楊文軍,李棟梁,陳 榮,李紅英
(1.南京信息工程大學(xué)/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044;2.銀川市賀蘭縣氣象局,寧夏 賀蘭 750200;3.銀川市氣象局,寧夏 銀川 750002;4.寧夏氣象科學(xué)研究所,寧夏 銀川 750002)
寧夏賀蘭山東麓位于寧夏黃河沖擊平原和賀蘭山?jīng)_積扇之間,屬中溫帶半干旱氣候,因其獨(dú)特的地理、氣候和土壤優(yōu)勢(shì),已成為中國(guó)優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄原料的重要生產(chǎn)基地之一。在全球氣候變暖背景下,近40年以來寧夏年平均氣溫升高顯著[1-2],尤其1986年以后增溫速率加快,年增溫幅度高于全國(guó)平均值[3-4],導(dǎo)致釀酒葡萄春季萌芽期普遍提前,加之賀蘭山東麓春季氣候條件不穩(wěn)定、冷暖交替頻繁,春季霜凍已成為影響賀蘭山東麓釀酒葡萄生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一[5],給釀酒葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)均帶來很大影響。晚霜凍重災(zāi)年份,寧夏賀蘭山東麓數(shù)千畝釀酒葡萄剛萌發(fā)的新梢全部?jī)龈伞⒔^產(chǎn),幼苗地上部分幾乎全部受凍、抽干[6]。因此,掌握賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍的發(fā)生規(guī)律,對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,可采取及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi),對(duì)釀酒葡萄高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)提升、產(chǎn)量預(yù)測(cè)等有重要意義。
致災(zāi)因子危險(xiǎn)性作為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)重要組成部分,往往對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)大小具有決定性作用[7]。研究者們開展了大量農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害致災(zāi)危險(xiǎn)性和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析方面的研究[8]。林曉梅等[9]以冬小麥各生育階段不同災(zāi)害等級(jí)的年霜凍日數(shù)和全生育期內(nèi)不同等級(jí)霜凍的發(fā)生概率為指標(biāo)評(píng)價(jià)了我國(guó)冬小麥霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)度,為大尺度的作物霜凍災(zāi)害區(qū)劃提供了依據(jù)。李軍玲等[10]引入有效積寒和晚霜凍發(fā)生頻率作為主要致災(zāi)因子指標(biāo),研究了河南省冬小麥晚霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性。馬瓊[11]在評(píng)價(jià)黃土高原冬小麥晚霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性時(shí),用過程積霜表示強(qiáng)度,和頻率組成冬小麥晚霜凍危險(xiǎn)性的兩個(gè)因子,研究了黃土高原1980—2014年不同等級(jí)晚霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)分布特征。袁佰順等[12]將不同強(qiáng)度霜凍發(fā)生頻率作為災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù),得到天水各縣(區(qū))蘋果開花坐果期霜凍災(zāi)害的災(zāi)情指數(shù),并以此作為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)。寧夏作為受霜凍影響較嚴(yán)重的地區(qū)之一,唐晶等[13]曾利用現(xiàn)代氣候診斷方法對(duì)寧夏近44年來初(終) 霜日、無霜期的氣候特征和氣候變化進(jìn)行了分析。曹寧等[14]采用統(tǒng)計(jì)和氣候診斷分析方法,研究了寧夏釀酒葡萄的晚霜凍日數(shù)和變化趨勢(shì)。張曉煜等[15]通過試驗(yàn)研究出寧夏主要作物霜凍指標(biāo)。李紅英等[16-17]利用站次比分析寧夏霜凍發(fā)生范圍、頻率并構(gòu)建了強(qiáng)度指數(shù)來衡量霜凍等級(jí),在此基礎(chǔ)上得到致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)對(duì)其特征進(jìn)行分析,并開展了寧夏霜凍區(qū)劃。