楊文軍，李棟梁，陳 榮，李紅英

（1.南京信息工程大學(xué)/氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044；2.銀川市賀蘭縣氣象局，寧夏 賀蘭 750200；3.銀川市氣象局，寧夏 銀川 750002；4.寧夏氣象科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750002）

寧夏賀蘭山東麓位于寧夏黃河沖擊平原和賀蘭山?jīng)_積扇之間，屬中溫帶半干旱氣候，因其獨特的地理、氣候和土壤優(yōu)勢，已成為中國優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄原料的重要生產(chǎn)基地之一。在全球氣候變暖背景下，近40年以來寧夏年平均氣溫升高顯著［1-2］，尤其1986年以后增溫速率加快，年增溫幅度高于全國平均值［3-4］，導(dǎo)致釀酒葡萄春季萌芽期普遍提前，加之賀蘭山東麓春季氣候條件不穩(wěn)定、冷暖交替頻繁，春季霜凍已成為影響賀蘭山東麓釀酒葡萄生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一［5］，給釀酒葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)均帶來很大影響。晚霜凍重災(zāi)年份，寧夏賀蘭山東麓數(shù)千畝釀酒葡萄剛萌發(fā)的新梢全部凍干、絕產(chǎn)，幼苗地上部分幾乎全部受凍、抽干［6］。因此，掌握賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍的發(fā)生規(guī)律，對災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行評估，可采取及時有效的應(yīng)對措施進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)，對釀酒葡萄高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)提升、產(chǎn)量預(yù)測等有重要意義。

致災(zāi)因子危險性作為災(zāi)害風(fēng)險的一個重要組成部分，往往對災(zāi)害風(fēng)險大小具有決定性作用［7］。研究者們開展了大量農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害致災(zāi)危險性和災(zāi)害風(fēng)險分析方面的研究［8］。林曉梅等［9］以冬小麥各生育階段不同災(zāi)害等級的年霜凍日數(shù)和全生育期內(nèi)不同等級霜凍的發(fā)生概率為指標(biāo)評價了我國冬小麥霜凍致災(zāi)因子危險度，為大尺度的作物霜凍災(zāi)害區(qū)劃提供了依據(jù)。李軍玲等［10］引入有效積寒和晚霜凍發(fā)生頻率作為主要致災(zāi)因子指標(biāo)，研究了河南省冬小麥晚霜凍致災(zāi)因子危險性。馬瓊［11］在評價黃土高原冬小麥晚霜凍致災(zāi)因子危險性時，用過程積霜表示強度，和頻率組成冬小麥晚霜凍危險性的兩個因子，研究了黃土高原1980—2014年不同等級晚霜凍致災(zāi)因子危險性指數(shù)分布特征。袁佰順等［12］將不同強度霜凍發(fā)生頻率作為災(zāi)害危險性指數(shù)，得到天水各縣（區(qū)）蘋果開花坐果期霜凍災(zāi)害的災(zāi)情指數(shù)，并以此作為災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃指標(biāo)。寧夏作為受霜凍影響較嚴(yán)重的地區(qū)之一，唐晶等［13］曾利用現(xiàn)代氣候診斷方法對寧夏近44年來初（終） 霜日、無霜期的氣候特征和氣候變化進(jìn)行了分析。曹寧等［14］采用統(tǒng)計和氣候診斷分析方法，研究了寧夏釀酒葡萄的晚霜凍日數(shù)和變化趨勢。張曉煜等［15］通過試驗研究出寧夏主要作物霜凍指標(biāo)。李紅英等［16-17］利用站次比分析寧夏霜凍發(fā)生范圍、頻率并構(gòu)建了強度指數(shù)來衡量霜凍等級，在此基礎(chǔ)上得到致災(zāi)因子危險性指數(shù)對其特征進(jìn)行分析，并開展了寧夏霜凍區(qū)劃。然而前期的研究多集中在寧夏霜凍指標(biāo)和大范圍霜凍規(guī)律分析等方面［18-19］，缺少對賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍災(zāi)害風(fēng)險的研究。為此，我們在分析寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生范圍、強度和頻率的基礎(chǔ)上，以霜凍強度和發(fā)生頻率作為致災(zāi)因子危險性指標(biāo)，建立霜凍致災(zāi)因子危險性指數(shù)，對賀蘭山東麓晚霜凍致災(zāi)因子危險性進(jìn)行區(qū)劃，從而明確晚霜凍重點防御區(qū)域，為提高釀酒葡萄種植產(chǎn)區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力提供有效依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及資料來源

