贵州省霜冻天气的时空分布与气候变化特征

陈　静，白　慧，潘徐燕

(1.贵州省气候中心，贵州　贵阳　550002；2.贵州省信息中心，贵州　贵阳　550002)



贵州省霜冻天气的时空分布与气候变化特征

陈静1，白慧1，潘徐燕2

(1.贵州省气候中心，贵州贵阳550002；2.贵州省信息中心，贵州贵阳550002)

该文利用贵州省81个气象观测站点1961年7月—2015年6月逐日最低地面温度和霜的气象观测资料，采用线性趋势法、均值分步法、Mann-Kendall突变检验法对贵州省霜冻的时空分布及气候变化特征进行分析。结果表明：贵州省霜冻天气具有明显的地域特征，容易出现在高海拔地区及北部、东北部地区；近55 a来，贵州省霜冻日数呈减少趋势；省的西北部霜冻开始得较早，终止得较晚；南部边缘地区，开始得较晚，终止得较早；无霜冻期由西向东、向南逐渐延长；霜冻天气主要在10月—翌年4月出现；全省初霜冻日呈推迟趋势，终霜冻日呈提早的变化趋势，无霜冻期呈现延长的变化趋势；从年代际变化来看，初霜冻日期21世纪初发生突变，开始明显推迟，终霜冻日期上世纪70年代开始明显提早，无霜冻期在90年代开始明显延长。

初霜冻日；终霜冻日；无霜冻期；Mann-Kendall突变检验

1　引言

霜冻是在温暖季节中日平均气温在0 ℃以上时，在土壤表面、植物表面及近地面空气层发生短时间温度降低到0 ℃或0 ℃以下的现象。发生霜冻的时候，可以有霜(白色的冻结物，称白霜)，也可以没有霜。霜冻可以使许多农作物，特别是喜热作物遭到相当大的损失，是贵州的灾害性天气之一。初霜冻对处于贵州低热河谷地带的罗甸、黎平、从江、榕江、关岭等地的农作物影响很大，如果在当地盛产茄子、西红柿、辣椒等经济作物的月份，遭遇霜冻就会使这些经济作物受到损害，甚至死亡，给农户造成损失；晚霜冻会影响春播作物播种和幼苗生长，而且对已拔节的小麦、开花的油菜及果树带来危害。如2007年5月5日，贵州省西部高寒地区的威宁因辐射冷却降温形成霜冻，地面最低温度下降至-1.4 ℃，玉米、洋芋、豆类等农作物和烤烟分别受到不同程度冻害；据民政局统计，这次霜冻灾害共造成36 477 hm2农作物受灾，10 182 hm2农作物绝收，直接经济损失2 266万元。

我国学者采用不同的指标对不同地区的霜冻气候特征及变化规律进行了分析, 如陈乾金等[1-2]采用1953—1990年地面最低气温对华北和江淮地区异常霜冻气候特征进行研究，指出异常初、终霜冻发生频率地理分布差异显著。叶殿秀等[3]用逐日最低气温资料研究1961—2007年中国霜冻变化特征，结果显示：全国平均终霜冻日提早时间明显比初霜冻日推迟时间长，全国平均无霜冻期自20世纪80年代起明显延长。黄天福等[4]、蒋斌等[5]利用贵州省2009年气象资料，分别对六盘水地区和黔西南州3月初春严重低温霜冻的天气特征进行分析，从霜冻成因、前期天气形势、气候背景、大气环流等方面进行详细的研究，给出了霜冻的农业防御对策。本文用贵州省1961—2015年的观测资料，分析霜冻天气的气候变化特征，以期为提高霜冻天气预测，及时发布预警信号提供参考，为气象决策服务提供较为详细的科学依据，提高气象服务水平。

2　资料与方法

2.1资料选取

贵州省共有85个观测站，其中汇川、万山、黄平、白云4站的资料缺失，选用剩余81个地面气象观测站1961年7月—2015年6月逐日最低地面温度和霜的气象观测资料。

2.2霜冻定义

目前我国关于全国及各地霜冻变化特征的研究较多，采用的气候划分指标各有不同。如王秀萍等[6]采用日最低气温降到0 ℃或以下作为划分标准分析了大连地区初、终霜冻事件和无霜冻期变化；杨克明等[7]用最低地温作为衡量霜冻的指标分析东北地区初霜冻的天气气候特征；曹倩等[8]以百叶箱日最低气温降到2 ℃或以下作为霜冻的气候指标。本文采用日最低地面温度≤0 ℃且出现霜的天气现象作为霜冻的气候指标。

把温暖季节向寒冷季节过渡期间第1次出现霜冻的日期定义为初霜冻日，由寒冷季节向温暖季节过渡期间最后1次出现霜冻的日期定义为终霜冻日，初霜冻日到翌年终霜冻日为霜冻日数，终霜冻日期的后一天至初霜冻日期的前一天之间的日数称为无霜冻期，霜冻日数实行跨年度统计，例如：2014年霜冻日数时间范围为2014年7月1日—2015年6月30日。

