周澤民 馬超 馮文麗 戴歡

【摘要】通過對隨州地區(qū)的隨州、廣水兩地國家氣象站1957～2017年61年氣象觀測資料進行統(tǒng)計，結合農業(yè)部門提供的隨州主要農作物的生育期和凍害資料進行研究，分析了隨州地區(qū)霜、不同等級的霜凍、霜凍害時空分布，探討了極端最低氣溫與極端最低地表溫度的關系，研究了不同季節(jié)霜凍出現的規(guī)律和霜凍害對農業(yè)生產的危害，提出了防御霜凍害的具體措施。

【關鍵詞】霜凍;等級，特征;研究

【中圖分類號】P468

【文獻標識碼】A

霜凍害是指在農作物、果樹林木、蔬菜生長季節(jié)，土壤表面或植株體溫遇到地面溫度降到0℃以下而引起植物受害的一種農業(yè)氣象災害，霜凍害多出現在天氣相對較為溫暖，農作物等正常生長的春、秋轉換季節(jié)，常導致農作物等遭到凍傷或死亡。對越冬作物等仍可生長的隨州地區(qū)而言，冬季出現的異常低溫凍害如造成農作物等受到凍傷凍死等危害，也屬于霜凍害的范疇。霜凍害主要危害越冬作物如冬小麥、油菜、果樹、蔬菜和部分熱帶亞熱帶作物如柑橘。霜凍害對農作物等的危害在不同生育期是明顯不同的。在隨州地區(qū)，冬小麥拔節(jié)至抽穗期，油菜的抽薹開花期，越冬蔬菜、果樹的開花期，棉花、中稻、蔬菜苗期等生長關鍵期，如遇到霜凍害就會降低結實率，凍傷凍死幼苗，嚴重影響農作物、果樹和蔬菜的產量。

由于特殊的地理位置，隨州地區(qū)每年都會出現霜凍害天氣，是危害隨州越冬作物、果樹林木、蔬菜等一種主要農業(yè)氣象災害，它發(fā)生頻率高，影響范圍廣，造成危害重。因此，了解霜凍害的發(fā)生特征，掌握霜凍害的危害規(guī)律，對于采取有針對性的防御措施，指導農業(yè)生產，提高農作物等經濟效益具有十分重要的意義。

1 資料與方法

為了了解和掌握隨州地區(qū)霜凍天氣的發(fā)生規(guī)律，采取有針對性的防御措施，減輕霜凍的危害，按照霜凍的標準，統(tǒng)計了1957-2017年隨州、廣水兩地氣象觀測資料，結合隨州氣象和農業(yè)部門觀測的主要農作物生育期和凍害資料進行研究分析。

2 隨州地區(qū)霜及霜凍害發(fā)生的規(guī)律

2.1 隨州地區(qū)霜日出現分布

2.1.1 隨州地區(qū)霜日的時空分布。霜是水汽在地面和近地面物體上凝結而成的白色松脆的冰晶。霜與霜凍害有密切聯(lián)系，又有一定的區(qū)別。霜是反映霜凍危害的最直觀天氣現象，因此，在實踐中常用霜日作為評價霜凍的指標。

歷年氣象資料統(tǒng)計表明，隨州、廣水兩地的霜日有一定的差異。隨州年平均霜日為48.7天，歷年平均初霜日在11月14日，平均終霜日為3月16日，平均初、終間霜日為123.4天;廣水年平均霜日為51.9天，歷年平均初霜日在11月10日，平均終霜日為3月20日，平均初、終間霜日為131.3天。

從霜的年代分布看，隨州兩地在不同的年代，霜日有一定的差異（表1）。

隨州地區(qū)霜日的時空分布較為明顯。一是廣水霜日比隨州多。61年間廣水平均霜日比隨州多3.2天，平均初霜日比隨州提前4天，平均終霜日推遲4天，平均初、終間霜日廣水比隨州多7.9天。說明隨州無霜期要長于廣水。二是不同月份出現霜的情況有顯著差異。隨州地區(qū)的霜日主要集中在12月至來年1月，均占全年的80%以上，其中，1月份出現最多，分別占全年的31.4%（廣水）和33.7%（隨州）;12月份次之，4月和10月最少。4月之后，10月之前沒有出現霜。終霜日絕大多數年份出現在3月份，兩地出現在4月的終霜日頻率均為十年二遇;初霜日主要集中在11月份，出現在10月份的初霜日隨州為十年一遇，廣水為十年二遇;從1993年后兩地沒有在10月份出現初霜日。三是兩地在不同年代出現霜有較大的差異。除了1971-1980年代、1981-1990年代隨州比廣水略有偏多外，其它年代，廣水都比隨州偏多或持平。其中，1957-1960年代、1961-1970年代廣水比隨州都偏多11日。最近的2011-2017年代偏多6.7日（表1）。

