簡(jiǎn)單，陸韜，邵小衛(wèi)，金楊

(蘭溪市氣象局，浙江 蘭溪 321100)

蘭溪市為亞熱帶季風(fēng)氣候，光熱資源豐富，具有春季回溫早、增溫快、積溫高、雨熱同步等氣候特點(diǎn)，滿足枇杷生長(zhǎng)所需的溫暖濕潤(rùn)、陽(yáng)光充足的氣候條件[1]。因其傳統(tǒng)名果優(yōu)勢(shì)明顯，蘭溪枇杷獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部地理標(biāo)志登記保護(hù)。枇杷是蘭溪的特色農(nóng)產(chǎn)品之一，種植面積達(dá)1 330 hm2，年產(chǎn)量7 000 t，主要分布在女埠、黃店、橫溪等中北部地區(qū)，其中以女埠街道的穆塢枇杷最為出名，穆塢枇杷指的是穆塢村內(nèi)種植的枇杷，該村種植枇杷已有近百年歷史，被譽(yù)為“華東枇杷第一村”[2]。

枇杷自每年的10月起頭花開放至次年2月上旬三花開畢，花期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，12月上旬幼果初生，氣溫恰是向一年中最冷時(shí)段發(fā)展，在這樣的氣候條件下，枇杷花、果極易遭受低溫凍害[3-4]。加上近些年極端氣候增多[5-6]，極端低溫的出現(xiàn)對(duì)枇杷的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成、品質(zhì)塑造等也產(chǎn)生了一定影響。尤其是2020年枇杷受強(qiáng)寒潮天氣影響，減產(chǎn)近半，種植戶損失慘重。盡管通過(guò)枇杷保險(xiǎn)農(nóng)戶獲得理賠金額134.82萬(wàn)元，但是對(duì)于受損農(nóng)戶而言，仍舊是杯水車薪?；谶@種情況，充分利用枇杷種植重點(diǎn)區(qū)域的氣象觀測(cè)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠很好地起到觀測(cè)、評(píng)估與預(yù)防枇杷低溫凍害的作用[7]。

本文使用蘭溪市枇杷種植重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)氣象觀測(cè)站(甘溪、花塘、黃店、穆塢)逐時(shí)最低氣溫觀測(cè)資料，與蘭溪國(guó)家氣象觀測(cè)站同期觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，根據(jù)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《枇杷凍害等級(jí)》的低溫指標(biāo)，分析枇杷花果期最低氣溫變化情況，以及不同等級(jí)低溫凍害日數(shù)的變化特征，結(jié)合容易發(fā)生枇杷低溫凍害的天氣特征，探索建立枇杷低溫凍害預(yù)報(bào)模型，及早做好監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)，并通過(guò)短信、微信、電視等渠道提醒枇杷種植戶及早做好相關(guān)防御，為果農(nóng)們防范低溫凍害做好氣象服務(wù)與災(zāi)害自救工作。

1 材料與方法

1.1 氣象站

本文選用蘭溪市枇杷種植重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)氣象觀測(cè)站K6174(甘溪站)、K6217(花塘站)、K6297(黃店站)、K6303(穆塢站)和58548(蘭溪市國(guó)家氣象觀測(cè)站)氣象資料，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 枇杷花果期

咨詢蘭溪本地農(nóng)業(yè)專家后，根據(jù)蘭溪市內(nèi)枇杷的種植特點(diǎn)，將10月至次年2月上旬定為枇杷開花期，12月至次年4月下旬定為枇杷幼果生長(zhǎng)(發(fā)育+膨大)期。枇杷開花期和幼果期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且時(shí)間跨度上有交集，故本文將枇杷花果期確定為10月至次年4月[8]。

以2020年的10月至次年4月枇杷花果期逐時(shí)氣象觀測(cè)資料為分析對(duì)象，選取蘭溪枇杷種植重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)氣象觀測(cè)站中最低氣溫逐時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若數(shù)據(jù)中有缺測(cè)值，則選用同一站點(diǎn)前后時(shí)次的數(shù)據(jù)進(jìn)行差值補(bǔ)齊。

1.3 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 24.0以及Excel 2007進(jìn)行。

1.4 枇杷低溫凍害指標(biāo)

