30年来宜昌市倒春寒时空变化特征分析

彭小彬 安宁 成勤 李芳 彭福强

摘要：目前全国还没有统一的倒春寒标准，且现有相关研究中使用的倒春寒标准并不完全适用于宜昌本地的区域气候特点。

利用1994～2023年宜昌市10个县（市、区）国家气象观测站逐年2～5月的日平均气温资料，定义宜昌地区倒春寒气候监测指标，并统计、分析宜昌市倒春寒天气发生总日数和总次数的时空变化特征以及不同等级发生频率及出现的主要时段。结果表明：在全球变暖的背景下，宜昌市30 a来发生倒春寒天气的总日数和总次数整体呈下降趋势；主要以轻级和中级倒春寒天气为主，两者的发生频率接近，且主要发生在3月下旬；倒春寒持续时间、累计次数及倒春寒强度在空间分布上整体表现为中部低两边高的特征。

研究成果可为宜昌市农业发展规划提供一定科学依据。

关键词：倒春寒； 气温； 全球变暖； 宜昌市

中图法分类号： P46

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.004

0引 言

春季作为冬、夏季节转换过渡期，大气环流转变明显，气温处于回暖阶段。此时受冷空气影响，会造成急剧降温和大风，当气温降到作物生育期的下限温度时，就会发生低温冷害［1］，将春季这种强冷空气带来的持续低温灾害性天气称为倒春寒。倒春寒作为极端天气的重要类型之一，对公共健康与农业生产造成了不利影响［2-3］，比如使作物减产［4-5］、影响植被生长等［6-7］。

不同学者对于倒春寒从不同角度做了一系列研究。张淑惠采用过程长度、降温指数、倒春寒终止日期3个参数来确定福建省历年的倒春寒等级，并利用EOF分析指出乌拉尔山、贝加尔湖和亚洲的中低纬地区的环流特征是有无倒春寒发生的关键区［8］。马耀绒等以较强冷空气标准、渭南市春季气候特点、当地农作物是否受害作为倒春寒的判断依据，分析了渭南市4月倒春寒的时空分布、演变特征及规律以及致灾气象条件，指出渭南市4月初发生中等倒春寒的概率较高，且受气候变暖影响，4月倒春寒年均站次数呈下降趋势［9］。李勇等基于贵州省19个气象台站的逐日平均气温，结合倒春寒强度指数指标和灾害等级划分标准，指出贵州省倒春寒强度在地区间的差异明显，轻级倒春寒的发生频率最小，且存在明显的周期波动特征［10］。傅玮东以日均气温≤12 ℃，持续时间＞3 d作为研究新疆棉花种植区受倒春寒影响的阈值［11］。黄继用等提出由不同持续天数确定倒春寒等级的方法，并从倒春寒发生频率、倒春寒强度的平均状况或过程日数等方面来对倒春寒的空间分布特征进行分析，由此提出贵州省倒春寒灾害的分区［12］。张丽君等则以日均温度和过程降温幅度定义了针对全国的倒春寒标准，并对1961～2015年全国倒春寒频次的空间分布考察发现，除新疆北部、内蒙东北部、东北地区倒春寒发生频次最多外，江南地区和西南地区东部一带也是倒春寒高发区［13］。由于不同地区的气候存在差异性，其界定倒春寒发生的标准和强度划分阈值并不一致。

在全球气候变暖的背景下，暖冬出现的频次变高，春季温度的异常波动频率和幅度逐渐增大［14-15］。倒春寒作为春季气温异常波动的重要形式之一，其给农作物、树木和草本植物等带来的影响日益受到重视。尽管在各地的气象服务中均有倒春寒的概念，但由于宜昌地区气候复杂多样，目前还没有本地化的倒春寒标准，因此制定可供宜昌地区的倒春寒气象标准指标，以及研究气候变化背景下近30 a来宜昌市倒春寒的时空变化特征，为宜昌市农业发展规划提供一定科学依据，同时对气候变化研究具有一定促进作用。目前全国没有统一的倒春寒标准［16］，且现有相关研究中使用的倒春寒标准并不完全适用于宜昌本地的区域气候特点，因此本文将基于1994～2023年宜昌市10个县（市、区）国家气象观测站逐年2～5月的日平均气温资料，给出适合宜昌市的倒春寒定义标准，并在此基础上对于30 a来宜昌倒春寒时空变化特征进行分析。