2.1.2隨州地區(qū)霜日的年代變化規(guī)律。從圖1可以看出，隨州的年霜日數變化比較明顯。霜日最多年份出現在2013年，達72天，霜日最少年份出現在1967年和1997年，均只有28日，年霜日最多與年霜日最少二者相差44天。最近10幾年，年霜日有逐漸增加的趨勢，2004年以后增加的趨勢更加明顯，2013年達到歷史最高，對農作物和經濟作物的危害也趨于嚴重。

2.2 不同等級的霜凍時空分布特征

2.2.1 霜凍等級及時空分布特征。隨州地區(qū)空氣、土壤和植物體內水汽含量比較充足，在寒冷的季節(jié)，當最低氣溫在OoC以下時，出現肉眼可見的“白霜”現象的頻率很高。因此最低氣溫是判斷出現霜和霜凍的主要指標。張靄?。?2008）根據中國主要作物對霜凍的抵抗能力，結合最低氣溫指標，將霜凍程度劃分為四個等級（表2）。

根據上述霜凍等級標準，統(tǒng)計了隨州地區(qū)歷年不同等級最低氣溫出現的頻率（表3）。

從表3可知，隨州地區(qū)沒有出現一般霜凍，出現年最低氣溫為-5.10℃- -10.0℃的極嚴重霜凍頻率最多，兩地分別占整個年份的73.3%和83.3%。按照上述霜凍的最低氣溫劃分等級，在隨州地區(qū)發(fā)生極嚴重霜凍及毀滅性霜凍等級的頻率高達88.3%（隨州）和93.3%（廣水），平均十年九遇。說明隨州地區(qū)的霜凍發(fā)生頻率高，影響范圍廣，這與隨州地區(qū)所處的地理位置和氣候特點密切相關。隨州屬于湖北省冬季極端最低氣溫最低的地區(qū)。1957-2017年的氣象資料統(tǒng)計，隨州地區(qū)歷年極端最低氣溫全部出現在冬季的12月-2月，年極端最低氣溫-4.6C - -16.3℃之間，隨州歷年最低氣溫-16.3℃（1969，1977年），廣水歷年最低氣溫-16.0℃（1977年）;歷年極端最低氣溫-21.0℃（洪山氣象站，1969年），這也是湖北省歷史上極端最低氣溫。

由表4可見，隨州歷年極端最低氣溫出現的區(qū)間以-7.10℃- -10.0℃和-5.1 - -7.0℃為主，幾乎占總頻率的四分之三，-4.60℃-5.0℃和-10.100C - -15.0℃兩個區(qū)間出現的頻率相同;在時間分布上，年極端最低氣溫出現的時間一般在12下旬月-2月中旬的冬季，以12月下旬最多，1月上旬和下旬次之，2月下旬最少。1月下旬雖然年極端最低氣溫出現頻率不是最多，但出現< -10.0℃的頻率占其總年份的66.7%，其中年極端最低氣溫<-15.0℃的2個年份都出現在1月下旬。

2.2.2 歷年毀滅性霜凍害的時空分布。隨州地區(qū)出現<-10.0℃的毀滅性霜凍年份時空分布差異明顯。61年里，隨州共出現了10年，平均十年二遇;廣水出現了7年，平均十年一遇。日最低氣溫< -15℃的低溫天氣兩地出現較少，在61年中，隨州共出現了兩年（1969年，1977年）。廣水僅出現了一年（1977年）。兩地出現毀滅性霜凍均集中在冬季的12月下旬-2月中旬（表5）。

在近10年（2008-2017年）中，隨州有3年出現了<-10.0℃的情況，平均十年三遇，說明隨州毀滅性霜凍害有明顯的增加趨勢，年霜日數也呈現增多的趨勢，應引起農業(yè)部門和農民群眾的高度重視。