根據(jù)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《枇杷凍害等級(jí)》[9]，最低氣溫是判斷枇杷花果期是否遭受低溫凍害最重要的氣象要素，結(jié)合蘭溪當(dāng)?shù)罔凌松L(zhǎng)氣候特征和農(nóng)業(yè)專家意見(jiàn)[10]，把10月至次年2月上旬確定為本地枇杷開花期，并根據(jù)最低氣溫，將枇杷開花期低溫凍害劃分為輕度(最低氣溫>-4～-3 ℃)、中度(最低氣溫>-5～-4 ℃)、重度(最低氣溫>-6～-4 ℃)和極重(最低氣溫≤-6 ℃)；將12月至次年4月確定為當(dāng)?shù)罔凌擞坠?，低溫凍害氣象指?biāo)根據(jù)最低氣溫劃分為輕度(最低氣溫>-2.5～-1.0 ℃，時(shí)間≤3 d)、中度(最低氣溫>-3.5～-2.5 ℃，時(shí)間≤3 d或>-2.5～-1.0 ℃，時(shí)間>3 d)、重度(>-4.5～-3.5 ℃，時(shí)間≤3 d或>-3.5～-2.5 ℃，時(shí)間>3 d)和極重(最低氣溫≤-4.5 ℃，時(shí)間≤3 d或最低氣溫>-4.5～-3.5 ℃，時(shí)間>3 d)4個(gè)等級(jí)。

1.5 天氣類型劃分

將天氣類型按日平均總云量(指云遮蔽天空視野的占比)的多少分為晴天(日平均總云量0%～<20%)、少云(日平均總云量20%～<50%)、多云(日平均總云量50%～<80%)、陰(雨雪)(日平均總云量≥80%)4種天氣類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 最低氣溫變化特征

2.1.1 最低氣溫日變化特征

由枇杷花果期最低氣溫的日變化曲線(圖1)可以看出，各站的最低氣溫日變化趨勢(shì)總體較為一致，日變化呈單峰曲線，表現(xiàn)為先降后升再降的趨勢(shì)。夜間輻射降溫，0—6時(shí)氣溫緩慢降低，氣溫最低點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間基本集中在6時(shí)左右；日出后氣溫隨太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)而升高，6—14時(shí)氣溫逐漸升高，氣溫最高點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間在14—15時(shí)(午后)，而后氣溫逐漸降低。其中甘溪在7—14時(shí)升溫幅度最快，主要是甘溪周圍下墊面為硬化地(植被不密集)，這使得該處有更大的吸熱率和更小的比熱容，即升溫較快。最低氣溫由低至高為穆塢<甘溪<黃店<花塘，主要是海拔高度的影響，在底層大氣中，氣溫隨高度的增加而降低，海拔高度為穆塢(120 m)>甘溪(64 m)>黃店(50 m)>花塘(42 m)。8—15時(shí)蘭溪?dú)鉁氐陀阼凌朔N植區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)站，而在傍晚—夜間—凌晨氣溫明顯高于其他4個(gè)氣象站，蘭溪?dú)鉁刈罡唿c(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間較自動(dòng)站滯后約1 h，主要是蘭溪站周圍建筑密集，造成熱島效應(yīng)。

圖1 最低氣溫日變化曲線

2.1.2 不同天氣類型最低氣溫日變化特征

由圖2可以看出，在不同天氣類型下，即晴天、少云、多云、陰(雨雪)，最低氣溫日變化仍呈單峰形曲線，變化趨勢(shì)總體較為一致，晴天氣溫總是最高，其次為少云、多云，陰(雨雪)天最低，最低氣溫晝夜變化幅度差異顯著。晴天最低氣溫日較差較大，最大甘溪達(dá)到15.9 ℃，其中6時(shí)出現(xiàn)最低值3.5 ℃，14時(shí)出現(xiàn)最高值19.4 ℃。少云天氣時(shí)的最低氣溫變化幅度有所減緩，最低氣溫日較差最大的甘溪達(dá)到11.1 ℃，夜間最低氣溫升高直接導(dǎo)致氣溫日較差的減小。如6時(shí)甘溪最低氣溫為8.4 ℃，較晴天3.5 ℃升高了4.9 ℃。多云天氣時(shí)的最低氣溫變化幅度更為緩慢，日較差最大為甘溪僅4.9 ℃。陰(雨雪)天時(shí)，最低氣溫變化幅度最小，趨于平緩，日較差最大為甘溪有3.7 ℃，最小為蘭溪只有2.7 ℃。甘溪谷值在5時(shí)為12.2 ℃，峰值在13時(shí)為15.9 ℃，氣溫日變化起伏不大。但是在不同的天氣類型下，都是甘溪晝夜溫差最大，蘭溪溫差最小。

