鄒海平 張京紅 陳小敏 李偉光 白蕤 呂潤

（1. 海南省氣候中心 海南?？?570203；2. 海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室 海南?？?570203）

海南島地處熱帶，屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候，冬季（12月至翌年2月）均溫為18.1~22.8℃[1]，為冬季瓜菜生產(chǎn)提供了極其有利的自然條件。目前，海南島冬季瓜菜種植面積保持在20萬hm2左右，出島量近年均保持在300萬t以上[2]。冬季蔬菜產(chǎn)業(yè)在海南省產(chǎn)業(yè)脫貧、促進(jìn)增收和保障民生及建設(shè)海南自由貿(mào)易港等方面發(fā)揮著重要作用。海南已成為我國冬季北運(yùn)蔬菜重要的生產(chǎn)基地，在全國冬季蔬菜市場發(fā)揮了不可替代的作用[3-4]。辣椒是海南冬季瓜菜生產(chǎn)的主要種類之一，年播種面積在4.1萬hm2左右，是供應(yīng)內(nèi)地冬季“菜籃子”的第一大蔬菜品類[5-6]。但受冬季風(fēng)影響，北方冷空氣仍有可能影響海南，引發(fā)辣椒低溫寒害[7]，導(dǎo)致減產(chǎn)。如2008年1—2月的低溫給海南辣椒造成嚴(yán)重影響，辣椒生長緩慢、植株纖弱、大幅減產(chǎn)，個別地段絕收[8]。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害等級指標(biāo)的準(zhǔn)確性及其時空分布特征是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究的基礎(chǔ)，只有正確判斷災(zāi)害的活動區(qū)域及其發(fā)生頻率，才能對研究區(qū)域災(zāi)害程度有直觀、準(zhǔn)確的了解，為下一步災(zāi)害監(jiān)測和風(fēng)險評估等提供科學(xué)依據(jù)[9]。因此，研究海南島冬季辣椒寒害指標(biāo)及其時空變化規(guī)律顯得十分必要。

諸多學(xué)者對水稻冷害[10]、熱害[11]、雨洗花災(zāi)害[12]，玉米冷害[13]、干旱[14-15]，冬小麥凍害[16]、干旱[14]，油菜澇漬害[17]等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)及時空變化特征開展了細(xì)致的研究。在辣椒寒害方面，李娜等[18]以日最低氣溫≤10.0℃、持續(xù)日數(shù)≥3 d寒害過程的積寒和作為辣椒年度寒害氣候致災(zāi)因子，并以此建立氣候風(fēng)險估算模型及綜合氣候風(fēng)險區(qū)劃指數(shù)模型，編制華南（廣東、廣西和福建）辣椒苗期和花果期寒害氣候風(fēng)險區(qū)劃圖。張蕾等[19]基于海南島1998—2011年氣象資料，以日最低氣溫≤12.0℃、持續(xù)日數(shù)≥5 d寒害過程的有害積寒和作為辣椒年度寒害氣候致災(zāi)因子，綜合孕災(zāi)敏感性、承載體易損性和防災(zāi)能力，對海南島辣椒寒害進(jìn)行風(fēng)險評價與區(qū)劃。上述研究主要是對辣椒年度寒害進(jìn)行等級劃分和風(fēng)險區(qū)劃，而未涉及歷次辣椒寒害過程等級劃分和不同等級辣椒寒害時空變化特征分析。譚宗琨等[20]利用霍治國等[21]編制的國家標(biāo)準(zhǔn)《辣椒寒害等級》征求意見稿對廣西冬季露地栽培辣椒寒凍害進(jìn)行分級，揭示其時空分布特征并進(jìn)行風(fēng)險評估與區(qū)劃。2017年，霍治國等[21]針對華南地區(qū)編制的國家標(biāo)準(zhǔn)《辣椒寒害等級》（GB/T 34965—2017）正式實施，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了辣椒寒害致災(zāi)因子和等級，為辣椒寒害等級劃分、時空變化規(guī)律分析和監(jiān)測預(yù)警等奠定了堅實的基礎(chǔ)。但該標(biāo)準(zhǔn)并未考慮低溫陰雨對辣椒的影響，低溫陰雨會使得辣椒光合作用減弱而導(dǎo)致抗寒能力削弱。為此，本研究利用海南島18個氣象站1968—2017年氣象數(shù)據(jù)和災(zāi)情數(shù)據(jù)，在《辣椒寒害等級》基礎(chǔ)上融合辣椒低溫陰雨災(zāi)害指標(biāo)，進(jìn)而分析海南島冬季辣椒寒害發(fā)生規(guī)律，以期為海南島冬季辣椒抗寒減災(zāi)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

