黃 瑩， 楊建玲， 李 欣， 崔 洋， 馬 陽(yáng)， 張 雯

（1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏氣候中心，寧夏 銀川 750002；3.寧夏氣象科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750002）

霜凍指土壤或植物株冠附近的氣溫短時(shí)降至0 ℃以下，造成植株體內(nèi)水分凍結(jié)，細(xì)胞擠壓，植株受害死亡、減產(chǎn)、毀種等損失的一種較為常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，我國(guó)每年由霜凍導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)到數(shù)億元［1-5］。初霜凍是溫暖季節(jié)向寒冷季節(jié)過(guò)渡期間初次發(fā)生的霜凍，其發(fā)生的偏早、偏晚會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物遭受不同程度的凍害，使得農(nóng)作物籽粒成熟度受到影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大量減產(chǎn)甚至是絕產(chǎn)。寧夏地處西北內(nèi)陸，氣候復(fù)雜多樣，獨(dú)特的地理、氣候和土壤優(yōu)勢(shì)，已成為我國(guó)優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物的生產(chǎn)基地，卻也是我國(guó)霜凍災(zāi)害發(fā)生頻次最多、受影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一，例如，1972 年的初霜凍是危害較為嚴(yán)重的一年，寧夏全區(qū)有上萬(wàn)畝農(nóng)作物遭受嚴(yán)重凍害，2012年寧夏涇源和西吉初霜凍造成了大面積農(nóng)作物受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失2.65×104元；2018年初霜凍造成葡萄的采收工作受到嚴(yán)重的影響。因此，有必要對(duì)寧夏初霜凍日期進(jìn)行分析和研究，這對(duì)全面認(rèn)識(shí)寧夏氣候變化以及防災(zāi)減災(zāi)具有十分重要的意義。

在全球氣候變暖的背景下我國(guó)各地對(duì)全球變暖的響應(yīng)并不完全相同［6-7］，各種極端氣候事件逐漸增多，植物受霜凍害的風(fēng)險(xiǎn)也隨之改變［8-11］，而與氣溫變化緊密聯(lián)系且對(duì)農(nóng)作物影響巨大的初霜凍勢(shì)必也會(huì)發(fā)生新的氣候演變特征，值得進(jìn)一步探討和研究。因此，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)中國(guó)多個(gè)區(qū)域的初霜凍及其影響因子進(jìn)行了大量的研究［12-14］。初霜凍日期分布特征方面，陳少勇等［15］利用逐日地面最低氣溫研究了中國(guó)西北地區(qū)初霜凍的氣候變化特征，發(fā)現(xiàn)初霜凍發(fā)生最早的地方是青海高原，其次是南疆盆地，最晚是隴南—陜南，且西北地區(qū)初霜凍日期逐漸推遲，1986年有明顯的突變情況。葉殿秀等［16］利用我國(guó)577 個(gè)測(cè)站的逐日最低氣溫資料分析了1961—2007年我國(guó)初霜凍變化特征，表明初霜凍日期20世紀(jì)90年代開(kāi)始明顯推遲。申雙和等［17］對(duì)三江平原地區(qū)初霜凍日從傾向率空間分布的分析得出“兩峰值中心，兩谷值中心”的分布特征，從長(zhǎng)時(shí)間序列趨勢(shì)線性分析中得出全區(qū)域初霜凍日均值縱跨尺度約為5 d，其延后的趨勢(shì)可能與全球整體變暖的溫室效應(yīng)有相關(guān)性的結(jié)論。通過(guò)以上的研究可以發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域初霜凍空間分布特征存在差異，但是時(shí)間演變方面隨著氣候變暖均存在逐漸推遲的特征。

