吳 昊，馬 力，陳 宜，魯速明，楊 磊

(1.江西省九江市氣象局，江西 九江 332000；2.江西省氣象災(zāi)害應(yīng)急預(yù)警中心，江西 南昌 330096；3.江西省棉花研究所，江西 九江 332105)

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冬馬鈴薯苗期霜凍害的指標(biāo)因子、預(yù)報(bào)方法及風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)

吳 昊1，馬 力2，陳 宜3，魯速明3，楊 磊3

(1.江西省九江市氣象局，江西 九江 332000；2.江西省氣象災(zāi)害應(yīng)急預(yù)警中心，江西 南昌 330096；3.江西省棉花研究所，江西 九江 332105)

針對(duì)“棉薯連作輕簡(jiǎn)化栽培”方式下，冬馬鈴薯春季破膜放苗期間遭遇的霜凍害損失與結(jié)霜期最低氣溫之間的不對(duì)稱(chēng)性，引入草面溫度平行資料進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，草面最低溫度能更客觀地反映馬鈴薯苗遭受的霜凍害強(qiáng)度，是馬鈴薯春霜凍害的最佳指標(biāo)因子。綜合分析結(jié)霜天氣背景，篩選常規(guī)天氣預(yù)報(bào)要素，建立了草面最低溫度的預(yù)報(bào)模型，以提高霜凍害強(qiáng)度定量預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性與實(shí)用性。診斷分析近57年終霜日期資料結(jié)果表明，在全球氣候變化的大背景下，近30年該地區(qū)終霜日期整體呈提早出現(xiàn)的趨勢(shì)，部分地區(qū)達(dá)到線(xiàn)性提早顯著水平；少數(shù)地區(qū)在2000年代中期出現(xiàn)終霜日期提早的突變點(diǎn)，并在2014～2015年突變顯著；在終霜期提早凸顯的趨勢(shì)下，晚霜風(fēng)險(xiǎn)依然存在，且周期性振蕩不顯著。

馬鈴薯苗；霜凍害；指標(biāo)因子；草溫預(yù)報(bào)；風(fēng)險(xiǎn)

0 引言

馬鈴薯糧菜飼兼用，還可作為生物能源原料，對(duì)保障糧食安全、能源安全、消除貧困起著十分重要的作用[1-2]。世界馬鈴薯生產(chǎn)格局正在發(fā)生重大變化，亞洲是世界上馬鈴薯生產(chǎn)增長(zhǎng)最快的地區(qū)[3]。據(jù)農(nóng)業(yè)部消息，我國(guó)將啟動(dòng)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，預(yù)計(jì)2020年50%以上的馬鈴薯將作為主糧消費(fèi)[4]。可見(jiàn)，其需求潛力很大，加上馬鈴薯可以利用冬閑田種植，耕地成本降低，且在上市季節(jié)上具有靈活性，因此，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景好[1]。

江西省九江市位于鄱陽(yáng)湖北部(28°47′～30°06′ N)，是江西省的棉花主產(chǎn)區(qū)和高產(chǎn)區(qū)，棉花種植面積和產(chǎn)量均占全省的70%以上[5]，是我國(guó)三大主產(chǎn)棉區(qū)之一的長(zhǎng)江流域棉區(qū)的重要組成部分，具有得天獨(dú)厚的自然條件，植棉技術(shù)較高，連片籽棉單產(chǎn)多次突破7500 kg/hm2大關(guān)。棉花一直是該地區(qū)的農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。然而，隨著國(guó)家棉花收儲(chǔ)政策的取消，棉花生產(chǎn)資料價(jià)格上漲，農(nóng)村留守勞動(dòng)力老化弱化，原棉價(jià)格下跌與棉花生產(chǎn)存在的技術(shù)復(fù)雜、周期長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多、用工多、投入多、機(jī)械化程度低等矛盾日益凸顯，植棉比較效益偏低，棉花生產(chǎn)不斷呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)[6-7]。