氣象資料來自海南省氣象信息中心，包括海南島18個氣象站1968年12月1日至2018年2月28日的逐日平均溫度、最低溫度和日照時數(shù)。災(zāi)情數(shù)據(jù)來自《中國氣象災(zāi)害大典·海南卷》[7]及海南省氣候中心和海南省氣象臺調(diào)研、收集整理的災(zāi)情庫。

1.2 方法

1.2.1 辣椒寒害指標(biāo)確定氣溫低于 15℃辣椒生長發(fā)育受阻[22]，在海南冬季低溫陰雨天氣日照時數(shù)明顯偏少[7]。因此，辣椒低溫陰雨指標(biāo)設(shè)置為日均溫≤15℃、日照≤2 h持續(xù)日數(shù)。通過辣椒寒害災(zāi)情資料確定不同等級辣椒苗期和花果期低溫陰雨持續(xù)日數(shù)（表1）。若該指標(biāo)與《辣椒寒害等級》發(fā)生沖突則取災(zāi)害等級更重者。

表1 辣椒低溫陰雨指標(biāo)

1.2.2 分析時段確定海南冬季辣椒寒害主要發(fā)生在12月至翌年2月，同一地方辣椒種植時間各異，導(dǎo)致同一地方同一時間處于苗期和花果期的辣椒同時存在，因此，對12月至翌年2月每月辣椒苗期和花果期寒害時空規(guī)律均予以分析。

1.2.3 氣候傾向率計算利用一元線性回歸方程斜率的10倍表示氣候要素的變化傾向率。采用F檢驗法對擬合的回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗（α=0.05）。

1.2.4 站次比計算辣椒寒害站次比是指某一年份某一區(qū)域內(nèi)某級辣椒寒害發(fā)生的站數(shù)占該區(qū)域內(nèi)全部站數(shù)的比例，用于評價寒害影響范圍的大?。?），即：

式中，Yj為辣椒寒害站次比，j為某年，m為某級辣椒寒害發(fā)生的站數(shù)，M為全部站數(shù)，即18。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析氣象指標(biāo)的空間分布圖采用ArcGIS9.3軟件中的IDW模塊插值生成，柵格大小為200 m×200 m。采用自然斷點法對氣象指標(biāo)進(jìn)行分級。

2 結(jié)果與分析

2.1 寒害指標(biāo)的適應(yīng)性驗證

利用1968—2018年寒害災(zāi)情資料對辣椒寒害指標(biāo)準(zhǔn)確性進(jìn)行驗證，結(jié)果表明，海南島苗期37個樣本和花果期35個樣本中災(zāi)情與辣椒寒害指標(biāo)計算結(jié)果符合的樣本數(shù)分別為32和29個，符合率分別為86%和83%。為保證寒害指標(biāo)的可靠性，利用2019—2022年辣椒寒害災(zāi)情調(diào)研數(shù)據(jù)對指標(biāo)進(jìn)行再次驗證，結(jié)果表明，苗期4個樣本和花果期4個樣本中災(zāi)情與指標(biāo)計算結(jié)果符合的樣本數(shù)均為3個，符合率為75%。以澄邁縣為例，2022年2月19日至24日受強(qiáng)冷空氣影響，海南島出現(xiàn)強(qiáng)降溫和陰雨天氣，按照本文構(gòu)建的辣椒寒害指標(biāo)計算得出澄邁縣花果期辣椒寒害等級為輕度，經(jīng)實地調(diào)研，花果期辣椒受精不良，坐果率降低，實際受害等級亦為輕度。可見本文構(gòu)建的辣椒寒害指標(biāo)可用于海南島冬季辣椒寒害變化規(guī)律分析。同時在研究中發(fā)現(xiàn)，2008年海南遭遇當(dāng)時39年一遇的極端低溫陰雨天氣，經(jīng)濟(jì)損失近10億，大部分地區(qū)辣椒受災(zāi)達(dá)到極重度級別，而利用《辣椒寒害等級》計算得到的辣椒寒害等級為輕度至中度，利用辣椒低溫陰雨指標(biāo)計算的寒害等級主要為極重度，可見將低溫陰雨指標(biāo)融合進(jìn)《辣椒寒害等級》切實可行。因篇幅有限，僅列舉作為代表性站點的澄邁縣災(zāi)情驗證結(jié)果（表2）。

表2 海南島典型站點辣椒寒害調(diào)查結(jié)果與利用指標(biāo)判斷結(jié)果的匹配情況

2.2 辣椒寒害發(fā)生次數(shù)的變化特征

2.2.1 空間分布

（1）各月寒害發(fā)生次數(shù) 圖1為冬季各月辣椒苗期寒害發(fā)生次數(shù)空間分布圖?？梢?，海南島12月至翌年2月辣椒苗期寒害50年發(fā)生總次數(shù)分別為0~22（圖1-a）、1~34（圖1-b）和0~19（圖1-c），均值分別為11.3、16.4和10.7。各月辣椒苗期寒害發(fā)生總次數(shù)均大致由中部、西北部向沿海地區(qū)減少。各月辣椒花果期寒害發(fā)生總次數(shù)空間分布與苗期對應(yīng)月份類似。

