崖偉松 黃麗球 莫申萍 黃小晏 蒙小寒*

（1.廣西東亞扶南精糖有限公司，廣西 崇左532199；2.廣西貴港市氣象局，廣西 貴港537100）

氣象條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間聯(lián)系非常緊密，[1]同時(shí)在所有的影響因素中最為明顯的因素是極端氣候和氣候變異。目前全球變暖，氣溫和降水形勢(shì)也在變幻莫測(cè)，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害加重趨勢(shì)明顯，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)波動(dòng)性增大，作物品質(zhì)產(chǎn)量受?chē)?yán)重影響。[2]極低溫陰雨是災(zāi)害性農(nóng)業(yè)天氣的一種，主要表現(xiàn)為陰雨、偏低氣溫、偏少日照，每當(dāng)持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害則較明顯。[3]一段時(shí)間以來(lái)，低溫陰雨災(zāi)害和暴雨、臺(tái)風(fēng)、霜凍等極端天氣不一樣，它的發(fā)生表現(xiàn)速度一般，人們對(duì)這一災(zāi)害的重視程度不夠。隨著認(rèn)識(shí)不斷深入以及低溫陰雨災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活影響的加劇，人們逐步提高這種災(zāi)害的認(rèn)知。進(jìn)一步研究極端氣候事件發(fā)生概率和極端氣候事件災(zāi)損評(píng)估對(duì)揭示其變化規(guī)律以及發(fā)展趨勢(shì)有重要意義。[4]前人對(duì)低溫陰雨天氣的研究主要是天氣特征、預(yù)報(bào)模式和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等方面[5-7]，也有關(guān)于區(qū)域低溫陰雨天氣變化趨勢(shì)和變化周期的研究[8-10]。扶綏縣是崇左市的水稻種植大縣，研究低溫陰雨災(zāi)害出現(xiàn)規(guī)律和特征、變化趨勢(shì)、輕重程度等，對(duì)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展以及農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)有著重大意義。本文對(duì)扶綏縣低溫陰雨的研究主要基于日平均氣溫，通過(guò)一元回歸分析、累積距平分析、Morlet小波等方法，分析扶綏縣春耕春播期低溫陰雨的趨勢(shì)和周期震蕩等變化規(guī)律，評(píng)估早稻播插期受低溫陰雨的影響程度，為當(dāng)?shù)卦绲痉N植充分利用有效資源環(huán)境、合理規(guī)劃生產(chǎn)以及深入相關(guān)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

資料選取扶綏縣1961年2月21日至2020年4月20日逐日平均氣溫、年平均氣溫、日最低氣溫等氣象資料。

1.2 分析方法

運(yùn)用累積距平分析、一元回歸分析、滑動(dòng)平均法、Morlet小波等方法進(jìn)行研究，分析扶綏縣60年春耕春播期低溫陰雨發(fā)生的變化規(guī)律。

1.2.1 Morlet小波 Morlet小波分析對(duì)于研究變化周期是其中方法之一，無(wú)論在理論和應(yīng)用上都相當(dāng)成熟[11-13]。Morlet小波是經(jīng)常用的非正交小波，不存在尺度函數(shù)，它的一般表達(dá)為：

式中：V0是小波中心頻率。Morlet小波系數(shù)的閉合區(qū)域表現(xiàn)不同時(shí)間尺度特征信息，在相差異時(shí)間上的概率趨勢(shì)和位相兩方面的信息，分析對(duì)象在該時(shí)間為正值的小波系數(shù)則表現(xiàn)為偏多期，分析對(duì)象在該時(shí)間為負(fù)值的小波系數(shù)則表現(xiàn)為偏少期，突變點(diǎn)為零值。

1.2.2 低溫陰雨 低溫陰雨標(biāo)準(zhǔn)[14]：日平均氣溫連續(xù)3天或以上≤12℃，或日平均氣溫連續(xù)5天以上≤14℃。根據(jù)扶綏縣農(nóng)業(yè)部門(mén)提供的當(dāng)?shù)卮焊翰テ诘南嚓P(guān)播種資料和扶綏縣春耕春播氣象服務(wù)期，綜合考慮歷年低溫陰雨的影響程度，本文中低溫陰雨統(tǒng)計(jì)的時(shí)間定為每年的2月21日至4月20日。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫陰雨的概況與發(fā)展趨勢(shì)