然而前期的研究多集中在寧夏霜凍指標(biāo)和大范圍霜凍規(guī)律分析等方面[18-19],缺少對(duì)賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究。為此,我們?cè)诜治鰧幭馁R蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生范圍、強(qiáng)度和頻率的基礎(chǔ)上,以霜凍強(qiáng)度和發(fā)生頻率作為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指標(biāo),建立霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù),對(duì)賀蘭山東麓晚霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性進(jìn)行區(qū)劃,從而明確晚霜凍重點(diǎn)防御區(qū)域,為提高釀酒葡萄種植產(chǎn)區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力提供有效依據(jù)。
研究區(qū)域以寧夏賀蘭山東麓葡萄酒原產(chǎn)地保護(hù)范圍為主,輻射寧夏釀酒葡萄種植區(qū)域(圖1,封三)。其中賀蘭山東麓葡萄酒原產(chǎn)地保護(hù)范圍按照《寧夏回族自治區(qū)賀蘭山東麓葡萄酒產(chǎn)區(qū)保護(hù)條例》第三條規(guī)定[20],寧夏釀酒葡萄種植區(qū)域基于文獻(xiàn)[21-23]進(jìn)行劃分。
本研究所用資料來自寧夏氣象信息中心,包括賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)內(nèi)的大武口、惠農(nóng)、平羅、陶樂、銀川、賀蘭、永寧、青銅峽、紅寺堡9個(gè)氣象臺(tái)站1961—2015年4月10日~5月20日期間的日最低氣溫?cái)?shù)據(jù)。
綜合考慮普適性霜凍指標(biāo)對(duì)釀酒葡萄的影響,采用1.5 m處百葉箱最低氣溫作為霜凍災(zāi)害判斷指標(biāo)。根據(jù)寧夏釀酒葡萄生長(zhǎng)發(fā)育情況,以4月10日~5月20日(萌芽~新稍生長(zhǎng)期)為晚霜凍研究時(shí)段。釀酒葡萄晚霜凍災(zāi)害指標(biāo)為:輕霜凍,-2℃ 根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論,霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性計(jì)算考慮霜凍發(fā)生強(qiáng)度和頻率兩個(gè)因素,強(qiáng)度通過霜凍強(qiáng)度指數(shù)定義推斷得到,頻率通過霜凍日資料統(tǒng)計(jì)分析得到。某站的霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)(FI)根據(jù)以下公式計(jì)算: 式中,i表示霜凍災(zāi)害等級(jí)(分為輕、中、重3級(jí)),ATi表示各等級(jí)霜凍強(qiáng)度指數(shù),Pi表示各等級(jí)霜凍發(fā)生頻率。結(jié)合寧夏實(shí)際[16],危險(xiǎn)性指數(shù)和等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。 表1 賀蘭山東麓晚霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn) 其中,霜凍強(qiáng)度由最低氣溫體現(xiàn),考慮最低氣溫有正負(fù),為規(guī)范強(qiáng)度指標(biāo),對(duì)霜凍強(qiáng)度指數(shù)(AT)定義如下: 霜凍發(fā)生頻率分站、分級(jí)統(tǒng)計(jì): 式中,n表示霜凍日數(shù)為0的年數(shù),N為資料總年數(shù)。 2.1.1 空間分布特征 從圖2可以看出,近55年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)各站差異較大,其中陶樂、平羅和惠農(nóng)霜凍發(fā)生日數(shù)超過180 d,最大為233 d;賀蘭、銀川、永寧、青銅峽和紅寺堡霜凍發(fā)生日數(shù)在110~135 d之間;而大武口霜凍發(fā)生日數(shù)最少(78 d)。同時(shí),各站不同等級(jí)霜凍發(fā)生日數(shù)規(guī)律均為輕霜凍>中霜凍>重霜凍,其中輕霜凍發(fā)生日數(shù)除大武口為42 d外,其他各站均在60 d以上,最高達(dá)125 d(陶樂);中霜凍和重霜凍平均發(fā)生日數(shù)分別為41 d和22 d,發(fā)生日數(shù)最少均在大武口,分別為27 d和9 d,發(fā)生日數(shù)最大均在陶樂,分別為65 d和43 d。 圖2 寧夏賀蘭山東麓各站1961—2015年霜凍發(fā)生日數(shù) 2.1.2 年代際變化特征 由圖3可知,近55年來寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)總體呈下降趨勢(shì)。