楊洋，張磊，陳豫英，郭曉雷，李紅英

(中國氣象局旱區(qū)特色農業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室，寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏 銀川 750002)

中國西北屬干旱半干旱地區(qū)，對全球氣候變化響應敏感，并對區(qū)域和全球氣候變化具有相應的反饋作用[1].在全球氣候變暖背景下，極端天氣氣候事件的發(fā)生愈加頻繁[2-4]，全許多地區(qū)仍然受到低溫冷害的侵襲[5]，寧夏也是低溫冷害頻發(fā)的省份之一，尤其是晚霜凍，很容易造成處于開花、結果和萌發(fā)期的經濟林果受凍，輕者減產，重者造成絕產[6].春季4～5月份為賀蘭山東麓釀酒葡萄出土放條～春梢生長期，此時期氣溫變化大，冷空氣活動相對頻繁，容易造成釀酒葡萄幼芽或新梢受凍[7]，如遇-3 ℃以下低溫，容易造成萌芽受凍，甚至脫落，從而影響產量[8]；進入新梢生長期若遇到-1 ℃的低溫，嫩梢和幼葉就很容易受凍[9-10]，對釀酒葡萄產量和品質影響較大[11].霜凍危害起決定性作用的是低溫和低溫持續(xù)時間等關鍵因子[12]，對同一發(fā)育期的葡萄來說，溫度越低，持續(xù)時間越長，凍害程度越嚴重[13].2012年4月11日寧夏大部出現降雪天氣，12日凌晨，全區(qū)出現較大幅度的降溫天氣，大部地區(qū)達到重霜凍指標，霜凍天氣使賀蘭山東麓部分已經放條的葡萄受到較大影響，特別是已經萌發(fā)的枝芽受凍死亡，影響抽條和后期生長，降雪在樹枝和花上形成冰凍，延長了花的受凍時間，加重了受凍程度； 2018年4月上旬出現一次大范圍、長時間、強降溫的霜凍天氣過程，青銅峽及以北各釀酒葡萄產區(qū)已出土的釀酒葡萄受不同程度霜凍危害.在長期的氣象服務中發(fā)現，不同低溫持續(xù)時間對釀酒葡萄的危害程度也不盡相同[14]，溫度越低、持續(xù)時間越長，作物受凍率越高[15]，霜凍日低溫持續(xù)時間又主要受大環(huán)流形式的強弱和持續(xù)時間、冷空氣侵入路徑、地面冷鋒過境、霜凍線移動速度以及地形等綜合條件的控制.

因此，對長時間序列各葡萄種植區(qū)霜凍日低溫出現時間及不同低溫強度的持續(xù)時間特征進行分析，有助于進一步了解葡萄園春季霜凍發(fā)生持續(xù)時間規(guī)律，對提前制定霜凍防御措施，做好霜凍災害防御有指導意義[16].本文選取 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植園區(qū)內區(qū)域自動站的逐小時最低氣溫資料[17]，主要分析了近幾年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)春霜凍極端低溫出現時間及低溫持續(xù)時間的規(guī)律，結果對于開展霜凍預警、災損失評估等工作具有一定的參考價值.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧夏賀蘭山東麓區(qū)域氣候干燥，光熱條件好，是國內外葡萄栽培和釀酒專家認定的優(yōu)質生態(tài)區(qū)[18]，且釀酒葡萄的種植區(qū)已逐步建成了以銀川市、石嘴山市、青銅峽市、紅寺堡區(qū)和農墾系統(tǒng)五大葡萄種植基地為主體的賀蘭山東麓葡萄產業(yè)帶，其中農墾系統(tǒng)于寧夏西北部，沿線涉及石嘴山市、銀川市、吳忠市3個市區(qū).因此，根據氣候地理條件、種植情況和地理區(qū)域以及傳統(tǒng)習慣，文中分石嘴山、銀川、青銅峽、紅寺堡4個種植區(qū)進行分析[17].

