临沧市甘蔗霜冻害温度指标的建立与应用

李世成，李斌，董有波，黄丕忠，林文根，周云，唐吉昌，段绍玲

（1.临沧市气象局，云南临沧 677099；2.临沧市甘蔗技术推广站，云南临沧 677099；3.广西洋浦南华糖业集团股份有限公司，广西南宁 530022；4.临沧南华糖业有限公司，云南临沧 677099）

云南是世界甘蔗发源地之一，甘蔗种植面积约占全国的18.5%，产量约占全国的15.2%，是仅次于广西的全国最重要食糖生产基地之一［1］。云南蔗区主要分布在临沧、德宏、普洱等8个州市。临沧市是云南省最大的甘蔗产区，甘蔗产量约占全省的28%［2］。蔗糖产业已成为临沧市农民增收、支撑地方财政的重要产业，在当地经济社会发展中具有举足轻重的地位和作用。

临沧甘蔗主要种植于亚热带地区。低温霜冻是影响甘蔗生产的主要气象灾害之一。它每年都会发生，不仅影响当季甘蔗产量和糖分含量，而且还影响下一榨季甘蔗的萌发生长［3］。因其地理环境和气候条件与全国多数蔗区明显不同，临沧市低温气候特点和甘蔗霜冻害指标亦有差别。因此，进行甘蔗霜冻害发生规律和指标研究，对临沧甘蔗生产防灾减灾和产业发展具有重要现实意义。

《作物霜冻害等级》（QX／T 88-2008）将甘蔗霜冻害等级分为3级［4］。王鉴明［5］、罗文质［6］亦将甘蔗霜冻害程度划分为3级，即轻度霜冻、中度霜冻、重度霜冻。国内甘蔗霜冻害指标如表1所示。观察和试验表明，当临沧市气温大于0.0℃时，甘蔗并未出现霜冻害，以上指标不完全符合临沧市实际情况。因此，有必要对甘蔗霜冻害温度指标进行进一步研究［7］。

表1 国内甘蔗霜冻害的最低气温指标℃

1 资料与方法

历年气候资料选用临沧市8个国家级气象观测站1961—2020年数据，并通过试验采集田间气温和甘蔗霜冻害症状数据。采用相关分析（显著性采用t检验）［8］、线性回归分析（显著性采用F检验）等［9］方法，建立临沧市甘蔗霜冻害的温度指标并创建甘蔗霜冻害的预警方法。

1.1 试验田选取

选取耿马县四排山乡农文（海拔1 298 m，山坡中下部平地）、耿马县勐撒镇箐门口村忙见（海拔1 340m，小盆地）、沧源县岩帅镇团结村坝岭（海拔1 523 m，小盆地）、沧源县岩帅镇团结村农坝岭（海拔1 609m，坝区边缘坡脚）、沧源县糯良乡翁不老村（海拔1 646 m，山坡中下部平地）等5个霜冻害典型易发地［10］作为试验点。

1.2 观测时间、要素和内容

在所选5个试验点甘蔗田（地）中间安装自动气象观测站，主要观测气温要素，观测频次为每小时1次。观测时间为2021年11月至2022年2月，连续观测气温要素，日最低气温从当天每小时最低气温中挑取。

当田间自动站气温下降到接近0℃或0℃以下甘蔗可能受到霜冻害时，观测甘蔗生长状况和受害症状。甘蔗观测包括经度、纬度、海拔高度、甘蔗品种、受害症状等。

霜冻害观测，先在田块中随机抽取8根蔗茎，沿蔗茎横截面直径线剖开，再拍摄蔗茎垂直剖面照片，观察生长点和蔗茎形状、颜色等；最后根据甘蔗受害特征，依据《甘蔗霜冻灾害调查规范》（DB45／T 1253-2015）［11］，结合《糖料甘蔗收购技术规程》（DB53／T 763-2016）［12］中的判定标准，评判样本的霜冻害等级。

2 结果与分析

2.1 临沧市低温霜冻气候特征

临沧市地处云南西南部，境内地形地貌复杂，全市8个国家级气象站海拔1 044.1～1 636.1 m，属低纬高原山地季风气候区（有6个气候带）。受北部的高原大地形和东北部的哀牢山等山脉阻滞，冬季南侵的冷空气影响临沧较小，又因冬春季为干季，其霜冻害几乎为辐射型低温造成的［13］。

