宝鸡地区倒春寒时空分布特征及预报指标分析

李恩莉

(宝鸡市气象局，陕西 宝鸡 721006)

1 引言

随着全球气候变暖的加剧，极端天气气候事件出现的频率和强度不断加大，2021年郑州特大暴雨、2022年全国极端高温干旱等都与气候变暖有着一定的关系，受此影响，我国农业气候资源与农业气象灾害也呈现出剧烈的变化，倒春寒作为农业气象灾害的一种，在农业生产过程中受到高度关注，很多学者对倒春寒的时空分布特征、气象指标建立以及灾害影响等方面进行了研究。李勇等从气候突变等方面对贵州省倒春寒灾害的时空分布特征进行了研究，指出贵州无倒春寒发生的频率最大，其次是重级以上倒春寒。李德萍等对青岛地区的倒春寒时空特征进行了研究，并得出青岛倒春寒气象指标，为提高作为防御能力提供了有力参考。徐岩岩等采用集合经验模态分解的方法分析了河南省倒春寒时空特征。赵刚等采用主成分分析法构建了江苏省的倒春寒评估模型，并对江苏省多年发生的倒春寒过程进行了评估，马德栗等同样利用主成分分析法构建了倒春寒评估模型，对湖北省倒春寒过程进行了评估。杨文刚等利用平均气温距平和持续时间建立了倒春寒气象指标和等级划分标准。高操等分析了山东省不同强度倒春寒的时空变化特征，并指出山东省倒春寒发生强度与环流指数有相关性。杨莉等在分析贵阳市倒春寒发生规律的基础上，概括出了典型重度倒春寒和无倒春寒年的环流模型，并给出倒春寒的防御措施。倒春寒作为低温冻害的一种，也是对宝鸡春季农业生产危害最严重的气象灾害之一。3～4月份正值宝鸡小麦返青拔节、果树开花坐果以及烤烟、花椒等经济作物生长关键期，若受到倒春寒天气的影响，会造成农作物茎叶组织冻伤，果树花果脱落，从而造成严重影响。因此，分析研究宝鸡倒春寒天气的发生规律及其预报指标，对宝鸡农业生产及农业气象服务有重要的意义。

2 研究区域与方法

2.1 资料与方法

选取宝鸡11个县区气象站1974～2019年3～4月份逐日最高、最低和平均气温资料，NCEP/NCAR再分析资料,分辨率为2.5°×2.5°，利用统计学方法分析宝鸡倒春寒多时间尺度变化规律，利用克里金插值法分析倒春寒空间分布特征；采用天气学方法分析中度以上倒春寒天气的环流形势，得出宝鸡中度以上倒春寒天气预报指标。

2.2 倒春寒标准

按照倒春寒气象指标(GB/T34816-2017)，结合宝鸡本地气候特点，制定出宝鸡市倒春寒标准(表1):3月1日至4月30日，日平均气温或最低气温24 h降幅首次达到3 ℃或以上的日期为倒春寒开始日期，日平均气温稳定回升到当日所在滑动候的平均气温气候标准值的日期为倒春寒的结束日期，根据降温幅度和持续时间又将倒春寒分为4个等级(表1)，其中，ΔT24、ΔT48分别为某站24 h、48 h气温降幅，δT为该站气温距平，L为倒春寒持续时间。

表1 宝鸡市倒春寒等级标准

2.3 各强度“倒春寒”发生的频率(Fi)

Fi=ns/N×100%。

(1)

式(1)中:s表示“倒春寒”等级；N为某站气象资料的年数；ns为发生相应等级“倒春寒”的总时间。

3 宝鸡市倒春寒时空分布特征

3.1 宝鸡市倒春寒发生次数的空间分布特征

1974～2019年宝鸡市不同等级倒春寒发生次数见表2，可以看出，各县区不同等级倒春寒出现的占比不同，倒春寒发生总次数太白最多179次，扶风最少150次；轻度倒春寒发生次数岐山最多149次，最少仍为扶风128次；中度倒春寒发生次数陇县最多27次，凤翔最少13次；重度倒春寒各县区出现次数为1～3次，其中太白未出现重度倒春寒；严重倒春寒各县区出现次数为1～6次，值得注意的是，除眉县的重度倒春寒次数多于严重倒春寒外，其余县区均为严重倒春寒次数多于重度倒春寒。从各个等级倒春寒过程发生次数占比来看，轻度倒春寒发生次数最多，全市平均占比85.6%，中度倒春寒发生次数为次多，平均占比为11.5%，严重倒春寒平均占比为1.8%，发生次数最少为重度倒春寒，平均占比仅为0.8%。