研究區(qū)域以寧夏賀蘭山東麓葡萄酒原產(chǎn)地保護(hù)范圍為主，輻射寧夏釀酒葡萄種植區(qū)域（圖1，封三）。其中賀蘭山東麓葡萄酒原產(chǎn)地保護(hù)范圍按照《寧夏回族自治區(qū)賀蘭山東麓葡萄酒產(chǎn)區(qū)保護(hù)條例》第三條規(guī)定［20］，寧夏釀酒葡萄種植區(qū)域基于文獻(xiàn)［21-23］進(jìn)行劃分。

本研究所用資料來自寧夏氣象信息中心，包括賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)內(nèi)的大武口、惠農(nóng)、平羅、陶樂、銀川、賀蘭、永寧、青銅峽、紅寺堡9個氣象臺站1961—2015年4月10日～5月20日期間的日最低氣溫數(shù)據(jù)。

1.2 霜凍等級指標(biāo)

綜合考慮普適性霜凍指標(biāo)對釀酒葡萄的影響，采用1.5 m處百葉箱最低氣溫作為霜凍災(zāi)害判斷指標(biāo)。根據(jù)寧夏釀酒葡萄生長發(fā)育情況，以4月10日～5月20日（萌芽～新稍生長期）為晚霜凍研究時段。釀酒葡萄晚霜凍災(zāi)害指標(biāo)為：輕霜凍，-2℃

1.3 霜凍致災(zāi)因子危險性指數(shù)計算

根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險理論，霜凍致災(zāi)因子危險性計算考慮霜凍發(fā)生強度和頻率兩個因素，強度通過霜凍強度指數(shù)定義推斷得到，頻率通過霜凍日資料統(tǒng)計分析得到。某站的霜凍致災(zāi)因子危險性指數(shù)（FI）根據(jù)以下公式計算：

式中，i表示霜凍災(zāi)害等級（分為輕、中、重3級），ATi表示各等級霜凍強度指數(shù)，Pi表示各等級霜凍發(fā)生頻率。結(jié)合寧夏實際［16］，危險性指數(shù)和等級劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 賀蘭山東麓晚霜凍致災(zāi)因子危險性指數(shù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

其中，霜凍強度由最低氣溫體現(xiàn)，考慮最低氣溫有正負(fù)，為規(guī)范強度指標(biāo)，對霜凍強度指數(shù)（AT）定義如下：

霜凍發(fā)生頻率分站、分級統(tǒng)計：

式中，n表示霜凍日數(shù)為0的年數(shù)，N為資料總年數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)特征

2.1.1 空間分布特征 從圖2可以看出，近55年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)各站差異較大，其中陶樂、平羅和惠農(nóng)霜凍發(fā)生日數(shù)超過180 d，最大為233 d；賀蘭、銀川、永寧、青銅峽和紅寺堡霜凍發(fā)生日數(shù)在110～135 d之間；而大武口霜凍發(fā)生日數(shù)最少（78 d）。同時，各站不同等級霜凍發(fā)生日數(shù)規(guī)律均為輕霜凍＞中霜凍＞重霜凍，其中輕霜凍發(fā)生日數(shù)除大武口為42 d外，其他各站均在60 d以上，最高達(dá)125 d（陶樂）；中霜凍和重霜凍平均發(fā)生日數(shù)分別為41 d和22 d，發(fā)生日數(shù)最少均在大武口，分別為27 d和9 d，發(fā)生日數(shù)最大均在陶樂，分別為65 d和43 d。

圖2 寧夏賀蘭山東麓各站1961—2015年霜凍發(fā)生日數(shù)

