陜西省西安市臨潼區(qū)現(xiàn)有石榴種植面積8萬余畝，果農(nóng)年均收入萬元左右，占當(dāng)?shù)毓r(nóng)年收入的約80%。因全球氣候變暖，近年來，春季低溫對(duì)石榴生長產(chǎn)生較大影響。曾有研究分析了石榴凍害發(fā)生的氣象條件，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施[1-8]，但隨著精細(xì)化氣象服務(wù)的提出，單一的溫度已不能滿足當(dāng)前精細(xì)化服務(wù)需求，因此，本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)地走訪、查閱氣象資料，確定臨潼區(qū)石榴晚霜凍臨界氣溫，通過分析晚霜凍實(shí)例的致災(zāi)因子，構(gòu)建臨潼石榴晚霜凍綜合氣候指標(biāo)，為石榴晚霜凍精細(xì)化氣象服務(wù)提供模式支撐。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源

臨潼國家氣象觀測站1991～2020年春季（3～5月）日平均氣溫、日最低氣溫及降溫幅度等資料，1996～2020年臨潼區(qū)石榴產(chǎn)量資料。

1.2過程有害積寒的計(jì)算

過程有害積寒是指果樹在低溫過程中逐時(shí)低于臨界受害氣溫的累積值，本文采用文獻(xiàn)[9-10]提出的過程有害積寒概念，其計(jì)算公式可表示為：

式（1）中，X日為一日內(nèi)的積寒（℃），Tc為果樹晚霜凍的臨界溫度，Tt是瞬時(shí)溫度（℃），Tt≤Tc，t1、t2分別是一日中低于晚霜凍臨界溫度的起始、終止時(shí)刻。

1.3致災(zāi)因子標(biāo)準(zhǔn)化

導(dǎo)致石榴晚霜凍的致災(zāi)因子較多，對(duì)各致災(zāi)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[11-14]，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)可比性，公式為：

經(jīng)過處理的標(biāo)準(zhǔn)化致災(zāi)因子的最小值為0，最大值為1，與原來的數(shù)值相比，它只是數(shù)字形式的轉(zhuǎn)換，而因數(shù)被處理成1的量綱，保留了因子的統(tǒng)計(jì)學(xué)和生物學(xué)意義[15]。

1.4凍害臨界氣溫的確定

趙靜等[16-18]針對(duì)臨潼石榴春季受凍特點(diǎn)做出研究，并指出3℃是臨潼石榴花期受凍的臨界溫度，因此，本文確定3℃為臨潼石榴主栽產(chǎn)品晚霜凍的臨界氣溫，即當(dāng)最低氣溫≤3℃時(shí)，石榴花期凍害過程開始。

2結(jié)果分析

2.1凍害致災(zāi)因子的確定

本文主要對(duì)以氣溫為主的氣象因子進(jìn)行分析，如凍害過程的極端最低溫度、過程的持續(xù)天數(shù)、過程的有害積寒（凍害過程的溫度累積值）、過程的降溫幅度（日最低溫度的下降幅度）等。通過對(duì)各因子與晚霜凍實(shí)例災(zāi)害進(jìn)行相關(guān)分析，與災(zāi)害等級(jí)有顯著關(guān)系的有：≤3℃過程極端最低氣溫（X1），≤3℃持續(xù)低溫日數(shù)（X2），≤3℃過程有害積寒（X3），≤3℃過程降溫幅度（X4）等。此次入選的4個(gè)致災(zāi)因子是在對(duì)臨潼石榴春季受凍進(jìn)行調(diào)查分析的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，所以，入選的這4個(gè)致災(zāi)因子具有一定的代表性。

2.2臨潼晚霜凍綜合氣候指標(biāo)計(jì)算

計(jì)算致災(zāi)因子間的相關(guān)性，除X4外，其余3個(gè)致災(zāi)因子均顯著相關(guān)（表1），表明X1、X2、X3三者之間相互影響，互不獨(dú)立，可以使用主要成分分析法進(jìn)行分析。采用主要成分分析方法對(duì)X1、X2和X3這3個(gè)致災(zāi)因子進(jìn)行全面簡化，構(gòu)建公式。文中對(duì)各致災(zāi)因子進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的石榴晚霜凍3個(gè)致災(zāi)因子X1、X2、X3序列，利用R統(tǒng)計(jì)軟件中的主成分分析工具進(jìn)行了分析（表2），軟件提取了主成分1，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了80.8%，表明主成分1已經(jīng)能夠充分說明數(shù)據(jù)之間波動(dòng)的原因。

通過求解正交矩陣Q（表3），構(gòu)建的石榴晚霜凍綜合氣候指標(biāo)Z表示為：

由于系數(shù)的正負(fù)在主成分表達(dá)式中本身并無實(shí)際意義，有意義的是不同主成分之間統(tǒng)一變量的系數(shù)大?。河墒剑?）可知，在第1個(gè)主成分中，3個(gè)變量的系數(shù)比較接近，這意味著第一個(gè)主成分是對(duì)3個(gè)變量的綜合測度，即反映3個(gè)致災(zāi)因子的信息。