1.2 資料來源

氣候資料收集寧夏賀蘭山東麓4個釀酒葡萄種植區(qū)自動氣象觀測站2008～2016年4～5月小時最低氣溫數據(1.5 m處百葉箱最低氣溫)，每個種植區(qū)挑選1個代表性站點，站點選擇原則：建站在釀酒葡萄種植園區(qū)內或與之距離較近、地形相近；建站時間較早，數據積累時間較長；數據缺測少、質量高.個別缺測數據用內插或距離最近站點的觀測數據代補(石嘴山種植區(qū)2008年4月1～8日，2009年4月2日，2010年數據缺測；紅寺堡種植區(qū)2013年數據缺測；青銅峽種植區(qū)2009年4月1日、2011年5月1～2日、2013年數據缺測.).

1.3 晚霜凍指標確定

釀酒葡萄在放條期內，如果遇到氣溫突降至0 ℃以下的天氣，釀酒葡萄幼芽可能會因為溫度過低死亡而導致減產[7]；溫度越低，低溫持續(xù)時間越長，受害程度越重，在寧夏賀蘭山東麓地區(qū)的葡萄霜凍實際調查也有類似的結論.因此本研究將0 ℃作為統(tǒng)計寧夏釀酒葡萄晚霜凍的界限溫度.寧夏氣象科研所于2015～2016年利用霜凍試驗箱開展了釀酒葡萄霜凍指標試驗，發(fā)現-4 ℃的低溫持續(xù)1 h，釀酒葡萄的開放芽、新梢和花序即會受到嚴重凍害，并且無法恢復，同時，在霜凍后的實際調查中發(fā)現，日最低氣溫低于-3 ℃，一般情況下葡萄受凍會非常嚴重[20].為了方便統(tǒng)計分析、研究，且更好地反映不同程度晚霜凍對釀酒葡萄的影響，將2 ℃作為一個等級，對寧夏釀酒葡萄晚霜凍分輕、中、重3個等級，因此，本研究采用的釀酒葡萄晚霜凍的氣候指標為輕霜凍：-2 ℃

表1 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)基本情況[17]

2 結果與分析

2.1 霜凍日最低氣溫出現時間特征

根據所選氣象資料，2008～2016年4～5月，石嘴山釀酒葡萄產區(qū)共有22 d出現霜凍(表1)；銀川產區(qū)共有31 d出現霜凍；青銅峽產區(qū)共有26 d出現霜凍；紅寺堡產區(qū)共有52 d出現霜凍.紅寺堡種植區(qū)霜凍日數明顯多于其他3個種植區(qū)，銀川、石嘴山、青銅峽種植區(qū)霜凍日數相差不大.主要原因是紅寺堡種植區(qū)海拔高度比其他種植區(qū)明顯高，釀酒葡萄春季晚霜凍的風險也較高.

表2 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日情況

分析春季賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日最低氣溫出現的時間特征發(fā)現(圖1)，各種植區(qū)最低氣溫出現時間分布在14個時次內，但集中出現在凌晨5∶00～7∶00，且所有種植區(qū)都是在7∶00出現天數最多.各種植區(qū)在5∶00～7∶00出現最低氣溫的天數占霜凍總日數的74%～82%，其中最低氣溫出現在7∶00的霜凍日占總數的41%～62%，因此在防御霜凍時根據最低氣溫出現的時間合理安排時間提前量.根據實際天氣情況看，春季霜凍一般都是出現在凌晨，主要由于夜晚晴朗無風，地面因強烈輻射散熱而出現低溫.也有特殊情況，如云系較多的大風沙塵或雨雪天，冷空氣傾入造成降溫凍害，這種情況低溫出現時間沒有一定規(guī)律，分布在多個時次.如2008年4月21～22日、2010年4月12～13日、2011年5月9～10日、2012年4月11日、2013年4月7日、2014年4月24～25日、2016年4月2～3日都是出現了降水或大風沙塵，日最低氣溫都是出現在0～4時、10～11時或夜間，部分還出現連續(xù)兩日氣溫都比較低的情況.因此要結合霜凍預報、預警，掌握霜凍發(fā)生的大致時間，把握釀酒葡萄果園防霜的最佳時機，提前根據天氣條件，選擇合適的防霜技術方法，保護葡萄嫩芽、新梢及幼葉免受傷害，提高防霜的實際效果[20].