2.1.2 年代際變化特征 由圖3可知，近55年來寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)總體呈下降趨勢。除惠農(nóng)和賀蘭持續(xù)下降外，其他各站在下降過程中均出現(xiàn)1或2個躍升時段，其中1960～1970年代霜凍發(fā)生日數(shù)各站都出現(xiàn)增加的情況，特別是陶樂站增加較為明顯（增加40%），大武口和紅寺堡1990～2000年代也出現(xiàn)明顯的增加；其他時段各站均呈下降趨勢，尤其1970～1980年代下降速度較快。并且55年來，晚霜凍發(fā)生日數(shù)各站差距也有所減小，1961年在26～50 d之間，而2015年在4～12 d之間，并且不同級別霜凍變化趨勢也不同（圖4），輕霜凍發(fā)生日數(shù)下降速度較快；中霜凍和重霜凍發(fā)生日數(shù)下降的幅度較小，尤其是重霜凍1980年代以后變化幅度明顯偏?。恢?015年中霜凍和重霜凍發(fā)生日數(shù)差異均在2 d以下。

圖3 寧夏賀蘭山東麓1961-2015年釀酒葡萄霜凍發(fā)生日數(shù)變化

2.2 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生頻率特征

2.2.1 地域間差異 由圖5可知，除北部除大武口，賀蘭山東麓晚霜凍頻率分布呈現(xiàn)自北向南輻射遞減的規(guī)律，且與中度、重度霜凍發(fā)生的頻率相比，發(fā)生輕霜凍的頻率更高。各等級霜凍頻率最大出現(xiàn)在陶樂，最小出現(xiàn)在大武口。輕霜凍發(fā)生頻率平均為4%，而中霜凍和重霜凍平均為1.9%和1.0%，其中，輕霜凍發(fā)生頻率差異較大，除大武口（1.9%）和永寧（2.7%）外，其他各站均在3%以上，最高達(dá)5.5%（陶樂），極差為3.7%，中、重霜凍頻率極差分別為1.7%和1.5%。

圖4 寧夏賀蘭山東麓代表站1961-2015年各級別霜凍發(fā)生日數(shù)年代際特征

圖5 寧夏賀蘭山東麓各站1961-2015年霜凍頻率變化

2.2.2 年代際變化特征 由圖6可知，與霜凍日數(shù)總體變化特征相似，近55年來寧夏賀蘭山東麓各站各等級釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生頻率總體呈下降趨勢。除惠農(nóng)持續(xù)下降外，其他各站在下降過程中均出現(xiàn)2個或3個躍升階段，其中1960～1970年代、1990～2000年代和2000～2010年代為3個主要躍升階段且1960～1970年代為各站霜凍頻率上升較為集中的時期，除惠農(nóng)、賀蘭外，其他各站霜凍頻率均呈上升趨勢，其中陶樂增加最為顯著，達(dá)40%。1980～2000年代，霜凍頻率除大武口和紅寺堡在1990～2000年代呈上升趨勢外其他各站隨年代逐年下降，下降幅度均在50%以上，其中賀蘭下降最為顯著、達(dá)67%。2000～2010年代，9個站中有5個站呈下降趨勢，分別為大武口、惠農(nóng)、陶樂、銀川、永寧，其他4個站呈上升趨勢，下降幅度大武口最大，為55%，惠農(nóng)最小，為17%，上升幅度賀蘭最大，為67%，青銅峽最小，為8%。不同級別霜凍頻率隨年代變化有較大差異（圖7），平均而言，重霜凍下降幅度較快，輕霜凍下降幅度最慢。

圖6 寧夏賀蘭山東麓1961-2015年釀酒葡萄霜凍發(fā)生頻率變化

圖7 寧夏賀蘭山東麓代表站1961-2015年各級別霜凍發(fā)生頻率年代際特征

2.3 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險性分布

利用GIS軟件，采用IDW差值方法對晚霜凍致災(zāi)因子危險性進(jìn)行插值，完成賀蘭山東麓晚霜凍致災(zāi)危險性分布（圖8，封三）。1961—2015近55年來寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)內(nèi)，釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險性處于次低到次高之間（0.02