圖1 各月辣椒苗期寒害發(fā)生次數(shù)空間分布

（2）各月不同等級寒害發(fā)生次數(shù) 圖2為12月辣椒苗期不同等級寒害發(fā)生次數(shù)空間分布圖?？梢?，海南島12月辣椒苗期輕度至極重度寒害50年發(fā)生總次數(shù)分別為0~9（圖2-a）、0~7（圖2-b）、0~5（圖2-c）和0~5（圖2-d）。12月辣椒苗期輕度至重度寒害發(fā)生總次數(shù)大致自中部、西北部向沿海地區(qū)減少，極重度寒害大致自中部向沿海地區(qū)減少。12月辣椒花果期不同等級寒害發(fā)生總次數(shù)空間分布與苗期對應(yīng)等級類似。

圖2 12月辣椒苗期不同等級寒害發(fā)生次數(shù)空間分布

1月辣椒苗期寒害發(fā)生總次數(shù)空間分布與12月辣椒苗期對應(yīng)寒害等級相似，花果期僅極重度寒害發(fā)生總次數(shù)與12月辣椒花果期對應(yīng)等級不同，大致自西北向東南減少；2月辣椒苗期寒害發(fā)生總次數(shù)空間分布僅中度寒害與12月辣椒寒害對應(yīng)等級相似，輕度和極重度寒害發(fā)生總次數(shù)大致自北向南減少，重度寒害大致自中部向沿海地區(qū)減少。2月辣椒花果期各等級寒害發(fā)生總次數(shù)與12月辣椒花果期對應(yīng)寒害等級均不同，輕度和極重度寒害發(fā)生總次數(shù)大致自北向南減少，中度和重度寒害分別大致自中部向沿海地區(qū)和西北向東南減少。

總體而言，海南島冬季12月和1月辣椒苗期和花果期寒害50年發(fā)生總次數(shù)及各等級寒害50年發(fā)生總次數(shù)空間分布均主要由中部、西北部向沿海地區(qū)減少，2月則主要由北向南減少和中部向沿海地區(qū)減少。

12月辣椒苗期輕度至極重度寒害發(fā)生總次數(shù)占當(dāng)月總次數(shù)的比例均值分別為45.8%、32.7%、16.8%、4.7%，1月相對應(yīng)的占比均值分別為48.1%、41.1%、8.5%、2.3%，2月分別為51.2%、32.2%、10.6%、6.0%；12月辣椒花果期輕度至極重度寒害發(fā)生總次數(shù)占當(dāng)月總次數(shù)的比例均值分別為72.1%、22.6%、3.3%、2.0%，1月相對應(yīng)的占比均值分別為84.1%、11.5%、4.2%、0.2%，2月分別為73.3%、16.2%、4.7%和5.8%?？梢姡靖髟吕苯访缙诤突ü诰謩e主要以輕、中度寒害和輕度寒害為主。

2.2.2 時間變化表3為冬季各月辣椒苗期寒害年發(fā)生次數(shù)變化趨勢?？煽闯?，12月、1月和2月辣椒苗期寒害年發(fā)生次數(shù)呈減少趨勢的站點個數(shù)分別為17、17和15個，其中減少顯著的站點分別有1、0和2個；呈增加趨勢的站點分別為0、1和1個；無變化趨勢的站點分別有1、0和2個。具體到各寒害等級上，12月除辣椒輕度寒害年發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢的站點較多（6個且主要分布在北部）外，其余等級寒害絕大多數(shù)站點以減少趨勢或無變化趨勢為主，此為絕大多數(shù)站點12月辣椒苗期寒害年發(fā)生次數(shù)隨時間減少的原因；1月除辣椒輕度和中度寒害年發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢的站點較多（6、5個且分別主要分布在北、中部）外，其余等級寒害絕大多數(shù)站點以減少趨勢或無變化趨勢為主，但因同一站點輕度和中度寒害呈增加趨勢并不同時出現(xiàn)，這就導(dǎo)致絕大多數(shù)站點1月辣椒苗期寒害年發(fā)生次數(shù)呈減少趨勢；2月除辣椒極重度寒害年發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢的站點較多（12個且主要分布在北、中部）外，其余等級寒害絕大多數(shù)站點以減少趨勢或無變化趨勢為主，這就導(dǎo)致絕大多數(shù)站點辣椒苗期2月寒害年發(fā)生次數(shù)呈減少趨勢。