圖2 不同天氣類型最低氣溫日變化曲線

2.1.3 最低氣溫月變化特征

由枇杷花果期平均最低氣溫(表1)可以看出，發(fā)生低溫凍害的時(shí)間段主要集中在12月和1月。其中蘭溪最低氣溫最高，穆塢最低氣溫最低。從極端最低氣溫分布情況來(lái)看，1月氣溫最低，最低站為甘溪站，僅-9.4 ℃。

表1 枇杷花果期月最低氣溫

2.1.4 夜間最低氣溫變化影響

對(duì)于枇杷花果期而言，最低氣溫是花果受凍害的最主要因素。夜間是最低氣溫下降最明顯的時(shí)間段，相較于白天，夜間最低氣溫下降幅度大，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在每天的5—7時(shí)多為日最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)段，若不能提前預(yù)測(cè)最低氣溫，待到溫度降至最低后采取防御措施，將會(huì)給種植戶帶來(lái)?yè)p失。

2.2 枇杷花果期低溫凍害程度

2.2.1 枇杷開花期低溫凍害程度分析

由表2可知，在開花期，枇杷種植區(qū)域內(nèi)平均凍害日數(shù)為11.3 d，蘭溪為5.0 d，其中甘溪站發(fā)生凍害的日數(shù)最多，達(dá)13.0 d，且極重凍害日數(shù)為7.0 d，占總凍害日數(shù)的50%以上。

表2 枇杷開花期不同等級(jí)低溫凍害日數(shù)

由圖3可以看出，凍害發(fā)生在12月下旬至1月中旬，區(qū)域站與國(guó)家站最低氣溫的變化趨勢(shì)基本一致。在1月上、中旬，這5個(gè)站之間差異顯著。1月上旬出現(xiàn)了最低氣溫的谷值，且枇杷凍害日數(shù)也是1月上旬最多，是枇杷開花期遭受凍害最為嚴(yán)重的時(shí)候。從花期特性來(lái)看，枇杷三花(1月上旬至2月上旬開放的花)遭受凍害的可能性最大，平均時(shí)間9.5 d，遠(yuǎn)超于二花(11月下旬至12月下旬開放的花)和頭花(11月中旬以前開放的花)。

圖3 蘭溪枇杷開花期低溫凍害變化特征

2.2.2 枇杷幼果期低溫凍害程度分析

由表3可知，在幼果生長(zhǎng)期，枇杷種植區(qū)域內(nèi)平均凍害日數(shù)為18.0 d，蘭溪最少為11.0 d，其中花塘站發(fā)生凍害的日數(shù)為15.0 d，其他3個(gè)站均為19.0 d，且極重凍害甘溪、穆塢站都為9.0 d，占總凍害日數(shù)近50%。

表3 枇杷幼果生長(zhǎng)期不同等級(jí)低溫凍害日數(shù)

由圖4可以看出，凍害發(fā)生在12月中旬至1月中旬，區(qū)域站與國(guó)家站最低氣溫的變化趨勢(shì)基本一致。在1月上、中旬，這5個(gè)站之間差異顯著，在1月上旬出現(xiàn)了最低氣溫的谷值，枇杷凍害日數(shù)為1月上、中旬最多。