个别站出现“无霜冻年”的处理。在某些年份，由于冷空气势力弱或产生变性，统计时段内可能没有出现地面温度≤0 ℃的样本，或者地面温度≤0 ℃但没有出现霜，称为“无霜冻年”；在计算无霜冻日数时，记为0 d，在计算初(终)霜冻日期时，时间平均上剔除该年，空间平均上剔除该站。

2.3方法

用线性倾向估计法[9]分析贵州省近55 a来平均霜冻日、初(终)霜冻日和无霜冻期的气候变化趋势，采用复相关系数对其信度进行检验；采用均值分步法分析霜冻的空间分布特征；采用Mann-Kendall(M-K)法[9]检测贵州省霜冻的突变特征。

3　时空变化特征

3.1霜冻天气的空间分布

10月26日上午，顺丰航空有限公司首架B 747-400 ERF（延远程宽体全货机）顺利完成适航恢复，飞抵深圳宝安国际机场，入列顺丰机队。随着这架空中“巨无霸”的加入，顺丰航空在运营全货机数量增长至48架，现代化机队建设再次取得里程碑式的突破，“大飞机”时代正式开启，顺丰航空的运行实力与航空物流服务水平将再上新台阶。

从图1可以看出，贵州省霜冻天气出现最多的区域是西北部、北部、东北部、东部及中部局地地区，以上区域的年平均霜冻日数达到10 d以上，以威宁40 d为最大，贵州省南部边缘地区和赤水河谷等温暖地区年平均霜冻日数不超过5 d，以赤水为最少，平均2 d。总体来说，贵州省霜冻天气具有明显的地域分布特征，西部地势较高地区和东部相对海拔较高地区容易出现霜冻天气；北部和东北部地区受冷空气影响时间比南部地区多再加之海拔相对较高，也容易出现霜冻天气。

3.2霜冻天气的时间变化3.2.1霜冻日年际变化从图2可以看出,55 a贵州省平均霜冻日数总计为474 d，平均每年8.8 d，发生频率1.9%；1962年霜冻日数最多，达到22 d，2011年霜冻日数最少，平均只有2 d。霜冻日数总体呈减少趋势，其气候倾向率为-0.967 d/10 a,通过0.05的显著性检验。贵州省霜冻日发生站次曲线图(图略)与霜冻日数曲线的位相和趋势基本是一致的，霜冻年出现站次最少的是2011年，只有48站次，出现最多的站次历史上有11 a，贵州省81个台站均出现霜冻。

图1　1961—2015年贵州省霜冻天气年平均日数Fig.1　Annual average frost days in Guizhou province from 1961 to 2015

图2　1961—2015年贵州省霜冻日数变化曲线Fig.2　The variation curve of frost days in Guizhou province from 1961 to 2015

3.2.2霜冻日月际变化表1给出1961—2015年贵州省霜冻日数的月平均变化，主要集中出现在10月—翌年4月，尤其在12月—翌年2月霜冻日数最多，占全年总日数的86.9%，其次是11月和翌年3月，6、7、8月无霜冻日，其余月份出现的几率很小，个别站早、晚霜冻日出现的月份比以上月份提前和推后较长时间，如威宁最早的初霜冻日出现在1998年9月29日，最晚的终霜冻日出现在1996年的5月29日，但这种机率是很小的。

4　初(终)霜冻日和无霜冻期气候变化特征

4.1初(终)霜冻日和无霜冻期气候特征分布

从图3a可知，贵州各地霜冻平均初日除赤水、册亨、望谟、罗甸在1月上旬外，其余各地霜冻平均初日在11月9日—12月29日的51 d内，以12月为主，频率达82.7%，11月的频率只有12.3%；最早初霜冻日出现在威宁1998年的9月29日，最晚初霜冻日出现在赤水1996年的12月13日。由图4b可知，贵州霜冻平均终日在1月15日—3月31日这73 d内，以2月为主，频率为74%，1月次之，频率为20%，3月频率仅为6%；最早的终霜冻日出现在1974年(息烽、镇远、清镇)和2000年(兴义)的11月21日，最晚的终霜冻日出现在威宁1996年的5月29日，离夏季仅几步之遥，在全省范围内，贵州省的西北部霜冻开始得较早而终止较晚；南部边缘地区，西起兴义、安龙，东讫榕江、从江都是开始得较晚，而终止得较早。近55 a来，贵州省无霜冻期图4c平均为288 d，由西向东、向南逐渐延长，全省无霜冻期最长为366 d，2000年以后，册亨、罗甸连续8 a出现无霜冻年，赤水、望谟、榕江也连续出现7 a无霜冻年；无霜冻期最短为142 d，出现在1998年的威宁站。