除惠農(nóng)和賀蘭持續(xù)下降外,其他各站在下降過程中均出現(xiàn)1或2個(gè)躍升時(shí)段,其中1960~1970年代霜凍發(fā)生日數(shù)各站都出現(xiàn)增加的情況,特別是陶樂站增加較為明顯(增加40%),大武口和紅寺堡1990~2000年代也出現(xiàn)明顯的增加;其他時(shí)段各站均呈下降趨勢(shì),尤其1970~1980年代下降速度較快。并且55年來,晚霜凍發(fā)生日數(shù)各站差距也有所減小,1961年在26~50 d之間,而2015年在4~12 d之間,并且不同級(jí)別霜凍變化趨勢(shì)也不同(圖4),輕霜凍發(fā)生日數(shù)下降速度較快;中霜凍和重霜凍發(fā)生日數(shù)下降的幅度較小,尤其是重霜凍1980年代以后變化幅度明顯偏?。恢?015年中霜凍和重霜凍發(fā)生日數(shù)差異均在2 d以下。 圖3 寧夏賀蘭山東麓1961-2015年釀酒葡萄霜凍發(fā)生日數(shù)變化 2.2.1 地域間差異 由圖5可知,除北部除大武口,賀蘭山東麓晚霜凍頻率分布呈現(xiàn)自北向南輻射遞減的規(guī)律,且與中度、重度霜凍發(fā)生的頻率相比,發(fā)生輕霜凍的頻率更高。各等級(jí)霜凍頻率最大出現(xiàn)在陶樂,最小出現(xiàn)在大武口。輕霜凍發(fā)生頻率平均為4%,而中霜凍和重霜凍平均為1.9%和1.0%,其中,輕霜凍發(fā)生頻率差異較大,除大武口(1.9%)和永寧(2.7%)外,其他各站均在3%以上,最高達(dá)5.5%(陶樂),極差為3.7%,中、重霜凍頻率極差分別為1.7%和1.5%。 圖4 寧夏賀蘭山東麓代表站1961-2015年各級(jí)別霜凍發(fā)生日數(shù)年代際特征 圖5 寧夏賀蘭山東麓各站1961-2015年霜凍頻率變化 2.2.2 年代際變化特征 由圖6可知,與霜凍日數(shù)總體變化特征相似,近55年來寧夏賀蘭山東麓各站各等級(jí)釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生頻率總體呈下降趨勢(shì)。除惠農(nóng)持續(xù)下降外,其他各站在下降過程中均出現(xiàn)2個(gè)或3個(gè)躍升階段,其中1960~1970年代、1990~2000年代和2000~2010年代為3個(gè)主要躍升階段且1960~1970年代為各站霜凍頻率上升較為集中的時(shí)期,除惠農(nóng)、賀蘭外,其他各站霜凍頻率均呈上升趨勢(shì),其中陶樂增加最為顯著,達(dá)40%。1980~2000年代,霜凍頻率除大武口和紅寺堡在1990~2000年代呈上升趨勢(shì)外其他各站隨年代逐年下降,下降幅度均在50%以上,其中賀蘭下降最為顯著、達(dá)67%。2000~2010年代,9個(gè)站中有5個(gè)站呈下降趨勢(shì),分別為大武口、惠農(nóng)、陶樂、銀川、永寧,其他4個(gè)站呈上升趨勢(shì),下降幅度大武口最大,為55%,惠農(nóng)最小,為17%,上升幅度賀蘭最大,為67%,青銅峽最小,為8%。不同級(jí)別霜凍頻率隨年代變化有較大差異(圖7),平均而言,重霜凍下降幅度較快,輕霜凍下降幅度最慢。 圖6 寧夏賀蘭山東麓1961-2015年釀酒葡萄霜凍發(fā)生頻率變化 圖7 寧夏賀蘭山東麓代表站1961-2015年各級(jí)別霜凍發(fā)生頻率年代際特征 利用GIS軟件,采用IDW差值方法對(duì)晚霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性進(jìn)行插值,完成賀蘭山東麓晚霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性分布(圖8,封三)。1961—2015近55年來寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)內(nèi),釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性處于次低到次高之間(0.02 在分析霜凍發(fā)生日數(shù)和頻率年代間變化時(shí)發(fā)現(xiàn),1960~1970年代和1990~2000年代出現(xiàn)兩個(gè)明顯的變化,按照王素艷等[24]關(guān)于賀蘭山東麓氣候資源分析發(fā)現(xiàn),1980年和1997年是區(qū)域熱量資料變化的兩個(gè)突變點(diǎn),因此在分析釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性時(shí)將1980年和1997年作為兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn),通過對(duì)比分析1960—1980年、1981—1997年和1998—2015年3個(gè)時(shí)期釀酒葡萄霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性發(fā)現(xiàn),中度以上致災(zāi)危險(xiǎn)性區(qū)域明顯減少。