為了幫助老棉區(qū)走出困局，江西省棉花研究所在大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)棉農(nóng)在棉地耕作制度改革上下功夫，對(duì)接國(guó)家糧食戰(zhàn)略調(diào)整，將棉花與馬鈴薯這個(gè)當(dāng)今世界第四大糧食作物結(jié)合起來(lái)，開(kāi)展了“棉花+馬鈴薯輕簡(jiǎn)化栽培技術(shù)”試驗(yàn)示范。

棉花+馬鈴薯輕簡(jiǎn)化栽培，就是在冬閑的棉地上種植馬鈴薯，通過(guò)技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)“免耕、免挖”，最大限度地減輕人力負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品提質(zhì)、農(nóng)耕地增效、植棉積極性不減的目的。2014～2015年，該項(xiàng)技術(shù)示范獲得了60000 kg/hm2的好收成。

棉花+馬鈴薯輕簡(jiǎn)化栽培，在播種至發(fā)芽期實(shí)行“稻草+地膜”保護(hù)性栽培；進(jìn)入出苗期后，為了避免春季氣溫回升造成高溫?zé)绗F(xiàn)象，需實(shí)行“破膜放苗”，即馬鈴薯幼苗進(jìn)入露天生長(zhǎng)狀態(tài)，失去了溫度保護(hù)。在前幾年的試驗(yàn)示范中，沒(méi)有遇到春寒天氣情況，收成良好。

霜是當(dāng)氣溫下降使地表或接近地表的物體表面最低溫度降到0 ℃或0 ℃以下，空氣中水汽直接凝華在地表或物體上形成白色冰晶的一種天氣現(xiàn)象[8]。霜凍害則是霜天使得正在生長(zhǎng)發(fā)育的作物受到凍傷，從而導(dǎo)致減產(chǎn)、品質(zhì)下降或絕收的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害[8]。

2016年3月上旬末至中旬初，九江市出現(xiàn)寒潮天氣，以致3月11～12日全市大部分地區(qū)出現(xiàn)結(jié)霜天氣，造成馬鈴薯幼苗凍死率達(dá)到75%～95%、減產(chǎn)幅度達(dá)到50%的嚴(yán)重?fù)p失。從受影響程度看，依據(jù)中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《作物霜凍害等級(jí)》[8]，本次災(zāi)害等級(jí)達(dá)到了重霜凍標(biāo)準(zhǔn)。

然而，天氣實(shí)況資料表明，同期最低氣溫在-1.0 ℃以上，較《作物霜凍害等級(jí)》中的重霜凍害標(biāo)準(zhǔn)高出2 ℃以上，甚至連輕霜凍標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有達(dá)到。針對(duì)這一情況，本文引用近年來(lái)氣象臺(tái)站新增觀測(cè)項(xiàng)目——草面溫度資料，通過(guò)比較分析，發(fā)現(xiàn)最低氣溫在霜凍害程度的表達(dá)上存在較大的誤差性，而草面最低溫度更接近馬鈴薯苗等作物冠層溫度，更適合作為霜凍害的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上對(duì)草面最低溫度的預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了探討；此外，本文對(duì)近57年當(dāng)?shù)卮核L(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)進(jìn)行了氣候診斷分析，旨在更好地指導(dǎo)冬馬鈴薯生產(chǎn)的發(fā)展。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

馬鈴薯物候觀測(cè)資料來(lái)源于江西省棉花研究所，馬鈴薯試種品種為中薯5號(hào)；氣象資料來(lái)源于九江市氣象局，時(shí)間序列為1960～2016年。

1.2 研究方法

1.2.1 比較分析 應(yīng)用比較分析的方法，對(duì)馬鈴薯苗情、災(zāi)情與氣象觀測(cè)等平行資料進(jìn)行研究分析，篩選出能客觀表征馬鈴薯霜凍害致災(zāi)強(qiáng)度的關(guān)鍵氣象因子。