隨州地區(qū)出現毀滅性的霜凍害雖較為罕見，但造成的損失卻十分嚴重。由于毀滅性霜凍害極端氣溫低，危害程度深，影響范圍廣，對越冬作物、果樹、蔬菜都會帶來嚴重的危害，特別是對柑橘、楊梅和茶樹等危害更甚。資料表明，柑橘低于-11℃會出現重度凍害。1991年12月下旬受強寒潮影響，從12月24日-31日隨州連續(xù)8天日平均氣溫在0℃以下，極端最低氣溫僅-12.3℃，此次低溫持續(xù)時間長，來的早，降溫幅度大，隨州屬于最重凍害區(qū)。導致全市80%的柑橘凍死，對柑橘種植造成毀滅性的破壞，柑橘種植從此一蹶不振;茶樹和小麥、油菜等越冬作物凍害也十分嚴重。隨州最近一次的毀滅性霜凍害出現在2016年1月25日，極端最低氣溫僅-12.4℃，造成油菜、冬小麥、越冬蔬菜發(fā)生明顯的凍害，造成嚴重的減產。

2.2.3 隨州地區(qū)不同季節(jié)霜凍害的分布特征。根據霜凍害發(fā)生的季節(jié)和危害情況，將霜凍害分為秋霜凍（早霜凍）和春霜凍（晚霜凍）兩個類型。對于隨州地區(qū)而言，出現在10-11月份的為秋霜凍，出現在3-4月份的為春霜凍。此時，分別是秋收作物、果樹等成熟收獲和夏收作物、果樹等開花及產量形成的關鍵時期。如果出現霜凍害，對農作物、果樹、蔬菜等生產會造成嚴重的危害。文獻指出，霜凍出現的越早，危害越重;而春季最晚的一次霜凍，危害更為嚴重。氣象資料表明，隨州、廣水兩地歷年出現在3月和11月的春霜凍和秋霜凍的頻率都很高，出現的年頻率基本為十年九遇（表6）。隨州出現在10月份的早霜凍共有7年，廣水共有13年，出現頻率分別為十年一遇和五年一遇。隨州出現在4月份上中旬的晚霜凍有10年，廣水共有12年，基本上平均五年一遇。說明在有些年份早霜凍和晚霜凍的危害比較突出，應引起重視。

隨州地區(qū)的冬季農作物、果樹和越冬蔬菜處于休眠或緩慢生長的狀態(tài)，抗寒耐寒能力相對較強，冬季出現一般或嚴重霜凍對其危害并不明顯。

2.3 霜凍害對農作物的危害

不同農作物、果樹和蔬菜在不同生長期對不同程度霜凍的反應有明顯的區(qū)別。冬小麥拔節(jié)后抗霜凍能力迅速減弱，拔節(jié)后20天如出現一1℃-2C的低溫就會造成傷害;在油菜抗寒力最弱的現蕾抽薹期，當溫度在OoC以下時，就會出現凍害。在冬季，如果出現< -10.0℃的毀滅性類型的霜凍，或雖只有零下幾度，但出現有強烈變溫，都會形成災害。

隨州地區(qū)的秋霜凍一般出現在10月中旬-11月下旬。秋霜凍出現時，正是冬小麥出苗一三葉期，油菜移栽期，蔬菜的苗期，果樹已采摘完處于落葉期。此時期的冬小麥、油菜，其耐寒、抗寒能力相對較強，且此時出現日最低氣溫低于-5.0℃的低溫天氣出現頻率少，一般不會出現明顯凍害。因此，盡管隨州的初霜多出現在10-11月份，但對越冬作物、蔬菜、果樹等危害較輕。在近20年里尚未有農作物、蔬菜和果樹等在11月份受凍害的現象。