那么初霜凍日期發(fā)生早晚的成因是什么呢？越來(lái)越多的學(xué)者就該領(lǐng)域開(kāi)展了一些研究。張健等［18］分析了黑龍江初霜凍日期的時(shí)空變化特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其逐漸偏晚的趨勢(shì)，并且表明初霜凍早晚受歐亞（亞洲）經(jīng)向環(huán)流型、鄂霍茨克海高壓、阿留申低壓、東亞大槽強(qiáng)度以及西太平洋副熱帶高壓、極渦、北極濤動(dòng)（AO）等影響。李芬等［19］則認(rèn)為冷空氣強(qiáng)弱、副熱帶高壓和地形是影響初霜凍分區(qū)的根本原因，輕微和中度初霜凍分區(qū)在一定程度上受地形影響。李想等［20］揭示了長(zhǎng)江以北地區(qū)初霜發(fā)生日期早晚與AO強(qiáng)弱存在密切的相關(guān)性：當(dāng)AO處于正位相時(shí)，中國(guó)北方大部分地區(qū)的初霜期偏晚；反之則相反。高晶［21］通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古初霜凍日期環(huán)流因子的初步分析發(fā)現(xiàn)中緯度環(huán)流系統(tǒng)對(duì)該地區(qū)初霜凍的發(fā)生早、晚起著重要作用，主要受500 hPa 高壓（低壓）的控制。

作為受霜凍影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一，對(duì)于寧夏霜凍的相關(guān)研究也已開(kāi)展，李紅英等［22］利用ArcGIS繪圖軟件對(duì)寧夏晚霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，完成霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。張曉煜等［23］利用美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）衛(wèi)星資料在分析寧夏霜凍發(fā)生規(guī)律和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用各種方法監(jiān)測(cè)寧夏不同類型的霜凍，取得了良好效果。但是，有關(guān)寧夏初霜凍日期的氣候特征及其環(huán)流異常成因的分析鮮有研究，且僅有的研究也多建立在將日最低氣溫≤0 ℃定義為初霜凍日期的基礎(chǔ)上［24-25］，而韓榮青等［26］通過(guò)對(duì)不同霜凍日期資料的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)采用地溫定義的初霜凍日期要更接近實(shí)際情況，氣象業(yè)務(wù)上統(tǒng)一使用地溫來(lái)定義初霜凍日期也更為合理，并有利于預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)的開(kāi)展。因此，本文基于地面0 cm最低氣溫初次≤0 ℃的日期作為初霜凍日期，分析寧夏初霜凍日期的氣候演變新特征，并對(duì)其環(huán)流異常成因進(jìn)行探究，為寧夏開(kāi)展霜凍災(zāi)害預(yù)測(cè)工作提供理論支撐，對(duì)提高霜凍的防災(zāi)、減災(zāi)能力提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧夏地處104°17′～109°39′E，35°14′～39°23′N，深居中國(guó)內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，地形復(fù)雜，全境海拔1000 m 以上，地形從西南向東北逐漸傾斜，地勢(shì)南高北低，呈階梯狀下降，落差近1000 m，為典型的大陸性氣候，水汽來(lái)源不足，年平均降水量為283.0 mm，各地降水分配不均。根據(jù)氣候條件、農(nóng)牧分布、生態(tài)環(huán)境狀況以及傳統(tǒng)習(xí)慣，常被劃分為3個(gè)區(qū)域：引黃灌區(qū)、中部干旱帶和黃土丘陵區(qū)（圖1），本文部分內(nèi)容將采用該分區(qū)進(jìn)行研究。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Research area diagram

1.2 研究資料

考慮到建站時(shí)間和地域分布，選取了寧夏1961—2019 年20 個(gè)氣象站（圖1）地面0 cm 最低氣溫，日最低氣溫；NCEP/NCAR 北半球1981—2019年2.5°×2.5°網(wǎng)格的月平均200 hPa 高度場(chǎng)、500 hPa 高度場(chǎng)、海平面氣壓等再分析資料。其中，氣候平均值取1981—2010年30 a平均。

1.3 研究方法

根據(jù)中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QX/T 456-2018），將溫暖季節(jié)向寒冷季節(jié)過(guò)渡期間，氣象觀測(cè)站逐日地面溫度第一次≤0 ℃的日期確定為該站的初霜凍日期。為了便于研究計(jì)算，這里設(shè)定9月1日記為1，9月2日記為2，…，依次類推建立一個(gè)資料集進(jìn)行分析。

利用線性趨勢(shì)分析等常用的氣象統(tǒng)計(jì)方法分析寧夏地區(qū)初霜凍日期空間分布以及年際、年代際演變特征。采用相關(guān)分析，合成分析等方法分析影響寧夏初霜凍日期的大氣環(huán)流異常成因［27］。

