李 杰，夏春柳，羅 園

(1.湖南省郴州市氣象局，湖南郴州 423000；2.湖南蘇仙嶺-萬花巖風(fēng)景名勝區(qū)管理處，湖南郴州 423000)

霜凍是一種低溫冷害的重要農(nóng)業(yè)自然現(xiàn)象，發(fā)生在春秋季節(jié)，與最低氣溫(農(nóng)業(yè)氣象中通常以最低溫度低于0 ℃作為霜凍的氣候指標(biāo))有著密切的關(guān)系[1-3]。霜凍具有危害范圍廣、危害農(nóng)作物種類多、危害持續(xù)性強等特點，因此近年來許多學(xué)者對霜凍特征進行研究[4-7]，其中許艷等[8]研究表明，近50年來我國大部分地區(qū)霜期在逐步縮短，初霜日和終霜日不斷變化，近20年變化趨勢顯著。朱歆煒等[9]研究表明，湖南省大部分地區(qū)的冷日、冷夜呈下降趨勢，其中湘東南部分地區(qū)變化趨勢明顯，從而影響湘南地區(qū)霜凍變化。

郴州市位于湖南省東南部，地處南嶺山脈與羅霄山脈交錯、長江水系與珠江水系分流的地帶。其中東南面山系重疊，群山環(huán)抱；西部山勢低矮，向北開口，中部為丘、平、崗交錯。境內(nèi)四季分明，平地丘陵區(qū)的冬夏季長而春秋季短；山區(qū)則冬季長，而春、夏、秋季短，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候。郴州市為主要煙草、果樹等特色農(nóng)作物種植區(qū)，霜凍災(zāi)害年給當(dāng)?shù)卦斐蓢乐氐慕?jīng)濟損失。筆者運用近55年來郴州市霜凍資料，主要針對霜凍變化特征進行分析，揭示其變化和發(fā)展規(guī)律，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和霜凍防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1資料來源郴州市共有10個地面氣象站(3個基本站，7個一般站)，考慮觀測儀器的更換或觀測臺站的變遷會影響到觀測資料的均一性，在此采用的數(shù)據(jù)來源于郴州市氣象局提供的地面氣象站均一性訂正后的逐日最高、最低氣溫資料[10]。利用郴州市1961—2015年安仁、郴州、桂東、桂陽、嘉禾、臨武、汝城、宜章、永興、資興10個地面氣象觀測站逐日地面最低氣溫、逐年初終霜凍日、無霜凍期等資料，研究霜凍的變化特征。初霜日指秋季第1次出現(xiàn)日最低氣溫≤0 ℃的日期，終霜日指春季最后1次出現(xiàn)日最低氣溫≤0 ℃的日期，無霜期指終、初霜日的間隔日數(shù)。

采用功率譜[11]分析郴州市多年平均初、終霜凍日和無霜期的周期。該研究直接使用Fourier變換的方法進行功率譜估計。通過Fourier變換計算出功率譜密度與頻率關(guān)系，再轉(zhuǎn)換為功率譜密度與周期關(guān)系圖，從而得到樣本周期性。

利用正態(tài)分布原理[5，12-13]進行初、終霜凍的異常霜凍分析?！爱惓！彼獌龆x標(biāo)準(zhǔn)為：X-M≤-1.65σ和-1.65σ

2 結(jié)果與分析

2.1霜凍的基本特征1961—2015年郴州市平均初霜日為12 月1日，其中最早為桂東的 11月10日，次之為汝城的11月26日，最晚為永興的12月 10 日，境內(nèi)東部山區(qū)出現(xiàn)最早，整體趨勢由北向南逐漸推遲，山區(qū)和丘陵地帶推遲近30 d。近55年郴州市平均終霜日為2月15日，其中最早為永興的2月3日，次之為安仁的2月9日，最晚為桂東的3月11日，東部山區(qū)結(jié)束最早，呈現(xiàn)自北向南逐漸推遲，推遲日期不顯著。無霜期北部丘陵地帶相對較長，東部山區(qū)相對較短，平均為280 d，永興最長，為299 d，次之為汝城的271 d，桂東山區(qū)最短，只有243 d。

55年來境內(nèi)各臺站最早、最晚初霜日的年際間差異為67～112 d。其中臨武變幅最大，最早初霜日出現(xiàn)在10月3日，最晚為1月22日，最早、最晚終霜日之間相差112 d；桂陽變幅最小，最早初霜日為10月29日，最晚為1月4日，相差67 d。境內(nèi)各臺站最早、最晚終霜日的年際間差異為78～114 d，臨武變幅最大，為114 d，桂東變幅最小，為78 d。從表1可得，所有臺站均為終霜日的絕對變率大于初霜日的絕對變率，且資興最大，宜章最小，可知終霜凍對農(nóng)作物的危害大于初霜凍。臺站中資興無霜期絕對變率最大，說明其熱量資源穩(wěn)定性差，對農(nóng)作物危害大；安仁無霜期絕對變率最小，可利用熱量相對較好。