隨州地區(qū)的春霜凍一般在3月上旬-4月中旬，3月上旬是隨州冬小麥拔節(jié)始期，中旬為拔節(jié)普期和油菜抽薹始期，也是隨州當家蔬菜泡泡青抽薹一開花期，桃樹、李樹等果樹的開花期，4月上旬一中旬是棉花、中稻的播種一出苗期（表7）。由于油菜抽薹、開花會消耗大量養(yǎng)分，抗寒力明顯下降，只要出現0℃以下低溫，就會受凍害。小麥拔節(jié)期間，各部器官迅速生長，對低溫的抵抗力明顯降低。據隨州市農科所資料，當極端最低氣溫≤-2℃時，就會發(fā)生凍害，造成農作物的植株、花果受凍，導致減產或嚴重減產。隨州歷年此時出現極端最低氣溫≤-2℃的霜凍害平均為五年一遇，特別是2003年以來出現的頻率更高，平均為兩年一遇;油菜抽薹開花期間出現極端最低氣溫< 0℃的頻率達30%。因此危害隨州農作物、蔬菜和果樹的霜凍害主要是春霜凍（晚霜凍）。

越冬作物受到霜凍害危害的程度，還與播種期和生育期情況、生長狀況等密切相關。在隨州，越冬作物前期溫度偏高，旬平均氣溫正距平值≥2.0℃，農作物生長過旺，抗寒能力差，此時如遇氣溫驟降，出現霜凍天氣時，易對冬小麥、油菜等越冬作物造成危害。越冬作物播期早也易造成霜凍害。這是因為播種期早，前期天氣環(huán)境適宜，農作物生長迅速，生育期提前，抗寒能力明顯下降。

霜凍害發(fā)生時的天氣條件對越冬作物的危害程度也是不一樣的。長期低溫天氣條件下，霜凍對越冬作物的危害較輕;雨后初晴早晨出現的霜凍對越冬作物的危害明顯偏重。

2.4 極端最低氣溫與極端最低地表溫度的關系

霜是植物表面與土壤表面溫度在0℃以下時產生的。由于目前分布在農村鄉(xiāng)鎮(zhèn)的區(qū)域自動氣象站觀測的是氣溫，沒有植物表面與地表溫度的資料。為開展農業(yè)氣象預報和服務需要，以百葉箱最低氣溫作為鑒定霜凍條件的指標。研究表明，寒冷季節(jié)里氣溫要高于地面溫度。因此，當百葉箱里的氣溫降至0℃及以下時，地表溫度都會低于0℃。而地表溫度低于0℃，地面都會有霜出現。

統(tǒng)計發(fā)現，1957-2016年隨州歷年4月的日極端最低氣溫與同期日地面最低氣溫出現的時間基本同步（圖2）。由此可見，隨州霜凍害危害最嚴重時期的3、4月極端最低氣溫與同期極端最低地表溫度關系密切，百葉箱最低氣溫可以作為霜凍條件鑒定的指標。

統(tǒng)計還發(fā)現，隨州歷年3月份極端最低氣溫與同期極端最低地表溫度具有顯著的相關性，相關系數達0.628（圖3）。

說明：縱坐標為最低地表溫度（℃），橫坐標為最低氣溫（℃）圖3隨州歷年3月份極端最低氣溫與極端最低地表溫度的關系

圖3表明，當隨州3月份極端最低氣溫降低1℃，相應的地面最低溫度就減少0.693℃。

3 結論

（1）隨州地區(qū)霜日的時空分布比較明顯。各地霜日和不同年代的霜日變化有較大的差異。年霜日有逐漸增加的趨勢，對農作物、蔬菜和果樹的影響也趨向嚴重。

（2）隨州地區(qū)的極嚴重霜凍及以上等級的霜凍發(fā)生頻率高，平均十年九遇。特別是近十幾年來，毀滅性霜凍有明顯的增多趨勢，應引起政府有關部門，特別是農業(yè)部門和農民群眾的高度重視。

（3）秋霜凍害和春霜凍害是危害隨州農業(yè)生產的重要氣象災害。而春霜凍（晚霜凍）是危害隨州農作物、蔬菜和果樹的主要霜凍害。

（4）在霜凍來臨前、來臨時應根據不同季節(jié)、不同天氣條件和不同農作物的生長期，有針對性地采取防御對策，減輕霜凍害的危害。對于大面積種植的農作物、果樹可以采用灌水、噴霧等保溫措施;對于蔬菜可采用稻草、麥稈、雜草等覆蓋增溫的方法;對于短時霜凍防御和名貴林木果樹及其苗圃，可利用柴草、牛糞、鋸末等物質燃燒產生熏煙的辦法，降低地面有效輻射，提高地面和近地面氣溫。

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[作者簡介]周澤民（1962-），男，湖北隨州人，高級工程師，研究方向：氣候與氣象服務。