统计全市8个国家级气象站1961—2020年最低气温≤0.0℃的低温霜冻频次（表略）可知，近60年来，全市共出现≤0.0℃的低温霜冻天气过程73站次（平均1.22站次／年），其中频次数最多的是沧源站（平均0.38次／年），最少是永德站（平均0.03次／年）。≤0.0℃的低温霜冻天气过程一般持续1～8 d，全市站点平均为5.63 d，平均0.68 d／年，都出现在冬季3个月；霜冻过程无降水天数占68%，微量降水天数占23%，有降水量天数仅占9%。8个站点历年极端最低气温为-0.5～-4.3℃。≤0.0℃的低温霜冻天气过程中，各站点历年平均的日照时数为4.9～9.2 h／d，全市站点平均为8.3 h／d，以上统计结果表明，临沧市霜冻天气普遍为多点分散的辐射型霜冻，多发生在多日照的晴天。

事实上，当国家级气象站最低气温≤3.0℃时，田间近地面温度就可能降低至≤0℃［14］，所以当地甘蔗霜冻害的频率远高于上述气象站点≤0.0℃的低温频率。

试验期为2021／2022年冬季（12月至2022年2月）。分析该冬季临沧市气温、降水量和日照时数等（常年数据为1991—2020年），结果显示全市站点平均值中，冬季平均气温比常年同期偏低0.2℃，降水量偏多30%，日照时数偏少15%。因此，临沧市2021／2022冬季气温略低、降水偏多、日照偏少；但该冬季全市站点平均日照为6.2 h／d、降水量为0.6 mm／d，冬季“多光少雨”气候特点［15］仍然突出。

2.2 甘蔗霜冻害田间温度指标

2021／2022年冬季临沧市试验点共出现6个较明显的低温过程，持续天数分别为5、7、3、7、8和3 d，过程最低气温0.0～-2.9℃。而临沧市国家级站点中历年极端最低气温为-4.3℃。结合前述试验期气候背景分析，可判定2021／2022年冬季临沧市蔗区低温霜冻气候为一般（中等）年型。

1）第1次低温过程（2021年12月16—20日）。

沧源县坝岭12月16—18日、20日最低气温低于0℃，过程最低气温-1.7℃，甘蔗受霜冻害程度为轻度；沧源县翁不老仅17日最低气温略低于0℃，甘蔗受霜冻害程度为轻度；农文和忙见未出现低于0℃的最低气温，甘蔗无受害症状。

2）第2次低温过程（2022年1月5—11日）。

沧源县坝岭最低气温连续3 d低于0℃，过程最低气温-1.2℃，甘蔗受害程度为轻度；耿马县农文1月5—7、10—11日最低气温≤0℃，过程最低气温-1.9℃，甘蔗受霜冻害程度为轻度；沧源县农坝岭有1 d日最低气温低至-0.1℃，甘蔗受害程度为轻度；耿马县忙见和沧源县翁不老未出现≤0℃的低温，甘蔗无冻害症状。

3）第3次低温过程（2022年1月17—20日）。

沧源县坝岭和农坝岭各有1 d日最低气温≤0℃，过程最低气温分别为-0.1和0.0℃，甘蔗受害程度均为轻度；耿马县农文、忙见和沧源县翁不老未出现≤0℃的低温，甘蔗无冻害症状。

4）第4次低温过程（2022年1月30日—2月5日）。

沧源县坝岭最低气温有3 d低于0℃，过程最低气温-0.6℃，甘蔗受害程度为轻度；耿马县农文有6 d日最低气温≤0℃，过程最低气温-1.8℃，甘蔗受害程度为轻度；耿马县忙见有1 d日最低气温≤0℃，过程最低气温-0.4℃，甘蔗受害程度为轻度；沧源县农坝岭过程最低气温-1.6℃，甘蔗受害程度为轻度；沧源县翁不老过程最低气温-0.4℃，甘蔗受害程度为轻度。

5）第5次低温过程（2022年2月9—16日）。

沧源县坝岭最低气温有2 d低于0℃，过程最低气温-0.8℃，甘蔗受害程度为轻度；耿马县农文有8 d日最低气温≤0℃，过程最低气温-2.7℃，甘蔗受害程度为中度；耿马县忙见有3 d日最低气温≤0℃，过程最低气温-1.1℃，甘蔗受害程度为轻度；沧源县农坝岭过程最低气温-2.9℃，甘蔗受害程度为中度；沧源县翁不老过程最低气温-0.8℃，甘蔗受害程度为轻度（表2）。