2 初霜凍日期的氣候變化特征

2.1 平均空間分布特征

1961—2019年寧夏平均初霜凍日期平均為9月下旬至10月上旬，且呈現(xiàn)“南早北晚”的空間分布特征。初霜凍由海拔較高的黃土丘陵區(qū)最早出現(xiàn)，平均出現(xiàn)在9月下旬；中部干旱帶略晚于黃土丘陵區(qū)，平均開(kāi)始于9月下旬至10月上旬；引黃灌區(qū)出現(xiàn)最晚，平均出現(xiàn)在10 月上旬。其中，黃土丘陵區(qū)隆德最早，出現(xiàn)在9 月22 日；中部干旱帶的同心與引黃灌區(qū)石嘴山、賀蘭、吳忠同為全區(qū)最晚，出現(xiàn)在10月9 日（圖2a）。此外，氣候平均（1981—2010 年）的初霜凍日期分布特點(diǎn)與圖2一致（圖2b）。

氣溫是影響初霜的直接因素，為了探討其與氣溫的關(guān)系，圖2c給出1961—2019年寧夏9月下旬至10 月上旬（初霜凍普遍出現(xiàn)時(shí)期）的平均日最低氣溫。該時(shí)期平均日最低氣溫同樣存在“南低北高”的空間分布特征，這與初霜凍日期“南早北晚”的分布型（圖2a）基本一致；黃土丘陵區(qū)最低，平均為5.2 ℃，中部干旱帶次之，平均6.6 ℃，引黃灌區(qū)最高，可達(dá)到7.3 ℃。其中，黃土丘陵區(qū)的西吉、隆德最低，為4.8 ℃；中部干旱帶的同心與引黃灌區(qū)中寧、吳忠同為全區(qū)最高，為8 ℃（圖2c）。由此可見(jiàn)，日平均最低氣溫越低，初霜凍日期越早，反之亦然。

圖2 寧夏初霜凍日期及日最低氣溫的空間分布Fig.2 Spatial distributions of the first frost date and daily minimum temperature in Ningxia

2.2 氣候變暖前后的空間分布特征

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，全球氣候明顯變暖［28］，李艷春等［29］更是發(fā)現(xiàn)寧夏在70年代后期及80年代中期均出現(xiàn)了突變，施雅風(fēng)等［30］研究指出西北地區(qū)西部明顯變暖變濕，寧夏所處的東部還未轉(zhuǎn)型，但整個(gè)西北在20 世紀(jì)80—90 年代升溫迅速，該變暖理論與李艷春等結(jié)論較為一致。因此，選取1981年為界分析變暖前后初霜凍日期是否也會(huì)發(fā)生顯著的差異？

寧夏在氣候變暖之前（1961—1980 年）及變暖之后（1981—2019 年）初霜凍日期的空間分布型與氣候平均一致，均呈現(xiàn)“南早北晚”的分布特征，但變暖前后的初霜凍發(fā)生時(shí)間存在較大差異（圖3）。氣候變暖前初霜凍日期基本發(fā)生在9 月下旬，僅引黃灌區(qū)的銀川、賀蘭、靈武、吳忠、中衛(wèi)以及中部干旱帶的同心發(fā)生在10月上旬；全區(qū)各站較氣候平均（圖2b）明顯偏早，平均偏早7 d（圖3a）。氣候變暖之后黃土丘陵區(qū)初霜凍日期發(fā)生在9 月下旬，而中部干旱帶和引黃灌區(qū)發(fā)生在10月上旬；全區(qū)各站較氣候平均(圖2b)明顯偏晚，平均偏晚2 d（圖3b）。此外，與氣候明顯變暖前（圖3a）相比，變暖后的全區(qū)各站初霜凍日（圖3b）明顯推遲，全區(qū)平均推遲9 d，引黃灌區(qū)和中部干旱帶均推遲8 d 左右，而黃土丘陵區(qū)推遲10 d 左右。其中，引黃灌區(qū)靈武最短，推遲1 d；青銅峽、永寧和平羅最長(zhǎng)，推遲14 d。

圖3 氣候變暖前后寧夏初霜凍日期的空間分布Fig.3 Spatial distributions of the first frost date in Ningxia before and after climate warming