低溫陰雨的次數(shù)和日數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和出現(xiàn)概率，由圖1可知，1961—2020年扶綏縣的年平均氣溫呈現(xiàn)振蕩上升的趨勢(shì)，增溫傾向率為0.13℃/10年，90年代末到2010年是明顯的增暖期，春耕春播期（2月21日至4月20日）的增溫傾向率為0.22℃/10年。從圖2中低溫陰雨總?cè)諗?shù)五年滑動(dòng)平均曲線顯示，在所研究的60年里，扶綏縣春耕春播期的低溫陰雨發(fā)生大致經(jīng)歷了四個(gè)階段性年際變化，20世紀(jì)60年代初至60年代末為上升期，70年代初至70年代末為震蕩向下階段，80年代初至80年代中為直線上升階段，80年代中至21世紀(jì)初為震蕩向下階段，21世紀(jì)以來(lái)低溫陰雨的概率較低，且發(fā)生低溫陰雨的持續(xù)日數(shù)震幅度較小。以21世紀(jì)為節(jié)點(diǎn)，21世紀(jì)前40年平均每年低溫陰雨日數(shù)日比21世紀(jì)后的20年多，且出現(xiàn)的概率高，也就是說(shuō)平均低溫陰雨日數(shù)體現(xiàn)了由多變少的過(guò)程，年平均氣溫和春耕春播期平均氣溫出現(xiàn)了先冷后暖的發(fā)展趨勢(shì)，這與陳隆勛等人[15，16]關(guān)于中國(guó)出現(xiàn)異常變暖趨勢(shì)的研究結(jié)論相符。

圖1 扶綏縣1961—2020年年平均氣溫、春耕春播期平均氣溫波動(dòng)線

扶綏縣1961—2020年期間有33年出現(xiàn)低溫陰雨天氣，占研究期間年份的55%，平均每2年有1次低溫陰雨，累計(jì)出現(xiàn)低溫陰雨過(guò)程共46次。從圖2中可以看出，扶綏縣春耕春播期低溫陰雨最多1年出現(xiàn)3次，為1976年；持續(xù)日數(shù)最長(zhǎng)出現(xiàn)在1985年，有2次過(guò)程共計(jì)21天，占據(jù)了當(dāng)年整個(gè)春耕春播期的75%，同時(shí)扶綏縣1985年的年平均氣溫和春耕春播期平均氣溫均為研究期間的最低值。

圖2 扶綏縣1961—2020年低溫陰雨總?cè)諗?shù)和過(guò)程次數(shù)變化曲線

近60年扶綏縣出現(xiàn)的低溫陰雨總?cè)諗?shù)為229天，平均每年低溫陰雨日數(shù)為3.8天，平均每次低溫陰雨的日數(shù)為6.9天。結(jié)合表1看，扶綏縣發(fā)生低溫陰雨持續(xù)總?cè)諗?shù)主要集中在大于等于5天且小于10天的范圍，占低溫陰雨年份的54.5%，大于等于10天的低溫陰雨僅有4年，占低溫陰雨年份的12.1%。90年代末至2020年間，無(wú)低溫陰雨的年份占79%，僅有3年出現(xiàn)低溫陰雨，分別是1998年、2000年、2007年。

表1 扶綏縣1961—2020年的低溫陰雨日數(shù)年份發(fā)生分布表

2.2 春耕春播期平均氣溫與低溫陰雨發(fā)生日數(shù)、結(jié)束期的關(guān)系

2.2.1 低溫陰雨發(fā)生日數(shù)、結(jié)束期與低溫陰雨輕、重年、異常年 低溫陰雨異常年：世界氣象組織（WMO）對(duì)異常事件[17]規(guī)定，相關(guān)對(duì)比序列距平達(dá)到兩倍標(biāo)準(zhǔn)差（2a）的事件。扶綏縣近60年低溫陰雨總?cè)諗?shù)標(biāo)準(zhǔn)差a為7天，將2a（即14天）定義為異常年。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，1978年（14天）和1987年（21天）為低溫陰雨異常年。

對(duì)扶綏縣的低溫陰雨結(jié)束期、發(fā)生日數(shù)歷年變化序列整理，取結(jié)束期距平≥5d（偏晚5d以上），且總?cè)諗?shù)距平≥3d的年份為低溫陰雨偏重年；[18]取結(jié)束期距平≤-5d（偏早5d以上），且總?cè)諗?shù)距平≤-3d的年份為低溫陰雨偏輕年。