1.2.2 回歸分析 應(yīng)用逐步回歸分析方法，對(duì)馬鈴薯苗期霜凍害氣象指標(biāo)因子與其它常規(guī)天氣氣象要素、特別是在日常天氣預(yù)報(bào)中通用的要素之間進(jìn)行相關(guān)性分析，建立相關(guān)模型，形成霜凍害預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)方法。

應(yīng)用線(xiàn)性回歸分析方法，將終霜日期序列與自然數(shù)數(shù)列進(jìn)行相關(guān)性分析，通過(guò)相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)，判斷該要素與時(shí)間變化的相關(guān)性；通過(guò)擬合線(xiàn)斜率b值的正、負(fù)與大小，可以判斷該要素隨時(shí)間變化趨勢(shì)的強(qiáng)弱。把相關(guān)系數(shù)的顯著水平p稱(chēng)為“氣候線(xiàn)性變化趨勢(shì)傾向顯著水平”；把擬合線(xiàn)斜率b稱(chēng)為“趨勢(shì)傾向率”，把b×10表示某氣象要素每10年的氣候傾向率[9]。

1.2.3 小波分析 應(yīng)用小波分析方法，分析研究當(dāng)?shù)亟?0多年來(lái)終霜日期的周期性變化特征。 小波分析的原理[10-12]如下：

為了便于計(jì)算機(jī)計(jì)算，應(yīng)將其離散化和量子化。選擇a0，b0,使a=a0j,b=kb0;a0ja0>1,b0∈R,j、k∈Z,則小波基函數(shù)變?yōu)椋害譲,k(x)=2j/2ψ(a0-jx-kb0)，通常取a0=2，b0=1, 于是有：ψj,k(x)=2j/2ψ(2-jx-k)。

在一定條件下，{ψj,k(x)|j,k∈Z}構(gòu)成一組完備標(biāo)準(zhǔn)正交基。

1.2.4 Mann-Kendall檢驗(yàn) Mann-Kendall檢驗(yàn)分析法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)M-K檢驗(yàn))是目前被廣泛應(yīng)用的趨勢(shì)分析方法，能很好地揭示時(shí)間序列的趨勢(shì)變化。其優(yōu)點(diǎn)在于不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾。本文應(yīng)用該方法診斷分析終霜日期的突變性表現(xiàn)，其原理如下[12]：

設(shè)時(shí)間序列為{xi}(i=1，2，…，n)，時(shí)間序列{xi}的對(duì)偶數(shù)S(xi

其中，sgn()為符號(hào)函數(shù)。

M-K統(tǒng)計(jì)量U的計(jì)算公式為：

M-K統(tǒng)計(jì)量U的取值范圍為(-∞，+∞)。U>0時(shí)，表示時(shí)間序列{xi}為上升趨勢(shì);U<0時(shí)，表示時(shí)間序列{ xi}為下降趨勢(shì)；│U│>U0.05/2=1.96，表示序列趨勢(shì)變化顯著。

使用M-K法檢驗(yàn)突變時(shí)，其具體原理如下：設(shè)時(shí)間序列為{xi}(i=1，2，…，n)，構(gòu)造一新系列dk：

其中，mi為xi>xj(1≤j≤i)的樣本累積數(shù)。dk的均值以及方差分別為：

在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立假設(shè)下，定義統(tǒng)計(jì)量UFk：

給定顯著性水平α，查正態(tài)分布表，得到臨界值t。當(dāng)|UFk|>t時(shí)，表明時(shí)間序列存在明顯的上升或下降趨勢(shì)，所有UFk將組成一條曲線(xiàn)UF；把同樣的方法引用到反序列中，得到另一條曲線(xiàn)UB。將統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)UF、UB以及±t這2條直線(xiàn)繪在同一坐標(biāo)系上，如果UF>0，表示時(shí)間序列呈上升趨勢(shì)，如果UF<0，表示時(shí)間序列呈下降趨勢(shì)，當(dāng)它們超過(guò)臨界值直線(xiàn)時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著。如果UF和UB 這2條曲線(xiàn)出現(xiàn)交點(diǎn)，則交點(diǎn)為突變點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 霜天背景及影響