表1　1961年7月—2015年6月贵州省霜冻日数的月平均统计值

图3　1961—2015年贵州省霜冻平均初日(a)、平均终日(b)和无霜冻期(c)Fig.3　Average first frost date(a), Average last frost date(b), and frost-free period(c)In Guizhou province from 1961 to 2015

4.2初(终)霜冻日和无霜冻期时间变化特征

图4以看出，近55 a，贵州平均初霜冻日呈现推迟趋势，终霜冻日呈现提前趋势，无霜冻期呈现延长趋势，其气候倾向率分别为2.0 d/10 a,3.1 d/10 a和5.1 d/10 a，均通过0.01显著性检验。从年代际变化来看，20世纪80～90年代全省初霜冻日期变化不大，但20世纪90年代之后初霜冻日明显推迟，从12月初推迟至12月中旬，21世纪以来全省平均初霜冻日期比20世纪80年代推迟11 d；20世纪60年代全省平均终霜冻日期出现在3月初，从20世纪70年代起全省平均终霜冻日期出现明显提早的变化趋势，其中21世纪以来全省平均终霜冻日期比20世纪60年代提早14 d；20世纪70年代和80年代全省平均无霜冻期变化不大，70年代至今无霜冻期呈显著增加趋势，21世纪以来全省平均无霜冻期比20世纪60年代偏长16 d。

图4　1961—2015年贵州省平均初(a)、终(b)霜冻日及无霜冻期(c)的历年变化Fig.4　The annual changes of average first frost date (a), average last frost date(b), and frost-free period(c)In Guizhou province from 1961 to 2015

由图5a可知，UF和UB曲线于2001年相交于信度为0.05的置信线±1.96之间，UF线在2013年突破临界值，并持续上升，说明2001年以来贵州全省初霜冻日呈推迟趋势， 2001年是全省初霜冻日从一个相对偏早期跃变为一个相对偏晚期的突变年，尤其在2013年后推迟趋势显著。由图5b可知，UF线与UB线在1977年相交于信度0.05的临界值内，UF线在1980年突破临界值，并明显减小，表明终霜冻日提前趋势明显。全省无霜冻期图5c在1995年前后交于0.05的置信线内，UF线在1997年突破临界值，并显著呈上升趋势，表明无霜期显著增长。

5　结论

①贵州省霜冻容易出现在西部地势较高地区和北部、东北部相对海拔较高地区；55 a间平均霜冻日数总计为474 d，平均每年8.8 d，以0.967 d/10 a的气候倾向率减少；霜冻集中出现在10月—翌年4月，尤其在12月—翌年2月霜冻日数最多。

②贵州省西北部霜冻较早开始较晚结束；南部地区较晚开始，较早终止，无霜冻期由西向东、向南逐渐延长。

③近55 a，贵州省平均初霜冻日期以2.0 d/10 a的气候倾向率推迟，终霜冻日期以3.1 d/10 a的气候倾向率提早，无霜冻期以5.1 d/10 a的气候倾向率延长。从年代际变化来看，初霜冻日在2001年发生突变，从一个相对偏早期跃变为一个相对偏晚期；终霜冻日在1977年发生突变，结束期提前；无霜冻期在1995年之后明显增加。

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The Spatial and Temporal Distribution of Frost and Climate Change Characteristics in Guizhou Province

CHEN Jing1,BAI Hui1,PAN Xuyan2

(1.Guizhou Climate Center, Guiyang 550002， China; 2.Guizhou Information Center, Guiyang 550002,China)

Based on the minimum ground temperature and frost data from 81 meteorological stations of Guizhou Province from July 1961 to June 2015, the spatial and temporal distribution of frost and climate change characteristics in Guizhou Province were analyzed with the linear-trend method, mean value distribution approach, and mutation test method. The results show that the frost weather had apparent regional differences. The frost weather was inclined to appear in high altitude areas as well as Northern regions and East-Northern regions. Frost days occurred in recent 55 years with a decline trend in Guizhou Province. The frost in the west-northern regions occurred early and ended up late. The frost in the southern marginal areas came late and ended up early. The frost-free period prolonged gradually from the West to the East and South. The frost weather appeared mainly from October of the previous year to April of the next year. Guizhou first frost date had a delaying trend while the last frost date had an advancing trend, and the frost-free period presented prolonged tendency. Seen from changes in recent years, the first frost date had a mutation in early 21st century and it was obviously postponed. The last frost date was obviously advanced in the 1970 s. The frost-free period was obviously prolonged in the 1990 s.

first frost date; last frost date; frost-free period; mutation test method

1003-6598(2016)03-0066-04

2015-12-23

陈静(1964-)，女，高工，主要从事气候变化研究工作，E-mail:chengchengcj@sina.com。

P423.4

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