按上述統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，利用累積距平分析方法統(tǒng)計(jì)扶綏縣近60年低溫陰雨情況：低溫陰雨最早的結(jié)束期出現(xiàn)是2月25日，分別是1995年和2019年，結(jié)束期最遲出現(xiàn)是4月4日，平均結(jié)束日期為3月16日。平均日數(shù)為3.8天/年。從表2中可看出，低溫陰雨主要以中度年份為主，占60.6%；低溫陰雨的偏重年份出現(xiàn)13次，分別為1968年、1970年、1972年、1976年、1982年、1985年、1987年、1988年、1992年、1993年、1996年、1998年、2007年，占39.4%，集中出現(xiàn)在60年代末至90年代末，其中最重年份為1985年，總?cè)諗?shù)距平為14天，結(jié)束期距平為16天。

表2 1961—2020年扶綏縣春耕春播期低溫陰雨年份統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 春耕春播期低溫陰雨平均氣溫與結(jié)束期、低溫陰雨發(fā)生日數(shù)的相關(guān)性 分別對(duì)扶綏縣春耕春播期平均氣溫與結(jié)束期序列、平均氣溫低溫陰雨發(fā)生日數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，具體見(jiàn)表3，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.62和-0.72，都通過(guò)了&=0.005的顯著性檢驗(yàn)，兩組序列均具有較高的相關(guān)性。這表明春耕春播期結(jié)束期、低溫陰雨發(fā)生日數(shù)與春耕春播期的平均氣溫具有明顯的負(fù)相關(guān)變化趨勢(shì)。從表3中的回歸方程可以預(yù)測(cè)春耕春播期平均氣溫變動(dòng)對(duì)結(jié)束期、低溫陰雨發(fā)生日數(shù)的影響水平。經(jīng)分析可知，春耕春播期如果平均氣溫高1℃，則低溫陰雨結(jié)束期相對(duì)提前約6.5天，低溫陰雨發(fā)生日數(shù)相對(duì)減少約2.4天。

表3 扶綏縣春耕春播期平均氣溫與低溫陰雨日數(shù)、結(jié)束期的相關(guān)方程

2.3 Morlet小波分析扶綏縣低溫陰雨日數(shù)周期性分布特征

選用Morlet小波分析扶綏縣1961—2020年低溫陰雨日數(shù)序列和頻率域，可以更清楚了解扶綏縣近60年低溫陰雨日數(shù)的振動(dòng)變化的周期性和低溫陰雨天氣過(guò)程的重輕。小波系數(shù)的負(fù)數(shù)值越小代表低溫陰雨日數(shù)越偏小，小波系數(shù)的正數(shù)值越大代表低溫陰雨日數(shù)越偏大，小波系數(shù)的零值代表突變點(diǎn)；小波系數(shù)絕對(duì)值反映低溫陰雨日數(shù)突變程度的大小，小波系數(shù)絕對(duì)值越大突變程度越大，同時(shí)也表明序列時(shí)間尺度變化越顯著[19]；因研究需要正小波系數(shù)區(qū)域突出且隨著正值加大其區(qū)域的顏色則逐漸加深顯示。

圖3是近60年扶綏縣低溫陰雨總?cè)諗?shù)的小波變換實(shí)部等值線圖。圖中，為更直觀反映變化趨勢(shì)，小波系數(shù)<0為無(wú)色區(qū)域，即低溫陰雨日數(shù)偏少，扶綏縣處于無(wú)低溫陰雨或者低溫陰雨偏少時(shí)期；小波系數(shù)>0為灰褐色區(qū)域，即低溫陰雨日數(shù)偏多，扶綏縣處于低溫陰雨偏多時(shí)期。由圖3表明，扶綏縣低溫陰雨日數(shù)序列有3個(gè)清晰的時(shí)間尺度，分別為2年、4年、8年。特別明顯的是8年的振蕩周期，而2年、4年的振蕩周期相對(duì)偏弱。8年特征時(shí)間尺度為20世紀(jì)70年代中期、80年代中期、90年中期以及2013年前后的低溫陰雨日數(shù)序列中比較明顯。扶綏縣春耕春播期發(fā)生了2次低溫陰雨日數(shù)多與少的相互交替，顯示出2個(gè)多陰雨期和2個(gè)少陰雨期，扶綏縣低溫陰雨日數(shù)的年際變化曲線特征與等值線特征基本一致。由此可以知道扶綏縣低溫陰雨日數(shù)出現(xiàn)周期以8年為主，但也同時(shí)也有2年和4年的弱周期可能性。目前值線圖中的褐色實(shí)部位等值中心還未閉合，由此可以判斷未來(lái)一到兩年（2021—2022年）扶綏縣發(fā)生低溫陰雨日數(shù)較多的可能性仍較大且處于4年的周期等值線范圍內(nèi)振蕩。