2016年3月8日，北方冷空氣開(kāi)始入侵影響九江市，自8日至9日，3 h變壓持續(xù)處于>0的狀態(tài)，24 h變溫持續(xù)處于<0狀態(tài)；冷空氣過(guò)境后，受高壓系統(tǒng)控制，天氣晴好，除西部山區(qū)的修水、武寧2站外，九江市各臺(tái)站3月10日中午～12日上午的可照時(shí)間均有日照；3月10日夜間至11日晨以及11日夜間至12日晨，天空晴朗少云，地面輻射冷卻作用明顯，全市大部分地區(qū)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。

霜天過(guò)程后數(shù)天，馬鈴薯地上部分先是變?yōu)樗疂n狀，然后腐爛變黑，失去生命活力。表1為“棉花+”馬鈴薯輕簡(jiǎn)化栽培示范點(diǎn)結(jié)霜天氣出現(xiàn)前，馬鈴薯的物候期進(jìn)程以及霜凍害造成的植株受害率與產(chǎn)量損失率。由表1可知，此次霜凍害給馬鈴薯生產(chǎn)造成了重度影響。

表1 2016年3月10～11日“棉花+”馬鈴薯苗霜凍害情況

2.2 結(jié)霜期不同活動(dòng)面最低溫度的比較

表2為德安、湖口2站結(jié)霜天氣出現(xiàn)前后，地表、草面(地表以上5～10 cm)以及百葉箱高度(地表以上150 cm)3個(gè)活動(dòng)面的日最低溫度，即：地表最低溫度、草面最低溫度、最低氣溫。

比較分析表2可以看出，在結(jié)霜天氣現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，最低草溫較最低氣溫和最低地面溫度明顯偏低；最低草溫與最低氣溫的差值德安站平均為-2.2 ℃，湖口站平均為-4.1 ℃，表現(xiàn)出空間上的相對(duì)穩(wěn)定性；最低氣溫與最低地面溫度之間互有高低，差異性不穩(wěn)定。綜上所述，采用氣溫或者地表溫度作為霜凍害的氣象指標(biāo)，不能真實(shí)地反映結(jié)霜天氣的凍害強(qiáng)度；草坪活動(dòng)面與馬鈴薯苗不僅高度相似，而且在結(jié)霜天氣時(shí)熱量交換物理機(jī)制相似，將草溫作為馬鈴薯苗霜凍害指標(biāo)更為合理；最低草溫與最低氣溫的差值表現(xiàn)出的空間相對(duì)穩(wěn)定性，為草溫預(yù)報(bào)模型的研究提供了探索的可能。

2.3 草面最低溫度預(yù)報(bào)

2.3.1 結(jié)霜日最低草溫預(yù)報(bào)模型 對(duì)九江市轄區(qū)內(nèi)2016年3月11日～12日出現(xiàn)了結(jié)霜現(xiàn)象氣象臺(tái)站的日最低氣溫、日最低地表溫度以及平均風(fēng)速(夜間20：00時(shí)～早晨7：00時(shí))與日最低草溫進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果如表3。

表2 霜天前后不同活動(dòng)面最低溫度的比較

表3 不同活動(dòng)面最低溫度及風(fēng)速間的相關(guān)分析

由表3可知，草面最低溫度與最低氣溫、地表最低溫度、夜間平均風(fēng)速均呈顯著的正相關(guān)；最低氣溫與夜間平均風(fēng)速相關(guān)不顯著；最低地表溫度與最低氣溫、夜間平均風(fēng)速均呈顯著的正相關(guān)。需要說(shuō)明的是，云對(duì)夜間地面輻射冷卻具有明顯的抑制作用，但由于近年來(lái)各氣象臺(tái)站(除基本站外)取消了云量與云高觀測(cè)，故而本文沒(méi)有涉及到云量。