晚霜凍綜合氣候指標(biāo)Z與春季極端最低氣溫X1呈正相關(guān)關(guān)系，而與≤3℃持續(xù)低溫日數(shù)X2、≤3℃過程有害積寒X3呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即春季極端最低氣溫越低，Z值越??；綜合指標(biāo)與其他2個(gè)致災(zāi)因子呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即：≤3℃低溫持續(xù)日數(shù)越多、≤3℃有害積寒越大，則晚霜凍凍害綜合氣候指標(biāo)Z越小，這與石榴生長實(shí)際發(fā)生的晚霜凍凍害過程相符。

2.3晚霜凍凍害綜合氣候指標(biāo)分級(jí)

K-means聚類分析是經(jīng)典的基于劃分聚類算法，在氣象數(shù)據(jù)分析和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害等級(jí)劃分等方面得到應(yīng)用[19-23]。本文采用R統(tǒng)計(jì)軟件中的K-means聚類分析工具，對(duì)131個(gè)晚霜凍凍害等級(jí)和對(duì)應(yīng)的晚霜凍凍害綜合氣候指標(biāo)進(jìn)行分析，獲取各凍害等級(jí)對(duì)應(yīng)的Z閾值，故研究中選擇晚霜凍凍害綜合氣候指標(biāo)作為聚類分析的變量，1996～2020年臨潼區(qū)石榴產(chǎn)量數(shù)據(jù)作為標(biāo)識(shí)變量，聚類數(shù)為3類，初始類中心由系統(tǒng)指定方式確定。結(jié)果表明：3個(gè)類中心點(diǎn)經(jīng)過2次迭代后，得到最終的各聚類中心分別為-2.12，-1.34，-0.71（圖1）。由此可知，臨潼石榴晚霜凍的輕度、中度、重度綜合氣候指標(biāo)分級(jí)分別為-1.34≤Z<-0.71，-2.12≤Z<-1.34，Z<-2.12。

2.4典型年對(duì)比分析

根據(jù)調(diào)查走訪，2004年、2005年、2010年均出現(xiàn)不同程度晚霜凍天氣，其中2010年4月14日出現(xiàn)降雪天氣，對(duì)石榴生長影響較大。計(jì)算2004年、2005年和2010年晚霜凍綜合氣候指標(biāo)：2004年Z值為-0.50，為輕度凍害；2005年Z值為-0.68，為輕度凍害；2010年Z值為-5.22，為重度凍害，印證了石榴晚霜凍凍害等級(jí)。

3結(jié)論與討論

本文以臨潼石榴自然條件下春季低溫凍害過程為研究對(duì)象，以過程有害積寒、過程最大降溫幅度等致災(zāi)因素為基礎(chǔ)，構(gòu)建了石榴晚霜凍綜合氣候指標(biāo)，并針對(duì)131個(gè)凍害調(diào)查實(shí)例中的各個(gè)過程進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：

（1）在已有研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，確定3℃為臨潼石榴花期凍害臨界氣溫，即當(dāng)最低氣溫≤3℃時(shí)，凍害過程開始；當(dāng)最低氣溫>3℃時(shí)，凍害過程結(jié)束。

（2）確定≤3℃過程極端最低氣溫、≤3℃過程持續(xù)日數(shù)和≤3℃過程有害積寒為臨潼石榴晚霜凍的3個(gè)致災(zāi)因子。

（3）采用K-means聚類分析方法，結(jié)合晚霜凍等級(jí)，確定臨潼石榴晚霜凍的輕度、中度、重度綜合氣候指標(biāo)分級(jí)分別為-1.34≤Z<-0.71，-2.12≤Z<-1.34，Z<-2.12。通過對(duì)晚霜凍綜合氣候等級(jí)指標(biāo)與相應(yīng)年份發(fā)生的凍害情況進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果較為吻合，驗(yàn)證了指標(biāo)的可靠性和實(shí)用性。

（4）影響石榴春季凍害的因子比較復(fù)雜，其發(fā)生也可能與地形、濕度、風(fēng)速等因素有關(guān)，本文只針對(duì)影響石榴春季生長關(guān)鍵氣象因子進(jìn)行了分析，如何結(jié)合陰雨、大風(fēng)、日照等其他因子設(shè)計(jì)晚霜凍指標(biāo)研究的試驗(yàn)，并得到晚霜凍預(yù)警評(píng)估業(yè)務(wù)的綜合性指標(biāo)，還有待今后進(jìn)一步研究。

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【基金項(xiàng)目：西安市科技局“科技+”行動(dòng)計(jì)劃農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目（XA2020-NYJSYF-0001）】（1陜西省西安市臨潼區(qū)氣象局趙靜，熊溪若；2陜西省漢中市西鄉(xiāng)縣氣象局楊政）