表1 1961—2015年郴州市霜凍氣候特征

2.2霜凍的變化特征

2.2.1變化趨勢。

2.2.1.1初霜日。從線性方程擬合線(圖1a)可知，近55年來郴州市平均初霜日呈線性推遲趨勢，平均推遲速率0.874 d/10 a,通過了信度為0.05的顯著性檢驗；從多項式方程擬合曲線可知，平均初霜日變化趨勢呈“M ”型分布，表明20世紀(jì)60年代中期以前為顯著提早，80年代初—2000年和2010年以后為緩慢提早趨勢；20世紀(jì)60年代中期—80年代初期為顯著推遲趨勢，2000—2010年為緩慢推遲趨勢。

2.2.1.2終霜日。從線性方程擬合線(圖1b)可知，近55年來郴州市平均終霜日線性趨勢顯著，整體呈顯著提前趨勢，平均提前速率4.216 d/10 a，未通過信度為0.05的顯著檢驗；由多項式方程擬合曲線可知，終霜日變化趨勢不顯著，20世紀(jì)60—70年代和2000—2010年偏早，20世紀(jì)80—90年代和2010年以后推遲，其中20世紀(jì)60—70年代偏早顯著。

2.2.1.3無霜期。從線性方程擬合可知(圖1c)，近55年來郴州市平均無霜期整體呈顯著延長趨勢，延長速率為3.443 d/10 a，通過信度0.05顯著檢驗；從多項式方程擬合曲線看，平均無霜期變化趨勢呈近似“M ”型分布，具有年代際特征，20世紀(jì)60年代中期以前、80年代初期—90年代中期和2009年以后呈偏長趨勢；20世紀(jì)60年代中期—80年代初期、90年代中期—2009年呈偏短趨勢。

2.2.2年際變化。

2.2.2.1初霜日。從圖1a可看出，近55年來郴州市平均初霜日呈明顯波動式變化，其中1961—1978年波動較大，20世紀(jì)90年代初中期波動劇烈；在1978年出現(xiàn)了55年中的最早初霜日，在20世紀(jì)90年代前有4年初霜日出現(xiàn)在11月15日前，最遲初霜日出現(xiàn)在1994年；1979—1993年和1995年以后，初霜日年際間變幅明顯變小，且為逐漸提前的趨勢，說明此時期霜凍結(jié)束日期穩(wěn)定性相對較好。

2.2.2.2終霜日。由圖1b可知，近55年來郴州市終霜日年際間變幅明顯小于初霜日，1975—1991和2004—2013年年際波動較大，其他期間年際波動變化平穩(wěn)，最早終霜日出現(xiàn)在2011年，最晚終霜日出現(xiàn)在1968年。

2.2.2.3無霜期。由圖1c可知，郴州市無霜期20世紀(jì)60—70年代中期年際間波動較大且呈逐漸縮短趨勢，70年代中期—80年代中期振幅減小，80年代中期—2002年年際間波動較大且呈逐漸偏長趨勢，1988年出現(xiàn)了55年中的最短無霜期(255 d)，2002年出現(xiàn)了55年來的最長無霜期(320 d)。

2.2.3周期特征。從圖2可看出，初霜日的轉(zhuǎn)換后頻譜圖中出現(xiàn)2個峰值，即功率最大點，其對應(yīng)頻率f27=0.421 8和f29=0.453 1，該頻率對應(yīng)的周期長度分別為2.37和2.21年。同理可知，終霜日的轉(zhuǎn)換后頻譜圖中出現(xiàn)2個峰值，其對應(yīng)頻率f7=0.109 4和f27=0.421 8，該頻率對應(yīng)的周期長度分別為9.14和2.37年。無霜期的轉(zhuǎn)換后頻譜圖中出現(xiàn)1個峰值，其對應(yīng)頻率f4=0.062 5，該頻率對應(yīng)的周期長度為16.00年。由此可知，近55年來郴州初霜日存在一個2.30年的周期，終霜日存在一個9.14年的主周期和一個2.37年左右的次周期，無霜日存在一個16.00年的周期。

圖1 1961—2015年郴州市平均初霜日(a)、終霜日(b)和無霜期(c)變化趨勢Fig.1 Trends of average initial frost(a)，final frost(b)and frost-free period(c)in Chenzhou City from 1961 to 2015

圖2 1961—2015年郴州市初霜日(a)、終霜日(b)和無霜期(c)轉(zhuǎn)換后頻譜圖Fig.2 Spectral map after conversion of initial frost(a)，final frost(b)and frost-free period (c)in Chenzhou City from 1961 to 2015