1资料和方法

1.1资料选取

本文选取1994～2023年宜昌市10个县（市、区）国家气象观测站逐年2～5月的日平均气温观测资料。资料来自于湖北省气象局信息与保障中心，经过了严格的质量控制。

1.2倒春寒过程的定义及分级标准

1.2.1定 义

根据中国气象局发布的倒春寒标准，将每年的3月1日至4月30日日平均气温降幅首次达到3 ℃的日期作为倒春寒起始时间，以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视为结束时间。湖北省发布的倒春寒定义为：3月下旬至4月连续出现3 d以上日平均气温＜12 ℃的低温阴雨天气，或3～4月内的旬平均温度显著偏低（偏低2 ℃以上）。“倒春寒”顾名思义是发生在春季冷空气入侵造成明显降温的现象。中国气象局《气候季节划分》［17］中将入春定义为当滑动平均气温序列连续5d≥10℃的起始日期。而宜昌市每年春季的开始日期和结束日期是动态变化的，因此将春季简单确定为每年的3～5月并不合适，需要先根据《气候季节划分》的春季定义，确定宜昌市春季的开始和结束日期，从而划定倒春寒的发生时段。

综合考虑上述两种定义方法，结合宜昌市的实际情况，本文给出宜昌地区倒春寒的定义为：每年春季气温回暖期间，受冷空气影响，当日平均气温＜12 ℃，同时低于该日的30 a气候平均值，且持续时间超过3 d以上的天气现象。

1.2.2分级标准

在衡量宜昌地区站点的倒春寒等级时，采用3个参量［8］：过程最大降温幅度（ΔT）、过程持续时间（L）和降温指数（I）。

I=L1（Ti-Ti）/L

式中：Ti为某日的平均气温，Ti为该日的常年平均气温（1994～2023年的平均值），即倒春寒过程的平均日距平负数，值越小，降温幅度越大。

根据10个站点平均30 a降温指数I时间序列的30%和70%百分位数，将宜昌地区倒春寒等级分为轻、中、重倒春寒3个等级，宜昌地区倒春寒分级标准如表1所列。此外，以年平均降温指数的大小来评定某年的倒春寒强度。

2宜昌市倒春寒演变特征

2.1倒春寒总日数和总次数的变化特征

按照本文给出的宜昌地区倒春寒定义，分析宜昌市10个县（市、区）国家观测站在1994～2023年出现倒春寒的累计天数和发生次数的逐年变化（图1）。由图1可知，除秭归县倒春寒发生次数略微呈上升趋势外，大部分站点倒春寒累计天数和发生次数整体呈下降趋势，这可能与全球变暖气候背景下低温冷害的影响减轻有关［18］。

1994～2023年30 a间五峰县的倒春寒累计天数和发生总次数最多，分别为618 d和75次；远安县次之，为494 d和73次；兴山县累计天数最少，仅有373 d，宜昌市区、长阳县和宜都市发生次数最少，均为63次（表2）。30 a来宜昌地区倒春寒天气的总累计天数和总次数在空间上总体表现为中部低两边（东北、西南）高的特征（图2）。

从年代际尺度上来看（图3），与1990年代和2010年代相比，2000年代倒春寒累计天数和发生次数最多，其中2000年代五峰县倒春寒累计天数最多、兴山县最少，秭归县发生次数最多、长阳县最少；发生次数的年代分布与累计天数的基本相一致。

从空间分布来看，五峰县一直是受倒春寒影响时间较长、倒春寒天气较为频发的地区；与总天数和总次数的空间分布基本趋于一致，1990年代、2000年代、2010年代整体表现为中部低两边高的特征（图4）。

表3给出了1994～2023年宜昌地区10个国家观测站逐年出现倒春寒的站数与累计天数。30 a间，除2013年和2014年仅有7个测站发生倒春寒、2003年和2012年有9站、2016年全市无一测站出现倒春寒外，其余年份所有测站均出现倒春寒。每年春季出现倒春寒过程的平均长度为14.8 d；其中1996年的平均持续天数最长，为31.4 d；2003年的平均累计天数最少，仅为4 d。若不计出现倒春寒的观测站范围，宜昌市每年基本都会出现倒春寒。