圖3 扶綏縣1961—2020年低溫陰雨總?cè)諗?shù)小波變換實(shí)部等值線圖

3 小結(jié)

3.1 扶綏縣低溫陰雨變化特征

扶綏縣春耕春播期的低溫陰雨發(fā)生大致經(jīng)歷了四個(gè)階段性年際變化，以21世紀(jì)為節(jié)點(diǎn)，21世紀(jì)前平均每年低溫陰雨日數(shù)日比21世紀(jì)后多，且出現(xiàn)的概率高。近60年扶綏縣有33年出現(xiàn)低溫陰雨，占研究期間年份的55%，也就是說(shuō)平均每2年有1次低溫陰雨，平均每年低溫陰雨日數(shù)為3.8天，平均每次低溫陰雨的日數(shù)為6.9天。從發(fā)生低溫陰雨的日數(shù)概率統(tǒng)計(jì)分析可知，主要集中發(fā)生在大于等于5天且小于10天的范圍，占低溫陰雨年份的54.5%。

3.2 春耕春播期平均氣溫與結(jié)束期、低溫陰雨發(fā)生日數(shù)的關(guān)系

扶綏縣近60年低溫陰雨平均結(jié)束日期為3月16日，平均日數(shù)為3.8天/年。低溫陰雨主要體現(xiàn)為中度年份，占60.6%；低溫陰雨的重年累計(jì)為13次，占39.4%。春耕春播平均氣溫變化與低溫陰雨日數(shù)、結(jié)束期呈反位相顯著性相關(guān)變化趨勢(shì)。春耕春播期如果平均氣溫高1℃，則低溫陰雨結(jié)束期相對(duì)提前約6.5天，低溫陰雨發(fā)生日數(shù)相對(duì)減少約2.4天。

3.3 扶綏縣低溫陰雨日數(shù)振蕩周期

通過(guò)Morlet小波分析可知，扶綏縣低溫陰雨日數(shù)序列有3個(gè)清晰的時(shí)間尺度，分別為2年、4年、8年。特別明顯的是8年的振蕩周期，而2年、4年的振蕩周期相對(duì)偏弱。未來(lái)一到兩年（2021—2022年）扶綏縣發(fā)生低溫陰雨日數(shù)較多的可能性仍較大且處于4年的周期等值線范圍內(nèi)振蕩。

3.4 低溫陰雨對(duì)早稻生長(zhǎng)的影響及防御措施

水稻需要經(jīng)過(guò)四個(gè)階段才能從播種到長(zhǎng)成秧苗。秧苗長(zhǎng)出3片完全葉前最容易受低溫陰雨的影響，如果受連續(xù)陰雨低溫天氣影響，早稻幼苗不但耗盡了種子本身自帶的胚乳營(yíng)養(yǎng)，又沒(méi)有能通過(guò)葉片的光合作用及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分，會(huì)發(fā)生“饑餓”現(xiàn)象，抵抗能力弱[20]，主要體現(xiàn)為:①爛秧。②苗期長(zhǎng)勢(shì)弱。③耽誤晚稻播插。低溫陰雨對(duì)早稻生長(zhǎng)的影響還體現(xiàn)在秧田期和移栽前期，當(dāng)秧苗移栽大田返青后已經(jīng)能夠及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分，對(duì)于抵抗低溫陰雨的能力也逐漸加強(qiáng)。

露地育秧，注意夜間灌深水的保溫作用，但不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間積水，可深淺水交替，既提高土溫，又防止無(wú)氧呼吸的影響，或在夜間搭支架拱膜保護(hù)秧苗，減少輻射冷卻，同時(shí)密切關(guān)注天氣變化，控制留水深淺以及時(shí)間。拱膜覆蓋育秧或者大棚育秧，都可以有效地保溫護(hù)苗，但在回暖或者出現(xiàn)陽(yáng)光時(shí)，根據(jù)溫度升高的情況，秧田可適當(dāng)灌水（深水或者淺水）或者適當(dāng)揭膜口、打開(kāi)大棚門(mén)口進(jìn)行通風(fēng)，以避免高溫?zé)纭?/p>