2.3 年際變化特征

與采用最低氣溫≤0 ℃作為霜凍標(biāo)準(zhǔn)相比較，采用0 cm 最低地溫作為標(biāo)準(zhǔn)的初霜日期空間分布上不存在差異，但存在年際變化差異，具體表現(xiàn)為2種標(biāo)準(zhǔn)均呈現(xiàn)出推遲趨勢(shì)，但前者趨勢(shì)大于后者、初霜凍日期普遍晚于后者；且對(duì)比《中國(guó)災(zāi)害大典（寧夏卷）》實(shí)際初霜日期來(lái)看，采用0 cm地溫定義的初霜凍日期更接近實(shí)際初霜凍日期［31］（圖4）。例如，據(jù)記載，1962 年9 月27—28 日固原、西吉、海原、隆德、同心、鹽池、中衛(wèi)、賀蘭、平羅等地出現(xiàn)初霜凍，采用地溫的方法除隆德外，以上各地均出現(xiàn)在此時(shí)間段，而日最低氣溫只有固原、西吉和隆德處在此時(shí)間段；1978 年9 月18 日，全區(qū)大范圍受初霜凍影響，地溫標(biāo)準(zhǔn)有11 個(gè)站出現(xiàn)在該時(shí)間，而日最低氣溫標(biāo)準(zhǔn)僅4個(gè)站出現(xiàn)；2012年9月13日固原、西吉和涇源出現(xiàn)初霜凍，地溫標(biāo)準(zhǔn)以上地區(qū)均符合實(shí)際情況，而日最低氣溫標(biāo)準(zhǔn)只有涇源符合。

圖4 基于0 cm地溫和基于日最低氣溫的寧夏初霜凍日期年際變化Fig.4 Annual variations of first frost date based on 0 cm ground temperature or daily air minimum temperature

進(jìn)一步通過(guò)1961—2019 年各站最早（最晚）的初霜凍日統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)（表略），初霜凍最早普遍發(fā)生于變暖前20 世紀(jì)60—70 年代的9 月上中旬，其中，惠農(nóng)、陶樂(lè)、青銅峽、中寧、鹽池、海原、同心、固原、西吉等地均發(fā)生在1972 年9 月1—3 日。除隆德最晚發(fā)生在1983 年10 月25 日外，其余各站初霜凍最晚均出現(xiàn)在變暖后2000年以來(lái)的10月下旬及11月上旬，中部干旱帶和黃土丘陵區(qū)各站更是普遍出現(xiàn)在2010 年以后。其中，惠農(nóng)、靈武、中衛(wèi)、中寧、鹽池、同心、西吉、固原、隆德等地最晚均發(fā)生在2016年10月中下旬，陶樂(lè)、青銅峽和永寧最晚均發(fā)生在2006年11 月上旬，可能與這2 a 各地氣溫較常年明顯偏高有關(guān)（2006 年和2016 年寧夏年平均氣溫位列1961 年以來(lái)歷史同期第1、第3 位），可見(jiàn)氣溫異常偏高時(shí)，初霜凍日期普遍偏晚。

通過(guò)長(zhǎng)期的線性趨勢(shì)來(lái)看，寧夏全區(qū)初霜凍開(kāi)始日期呈現(xiàn)出明顯的推遲趨勢(shì)，可達(dá)到3.0 d·(10a)-1，線性趨勢(shì)超過(guò)了0.05的顯著性水平，2000年以來(lái)全區(qū)更是普遍偏晚5 d 左右（圖5a）。同樣3 個(gè)分區(qū)初霜凍日期也呈現(xiàn)出顯著推遲的趨勢(shì)，其中引黃灌區(qū)最為明顯，線性趨勢(shì)可達(dá)到3.2 d·(10a)-1，中部干旱帶與黃土丘陵區(qū)次之，分別為2.6 d·(10a)-1和2.7 d·(10a)-1，且線性趨勢(shì)都超過(guò)了0.05的顯著性水平；但是，盡管初霜凍日期存在顯著推遲的趨勢(shì)，尤其近些年在氣候變暖背景下更是如此，但仍會(huì)發(fā)生初霜凍異常偏早的情況，引黃灌區(qū)、中部干旱帶和黃土丘陵區(qū)2000年以來(lái)偏早的概率分別為15%、25%和30%，可見(jiàn)仍會(huì)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生威脅（圖5b～d）。

圖5 寧夏初霜凍日期年際變化Fig.5 Annual variations of first frost date in the whole area of Ningxia