表2 第5次过程甘蔗试验点日最低气温及霜冻害等级℃

6）第6次低温过程（2022年2月23—25日）。

沧源县坝岭最低气温有1 d低于0℃，过程最低气温-0.5℃，甘蔗受害程度为轻度；耿马县农文过程最低气温-1.8℃，甘蔗受害程度为轻度；耿马县忙见过程最低气温-0.4℃，甘蔗受害程度为轻度；沧源县农坝岭过程最低气温-2.5℃，甘蔗受害程度为中度；沧源县翁不老过程最低气温-0.6℃，甘蔗受害程度为轻度。

7）甘蔗霜冻害程度与气温的相关性。

将5个试验点6次霜冻天气过程共22站次霜冻害观测结果构成一组样本序列，使用甘蔗霜冻害程度（致灾等级）与对应的过程最低气温观测值作相关分析［16］。受害程度量化：未受害为0、轻度霜冻为1、中度霜冻为2、重度霜冻为3。过程最低气温使用原值作计算，计算结果为，甘蔗霜冻害程度与对应过程最低气温的相关系数为-0.86（相关显著性P＝0.01），表明最低气温可作为判定甘蔗霜冻害等级的指标。

8）临沧市甘蔗霜冻害等级指标。

根据试验结果：最低气温忙见为0.2℃、翁不老为0.1℃（2次）时甘蔗无霜冻症状；农坝岭0.0℃、坝岭-0.1℃时甘蔗轻度受害，据此确定甘蔗霜冻害发生的临界温度为0.0℃。坝岭第1次过程最低气温为-1.7℃，第2次过程最低气温为-1.2℃，两次受霜冻害程度都为轻度；农文第2次低温过程最低气温为-1.9℃，甘蔗受霜冻害程度都仍为轻度；农文最低气温-2.7℃、农坝岭-2.9℃、农坝岭-2.5℃时，甘蔗受害程度都为中度，据此确定甘蔗轻度霜冻害下限温度指标为-2.0℃，发生中度霜冻害的临界温度＜-2.0℃。

在本试验中，未观测到甘蔗重度霜冻害发生，因此，中度霜冻害的下限指标和重度霜冻害指标采用文献指标（表1）代替，从而得到临沧市甘蔗霜冻害最低气温指标如表3所示。

表3 临沧市甘蔗霜冻害最低气温指标℃

2.3 临沧市甘蔗霜冻害的预警指标

使用距离蔗区最近的国家级气象站或区域自动站作为参考站（海拔有差别），与各试验点田间自动站数据进行对比分析，确立勐省站为沧源县坝岭和农坝岭的参考站；依此类推可确定霜冻害易发区各代表点的参考站。计算各试验点临时田间观测站与对应参考站最低气温的相关系数，均达到显著性水平P＝0.01，如图1所示。

使用四排山站作为农文的参考站，当四排山站12月某日最低气温即将接近1.0℃、1月接近4.1℃、2月接近5.2℃时可考虑发布农文蔗区轻度霜冻预警；2月最低气温接近3.7℃时可考虑发布中度霜冻预警。依此类推，蔗区各代表点甘蔗霜冻害预警指标结果见表4。

表4 临沧市各蔗区代表点低温霜冻害的预警指标℃

3 结论

1）临沧市甘蔗霜冻灾害主要发生在12月至次年2月，绝大多数为冬季辐射型低温天气造成。冬季夜间多晴，盆地上空常有逆温，山间盆地和谷地冷空气容易堆集，霜冻发生频率高，坡地少见发生。

2）霜冻害典型易发区5个试验点甘蔗霜冻害症状等级与其田间最低气温观测值呈高度负相关。据此确立临沧市甘蔗霜冻害等级指标（日最低气温）：轻度0.0～-2.0℃、中度-2.1～-5.0℃、重度＜-5.0℃。

3）低温霜冻过程中常年霜冻易发区的田间观测气温与距离其较近的参考站（区域自动站，海拔不同）的气温值呈高度正相关。基于这样的关系，依据确立的甘蔗霜冻害等级温度指标，建立了临沧市霜冻易发区甘蔗霜冻害的预警指标，有重要应用价值。