綜合上述分析，將最低草溫作為預(yù)報(bào)對(duì)象，采用逐步回歸方法，篩選出最低氣溫與夜間平均風(fēng)速作為預(yù)報(bào)因子(兩者之間的偏相關(guān)不顯著)，建立模型如下：

Y最低草溫= - 3.49 + 0.552t最低氣溫+ 0.546U平均風(fēng)速

(1)

模型 (1)的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.862，F(xiàn)值為18.83，顯著水平p為0.0001，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S為5.37。

分析表3不難看出，盡管草面最低溫度與最低氣溫、夜間平均風(fēng)速均顯著相關(guān)，但與最低氣溫相關(guān)的顯著水平更高?？紤]到最低氣溫與夜間平均風(fēng)速這兩個(gè)因子均為預(yù)報(bào)因子，而預(yù)報(bào)因子越多，存在的不確定性和不穩(wěn)定性也就越大，對(duì)預(yù)報(bào)對(duì)象的準(zhǔn)確性會(huì)產(chǎn)生影響。故此，本文采用最低氣溫作為單預(yù)報(bào)因子，建立草面最低溫度的預(yù)報(bào)模型(2)如下：

Y最低草溫= - 2.97 + 0.60t最低氣溫

(2)

模型 (2)的F值為28.25，顯著水平p為0.0001, 剩余標(biāo)準(zhǔn)差S為5.88。

圖1列出了模型(2)的擬合誤差。由圖1可以看出，采用單因子(最低氣溫)建立的預(yù)報(bào)模型(2)進(jìn)行最低草溫預(yù)報(bào)，其誤差絕對(duì)值<1，預(yù)報(bào)信度可靠。

圖1 草面最低溫度預(yù)報(bào)模型擬合效果

2.3.2 模型應(yīng)用效果檢驗(yàn) 2016年3月26日與27日，九江市再次出現(xiàn)了一次結(jié)霜天氣過(guò)程，此次霜凍害強(qiáng)度較弱，對(duì)馬鈴薯苗生長(zhǎng)未造成明顯影響。表4、表5分別為運(yùn)用上述模型，開(kāi)展2016年3月26日與27日草面最低溫度預(yù)報(bào)試驗(yàn)的誤差分析結(jié)果。

表4 3月26日草面最低溫度預(yù)報(bào)試驗(yàn)誤差分析 ℃

表5 3月27日草面最低溫度預(yù)報(bào)試驗(yàn)誤差分析 ℃

表4與表5中，2016年3月26～27日九江市轄區(qū)內(nèi)，天氣現(xiàn)象實(shí)況達(dá)到結(jié)霜標(biāo)準(zhǔn)的站次共計(jì)有13個(gè)。針對(duì)這13個(gè)樣本，預(yù)報(bào)模型的試驗(yàn)效果如下：

(1)定性預(yù)報(bào)結(jié)果(指有霜或無(wú)霜)的正確率，兩個(gè)模型均為77%；

(2)最大預(yù)報(bào)殘差，模型(1)為2.0 ℃，模型(2)為1.8 ℃；

(3)殘差≤1.5 ℃的比率，模型(1)為85%，模型(2)為92%；

(4)殘差≤1.0 ℃的比率，兩個(gè)模型均達(dá)到85%；

(5)殘差≤0.5 ℃的比率，模型(1)為69%，模型(2)為77%。

表4與表5中，該地區(qū)還有7個(gè)站次沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)霜天氣現(xiàn)象，其中有4個(gè)站次的最低氣溫并不偏高，且風(fēng)力不夠大，其原因可能與云量有關(guān)。

綜上所述，可以得出：一是采用地面最低溫度與夜間平均風(fēng)速，或者簡(jiǎn)單地采用地面最低溫度預(yù)報(bào)結(jié)論，能夠開(kāi)展霜天現(xiàn)象與霜凍害強(qiáng)度預(yù)報(bào)；二是在開(kāi)展霜預(yù)報(bào)時(shí)，應(yīng)充分利用衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波等資料，對(duì)天空晴朗度進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)估，對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)論進(jìn)行訂正。