3 初霜日期偏早、偏晚年大氣異常成因

大氣環(huán)流對(duì)氣候變化有著及其重要的作用，除了對(duì)流層中低層的影響外，對(duì)流層高層的能量能夠隨時(shí)間向下傳播，從而影響對(duì)流層中低層的環(huán)流以及能量的分布，200 hPa環(huán)流異常往往也是重要天氣過(guò)程的前兆信號(hào)［32］。此外，由以上分析得知1961—2019 年全區(qū)平均初霜凍日期出現(xiàn)在9 月下旬至10月上旬，其中全區(qū)20站中有15站出現(xiàn)在10月上旬，占比為75%，因此，將10 月認(rèn)定為初霜凍日期的同期、10月之前為初霜凍日期的前期來(lái)進(jìn)一步討論初霜凍環(huán)流成因。

3.1 變暖前后大氣環(huán)流的年代際差異

通過(guò)以上年代際分析可知，20世紀(jì)80年代全球變暖前后寧夏初霜凍日期存在顯著差異（圖3），而前人研究表明全球大氣環(huán)流在20世紀(jì)70年代后期同樣發(fā)生了顯著的年代際變化［33-34］。因此以氣溫、初霜凍日期和大氣環(huán)流發(fā)生顯著變化的1981 年為界，討論變暖前(初霜凍日期普遍偏早)與變暖后（初霜凍日期普遍偏晚）的大氣環(huán)流高、中和低層年代際分布差異。變暖前后的大氣環(huán)流特征存在顯著差異，變暖后的9月200 hPa、10月500 hPa以及地面基本被正距平控制，冷空氣不活躍，該期間初霜凍日期普遍偏晚；變暖前的環(huán)流則明顯相反，高、中和低層均被負(fù)距平控制，冷空氣相對(duì)活躍，該期間初霜凍日期普遍偏早（圖6）。

變暖后，初霜凍日期普遍偏晚，200 hPa、500 hPa 以及地面的中高緯地區(qū)盛行緯向環(huán)流，且被正距平環(huán)流控制。9 月200 hPa，巴倫支海、地中海及鄂霍次克海為明顯的“+”距平中心，我國(guó)北方處于正距平中心的控制下，東亞?wèn)|岸存在一槽且偏弱，不利于出現(xiàn)降溫天氣（圖6a）；10月500 hPa，圍繞極區(qū)的中高緯仍為正距平，在地中海、烏拉爾山附近及楚科奇半島北部形成明顯的“+”距平中心，東亞大槽較200 hPa增強(qiáng)，但較常年仍偏弱，西太平洋副高偏強(qiáng)、冷空氣相對(duì)不活躍（圖6b）；10 月海平面氣壓場(chǎng)，高緯75°N 以北的極區(qū)為大范圍的正距平，鄂霍次克海附近為“-”距平中心，蒙古45°N、100°E 為小范圍的高壓及“+”距平中心，而我國(guó)大陸處于低壓中心控制下且呈現(xiàn)正距平，里海附近為“+”距平中心（圖6c）。

圖6 1981—2019年和1961—1980年位勢(shì)高度場(chǎng)以及海平面氣壓場(chǎng)合成分布Fig.6 Composite spatial distributions of geopotential height and sea level pressure field during 1981—2019 and 1961—1980

變暖前，初霜凍日期普遍偏早，200 hPa、500 hPa 以及地面的環(huán)流距平與1981—2019 年（初霜凍日期普遍偏晚）明顯相反，其中心位置與1980—2019年一致，但符號(hào)明顯相反，在該環(huán)流分布下，各層圍繞極區(qū)的中高緯為大范圍負(fù)距平，我國(guó)均處于負(fù)距平的控制下，500 hPa 東亞槽較變暖后深厚，西太平洋副高較變暖后偏弱（600 dagpm 范圍縮?。欣诶淇諝饣钴S南下（圖6d～f）。

進(jìn)一步分析了變暖后與變暖前的環(huán)流差值分布，可以發(fā)現(xiàn)從高層到地面的2 個(gè)時(shí)間段的環(huán)流分布存在顯著差異，具體表現(xiàn)在環(huán)流差值在200 hPa、500 hPa 以及地面基本均為“+”異常分布，異常中心位置與變暖前、變暖后的距平中心位置一致，且異常中心大都通過(guò)了0.05的顯著性水平（圖6g～i）。

