摘要 基于1971—2022年咸陽(yáng)市11個(gè)國(guó)家氣象站逐日地面觀測(cè)資料，采用線性傾向估計(jì)、 Mann-Kendall突變檢驗(yàn)及相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析等方法對(duì)霜凍的分布規(guī)律及氣象因子進(jìn)行分析。結(jié)果表明：咸陽(yáng)各縣（區(qū)）初霜日出現(xiàn)在10月中旬到11月上旬，終霜日出現(xiàn)在3月下旬至4月下旬，無霜期北部短、南部長(zhǎng)，呈初霜日推遲、終霜日提前、無霜期顯著延長(zhǎng)趨勢(shì)；初霜日、終霜日、無霜期突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在2004、2007、2005年，突變后分別呈顯著推遲、提前和延長(zhǎng)趨勢(shì)；初霜期以輻射霜凍最多，云量越少對(duì)應(yīng)的霜凍日數(shù)越多，相對(duì)濕度和地面最低溫度越小，出霜率越低。終霜期以混合霜凍為主，與天空云量關(guān)系不大，與初霜期相比濕度偏小，溫度偏高，風(fēng)速偏大。

關(guān)鍵詞 霜凍日期；時(shí)空分布；氣象因子；咸陽(yáng)市

中圖分類號(hào) S 162 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2024）20-0190-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.046

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Spatial and Temporal Characteristics and Meteorological Factors of Frost Dates in Xianyang City

WANG Ying，QIAO Dan-yang，WANG Wei et al

（Xianyang Meteorological Bureau，Xianyang，Shaanxi 712000）

Abstract Based on daily ground observation data from 11 national meteorological stations in Xianyang City from 1971 to 2022，the distribution pattern and meteorological factors of frost were analyzed using methods such as linear tendency estimation，Mann-Kendall mutation test and relevant statistical analysis.The results showed that the first frost days in all counties （districts） of Xianyang were from mid-October to early November，and the last frost days were from late March to late April，the frost-free period in the north was short and in the south was long，showing that the first frost day was delayed，the last frost day was advanced，and the frost-free period extended significantly. In 2004，2007 and 2005，the first frost date，the last frost date and the frost-free date were significantly delayed，advanced and prolonged respectively;the radiation frost was the most in the first frost period，the less cloud cover，the more frost days，the lower relative humidity and ground lowest temperature，the lower frost rate. The final frost period was mainly mixed frost，which had little relation with cloudiness. Compared with the first frost period，the humidity was lower，the temperature was higher and the wind speed was stronger.

Key words Frost date;Spatial and temporal distribution;Meteorological factor;Xianyang City

近百年來，以地表平均氣溫增高為顯著特征的全球氣候變化影響著氣象災(zāi)害的時(shí)空分異特征［1］，霜凍的時(shí)空演變特征及其影響因素與災(zāi)害評(píng)估受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［2-9］。許多研究發(fā)現(xiàn)，在全球氣候變暖背景下，各地初霜日、終霜日和無霜期的變化分別呈推遲、提前和延長(zhǎng)的趨勢(shì)，而初霜日、終霜日和無霜期的變化會(huì)顯著影響農(nóng)作物生產(chǎn)及糧食安全［10-12］。有研究表明自20世紀(jì)90年代之后，低溫冷凍災(zāi)害處于整體增強(qiáng)的趨勢(shì)［13-14］。

咸陽(yáng)是西北五省唯一的國(guó)家大型商品糧基地和全國(guó)大型優(yōu)質(zhì)蘋果的主要生產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是陜西最大的無公害精細(xì)蔬菜生產(chǎn)基地，其南部為關(guān)中渭河平原，北部為黃土高原丘陵溝壑區(qū)，地形和下墊面復(fù)雜，氣溫變化不穩(wěn)定，初終霜的異常提早和顯著推遲都會(huì)造成春季、秋季處在生長(zhǎng)發(fā)育初期、末期的植物受到較嚴(yán)重的凍害，給農(nóng)林產(chǎn)業(yè)造成較重的經(jīng)濟(jì)損失。筆者利用多年地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)咸陽(yáng)市的初霜日、終霜日和無霜期的變化特征進(jìn)行分析，明確其發(fā)生規(guī)律及預(yù)報(bào)因子特征，對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐、提高對(duì)霜凍災(zāi)害的防范和預(yù)警能力具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料選取

選擇咸陽(yáng)市1971—2022年所轄11個(gè)國(guó)家氣象站逐日地面最低氣溫觀測(cè)資料對(duì)霜凍日期時(shí)空變化進(jìn)行分析；選擇1971—2019年9—11月初霜期、3—5月終霜期的逐日相對(duì)濕度、平均風(fēng)速等資料對(duì)霜凍氣象因子進(jìn)行分析。

1.2 研究方法

將春季地面最低溫度≤0 ℃的終日定義為終霜日，秋季地面最低溫度≤0 ℃的初日為初霜日，終霜日到初霜日之間的日數(shù)為無霜期［15］。為了方便計(jì)算，采用Julian日方法，即將初、終霜日期以1月1日為起點(diǎn)處理成年序天數(shù)序列，即1月1日的日序?yàn)?2月1日的日序?yàn)?2，以此類推。利用算術(shù)平均法建立咸陽(yáng)市初霜日、終霜日和無霜期序列。