2.3.3 馬鈴薯苗霜凍害預(yù)警指標(biāo) 據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，馬鈴薯在播種后、出苗前，一般受冷害的影響不大，塊莖在氣溫回暖后會(huì)繼續(xù)萌發(fā)，只是出苗期會(huì)相應(yīng)延遲[13]。當(dāng)氣溫下降到-0.8 ℃時(shí)幼苗即受寒害；氣溫在-1.5 ℃時(shí)莖部受凍害；當(dāng)氣溫變暖時(shí)，受害部位變成水浸狀，隨后部分莖葉枯死、變黑，但氣溫回升后還能從節(jié)部發(fā)出新的莖葉，繼續(xù)生長(zhǎng)；-3 ℃時(shí)莖葉全部枯死[14-15]。同樣只要種薯薯塊未被凍死，氣溫回升后，塊莖會(huì)由芽眼處重新萌芽[16]。受凍后的馬鈴薯植株容易被病菌感染，從而影響產(chǎn)量[17]。

對(duì)比分析2016年3月11～12日馬鈴薯苗霜凍害天氣背景、災(zāi)情以及文獻(xiàn)資料，不難看出，上述溫度指標(biāo)所指的是馬鈴薯苗的冠層溫度，而非氣象臺(tái)站觀測(cè)的百葉箱氣溫。據(jù)此，本文綜合研究制定出春季馬鈴薯苗霜凍害的天氣背景與氣象指標(biāo)，如表6所示。

表6 春季馬鈴薯苗霜凍害的天氣背景與指標(biāo)

大量觀測(cè)與研究表明，霜的形成受到云量和風(fēng)力的直接影響。當(dāng)云量較大時(shí)，云對(duì)地面物體夜間的輻射冷卻具有阻礙作用，抑制霜的形成。而當(dāng)風(fēng)力達(dá)到3～4級(jí)以上時(shí)，上下層的空氣容易互相混合而產(chǎn)生熱量交換，加上空氣流動(dòng)快，與冷物體表面接觸的時(shí)間短，從而阻礙霜的形成。

為使上述指標(biāo)更好地與日常天氣預(yù)報(bào)接軌，應(yīng)用草面最低氣溫預(yù)報(bào)模型(1)與模型(2)進(jìn)行換算，得到春季馬鈴薯苗霜凍害氣象預(yù)警指標(biāo)(如表7)。

2.4 終霜日期的時(shí)間變化特征

九江市轄區(qū)的6個(gè)代表站終霜日期存在一定的空間分布差異，終霜最早的日期出現(xiàn)在1月中旬～2月初，最晚的日期均在4月上旬；終霜日期的氣候平均日期各地均出現(xiàn)在3月上旬；終霜日期的80%保證率日期在3月11日～3月24日之間。下面分析一下終霜日期的時(shí)間變化特征。

為了便于統(tǒng)計(jì)分析，將終霜日期以日為單位，按照先后進(jìn)行自然數(shù)擬合處理，即確定某個(gè)日期為零值點(diǎn)，向后遞增，向前遞減。

表7 春季馬鈴薯苗霜凍害氣象預(yù)警指標(biāo)

2.4.1 線(xiàn)性變化 表8為九江市轄區(qū)內(nèi)的6個(gè)代表站1960～2016年終霜日期序列與自然數(shù)數(shù)列相關(guān)性分析，結(jié)果表明，近57年終霜日期的年變化總體呈現(xiàn)出提早的趨勢(shì)，其中有半數(shù)臺(tái)站這種趨勢(shì)達(dá)到顯著水平，趨勢(shì)傾向率b達(dá)到1.9～3.5 d/年；另有半數(shù)臺(tái)站的提早趨勢(shì)尚不顯著。