3.2 變暖后初霜凍日期典型偏早、偏晚年大氣環(huán)流的異常分布

為了在探討氣候變暖背景下初霜凍日期典型偏早、偏晚年大氣環(huán)流的異常分布，以便對(duì)初霜凍趨勢(shì)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，選取了變暖后的1981—2019年進(jìn)行研究。根據(jù)1981—2019 年初霜日期平均距平序列，選出異常偏晚年排位前5 a：2008、2010、2014、2016 年及2019 年，以及偏早年排位前5 a：1982、1986、1991、1993 年及1997 年進(jìn)行對(duì)比研究年際異常的環(huán)流背景異常。

變暖后初霜凍日期異常偏晚年與偏早年的大氣環(huán)流存在明顯差異（圖7）。初霜日期偏晚年，200 hPa、500 hPa 以及地面的中高緯地區(qū)均形成1 個(gè)“+-+”的異常波列，波列位置略有差異。9 月200 hPa，圍繞極區(qū)的中高緯為正距平控制，且為二脊一槽，二脊位于歐洲西岸和蒙古，對(duì)應(yīng)2 個(gè)“+”距平中心，我國(guó)大陸也處在正距平控制下，槽在烏拉爾山附近，對(duì)應(yīng)“-”距平中心，該形勢(shì)下，不利于冷空氣南下（圖7a）；前期9 月200 hPa 中高緯地區(qū)的“+-+”波列持續(xù)并向下向東傳播，使得10 月500 hPa 中高緯同樣存在一個(gè)明顯的“+-+”波列，東歐平原存在一脊，對(duì)應(yīng)“+”距平中心，巴爾喀什湖至貝加爾湖為明顯的“-”距平中心，日本海附近存在一槽，對(duì)應(yīng)明顯的“+”距平中心，低緯地區(qū)為正距平，這種分布形勢(shì)下西太平洋副高偏強(qiáng)，東亞大槽較常年淺薄、冷空氣不活躍，不利于出現(xiàn)降溫天氣（圖7b）；地面同樣也對(duì)應(yīng)于1 個(gè)“+-+”波列，在30°N、70°E 存在1 個(gè)“+”距平中心，蒙古45°N、100°E 存在小范圍的高壓，對(duì)應(yīng)明顯的“-”距平中心，日本海附近為明顯的“+”中心，而45°N 以北、135°E 以西基本呈正距平，45°N 以南包括我國(guó)在內(nèi)的地區(qū)大部為負(fù)距平，可見(jiàn)控制我國(guó)的熱低壓偏強(qiáng)、西伯利亞高壓偏弱，不利于降溫（圖7c），因此容易使得初霜日期偏晚。

圖7 1981—2019年寧夏初霜凍日期異常年份位勢(shì)高度場(chǎng)及海平面氣壓場(chǎng)合成分布Fig.7 Composite spatial distributions of geopotential height and sea level pressure field for abnormal years of first frost date in Ningxia during 1981—2019

初霜日期偏早年，9月200 hPa、10月500 hPa以及地面相應(yīng)的中高緯地區(qū)則均形成一個(gè)與偏晚年幾乎相反的“-+-”異常波列。9 月200 hPa 圍繞極區(qū)的中高緯為基本為負(fù)距平控制，且轉(zhuǎn)為二槽一脊，二槽位于東歐平原和內(nèi)蒙東部，對(duì)應(yīng)2 個(gè)“-”距平中心，一脊位于巴爾喀什湖以北，對(duì)應(yīng)“+”距平中心，在高層負(fù)異?？刂葡?，有利于冷空氣南下（圖7d）；9 月高層200 hPa 中高緯地區(qū)的波列可能持續(xù)并向下向東傳播，使得10 月500 hPa 中高緯同樣存在一個(gè)明顯的“-+-”異常波列，具體表現(xiàn)為歐洲為“-”距平中心、巴爾喀什湖至貝加爾湖附近為一脊，對(duì)應(yīng)明顯的“+”距平中心，日本海附近為深厚的槽，對(duì)應(yīng)“-”距平中心，西太平洋副高偏南、范圍偏小，該分布形勢(shì)下西太平洋副高偏弱，東亞大槽較常年深厚、冷空氣較活躍，有利于出現(xiàn)降溫天氣（圖7e），同樣的，地面中高緯也存在一個(gè)“- +-”的異常波列，其中在45°N、60°E 存在一個(gè)“-”距平中心，蒙古45°N、100°E 對(duì)應(yīng)為“+”距平中心，日本海附近為明顯的“-”中心，控制我國(guó)大陸的熱低壓較弱，該形勢(shì)下氣溫易偏低，初霜日期偏早（圖7f）。