采用 Mann-Kendall 檢驗(yàn)法對(duì)霜凍日期進(jìn)行突變分析；采用統(tǒng)計(jì)法分析初霜期和終霜期的氣象因子特征。天氣現(xiàn)象采用云量分類法，總云量≤4成為晴天，＞8成以上為陰天，其余為多云天氣。

2 結(jié)果與分析

2.1 霜凍日期的空間分布特征

統(tǒng)計(jì)1971—2022年咸陽(yáng)各縣（區(qū)）初霜日、終霜日和無霜期特征（表1）發(fā)現(xiàn)，咸陽(yáng)初霜日基本上出現(xiàn)在10月中旬到11月上旬，初霜日最早為9月24日，出現(xiàn)在北部旬邑和長(zhǎng)武，最晚出現(xiàn)在乾縣，為2014年12月1日。初霜日出現(xiàn)日期從北向南呈逐漸推后趨勢(shì)，緯度越高，初霜越早。初霜日變幅在42～53 d，其中永壽、乾縣最大，旬邑、彬州最小。

咸陽(yáng)各縣（區(qū)）終霜日集中出現(xiàn)在3月下旬至4月下旬，終霜日最早日期為2月23日，出現(xiàn)在2020年的乾縣。終霜日最遲日期為5月23日，出現(xiàn)在1979年的旬邑和長(zhǎng)武。終霜日的變幅相比初霜日偏大，為46～78 d，其中淳化最大，興平和禮泉最小。終霜日出現(xiàn)日期從南向北呈逐漸推后趨勢(shì)，緯度越高，終霜越晚。

咸陽(yáng)各縣（區(qū)）無霜期平均為171～224 d，北部5縣（區(qū)）無霜期明顯偏短，平均無霜期為183 d，南部6縣（區(qū)）無霜期偏長(zhǎng)，平均無霜期達(dá)到217 d。無霜期最短出現(xiàn)在1972年旬邑縣（132 d），最長(zhǎng)出現(xiàn)在2022年乾縣（274 d）。各縣（區(qū)）無霜期變幅為50～100 d，禮泉最小，乾縣最大。

2.2 霜凍日期的時(shí)間變化特征

2.2.1 年際變化。從圖1可以看出，1971—2022年咸陽(yáng)市初霜平均日期為10月28日，其中1981年初霜日最早，為10月8日。2016和2020年最晚，為11月11日。從線性趨勢(shì)可以看出，初霜日期顯著推遲，傾向率為2.71 d/10 a。 終霜平均日期為4月9日，其中2014年終霜日最早，為3月22日，1990年終霜最晚，為4月24日，終霜日以-3.02 d/10 a的傾向率顯著提前。無霜期平均為201 d，其中1972年最短，為174 d，2016年最長(zhǎng)，為229 d，無霜期顯著延長(zhǎng)，傾向率為5.82 d/10 a。

2.2.2 年代際變化。從圖1可以看出，

20世紀(jì)70—90年代初霜日差異不大，平均為10月23—25日，21世紀(jì)之后初霜日顯著推遲，2000—2010年初霜日為10月28日，2010年之后初霜日繼續(xù)推遲至11月3日。終霜日基本為逐年代提前，20世紀(jì)70年代為4月15日，2010年之后提前至4月1日。無霜期隨年代呈延長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，20世紀(jì)70年代最短，為191 d，2010年之后最長(zhǎng)，增加至216 d，52年間延長(zhǎng)25 d。

2.2.3 突變分析。

對(duì)咸陽(yáng)地區(qū)初霜日、終霜日和無霜期進(jìn)行M-K突變分析，結(jié)果顯示（圖2），在α=0.01的顯著性水平下，UF曲線和UB曲線均存在交點(diǎn)，表明近52年咸陽(yáng)市初霜日、終霜日和無霜期變化均有明顯的突變點(diǎn)，UF曲線變化趨勢(shì)與霜凍日期的年際變化趨勢(shì)一致。初霜日UF曲線呈上升趨勢(shì)，UB曲線呈下降趨勢(shì)，兩者相交于2004年，確定初霜日的突變年份為2004年，突變前平均初霜日為10月22日，突變后為10月30日，推后了8 d。終霜日的UF曲線呈下降趨勢(shì)，UB曲線呈上升趨勢(shì)，突變年份相比初霜日推后至2007年，突變前平均終霜日為4月9日，突變后為4月1日，提前了8 d。無霜期的UF曲線和UB曲線變化趨勢(shì)與初霜日一致，突變年份出現(xiàn)在2005年，突變前平均無霜期為190 d，突變后214 d，延長(zhǎng)了24 d。