2.4.2 周期性變化 采用Wave子波30年對(duì)稱(chēng)延伸法，對(duì)九江市轄區(qū)內(nèi)的6個(gè)代表站1960～2016年終霜日期的周期性振蕩特征進(jìn)行了分析，圖2為各代表站近57年終霜日期小波分析各尺度的方差。從圖2看出，6個(gè)代表站的小波方差曲線(xiàn)均沒(méi)有出現(xiàn)峰值點(diǎn)，表明其振蕩的周期性不顯著。圖3為全市平均終霜日期年變化小波分析圖，圖中曲線(xiàn)僅僅零散地在一些很小的時(shí)間段偶爾出現(xiàn)了幾個(gè)中心縱坐標(biāo)值約為2～3年及10年的淺封閉區(qū)，這也表明九江地區(qū)平均終霜日期年變化的周期性振蕩特征處于較弱的水平。

圖2 各尺度小波方差

2.4.3 年代際變化 統(tǒng)計(jì)分析表明，九江市轄區(qū)內(nèi)6個(gè)代表站10年際平均終霜日期，1960s～1980s出現(xiàn)在3月3日～3月15日，1990s開(kāi)始普遍提前到3月上旬，永修站甚至提前到2月中旬末；進(jìn)入2010s以來(lái)，全區(qū)終霜日期提早趨勢(shì)更加顯著，終霜平均日期提早到2月中旬～3月初，各臺(tái)站分別有3～5年終霜日期出現(xiàn)在3月份之前，最早出現(xiàn)在1月底，但在2016年也出現(xiàn)了半數(shù)臺(tái)站終霜日期為3月下旬后期的特殊情況。

表8 九江市終霜日期年變化線(xiàn)性回歸分析

圖3 全市平均終霜日期年變化小波分析

2.4.4 突變分析 Mann-Kendall檢驗(yàn)分析結(jié)果表明，1960年以來(lái)的57年，九江市大部分代表站點(diǎn)的終霜日期尚未出現(xiàn)突變現(xiàn)象，只有星子、永修2站約在2006～2007年出現(xiàn)提早的突變點(diǎn)，并在2014年突破-tα=0.05，達(dá)到顯著的突變，但永修站2016年∣UFk∣<∣tα=0.05∣，中止了顯著突變的趨勢(shì)。圖4A～4C為星子站、永修站的終霜日期和全市6個(gè)代表站的平均終霜日期年變化的Mann-Kendall檢驗(yàn)分析圖。

3 結(jié)論與討論

草面最低溫度與最低氣溫、地表最低溫度之間顯著相關(guān)，但不可相互替代。草面、地表以及百葉箱高度空氣層，代表著近地層3個(gè)不同空間位置、不同物理性質(zhì)的介面，在結(jié)霜天氣現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，輻射作用與水相變化使其溫度變化狀況既相互聯(lián)系，又相互區(qū)別。因此，最低氣溫與地表最低溫度均不能客觀反映農(nóng)作物霜凍害的影響程度。在分析作物霜凍害影響時(shí)，既要考慮到作物對(duì)凍害的敏感性程度，又要考慮到作物對(duì)凍害敏感部分的空間位置(即活動(dòng)面高度)，從而客觀選擇指標(biāo)因子。

A：星子站；B：永修站；C：全市平均。

農(nóng)作物溫度指標(biāo)引用時(shí)，不宜簡(jiǎn)單地與氣象部門(mén)觀測(cè)的氣溫混用。受專(zhuān)業(yè)限制，文獻(xiàn)資料中“氣溫”資料的觀測(cè)不一定都與氣象部門(mén)的規(guī)定一致。因此，在成果引用時(shí)，要具體情況具體對(duì)待，弄清楚其獲取環(huán)境(所代表的活動(dòng)面)非常重要，以保證結(jié)果的科學(xué)性。