進(jìn)一步分析了初霜日期偏晚年與偏早年的環(huán)流異常差值的顯著性，可以發(fā)現(xiàn)偏晚年、偏早年從高層到地面的環(huán)流形勢(shì)存在顯著差異，具體表現(xiàn)在各個(gè)高度偏晚年與偏早年環(huán)流差值的正、負(fù)異常中心（圖7g～i）與各自的波列中心（圖7a～f）基本對(duì)應(yīng)，且差值大都通過(guò)了0.05的顯著性水平。

綜上所述，變暖后200 hPa、500 hPa以及地面基本被正距平控制，冷空氣不活躍，變暖前的環(huán)流則明顯相反，均被負(fù)距平控制，冷空氣相對(duì)活躍。變暖后，高空到地面的異常分布對(duì)初霜凍日期影響更加顯著，通?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)冷空氣的制約產(chǎn)生作用，即當(dāng)東亞大槽較常年偏強(qiáng)（偏弱）、西太平洋副熱帶高壓偏弱（偏強(qiáng)），有利于（不利于）冷空氣活躍南下，從而導(dǎo)致初霜凍日期偏早（偏晚）。

4 結(jié)論

（1）寧夏1961—2019 年初霜凍日期總體呈現(xiàn)“南早北晚”空間分布特征，由黃土丘陵區(qū)最早出現(xiàn)，中部干旱帶次之，最晚出現(xiàn)在引黃灌區(qū)最晚，并發(fā)現(xiàn)中部干旱帶的同心為全區(qū)最晚地區(qū)之一；且該空間分布型與日平均最低氣溫“南低北高”的分布型基本一致。

（2）全球明顯變暖前后寧夏初霜凍日期分布呈現(xiàn)出顯著差異，相較于氣候平均值，變暖前初霜普遍偏早，平均出現(xiàn)在9月下旬，各地平均偏早7 d；而20世紀(jì)80年代全球氣候明顯變暖之后，初霜凍日期普遍偏晚，平均出現(xiàn)在10 月上旬，各地平均偏晚2 d；且相較于變暖前，變暖后的引黃灌區(qū)和中部干旱帶初霜凍日期均推遲了8 d，黃土丘陵區(qū)則推遲10 d。

（3）從各站極值分布看，初霜凍最早普遍發(fā)生于變暖前的20世紀(jì)60—70年代的9月上中旬，最晚發(fā)生在變暖后的新世紀(jì)以來(lái)的10月下旬和11月上旬。從長(zhǎng)期趨勢(shì)看，寧夏初霜凍日期呈現(xiàn)出顯著偏晚的趨勢(shì)，全區(qū)平均偏晚3.0 d·(10a)-1，其中引黃灌區(qū)較為明顯，線性趨勢(shì)為3.2 d·(10a)-1，中部干旱帶與黃土丘陵區(qū)次之，分別為2.6 d·(10a)-1、2.7 d·(10a)-1，且線性趨勢(shì)都超過(guò)了0.05 的顯著性水平。盡管2000 年以來(lái)在氣候變暖的背景下初霜凍日期不斷推遲，較氣候平均，全區(qū)更是普遍偏晚5 d 左右，但仍會(huì)發(fā)生初霜凍異常偏早的情況，引黃灌區(qū)、中部干旱帶和黃土丘陵區(qū)2000 年以來(lái)偏早的概率分別為15%、25%和30%。

（4）全球變暖前后的大氣環(huán)流高、中和低層年代際分布存在顯著的年代際差異：變暖后200 hPa、500 hPa 以及地面基本被正距平控制，冷空氣不活躍，變暖前的環(huán)流則明顯相反，均被負(fù)距平控制，冷空氣相對(duì)活躍。氣候變暖背景下的1981—2019 年初霜凍日期典型偏早、偏晚年的大氣環(huán)流年際異常也存在顯著差異：偏早年，200 hPa、500 hPa 以及地面的歐亞中高緯均出現(xiàn)1個(gè)“-+-”波列，東亞大槽較常年偏強(qiáng)、冷空氣活躍，西太平洋副熱帶高壓前期偏弱，有利于寧夏降溫；偏晚年則基本相反。