印江县霜冻变化特征分析及农业气象服务建议

符 晴，韩 璐，任 可，吕春艳，谢仁波

（1.印江县气象局，贵州印江 555200；2.贵州电网有限责任公司铜仁供电局，贵州铜仁 554300；3.铜仁市气象局，贵州铜仁 554300）

在全球变暖的大背景下，极端短时强降水、高温干旱、冰川融化等灾害性天气严重威胁着人类的生产生活、生命财产及经济效益等。且气候变化对农业领域的影响巨大，尤其是霜冻灾害对农作物的生产和产量都有着较大的危害。国内外的学者们在霜冻方面开展了大量的研究，并取得较好的结果。秦俊灵等利用沧州市近50 年的气象资料发现霜冻日变化趋势为整体逐渐减少，以及初霜日推迟而终霜日提前结束[1]。吴伟光等通过研究张家口市高寒区4 个气象观测站的霜冻资料，发现无霜日整体呈增长趋势，初霜日逐渐推迟，终霜日结束时间呈提前趋势[2]。冯淑霞等分析了东北地区不同类型的霜冻、霜形成的物理机制以及对农业的影响[3]。关于霜冻的研究主要集中在北方地区，而南方地区的研究较少。

目前，关于南方地区的霜冻研究主要从气候变化特征、发生的物理机制和对农业生产的影响、模型模拟等方面展开。吴瑕等基于浙江省日最低气温和地形数据，构建了本地化气温模型，该模型可以较好地模拟浙江省霜冻期的月平均最低气温[4]。姚浪等利用毕节市近30 年的气象数据发现霜冻日数逐渐减少，在空间上呈西多东少趋势，终霜冻日呈提前结束趋势[5]。陈海涛等利用六盘水市1961—2010 年气象资料，发现六盘水市的霜冻日数逐渐增长，初霜冻日趋于延迟出现而终霜冻日提前结束[6]。张丽等利用芜湖市1960—2011 年的气象资料分析了霜冻的变化规律、霜冻引起的农业方面的灾害，以及提供相关的防御指南[7]。

在南方山地地区，受地形影响同一地区不同区域的气候差异较大，尤其是南方山区易出现“霜打平地”现象。贵州省印江县地处湘鄂川黔四省交界的武陵山区，该县大力发展优质蔬菜、草本中药材和水稻等主要经济作物种植[8-9]。蔬菜、草本中药材等与霜冻联系紧密，无霜期、初霜冻日、终霜冻日等涉霜天气是开展农事前必须征集的气候资料之一[10-11]。但印江县缺乏本地霜冻天气的气候特征指标，因此，本文利用1960—2020 年印江县国家气象观测站日最低气温、日最低地面温度、日照时间、降水等气象资料，分析了霜冻日的年际变化、月变化及无霜期和初霜冻日、终霜冻日的变化特征，讨论了霜冻期间的气候特征（日最低温度、日最低地面温度、降水和日照变化特征），阐述了霜冻对农业的影响及农业气象服务建议。本研究能为该县霜冻天气的气候特征指标、作物栽培提供更精准的科学依据，为农业生产、农牧活动和粮食安全提供一定科学参考，有利于提升霜冻的短临预报预警能力。

1 材料与方法

1.1 材料

本文利用印江县国家气象观测站的逐日日最低气温、日最低地面温度、日照时间、降水、风速等气象资料，时间为1960—2020 年。

1.2 方法

霜冻日指的是日最低地面温度≤0 ℃。初霜冻日为冬季（10—12 月）首次日最低地面温度≤0 ℃的第1 天，终霜冻日为次年春季（1—3 月）最后一次日最低地面温度≤0 ℃的最后1 天。

本研究采用一元线性回归分析法来分析霜冻日数、无霜期、初霜冻日和终霜冻日的年际变化情况。在线性回归分析中，不同年份（1960—2020 年）为自变量，每年的霜冻日数、无霜期、初霜冻日和终霜冻日为因变量，二者的关系用一条直线近似表示。

2 结果与分析

2.1 霜冻日数的年际变化

经统计可知，印江县霜冻期为每年11 月至次年3 月，1960—2020 年以来，共出现1 048 d 霜冻日，年平均霜冻日数为17.2 d。1963 年是历年霜冻日数最多的年份，霜冻日数为38 d；2019 年霜冻日仅为3 d，为历年最低。为了进一步了解霜冻日数的年际变化，对逐年的霜冻日数进行线性拟合，如图1 所示，霜冻日的回归系数为-0.23 d·a-1，该结果表明，霜冻日数整体呈下降趋势，约每10 a 减少2.3 d，印江县1960—2020 年霜冻日减少了14.03 d。

图1 印江县1960—2020 年霜冻日变化情况

2.2 霜冻日数的月变化

经统计可知，印江县的霜冻每年出现在11 月至次年3 月，主要出现在12 月至次年2 月，其中1 月为出现霜冻日最多的月份，共出现467 d，年平均霜冻日数为7.8 d，12 月和2 月次之，共出现534 d，年平均霜冻日数分别为5.4 d 和5.3 d，这3 个月的霜冻日占比为96%；1960—2020 年间，仅有14 次在11 月出现霜冻日，占比1%。该结果表明，印江县每年12 月至次年2 月出现霜冻天气的概率较大，而11 月和3 月出现霜冻的概率较小。