表2 1974～2019年研究区倒春寒发生次数 次

采用克里金插值法对宝鸡市倒春寒总次数的空间分布进行分析(图1)，从图中可以看出，倒春寒发生总次数呈南北山区多，川塬县区少的特征，其中南部县区多于北部县区，全市范围太白最多179次，另外一个高值中心位于麟游169次；全市最少的县区为扶风150次，次少为渭滨152次。

图1 1974～2019年研究区倒春寒总次数空间分布

图2为宝鸡不同等级倒春寒出现次数的空间分布，由图可见，轻度倒春寒呈东西少、南北多的特征，高值中心位于太白和岐山(149次和148次)，扶风出现最少128次，另一低值中心出现在渭滨132次。中度倒春寒呈南北山区多川塬区少的的特征，高值中心位于陇县27次，低值中心在凤翔和扶风,分别为13次和14次。重度倒春寒呈东多西少的特征，出现次数较其他等级为最少，最多为岐山3次，凤县则未出现过重度倒春寒。严重倒春寒呈南多东少的特征，高值中心位于太白和凤翔，出现次数分别为6次和5次，岐山眉县一带出现最少，仅出现过1次。

图2 1974～2019年研究区不同等级倒春寒出现次数空间分布

3.2 成因分析

分析宝鸡不同等级倒春寒空间分布特征可知，太白、麟游、岐山、凤翔是倒春寒高发区，川道县区出现次数最少。分析原因，主要与宝鸡的地形相关。宝鸡境内南、西、北三面山，中部低平，东部敞开，以渭河为中轴，呈尖角开口槽形。南部山区和北部塬区海拔较高，晴空时温度更容易下降，中部渭河川道海拔较低，地势平坦，辐射降温较海拔高的地带弱一些。

3.3 宝鸡倒春寒时间变化特征

3.3.1 年代际变化

宝鸡全市平均倒春寒发生次数呈明显的年代际变化(图3)，总次数20世纪80年代最多424站次，20世纪70年代最少269站次；轻度倒春寒20世纪80年代最多384站次，20世纪70年代最少236站次；中度倒春寒21世纪00年代最多72站次，20世纪70年代最少21站次；重度倒春寒21世纪00年代最多6站次，20世纪90年代则没有出现；严重倒春寒21世纪00年代最多22站次，20世纪70年代最少1站次。由此可见轻度倒春寒发生次数的年代际变化特征与总次数相同，这与轻度倒春寒次数占比最多密切相关。

图3 1974～2019年研究区不同等级倒春寒发生次数年代际变化

3.3.2 年际变化

宝鸡倒春寒发生总次数呈现逐年下降的趋势(图4)，下降速率为2.6站次/10a，2019年总次数最少10站次，1980年最多59站次；与总次数相同，轻度倒春寒发生次数以3.5站次/10a的速度下降；中度到严重倒春寒均呈逐年上升趋势，中度倒春寒上升速度最大0.7站次/10年，重度和严重倒春寒上升速度均为0.2站次/10a。由此可见，宝鸡市倒春寒天气在减少，但强度较强的倒春寒过程在增多，表明随着全球气候变暖的加剧，灾害性天气的强度在加强，极端天气的频数呈增长趋势。

图4 1974～2019年研究区不同等级倒春寒出现次数年际变化

3.3.3 月变化

图5为1974～2019年宝鸡全市平均不同等级倒春寒出现次数的月际变化，由图5可见，各个等级倒春寒出现次数均为4月份多于3月份，宝鸡全市平均总次数4月份为91次，占比53%，3月为79次，占比47%；轻度倒春寒4月份77次，3月份65次；中度4月份11次，3月份6次；3月份未出现过重度以上等级的倒春寒天气；4月份全市平均出现重度倒春寒1次，严重倒春寒2次。4月份天气逐渐回暖，气温回升，此时遇到冷空气影响，降温更为明显。

图5 1974～2019年研究区平均不同等级倒春寒3～4月份变化

3.3.4 旬变化

1974～2019年宝鸡全市平均不同等级倒春寒旬变化见图6，总次数4月中旬最多33次，占比20%，3月上旬最少18次，占比11%；轻度倒春寒特征与总次数相同，最多为4月中旬28次，最少为3月上旬16次；中度倒春寒4月中旬和下旬均为4次，3月中旬最少，仅1次；重度倒春寒仅在4月下旬出现过1次，4月上旬和中旬分别出现过1次严重倒春寒天气，由此可见，3月上旬倒春寒天气出现次数最少，且未出现过中度以上等级的倒春寒天气。