2.2.4異常特征。從表2可看出，1961—2015年郴州市10個臺站特早初霜凍發(fā)生頻率為1.8%～7.3%，20世紀(jì)70—90年代較為集中，出現(xiàn)年份較多的為1962、1971、1978、1981、1986、1991、1993年，并集中在出現(xiàn)年份的10月25—11月5日。偏早初霜發(fā)生頻率為5.5%～14.6%，20世紀(jì)70—90年代較為集中，出現(xiàn)年份較多的為1964、1971、1979、1982、1988、1992年，除桂東臺站以外集中在出現(xiàn)年份的11月5—20日，值得注意的是桂東臺站受山區(qū)地形影響集中在出現(xiàn)年份的10月20—30日，比其他臺站提前近15 d。特晚終霜凍發(fā)生頻率為1.8%～5.5%，集中在20世紀(jì)70—80年代，并集中在出現(xiàn)年份的3月20日—4月10日。偏晚終霜凍發(fā)生頻率為5.5%～18.2%，集中在20世紀(jì)60年代、80年代和21世紀(jì)初，除桂東臺站外集中在出現(xiàn)年份的3月5—20日，桂東臺站受山區(qū)地形影響集中在出現(xiàn)年份的4月1—10日，比其他臺站推遲近20 d。進入21世紀(jì)后，偏晚終霜凍出現(xiàn)頻次增多。

3 結(jié)論

(1)近55年來郴州市平均終霜日為2月15日，平均初霜日為12月1日，平均無霜期為280 d。境內(nèi)初霜日東部山區(qū)出現(xiàn)最早，整體趨勢由北向南逐漸推遲，山區(qū)和丘陵地帶推遲近30 d。終霜日東部山區(qū)結(jié)束最早，呈現(xiàn)自北向南逐漸推遲，推遲日期不顯著。無霜期北部丘陵地帶相對較長，東部山區(qū)相對較短。

(2)近55年來郴州市霜凍呈現(xiàn)平均初霜日推遲、平均終霜日顯著提前、平均無霜期延長的趨勢。初霜凍日平均推遲速率為0.874 d/10 a、終霜凍日平均提前速率為4.216 d/10 a、無霜期平均延長速率為3.443 d/10 a，平均終霜日提前比平均初霜日推遲較明顯，并與全球氣候變化一致。

(3)通過功率譜分析，近55年來郴州市初霜日存在一個2.30年的周期，終霜日存在一個9.14年的主周期和一個2.37年左右的次周期，無霜日存在一個16.00年的周期。

(4)近55年來郴州市特早初霜凍發(fā)生頻率為1.8%～7.3%、偏早初霜發(fā)生頻率為5.5%～14.6%，均集中在20世紀(jì)70—90年代。特晚終霜凍發(fā)生頻率為1.8%～5.5%，集中在20世紀(jì)70—80年代。偏晚終霜凍發(fā)生頻率為5.5%～18.2%，集中在20世紀(jì)60年代、80年代和21世紀(jì)初。

表2 1961—2015年郴州市異常霜凍發(fā)生年份及發(fā)生頻率

注：括號內(nèi)為發(fā)生頻率(%)

Note：The occurrence frequency is in parentheses

[1] 馮玉祥，何維勛.霜凍的研究[M].北京：氣象出版社，1999.

[2] 張養(yǎng)才，何維勛，李世奎.中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害概論[M].北京：氣象出版社，1991：149-352.

[3] 林婧婧，郭慧.1971-2012年平?jīng)鍪兴獌鲎兓卣鞣治鯷J].沙漠與綠洲氣象，2015，9(3)：57-62.

[4] 隆永蘭，劉朦朦，張山清，等.1961-2015年焉耆盆地霜凍氣候分析[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11(1)：81-86.

[5] 鄭玉萍，宮恒瑞，曹興，等.近53 a烏魯木齊農(nóng)區(qū)霜凍變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9(1)：52-57.

[6] 韓榮青，李維京，艾婉秀，等.中國北方初霜凍日期變化及其對農(nóng)業(yè)的影響[J].地理學(xué)報，2010，65(5)：525-532.

[7] 葉殿秀，張勇.1961-2007年我國霜凍變化特征[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2008，19(6)：661-665.

[8] 許艷，王國復(fù)，王盤興.近50a中國霜期的變化特征分析[J].氣象科學(xué)，2009，29(4)：427-433.

[9] 朱歆煒，葉成志，彭晶晶，等.湖南省 55a 極端氣溫事件變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10(2)：82-88.

[10] 廖玉芳，彭嘉棟，郭慶.湖南氣候?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)[J].大氣科學(xué)學(xué)報，2014，37(1)：75-81.

[11] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2007：43-46.

[12] 符淙斌，王強.氣候突變的定義和檢測方法[J].大氣科學(xué)，1992，16(4)：482-493.

[13] 陳乾金，張永山.華北異常初終霜凍氣候特征的研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報，1995，4(2)：33-39.