1960—1980年期間,以中度、次高以及高危險(xiǎn)性為主;1981—1997年期間,釀酒葡萄種植區(qū)內(nèi)從北到南中部區(qū)域霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性均從之前的中度變?yōu)榇蔚偷燃?jí),中度危險(xiǎn)區(qū)域東移北擴(kuò),次高和高危險(xiǎn)區(qū)大大減少,僅在北部和西部小范圍存在;至1998—2015年期間次低危險(xiǎn)性等級(jí)大大增加,并且出現(xiàn)小范圍的低危險(xiǎn)性區(qū)域,高危險(xiǎn)性區(qū)域消失,次高和中等危險(xiǎn)性區(qū)域也僅剩西部較小范圍。 從圖8(封三)還可以看出,賀蘭山東麓葡萄酒原產(chǎn)地保護(hù)范圍內(nèi),大武口、永寧、青銅峽等地釀酒葡萄霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性處于次低等級(jí),其他區(qū)域均為中度危險(xiǎn)性;釀酒葡萄晚霜凍危險(xiǎn)性隨年代變化明顯,從1960—1980年的中度致災(zāi)危險(xiǎn)性逐步變?yōu)?998—2015年的次低危險(xiǎn)性。 本研究在分析寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)和頻率特征基礎(chǔ)上,對(duì)比分析了釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性變化特征,得出如下結(jié)論: (1)近55年來寧夏賀蘭山東麓晚霜凍發(fā)生日數(shù)在78~233 d之間,各站差異較大,并且輕霜凍發(fā)生日數(shù)明顯多于中霜凍和重霜凍。隨年代變化,霜凍發(fā)生日數(shù)整體呈下降趨勢(shì),且輕霜凍發(fā)生日數(shù)下降速度大于中霜凍和重霜凍,1970年代末和1990年代末出現(xiàn)兩個(gè)明顯變化時(shí)段。 (2)近55年來,除北部大武口,寧夏賀蘭山東麓晚霜凍頻率分布呈現(xiàn)自北向南輻射遞減的規(guī)律,且與中度、重度霜凍發(fā)生的頻率相比,發(fā)生輕霜凍的頻率更高。各等級(jí)霜凍頻率最大出現(xiàn)在陶樂,最小出現(xiàn)在大武口。各站釀酒葡萄霜凍發(fā)生頻率隨年代變化總體呈下降趨勢(shì)。除惠農(nóng)持續(xù)下降外,其他各站在下降過程中均出現(xiàn)2個(gè)或3個(gè)躍升階段,其中1960~1970年代、1990~2000年代和2000~2010年代為3個(gè)主要躍升期,且1960~1970年代為各站霜凍頻率上升較為集中的時(shí)期。 (3)寧夏賀蘭山東麓各站釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性大部處于中度偏低水平,且隨著氣候變化,霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性有變小的趨勢(shì),中、低等致災(zāi)危險(xiǎn)范圍明顯增大,截至目前,高危險(xiǎn)性區(qū)域基本消失,次高和中等危險(xiǎn)區(qū)域范圍也大大縮小。 (4)在分析寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)和頻率特征時(shí),發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)明顯的突變階段,在最終分析釀酒葡萄霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性時(shí),綜合考慮了其他學(xué)者關(guān)于寧夏賀蘭山東麓氣候資源分析結(jié)果,將1980、1997年作為兩個(gè)氣候突變點(diǎn),以更好地對(duì)比區(qū)域釀酒葡萄霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性隨年代的變化特征。 (5)本研究?jī)H分析了研究區(qū)域內(nèi)釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性,只是霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一部分內(nèi)容,區(qū)域內(nèi)釀酒葡萄發(fā)生霜凍災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)大小、如何進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理,還要綜合考慮暴露度、環(huán)境條件和防災(zāi)減災(zāi)能力等其他因素的影響,因此在將本研究成果應(yīng)用于災(zāi)害管理時(shí)還需做進(jìn)一步研究。1.3 霜凍致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算
2 結(jié)果與分析
2.1 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生日數(shù)特征
2.2 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍發(fā)生頻率特征
2.3 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄晚霜凍致災(zāi)危險(xiǎn)性分布
3 結(jié)論與討論