冻害发生；2013年有晚霜无暖春，终霜出现前有雨转雪的明显降水过程，过程降水量超过15 mm，大部分桃花上出现积雪，最低气温基本≥-0.9℃，地表最低温度基本＞0℃，有轻度冻害发生，未影响产量（晚霜冻害于疏花疏果前发生）；2018年4月7日气象站最低气温多＜2℃（全市超过70%的区域站＜0℃），地表最低温度均＜-2℃，温度偏低，有中度冻害发生，对产量有不利影响；2020年4月22—23日气象站最低气温多为-0.9℃～3.1℃，地表最低温度多＜-1℃，时值桃树幼果期（耐寒性最差，且已疏果），有中等偏重程度的冻害发生，对产量和品质影响较大。

比较以上几次晚霜冻害过程发现：桃树开花期，当全市气象站最低气温多＜0℃，或地表最低温度多＜-2.0℃时，桃树发生冻害的可能性较大；幼果期地表最低温度多＜-1℃时就可发生冻害，较开花期更不耐冻；积雪或会加重冻害发生程度。

3 小结与讨论

3.1 小结

（1）1958—2021年深州市多年平均终霜日期为4月10日前后，期间终霜日期表现为提前趋势，其线性倾向率为2.358 d/10年，提前趋势在2003年达到或接近显著水平（P＝0.05），尤其是2015年后；在1997年发生了气候突变。终霜日期存在准16年的振荡周期，且通过了0.01水平的显著性检验，周期异常显著。1997年以后，年际间终霜日期的波动增大，春季气温的不稳定性增强。

（2）1957—2021年深州市早春（3月份）平均气温为7.1℃，多年来表现为上升趋势，其线性倾向率为0.66℃/10年，尤其是1996年后，表现为持续上升趋势，2003年上升趋势达到显著水平（P＝0.05）；2000年发生气候突变。早春平均气温存在准7年和19～20年的显著振荡周期，其中19～20年周期表现异常显著。

气候变化未改变暖春和晚霜同年出现的发生概率。深州市2001—2021年的气象、物候和果树冻害资料表明：暖春和晚霜同时出现的年份，晚霜冻害出现的概率较大，约占50%。

3.2 讨论

暖春年份，果树物候期提前，但此时气温很不稳定，增加了发生晚霜冻害的风险；晚霜年份，终霜发生时，果树多已进入花期或幼果期，耐寒能力下降，同样增加了发生晚霜冻害的风险，可见暖春或晚霜与晚霜冻害的发生与否密切相关。但晚霜冻害的发生程度要取决于物候期、最低气温及低温持续时间、地表最低温度以及积雪情况等，此处仅对暖春、晚霜与晚霜冻害是否发生的相关性做了定性分析，关于晚霜冻害发生程度的定量分析有待进一步研究。

因获取的物候记录和果树冻害资料的年限不长，在判定暖春和晚霜同时出现的年份里晚霜冻害出现的概率上或有一定的局限性。近年来，随着果园小气候监测站的建设，发现果园内的小气候与常规气象站或存在明显差异,如2020年4月22—23日，深州市气象站与临近桃园内的最低气温相差6.9℃，桃园内小气候与晚霜冻害的发生有更好的相关性，只是果园小气候数据的年限较短，不足以用来进行气候变化分析，今后将继续关注。