圖4 蘭溪枇杷幼果期低溫凍害變化特征

2.3 枇杷花果期低溫凍害預(yù)報(bào)模型

以2020年10月至次年4月蘭溪枇杷重點(diǎn)種植區(qū)域氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)為建模系列，分為不區(qū)分天氣類型以及區(qū)分天氣類型(晴天、少云、多云、陰天)，分別建立基于蘭溪站溫度的枇杷低溫凍害線性預(yù)測(cè)方程[11]。枇杷花果期種植區(qū)域內(nèi)氣象觀測(cè)站與蘭溪國(guó)家氣象觀測(cè)站最低氣溫符合顯著正相關(guān)關(guān)系，即最低氣溫的變化趨勢(shì)是一致的，相關(guān)系數(shù)在0.95以上，低溫預(yù)測(cè)回歸方程的決定系數(shù)均在0.90以上，預(yù)測(cè)效果較好。其中，在晴天時(shí)，不區(qū)分天氣類型預(yù)測(cè)方程的決定系數(shù)比區(qū)分天氣類型的要高；在少云時(shí)，甘溪、花塘、穆塢的預(yù)測(cè)方程決定系數(shù)比不區(qū)分天況時(shí)要低。故將決定系數(shù)高的預(yù)報(bào)模型替代決定系數(shù)低的預(yù)報(bào)模型，以達(dá)到最佳的預(yù)測(cè)效果，得到如下的枇杷最低氣溫預(yù)報(bào)模型(表4)。

表4 枇杷最低氣溫預(yù)報(bào)模型

為了進(jìn)一步驗(yàn)證各模型在推算枇杷遭受低溫凍害時(shí)溫度的可靠性，利用2019年12月—2020年2月觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。由于檢驗(yàn)時(shí)段還未有云量數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)天氣類型進(jìn)行分類，由于不區(qū)分天氣類型的預(yù)測(cè)模型決定系數(shù)比區(qū)分天氣類型要低，故可以先對(duì)不區(qū)分天氣類型的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行初步檢驗(yàn)，若預(yù)測(cè)效果好，則說(shuō)明在區(qū)分天氣類型時(shí)，預(yù)測(cè)效果更好。由誤差統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果(表5)可見(jiàn)，各模型的誤差算數(shù)平均值接近1 ℃。其中誤差絕對(duì)值79%以上在2 ℃以內(nèi)，50%以上在1 ℃以內(nèi)，預(yù)測(cè)效果較好，若區(qū)分天氣類型后帶入預(yù)測(cè)模型中進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)效果會(huì)更好。

表5 最低氣溫預(yù)測(cè)檢驗(yàn)

總的來(lái)看，枇杷低溫凍害大多發(fā)生在雨雪后轉(zhuǎn)晴，干冷空氣補(bǔ)充導(dǎo)致低溫的發(fā)生。天氣形勢(shì)高空為“兩槽一脊”、地面處“L”型高壓前底部，夜間晴空輻射使得降溫明顯，對(duì)枇杷花果產(chǎn)生低溫凍害。這些在數(shù)值預(yù)報(bào)中都能提前預(yù)報(bào)。

所以，在一般情況下，根據(jù)對(duì)未來(lái)天氣的預(yù)報(bào)來(lái)劃分天氣情況，然后根據(jù)預(yù)報(bào)蘭溪的最低氣溫大致推算出蘭溪枇杷種植區(qū)域中離氣象觀測(cè)站最近的點(diǎn)的最低氣溫情況，而后判別凍害類型，可提早開展枇杷低溫凍害監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)并采取相應(yīng)的防御措施。

3 小結(jié)

通過(guò)最低氣溫可以判斷出枇杷花果期是否遭受低溫凍害及凍害程度。晴天最低氣溫變幅最大，陰(雨雪)天變幅較小。12月至1月為枇杷花果期遭受凍害最嚴(yán)重的時(shí)候，三花期受凍害的概率最高，幼果期在1月份受凍害的可能性最大。

枇杷低溫凍害大多發(fā)生在高空為“兩槽一脊”、地面處“L”型高壓前底部天氣形勢(shì)下，出現(xiàn)此類天氣，可以提早開展相關(guān)預(yù)報(bào)及服務(wù)。利用低溫預(yù)報(bào)模型，預(yù)估出蘭溪枇杷重點(diǎn)種植區(qū)域內(nèi)冷空氣襲來(lái)后的最低氣溫，判斷其凍害等級(jí)，提早采取枇杷對(duì)應(yīng)凍害防御措施，減輕凍害對(duì)種植戶造成的經(jīng)濟(jì)損失。

本研究建立的預(yù)測(cè)模型采用的是一元回歸統(tǒng)計(jì)方法，僅選用氣象站溫度一種因子，過(guò)于單一，且預(yù)測(cè)精度也需提高，后期可從氣象大數(shù)據(jù)方面考慮建立基于多氣象要素的枇杷低溫凍害預(yù)測(cè)模型，在方法上也需采取更為先進(jìn)的模型算法，做好模型訂正，使模型更加準(zhǔn)確。