图6 1974～2019年研究区平均不同等级倒春寒发生次数逐旬变化

3.3.5 倒春寒发生频率

表3为宝鸡市不同等级倒春寒天气的发生频率，可以看出轻度倒春寒出现频率最高，各县区均在95%以上，其中凤翔、千阳、太白、凤县出现频率达100%，说明这四县区每年都会出现轻度倒春寒天气。出现频率次高的为中度倒春寒天气(28.3%～45.7%)，其中凤县、太白出现频率最高(45.7%和41.3%)，凤翔出现频率最小(23.9%)。值得注意的是，全市范围内严重倒春寒天气的出现频率高于重度倒春寒，其中凤翔出现重度倒春寒天气的频率最多8.7%，凤县未出现过重度倒春寒天气；严重倒春寒天气的出现频率太白最多13%，其次为凤翔10.9%，眉县和岐山则最少2.2%。此特征为宝鸡做好倒春寒天气的预报和农事服务提供参考依据。

表3 研究区各等级倒春寒的出现频率 %

3.4 倒春寒初终日特征分析

3.4.1 倒春寒初终日时间变化特征分析

倒春寒初日指某气象站每年首次达到倒春寒标准的开始日期，倒春寒终日指某气象站每年最后一次倒春寒天气末日的终止日期。这里以3月1日记为1，以此类推，4月1日记为32, 4月30日记为61，建立倒春寒初终日期序列，选取陈仓代表川道，凤翔代表塬区，陇县代表北部山区，太白代表南部山区，对宝鸡倒春寒初终日时空变化特征进行分析。

宝鸡倒春寒初日逐年变化见图7a，1974～2019年倒春寒过程川道平均初日为3月12日，最早日期为3月2日，最晚为4月25日，近46年初日呈逐年推迟的趋势，速率为1.3d/10a。塬区平均初日为3月14日，最早日期为3月1日，最晚为4月18日，近46年初日以2.4d/10a的速度推迟，北部山区平均初日为3月10日，最早日期为3月1日，最晚为4月5日，近46年初日呈现缓慢提前趋势，速度为0.2d/10a。南部山区平均初日为3月10日，最早日期为3月1日，最晚为3月31日，近46年初日无明显变化。

分析宝鸡全市倒春寒终日逐年变化(图7b)可知，1974～2019年川道倒春寒平均终日为4月20日，最早日期为3月31日，最晚为4月27日，近46年终日呈逐年提前的趋势，速率为0.3 d/10a；塬区平均终日为4月19日，最早日期为3月19日，最晚为4月28日，近46年终日以0.5 d/10a的速度提前；北部山区平均终日为4月18日，最早日期为3月19日，最晚为4月28日，近46年终日以1.1 d/10a的速度提前。南部山区平均终日为4月20日，最早日期为3月21日，最晚为4月28日，近46年终日呈现推迟趋势，推迟速率为1.3 d/10a。

图7 1974～2019年研究区倒春寒初日、终日逐年变化

3.4.2 倒春寒初终日空间变化特征分析

对宝鸡各县区倒春寒初终日气候倾向率空间分布(图8)进行分析，可见，各县区倒春寒初日均为推迟趋势(图8a)，全市初日呈现东北-西南向推迟速度快、西北-东南向推迟速度慢的特征，其中麟游和凤县推迟最为明显，推迟速度最为缓慢的地区为西北部陇县一带和东南部扶风眉县一带。而终日气候倾向率(图8b)除太白一带为正外，其余县区均为负，且自南向北逐渐减小，即除太白倒春寒终日呈推迟趋势外，其余县区均为提前，推迟速率最高的县区为岐山1.6d/10a。由此可见，总体而言，宝鸡倒春寒呈现初日推迟而终日提前的特征，这与全球气候变暖有着密切的关系。

图8 1974～2019年研究区倒春寒平初日、终日气候倾向率空间分布

4 环流形势分析

根据宝鸡灾害性天气日常惯例，定义全市4个及以上县区出现灾害性天气，则本次过程为一次区域性过程，经统计，1974～2019年宝鸡出现区域性中度倒春寒天气过程19次，重度倒春寒过程1次，严重倒春寒过程3次。利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°高度场、温度场及海平面气压场等再分析资料，对区域性中度以上倒春寒天气过程中的环流形势进行分析。