表3 冬季各月辣椒苗期寒害年發(fā)生次數(shù)變化趨勢

冬季12月和2月辣椒花果期寒害年發(fā)生次數(shù)變化趨勢與苗期相似，1月稍有不同，其僅輕度寒害年發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢的站點較多（5個且主要分布在中部）外，其余等級寒害絕大多數(shù)站點以減少趨勢或無變化趨勢為主。

2.3 辣椒寒害發(fā)生站次比的變化特征

表4為冬季各月辣椒苗期和花果期寒害發(fā)生站次比均值及變化趨勢?？煽闯?，12月、1月和2月辣椒苗期寒害發(fā)生站次比均值分別為18.0%、29.0%和19.1%，說明辣椒苗期寒害影響范圍1月>2月>12月。各月辣椒苗期不同等級寒害發(fā)生站次比均值輕度>中度>重度>極重度，表明冬季各月辣椒苗期寒害影響范圍輕度>中度>重度>極重度。辣椒花果期寒害發(fā)生站次比總體亦表現(xiàn)出類似規(guī)律。隨時間變化上，除2月辣椒苗期和花果期極重度寒害發(fā)生站次比呈現(xiàn)出不顯著增加趨勢（氣候傾向率分別為0.93%/10a、0.85%/10a）外，2月其余等級和12月、1月寒害（含各等級）發(fā)生站次比均表現(xiàn)出減少趨勢，且僅2月辣椒花果期輕度寒害發(fā)生站次比顯著減少?？梢姡傮w上冬季各月辣椒苗期和花果期寒害（含各等級）發(fā)生影響范圍隨時間在縮小。

表4 冬季各月辣椒苗期和花果期寒害發(fā)生站次比均值及變化趨勢

3 討論

災(zāi)情驗證表明，在國家標(biāo)準(zhǔn)《辣椒寒害等級》基礎(chǔ)上構(gòu)建的考慮低溫陰雨對辣椒影響的辣椒寒害指標(biāo)準(zhǔn)確性較高。將該指標(biāo)用于分析海南島冬種辣椒寒害時空變化規(guī)律，做如下討論。

（1）總體上，海南島冬季12月和1月辣椒苗期和花果期寒害50年發(fā)生總次數(shù)及各等級寒害50年發(fā)生總次數(shù)空間分布均主要由中部、西北部向沿海地區(qū)減少，2月則主要由北向南、中部向沿海地區(qū)減少。因此，海南島12月和1月需重點防范中部、西北部地區(qū)辣椒寒害，2月則為北、中部地區(qū)。在辣椒苗期和花果期寒害發(fā)生等級上，冬季各月均分別主要以輕、中度和輕度為主。時間變化上，海南島絕大多數(shù)站點冬季各月辣椒苗期和花果期寒害年發(fā)生次數(shù)呈不顯著減少趨勢，這與當(dāng)前氣候變暖背景下我國寒潮事件減少[23]、海南省冷事件發(fā)生頻率整體降低[24]事實吻合，對海南島辣椒種植總體有利。但海南島12月北部地區(qū)輕度寒害，1月北、中部地區(qū)輕、中度寒害，2月北、中部地區(qū)極重度寒害年發(fā)生次數(shù)不顯著增加，需引起重視，尤其需重點防范2月極端寒害對辣椒的不利影響，這與當(dāng)前氣候變化背景下我國極端天氣事件頻率增加事實亦吻合[25]。

（2）總體而言，辣椒寒害發(fā)生站次比均值1月>2月>12月、輕度>中度>重度>極重度，近50年來冬季各月辣椒苗期和花果期寒害（含各等級）發(fā)生站次比在減小。

辣椒寒害受災(zāi)程度除與氣象條件有關(guān)外，還與辣椒品種[26-27]、管理水平（如水肥、抗寒保暖）[28-29]等因素有關(guān)，同一地塊，不同的辣椒品種和管理水平，辣椒抗寒能力亦會不同，最終導(dǎo)致受災(zāi)程度不同。本研究構(gòu)建的辣椒寒害氣象指標(biāo)并未考慮上述因素，因此以后的研究將不斷完善改進(jìn)辣椒寒害指標(biāo)，以提高辣椒寒害氣象指標(biāo)的準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高海南島冬季辣椒寒害監(jiān)測預(yù)警水平。此外，本文用18個氣象站點辣椒寒害發(fā)生次數(shù)進(jìn)行空間插值得到全省辣椒寒害發(fā)生次數(shù)空間分布圖，準(zhǔn)度有待提高，后續(xù)研究將構(gòu)建氣象因子與經(jīng)緯度、海拔高度、地形等因子關(guān)系，再進(jìn)行空間計算，從而得到更準(zhǔn)確的本省辣椒寒害發(fā)生次數(shù)空間分布圖。