2.3 无霜期的变化情况

经统计可知，印江县的无霜期出现在每年的4—10 月，1960—2020 年的无霜期介于327～362 d，年平均无霜期348 d，标准差为±8 d。对逐年无霜冻日数进行线性拟合来一步分析其年际变化。如图2 所示，无霜期整体呈上升趋势，即近60 年来印江县无霜期在逐渐延长。2000 年以后，无霜期基本上未出现较大的波动，稳定在345～362 d。

图2 印江县1960—2020 年无霜期变化情况

2.4 初、终霜冻日的年际变化

初霜冻日出现日期最早的是1992 年11 月10 日，日最低地面温度为0 ℃，日最低温度为1.4 ℃。平均初霜冻日为12 月9 日，标准差为±11 d。经统计可知，初霜冻日主要出现在12 月，占比为83%。初霜冻日在11 月出现的较少，仅出现9 次，分别为1962 年、1973 年、1975 年、1976 年、1978 年、1979 年、1992 年、1993 年和2011 年，占总数的17%，仅1962 年（11 月10 日）、1992 年（11 月15 日）出现在上旬，其余出现在下旬。最晚的终霜冻日出现在1963 年的3 月17 日，日最低地面0 cm 温度为0 ℃，日最低温度为2.1 ℃。平均终霜冻日为2 月18 日，标准差为±15 d，终霜冻日主要出现在2 月，占比51%。终霜冻日在1 月出现的比较少，60 年来仅出现了9 次，分别为1973 年、1987 年、1997 年、1999 年、2007 年、2009 年、2013 年、2019 年和2020 年，占比为15%，仅1973 年在上旬（1 月3 日）出现，其余皆出现在下旬。对初霜冻日和终霜冻日做线性拟合，如图3 和图4 所示，初霜冻日和终霜冻日回归系数分别为0.14 d·a-1、-0.33 d·a-1，初霜冻日整体呈现推迟而终霜冻日呈提前结束趋势，该结论与吴伟光等的研究结果一致[2]。

图3 印江县1960—2020 年初霜冻日变化情况

为了进一步探究霜冻日的气候特征，接下来将分析霜冻期的日最低气温、日最低地面温度、日照时间和降水变化情况。

2.5 霜冻期间日最低气温、日最低地面温度、日照、降水的变化特征

经统计霜冻期间日最低气温的区间为[-9.0 ℃，7.3 ℃]，日最低地面温度介于-9.2～0.0 ℃，平均日最低气温为-0.5 ℃，平均日最低地面温度为-1.6 ℃。平均日照时间5.3 h，超过84.8%的霜冻日都有日照，其中78.2%的霜冻日有超过2 h 的日照。99.3%的霜冻日白天都没有降水，霜冻日白天的最大降水仅为0.3 mm。上述结果为判断霜冻日出现的短时临近预报提供了一定参考。

为进一步讨论霜冻形成的物理机制，对霜冻前期的日照时间、降水量和风速等气象资料进行统计分析。从霜冻前期天气来看，除了满足晴朗无风的气象条件外，雪（雨）后转晴出霜的可能性也较大。

2.6 霜冻对农业生产的影响及农业气象服务建议

初霜冻日的提前出现及终霜冻日的延期结束对作物生长和农业生产影响巨大。印江县总体呈初霜冻日推迟而终霜冻日提前结束、无霜期延长、霜冻日减少的趋势，该结果表明霜冻的危害逐渐减弱，农作物的生长季将延长，可为当地农业生产提供更多的热量。印江县受冻害影响的主要粮食作物为玉米、小麦和油菜等，本研究可为印江县确定主要粮食作物秋播、春播时间提供参考，另外当地农民可根据重大农事活动节点的天气预报开展农业生产，也可根据印江县霜冻的发生规律调整作物的播种期，同时培育一批抗寒性强、播期短的农作物品种，避免因天气造成农业经济损失。在霜冻期（11 月到至次年3 月），根据印江县气象局发布的天气预报，可采取以下方法来预防霜冻对作物造成的影响：1）在霜冻来临前可给农作物覆盖塑料薄膜，减少土壤热量的流失；2）霜冻前期天气通常晴朗无风，可在霜冻来临前为作物浇水灌溉，以此增加土壤热容、减缓土壤温度下降。而作物受到霜冻后易发生病虫害，应该加强病虫害的防御，最大限度地减轻病虫对作物生产、产量和品质的影响。

3 结论与讨论

通过对印江县1960—2020 年霜冻变化特征分析和初步讨论霜冻的物理机制，得出以下结论。1）每年11 月至次年3 月是印江县的霜冻期，其中1 月出现霜冻现象的概率最大。2）随着时间的增长，霜冻日整体呈减少趋势，初霜冻日总体推迟出现而终霜冻日呈提前结束趋势。3）印江县的无霜期整体呈增长趋势。4）霜冻期间的天气现象通常都有日照而无降水发生。本研究有利于提升霜冻的预报预警能力，为作物栽培提供更精准的科学依据。但本次仅基于印江县国家气象观测站单点展开分析，无法代表整个印江县的情况，未来将由点到面进一步开展相关研究，分析整个印江县的霜冻变化特征，并深入探讨霜冻形成的物理机制。