在分析霜凍發(fā)生日數(shù)和頻率年代間變化時發(fā)現(xiàn)，1960～1970年代和1990～2000年代出現(xiàn)兩個明顯的變化，按照王素艷等［24］關(guān)于賀蘭山東麓氣候資源分析發(fā)現(xiàn)，1980年和1997年是區(qū)域熱量資料變化的兩個突變點，因此在分析釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險性時將1980年和1997年作為兩個時間節(jié)點，通過對比分析1960—1980年、1981—1997年和1998—2015年3個時期釀酒葡萄霜凍致災(zāi)危險性發(fā)現(xiàn)，中度以上致災(zāi)危險性區(qū)域明顯減少。1960—1980年期間，以中度、次高以及高危險性為主；1981—1997年期間，釀酒葡萄種植區(qū)內(nèi)從北到南中部區(qū)域霜凍致災(zāi)危險性均從之前的中度變?yōu)榇蔚偷燃?，中度危險區(qū)域東移北擴，次高和高危險區(qū)大大減少，僅在北部和西部小范圍存在；至1998—2015年期間次低危險性等級大大增加，并且出現(xiàn)小范圍的低危險性區(qū)域，高危險性區(qū)域消失，次高和中等危險性區(qū)域也僅剩西部較小范圍。

從圖8（封三）還可以看出，賀蘭山東麓葡萄酒原產(chǎn)地保護(hù)范圍內(nèi)，大武口、永寧、青銅峽等地釀酒葡萄霜凍致災(zāi)危險性處于次低等級，其他區(qū)域均為中度危險性；釀酒葡萄晚霜凍危險性隨年代變化明顯，從1960—1980年的中度致災(zāi)危險性逐步變?yōu)?998—2015年的次低危險性。

3 結(jié)論與討論

本研究在分析寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)和頻率特征基礎(chǔ)上，對比分析了釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)因子危險性變化特征，得出如下結(jié)論：

（1）近55年來寧夏賀蘭山東麓晚霜凍發(fā)生日數(shù)在78～233 d之間，各站差異較大，并且輕霜凍發(fā)生日數(shù)明顯多于中霜凍和重霜凍。隨年代變化，霜凍發(fā)生日數(shù)整體呈下降趨勢，且輕霜凍發(fā)生日數(shù)下降速度大于中霜凍和重霜凍，1970年代末和1990年代末出現(xiàn)兩個明顯變化時段。

（2）近55年來，除北部大武口，寧夏賀蘭山東麓晚霜凍頻率分布呈現(xiàn)自北向南輻射遞減的規(guī)律，且與中度、重度霜凍發(fā)生的頻率相比，發(fā)生輕霜凍的頻率更高。各等級霜凍頻率最大出現(xiàn)在陶樂，最小出現(xiàn)在大武口。各站釀酒葡萄霜凍發(fā)生頻率隨年代變化總體呈下降趨勢。除惠農(nóng)持續(xù)下降外，其他各站在下降過程中均出現(xiàn)2個或3個躍升階段，其中1960～1970年代、1990～2000年代和2000～2010年代為3個主要躍升期，且1960～1970年代為各站霜凍頻率上升較為集中的時期。

（3）寧夏賀蘭山東麓各站釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險性大部處于中度偏低水平，且隨著氣候變化，霜凍致災(zāi)危險性有變小的趨勢，中、低等致災(zāi)危險范圍明顯增大，截至目前，高危險性區(qū)域基本消失，次高和中等危險區(qū)域范圍也大大縮小。

（4）在分析寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)和頻率特征時，發(fā)現(xiàn)了兩個明顯的突變階段，在最終分析釀酒葡萄霜凍致災(zāi)危險性時，綜合考慮了其他學(xué)者關(guān)于寧夏賀蘭山東麓氣候資源分析結(jié)果，將1980、1997年作為兩個氣候突變點，以更好地對比區(qū)域釀酒葡萄霜凍致災(zāi)危險性隨年代的變化特征。

（5）本研究僅分析了研究區(qū)域內(nèi)釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險性，只是霜凍災(zāi)害風(fēng)險評估的一部分內(nèi)容，區(qū)域內(nèi)釀酒葡萄發(fā)生霜凍災(zāi)害的風(fēng)險大小、如何進(jìn)行風(fēng)險管理，還要綜合考慮暴露度、環(huán)境條件和防災(zāi)減災(zāi)能力等其他因素的影響，因此在將本研究成果應(yīng)用于災(zāi)害管理時還需做進(jìn)一步研究。