圖1 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日極端最低氣溫出現時間分布Figure 1 Temporal distribution of the daily lowest temperature in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.2 霜凍日0 ℃以下(含0 ℃)低溫持續(xù)時間

從圖2各種植區(qū)霜凍日低于0 ℃的持續(xù)時間特征可以看出，4個種植區(qū)都是在(0～4) h出現霜凍日數峰值.銀川種植區(qū)低于0 ℃持續(xù)時間主要集中在(2～4) h，其次是(8～10) h，分別占霜凍日總數的42%和26%，其他不同持續(xù)時間也有分布但占比較?。皇焐椒N植區(qū)持續(xù)時間從(0～10) h的霜凍日數有明顯的減少趨勢，大部分霜凍日主要集中在(0～4) h，占總數的64%；青銅峽種植區(qū)低于0 ℃的持續(xù)時間(0～2) h霜凍日數較少，持續(xù)時間(2～10) h至10 h以上的霜凍日有明顯減少趨勢，主要集中在(2～6) h，占總數的58%；紅寺堡種植區(qū)總體上從(0～10) h至10 h以上是減少的趨勢，低于0 ℃持續(xù)時間(0～4) h占44%，(0～6) h占62%，持續(xù)(0～8) h占79%.

圖2 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日低于0 ℃的持續(xù)時間Figure 2 The minimum temperature duration which below 0 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.3 霜凍日-2 ℃以下(含-2 ℃)低溫持續(xù)時間

從圖3縱坐標可以看出，達到中度霜凍的次數明顯少于達到輕霜凍出現次數，但-2 ℃以下低溫持續(xù)時間仍能達10 h，且除石嘴山種植區(qū)以外的3個產區(qū)都是在(2～6) h出現霜凍日數峰值.銀川種植區(qū)持續(xù)時間主要集中在8 h以內，其中(4～6) h最多，8 h以上出現較少；石嘴山種植區(qū)霜凍日低于-2℃持續(xù)時間(8～10) h最多，在(0～6) h內霜凍日數隨持續(xù)時間的增加也有所增加，沒有出現持續(xù)時間大于10 h的霜凍日；青銅峽種植區(qū)霜凍日低于-2 ℃持續(xù)時間(2～4) h最多，其次是(0～2) h和10 h以上；紅寺堡種植區(qū)霜凍日低于-2 ℃的持續(xù)時間在8 h以內分布較為均勻，出現霜凍日數最多的是持續(xù)時間在(4～6) h，持續(xù)8 h以上霜凍日較少.

圖3 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日低于-2 ℃的持續(xù)時間Figure 3 The minimum temperature duration which below -2 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.4 霜凍日-4 ℃以下(含-4 ℃)低溫持續(xù)時間

霜凍日低于-4 ℃的持續(xù)時間特征可以看出(圖4)，達到重度霜凍的次數較達到中度和輕度霜凍次數又明顯減少，紅寺堡次數最多為11次.-4 ℃以下低溫持續(xù)時間較0 ℃和-2℃有所縮短，大多集中在8 h以內，只有青銅峽、紅寺堡各有一次霜凍持續(xù)時間在8 h以上.其中，銀川種植區(qū)霜凍日低于-4 ℃持續(xù)時間在(2～4) h最多；石嘴山種植區(qū)除持續(xù)(6～8) h的霜凍日略多外，持續(xù) 8 h以內的其他時間分布較均勻；青銅峽種植區(qū)出現了4 d持續(xù)-4 ℃以下的霜凍日，其中，1 d低于-4 ℃的持續(xù)時間在2 h以內，2 d在(6～8) h，1 d在(8～10) h；紅寺堡出現重度霜凍日明顯多于其他3個產區(qū)，霜凍日低于-4 ℃的持續(xù)時間主要集中在8 h以內，有一次超過10 h.主要由于霜凍日降溫幅度越大，降溫系統(tǒng)移動越慢，氣溫回升時間也會越長，低溫持續(xù)時間也越長.