对倒春寒天气出现的总日数和发生次数的时间序列做线性趋势估计出现，1994～2023年宜昌地区累计天数和发生次数呈下降趋势。30 a间累计低温天数最多的年份为1996年，该年所有站点累计有314 d出现倒春寒，其次为2009年的313 d；除2016年无倒春寒发生外，累计低温天数最少的年份是2003年，全市10个站点仅累计36 d出现倒春寒（图5（a）），其发生次数也最少，仅有9次（图5（b））。1999年虽然发生次数最多，但其所有站点累计天数在30 a中仅排第8位。

2.2倒春寒发生的等级分析

根据表1定义的分级标准和求得的年平均降温指数，统计宜昌地区1994～2023年30 a不同等级倒春寒发生的频率（表4）、历年倒春寒等级（表5）。宜昌地区30 a间共有29个年份发生倒春寒，每年出现倒春寒的概率为97%，主要以轻级和中级倒春寒天气为主，发生比例分别为37%和33%。其中2010年的倒春寒强度最强，年平均降温指数为-5.8 ℃，其次为2006年和1994年，分别为-5.6 ℃和-5.2 ℃。在2023年的4月20～24日倒春寒过程中，20～22日宜昌站72 h平均气温下降14.8 ℃，最高气温下降17.1 ℃，最低气温下降11.9 ℃，过程最低气温为

6 ℃，且23日的各县市日平均气温、最高气温和最低气温均突破历史最低极值。从年平均倒春寒降温指数来看，2023年的年平均降温指数为-5.0 ℃，排第4位。除2016年无倒春寒发生外，2014、2007年的倒春寒强度最轻，年平均降温指数仅有-0.3 ℃和-0.8 ℃。

整体来看，30 a间宜昌地区的倒春寒强度呈波动变化，其线性倾向率略微增加，即倒春寒强度呈逐年略微减弱态势（图6），这与30 a来倒春寒天气总日数和总次数的变化趋势一致。

图7为宜昌10个县（市、区）国家气象观测站的30 a年年平均倒春寒强度分布。由图7可知：五峰县在1994～2023年的30 a中，仅1个年份的年平均倒春寒强度为重级，轻、中级强度寒潮比例接近1∶1；宜都市发生重级寒潮的年份最多，有10 a，年平均倒春寒强度为重级；出现3次及以上无倒春寒年份的站点共有3个，分别是兴山县、夷陵区和宜都市，其中兴山县有4个年份未出现倒春寒天气。

2.3倒春寒出现的主要时段

春季是冷暖空气相互交替最频繁的季节，也是倒春寒发生的主要时期。统计1994～2023年10个站点春季逐旬倒春寒的发生频率（表6）可以看到，3月下旬出现倒春寒的频率最高，即25%，这和以往的研究结果一致［19］；其次是3月上旬和3月中旬，均为24%；2月中旬仅为1%，其次为4月下旬的4%。由此可知，宜昌地区倒春寒主要发生在3月。

3结 论

本文中倒春寒的定义并未使用GB/T 34816-2017《倒春寒气象指标》，而是综合目前的研究，结合宜昌市当地气候特点，给出了宜昌地区倒春寒气象指标和倒春寒等级新定义，同时定义了最大降温幅度、过程气温距平和过程持续时间3个倒春寒特征参数。研究表明，1994～2023年宜昌市所有地区均发生过倒春寒，但倒春寒发生次数、累计天数以及强度在地区间的差异较为明显。

（1） 除秭归县倒春寒发生总次数呈略微增加趋势外，宜昌市区30 a来出现倒春寒的总日数和总次数整体表现为减少趋势。其中1996年的总日数最多，2003年最少；五峰县的倒春寒累计天数和发生总次数最多，远安县次之；兴山县累计天数最少，宜昌市区、长阳县和宜都市发生次数最少。

（2） 除2016年全市无倒春寒天气发生外，30 a间宜昌地区主要以轻级和中级倒春寒年为主。其中2010年的倒春寒强度最强，其次为2006年和1994年，2014年和2007年的倒春寒强度最轻。

（3） 宜昌市中部的山区和平原过渡区域是重级倒春寒发生的主要地区。最不易发生倒春寒的地区位于宜昌西北山区的兴山县，这可能与冷空气受高山阻挡和绕流，难以第一时间入侵有关。

（4） 宜昌地区倒春寒天气主要发生在3月，尤其在3月下旬。

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（编辑：刘 媛）