2.3 初霜期和終霜期氣象因子分析

根據(jù)以上分析可知，咸陽(yáng)初霜期一般出現(xiàn)在9—11月，終霜期在3—5月，12月—次年2月為霜凍期。咸陽(yáng)初霜期主要農(nóng)作物為生長(zhǎng)期的蔬菜，終霜期小麥、油菜等剛剛返青，果樹處于開花期，這2個(gè)階段出現(xiàn)的強(qiáng)冷空氣造成的霜凍可能造成苗木及果樹出現(xiàn)凍害，影響其生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而降低產(chǎn)量及品質(zhì)；霜凍期農(nóng)作物基本已經(jīng)成熟收獲或休眠，即使強(qiáng)冷空氣侵襲一般也不會(huì)造成較大損失，因此該研究主要對(duì)初霜期和終霜期進(jìn)行分析。該研究選取區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)武、永壽、秦都3個(gè)站點(diǎn)1971—2019年初霜期和終霜期對(duì)應(yīng)的氣象因子進(jìn)行分析。

表2列出了初霜期不同天氣現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的氣象因子分布。初霜期間，云量越少對(duì)應(yīng)的霜凍日數(shù)越多，相對(duì)濕度和地面最低溫度越小，出霜率越低，對(duì)應(yīng)的平均風(fēng)速相對(duì)偏小。初霜期間晴天出現(xiàn)的頻率占60.8%，其次是多云，占25.1%，陰天占比最少，為14.1%。從天氣現(xiàn)象頻率分布可見，咸陽(yáng)以輻射霜凍最多，這種情況下夜間晴朗少風(fēng)，地面以強(qiáng)烈輻射散熱為主，造成氣溫迅速下降出現(xiàn)霜凍，霜出現(xiàn)頻率最高達(dá)到80.2%～94.1%。平流霜凍相對(duì)較少，這種霜凍發(fā)生時(shí)一般伴隨強(qiáng)風(fēng)，所以又稱為“風(fēng)霜”，分析發(fā)現(xiàn)，咸陽(yáng)初霜期的平均風(fēng)力為1～2級(jí)（風(fēng)速0.3～3.3 m/s），各類天氣對(duì)應(yīng)的風(fēng)速相差不大，同一站點(diǎn)風(fēng)速相差基本在0.1～0.2 m/s。

終霜期的氣象因子分布（表3）與初霜期相比有較大差異，晴天、多云、陰天出現(xiàn)的頻率依次為39.0%、32.3%和28.7%，終霜期與初霜期相比最低溫度偏高0.7 ℃，相對(duì)濕度偏小9百分點(diǎn)，平均風(fēng)速偏大0.4 m/s，出現(xiàn)霜日數(shù)也明顯偏少23%。從終霜期間天氣現(xiàn)象頻率分布可見，咸陽(yáng)春季以混合霜凍為主，當(dāng)北方強(qiáng)冷空氣入侵，會(huì)造成本地大風(fēng)和氣溫急降，加之冷高壓控制下的天氣晴朗無風(fēng)，夜間再度輻射降溫形成霜凍。

對(duì)比初、終霜凍期日最低氣溫和地面最低氣溫發(fā)現(xiàn)，初霜期晴天時(shí)兩者相差達(dá)到2.2 ℃，陰天時(shí)達(dá)1.2 ℃;終霜期晴天兩者相差2.9 ℃，陰天為1.5 ℃。陜西預(yù)報(bào)員一般將最低溫度<2.0 ℃作為預(yù)報(bào)霜凍出現(xiàn)的指標(biāo)，從以上分析看，如果次日預(yù)報(bào)晴天，最低氣溫為2.0 ℃左右，終霜凍出現(xiàn)的可能性明顯比初霜凍高。如果次日云量偏多，出現(xiàn)霜凍頻率更高的最低氣溫預(yù)報(bào)應(yīng)在1.0 ℃左右。由此可見，在常規(guī)霜凍天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警中，對(duì)最低氣溫的預(yù)報(bào)和夜間天氣現(xiàn)象預(yù)測(cè)是關(guān)鍵。

3 結(jié)論

（1）咸陽(yáng)各縣（區(qū)）初霜日出現(xiàn)在10月中旬到11月上旬，呈“北早南晚”分布，終霜日出現(xiàn)在3月下旬至4月下旬，與初霜日呈反相分布，無霜期北部短、南部長(zhǎng)，平均為171～224 d。

（2）年際變化幅度無霜期日數(shù)＞終霜日日期＞初霜日日期，呈初霜日推遲、終霜日提前、無霜期顯著延長(zhǎng)趨勢(shì)。年代際變化分析來看，初霜日的推遲主要表現(xiàn)在21世紀(jì)以后，終霜日基本為逐年代提前，無霜期隨年代呈延長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

（3）M-K突變分析顯示初霜日、終霜日和無霜期變化都有明顯的突變點(diǎn)，分別出現(xiàn)在2004、2007、2005年，突變后分別呈顯著推遲、提前和延長(zhǎng)趨勢(shì)。

（4）初霜期以輻射霜凍最多，云量越少對(duì)應(yīng)的霜凍日數(shù)越多，相對(duì)濕度和地面最低溫度越小，出霜率越低，對(duì)應(yīng)的平均風(fēng)速相對(duì)偏小。 終霜期以混合霜凍為主，與天空云量關(guān)系不大，與初霜期相比濕度偏小，溫度偏高，風(fēng)速偏大。

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