圖4 2008～2016年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄霜凍日低于-4 ℃的持續(xù)時間Figure 4 The minimum temperature duration which below -4 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

3 討論

研究霜凍災害風險及霜凍特征類的文獻很多，但單獨關注霜凍持續(xù)時間特征的比較少，本文從氣候特征上初步分析了賀蘭山東麓釀酒葡萄春季霜凍出現時間及霜凍日不同強度低溫持續(xù)時間的特征，研究數據使用的釀酒葡萄園區(qū)內或最近自動氣象站點的氣候數據，比以往使用國家氣象站的數據更具代表性，研究結果精細化程度也有所提高，與生產實際更吻合.研究結果中紅寺堡地區(qū)霜凍日數明顯多于寧夏北部3個種植區(qū)，在實際生產中，無論哪個地區(qū)若放條時間把握不好，放條過早，遇到霜凍天氣，都會影響釀酒葡萄生產，所以種植戶應根據短期和中長期預報合理安排釀酒葡萄放條，防止土內黃芽的同時避免霜凍災害影響.如遇霜凍，通過掌握霜凍發(fā)生的大致時間及低溫持續(xù)規(guī)律，結合霜凍預報、預警，提前根據天氣條件，把握釀酒葡萄果園防霜的最佳時機，選擇合適的防霜技術方法，保護葡萄嫩芽、新梢及幼葉免受傷害，提高防霜的實際效果.

霜凍是一個復雜的過程，受小氣候、土壤質地、土壤含水量、地形地勢、樹齡、品種、發(fā)育期、栽培管理措施及影響系統(tǒng)等各種因素影響，因此，還需進一步考慮霜凍過程影響系統(tǒng)、霜凍類型、地形條件等，來細化分析霜凍日低溫持續(xù)時間特征.雖然賀蘭山東麓地區(qū)重度霜凍發(fā)生日數較少，但重度霜凍危害程度不可估量[22]，且在氣候變暖的背景下，近年來極端天氣氣候事件有所增加，未來春季霜凍發(fā)生情況到底怎么樣還難以預料.因此，對于氣象部門來說，必須加強霜凍預報服務和監(jiān)測，準確提供氣象預報服務信息，指導廣大農戶及時采取相應的防霜技術措施，及早做好霜凍災害防御及田間管理工作，保障釀酒葡萄健康發(fā)展[23].

4 結論

1) 紅寺堡種植區(qū)霜凍日數明顯多于其他3個種植區(qū)，銀川、石嘴山、青銅峽種植區(qū)霜凍日數相差不大.

2) 霜凍日最低氣溫出現時間分布在14個時次內，但集中出現在凌晨5∶00～7∶00，在7∶00出現最多.

3) 由于影響系統(tǒng)、地形等影響，霜凍過程都較為復雜，不同地區(qū)降溫幅度和不同低溫強度持續(xù)時間也有差異.各種植區(qū)霜凍日0 ℃以下低溫持續(xù)時間在(0～4) h出現最多，之后隨著持續(xù)時間的延長霜凍日數減少；除石嘴山以外的種植區(qū)霜凍日-2 ℃以下低溫持續(xù)時間在(2～6) h出現最多，之后隨著持續(xù)時間的延長霜凍日數減少；達到重度霜凍的次數明顯減少，紅寺堡最多為11次，-4 ℃以下低溫持續(xù)時間大多都在8 h以內.