應(yīng)用草面溫度研制霜凍害指標(biāo)合理性更強(qiáng)。無(wú)論是在活動(dòng)面熱量平衡物理特性方面，還是在空間分布方面，草面與馬鈴薯苗期群體冠層具有更顯著的相似性，將草面溫度作為霜凍害氣象指標(biāo)因子，合理性明顯。

應(yīng)用草面溫度預(yù)報(bào)霜凍害簡(jiǎn)便實(shí)用。霜天現(xiàn)象發(fā)生的天氣背景特點(diǎn)明確，即風(fēng)輕云淡，通過(guò)草面最低溫度與最低氣溫的相關(guān)模型建立的霜凍害強(qiáng)度的預(yù)報(bào)方法，既具有較好的客觀性，又簡(jiǎn)單實(shí)用。

春霜凍害指標(biāo)可延伸到相似作物。本文是立足冬馬鈴薯幼苗與氣候觀測(cè)場(chǎng)草面的物理學(xué)相似性，研制馬鈴薯霜凍害的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)。同理，該指標(biāo)可延伸使用到春季其他低矮作物(如蔬菜等)的預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)。

未來(lái)一定時(shí)期終霜日期總體提早與個(gè)別極端年份偶爾偏晚的趨勢(shì)并存。在氣候變化背景下，研究地區(qū)終霜日期變化總體呈提早出現(xiàn)趨勢(shì)，同時(shí)也存在個(gè)別極端年份的出現(xiàn)日期明顯偏晚。終霜日期的顯著提早，對(duì)于充分利用冬閑地資源，如發(fā)展冬種馬鈴薯產(chǎn)業(yè)等，是有利的一面。但是，在看到有利一面的同時(shí)，對(duì)少數(shù)極端年份終霜日期偏晚的風(fēng)險(xiǎn)也要高度重視，絕不可心存僥幸。覆蓋免耕栽培技術(shù)不僅能顯著提高馬鈴薯的產(chǎn)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且保水、保溫增強(qiáng)馬鈴薯的抗寒能力[18]，實(shí)行輕簡(jiǎn)化馬鈴薯栽培有利于降低霜凍害風(fēng)險(xiǎn)。

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(責(zé)任編輯:許晶晶)

Index Factors, Forecast Method and Risk Trend of Frost Damage to Winter Potato Seedlings

WU Hao1, MA Li2, CHEN Yi3, LU Su-ming3, YANG Lei3

(1. Meteorological Bureau of Jiujiang City in Jiangxi Province, Jiujiang 332000, China; 2. Jiangxi Meteorological Disaster Emergency Early Warning Center, Nanchang 330096, China; 3. Jiangxi Cotton Research Institute, Jiujiang 332105, China)

In the light and simplified cultivation of cotton-potato continuous cropping, there existed a asymmetry between the minimum air temperature in frosting period and the winter potato yield loss caused by frost damage at film-rupturing and transplanting stage in spring. Aiming at this problem, we introduced grass surface temperature to study the index factors, forecast method and risk trend of frost damage to winter potato seedlings. The results indicated that the minimum temperature of grass surface could more objectively reflect the frost damage intensity of potato seedlings, and it was the best index factor of potato spring-frost damage. The weather background of frosting was comprehensively analyzed, some routine weather elements were screened, and the prediction model using grass surface minimum temperature as predictive factor was established to enhance the accuracy and practicability of quantitative prediction of frost damage intensity. The results of diagnostic analysis of latest frost date data in recent 57 years revealed that: under the large background of global climate change, the latest frost date in this region in recent 30 years became earlier as a whole, and this ahead trend in some districts reached a significantly linear level. A sudden change point of latest frost date in minority districts appeared in the mid 2000s, and the sudden change was significant during 2014～2015. Under the trend that the latest frost appeared earlier, the late frost risk still existed, and its periodic oscillation was not significant.

Potato seedling; Frost damage; Index factor; Grass temperature forecast; Risk

2016-09-05

江西省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(20144BBF60014)。

吳昊(1966─)，男，江西湖口人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)氣象。

S162

A

1001-8581(2016)11-0059-07