4.1 地面形势分析

对中度以上倒春寒天气过程发生前48 h的地面形势进行分析发现，地面冷高压主体位于50°N以北、90～100°E之间，宝鸡地区受暖低压控制，持续增温，倒春寒发生前宝鸡平均气温较常年同期异常偏高，经统计，偏高2 ℃以上达12次，偏高4 ℃以上达6次，前期增暖为倒春寒的发生提供了有利的背景条件。

经统计，倒春寒发生时，影响宝鸡的冷空气移动路径主要有4条(图9)，分别是西北路、北路、西路和东路。其中重度以上倒春寒发生时，冷空气路径以北路为主，其次为西北路，地面冷高压中心均在1040 hPa 以上，锋区走向呈东北-西南向，锋区强度达25 hPa/10纬距。中度倒春寒发生时，冷空气路径则以西北路为最多(11次)，其次为东路(4次)，北路冷空气影响3次，西路冷空气影响仅1次。冷高压中心为1030～1040 hPa，经统计，西北路冷空气影响时冷高压强度大于东路冷空气，锋区走向以西北-东南向为主，其次为南北向和东西向，锋区强度则明显小于重度倒春寒。

图9 不同路径冷空气影响的地面气压场

4.2 高空形势分析

对中度以上倒春寒过程发生时的高空环流形势进行分析可知，500 hPa高度场上以2种环流形势为主，一种是“两槽一脊”型(图10a)，即中高纬度地区高度场呈两槽一脊形势，巴尔喀什湖以东至贝湖地区为长波脊，乌拉尔山和贝湖以东分别为低槽区，冷空气在贝湖东侧堆积，宝鸡受高压脊前西北气流控制，此种形势降温强度最大，但不伴有降水。另一种形势是“一槽一脊”型(图10b)，中高纬度上乌拉尔山以东为长波脊，欧亚地区为宽广的槽区，冷空气在巴尔喀什湖一带堆积，宝鸡市上空气流平直或多短波槽活动，此种倒春寒天气一般伴有降水出现。

图10 中度以上倒春寒天气500hPa高度场(实线)和温度场(虚线)

4.3 倒春寒天气预报指标

对1974～2019年宝鸡中度以上倒春寒天气过程的天气形势进行分类统计分析，得出宝鸡市倒春寒天气预报指标(表4)，为宝鸡农业气象服务提供参考。锋区强度和等温线数量指30～40°N、100～110°E的范围内。

由表4可见，中度倒春寒天气发生时，500 hPa冷中心温度为-44～-32 ℃，锋区强度为15～20 hPa/10纬距；700 hPa冷中心温度为-28～-16 ℃，等温线数量为4～6条，850 hPa冷中心温度低于-16～-8 ℃，等温线数量为3～5条。重度以上倒春寒天气发生时，500 hPa冷中心温度低于-36 ℃，锋区强度大于25 hPa/10纬距，700 hPa冷中心温度低于-20 ℃，等温线数量为5～6条，850 hPa冷中心温度低于-16～-12 ℃，等温线数量为6条。

表4 宝鸡市中度以上倒春寒天气预报指标

5 结论

(1)受地形影响，宝鸡市倒春寒过程总体呈南北山区多中部川道少的特征，其中太白和麟游、岐山、凤翔一带为高发区，川道县区为低发区。

(2)宝鸡不同等级倒春寒过程呈现多时间尺度变化的特征，总次数和轻度倒春寒为20世纪80年代最多，20世纪70年代最少；中度以上倒春寒出现最多的年代均为21世纪00年代，20世纪90年代则没有出现过重度倒春寒。轻度倒春寒呈逐年下降趋势，中度以上倒春寒则呈逐年上升趋势；各个等级倒春寒过程4月份多于3月份；逐旬变化来看，3月上旬倒春寒天气出现次数最少，且未出现过中度以上等级的倒春寒天气，重度倒春寒仅在4月下旬出现过1次，4月上旬和中旬分别出现过1次严重倒春寒天气。另外，倒春寒天气呈现初日推迟终日提前的趋势，这与气候变暖有着密切的关系。

(3)影响宝鸡中度以上倒春寒天气的冷空气路径由多到少依次是西北路、东路、北路和西路，500 hPa高度场上中高纬度以“两槽一脊”或“一槽一脊”形势为主，其中前者降温幅度较大，一般无降水出现，后者影响下一般伴有降水出现。另外，前期回暖也是宝鸡倒春寒过程强度加大的原因之一。

(4)利用统计学方法和天气学原理，从高低空冷空气的强度、锋区强度、地面冷空气路径等方面着手，建立了宝鸡中度以上等级倒春寒天气预报指标，为宝鸡倒春寒天气预报及农业气象服务提供科学支撑。