彭小彬 安寧 成勤 李芳 彭福強

摘要：目前全國還沒有統(tǒng)一的倒春寒標準，且現(xiàn)有相關(guān)研究中使用的倒春寒標準并不完全適用于宜昌本地的區(qū)域氣候特點。

利用1994～2023年宜昌市10個縣（市、區(qū)）國家氣象觀測站逐年2～5月的日平均氣溫資料，定義宜昌地區(qū)倒春寒氣候監(jiān)測指標，并統(tǒng)計、分析宜昌市倒春寒天氣發(fā)生總?cè)諗?shù)和總次數(shù)的時空變化特征以及不同等級發(fā)生頻率及出現(xiàn)的主要時段。結(jié)果表明：在全球變暖的背景下，宜昌市30 a來發(fā)生倒春寒天氣的總?cè)諗?shù)和總次數(shù)整體呈下降趨勢；主要以輕級和中級倒春寒天氣為主，兩者的發(fā)生頻率接近，且主要發(fā)生在3月下旬；倒春寒持續(xù)時間、累計次數(shù)及倒春寒強度在空間分布上整體表現(xiàn)為中部低兩邊高的特征。

研究成果可為宜昌市農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供一定科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：倒春寒； 氣溫； 全球變暖； 宜昌市

中圖法分類號： P46

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.004

0引 言

春季作為冬、夏季節(jié)轉(zhuǎn)換過渡期，大氣環(huán)流轉(zhuǎn)變明顯，氣溫處于回暖階段。此時受冷空氣影響，會造成急劇降溫和大風，當氣溫降到作物生育期的下限溫度時，就會發(fā)生低溫冷害［1］，將春季這種強冷空氣帶來的持續(xù)低溫災害性天氣稱為倒春寒。倒春寒作為極端天氣的重要類型之一，對公共健康與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了不利影響［2-3］，比如使作物減產(chǎn)［4-5］、影響植被生長等［6-7］。

不同學者對于倒春寒從不同角度做了一系列研究。張淑惠采用過程長度、降溫指數(shù)、倒春寒終止日期3個參數(shù)來確定福建省歷年的倒春寒等級，并利用EOF分析指出烏拉爾山、貝加爾湖和亞洲的中低緯地區(qū)的環(huán)流特征是有無倒春寒發(fā)生的關(guān)鍵區(qū)［8］。馬耀絨等以較強冷空氣標準、渭南市春季氣候特點、當?shù)剞r(nóng)作物是否受害作為倒春寒的判斷依據(jù)，分析了渭南市4月倒春寒的時空分布、演變特征及規(guī)律以及致災氣象條件，指出渭南市4月初發(fā)生中等倒春寒的概率較高，且受氣候變暖影響，4月倒春寒年均站次數(shù)呈下降趨勢［9］。李勇等基于貴州省19個氣象臺站的逐日平均氣溫，結(jié)合倒春寒強度指數(shù)指標和災害等級劃分標準，指出貴州省倒春寒強度在地區(qū)間的差異明顯，輕級倒春寒的發(fā)生頻率最小，且存在明顯的周期波動特征［10］。傅瑋東以日均氣溫≤12 ℃，持續(xù)時間＞3 d作為研究新疆棉花種植區(qū)受倒春寒影響的閾值［11］。黃繼用等提出由不同持續(xù)天數(shù)確定倒春寒等級的方法，并從倒春寒發(fā)生頻率、倒春寒強度的平均狀況或過程日數(shù)等方面來對倒春寒的空間分布特征進行分析，由此提出貴州省倒春寒災害的分區(qū)［12］。張麗君等則以日均溫度和過程降溫幅度定義了針對全國的倒春寒標準，并對1961～2015年全國倒春寒頻次的空間分布考察發(fā)現(xiàn)，除新疆北部、內(nèi)蒙東北部、東北地區(qū)倒春寒發(fā)生頻次最多外，江南地區(qū)和西南地區(qū)東部一帶也是倒春寒高發(fā)區(qū)［13］。由于不同地區(qū)的氣候存在差異性，其界定倒春寒發(fā)生的標準和強度劃分閾值并不一致。

在全球氣候變暖的背景下，暖冬出現(xiàn)的頻次變高，春季溫度的異常波動頻率和幅度逐漸增大［14-15］。倒春寒作為春季氣溫異常波動的重要形式之一，其給農(nóng)作物、樹木和草本植物等帶來的影響日益受到重視。盡管在各地的氣象服務(wù)中均有倒春寒的概念，但由于宜昌地區(qū)氣候復雜多樣，目前還沒有本地化的倒春寒標準，因此制定可供宜昌地區(qū)的倒春寒氣象標準指標，以及研究氣候變化背景下近30 a來宜昌市倒春寒的時空變化特征，為宜昌市農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供一定科學依據(jù)，同時對氣候變化研究具有一定促進作用。目前全國沒有統(tǒng)一的倒春寒標準［16］，且現(xiàn)有相關(guān)研究中使用的倒春寒標準并不完全適用于宜昌本地的區(qū)域氣候特點，因此本文將基于1994～2023年宜昌市10個縣（市、區(qū)）國家氣象觀測站逐年2～5月的日平均氣溫資料，給出適合宜昌市的倒春寒定義標準，并在此基礎(chǔ)上對于30 a來宜昌倒春寒時空變化特征進行分析。

1資料和方法

1.1資料選取

本文選取1994～2023年宜昌市10個縣（市、區(qū)）國家氣象觀測站逐年2～5月的日平均氣溫觀測資料。資料來自于湖北省氣象局信息與保障中心，經(jīng)過了嚴格的質(zhì)量控制。

1.2倒春寒過程的定義及分級標準

1.2.1定 義

根據(jù)中國氣象局發(fā)布的倒春寒標準，將每年的3月1日至4月30日日平均氣溫降幅首次達到3 ℃的日期作為倒春寒起始時間，以日平均氣溫穩(wěn)定回升到當日所在滑動候的平均氣溫氣候標準值的日期視為結(jié)束時間。湖北省發(fā)布的倒春寒定義為：3月下旬至4月連續(xù)出現(xiàn)3 d以上日平均氣溫＜12 ℃的低溫陰雨天氣，或3～4月內(nèi)的旬平均溫度顯著偏低（偏低2 ℃以上）?！暗勾汉鳖櫭剂x是發(fā)生在春季冷空氣入侵造成明顯降溫的現(xiàn)象。中國氣象局《氣候季節(jié)劃分》［17］中將入春定義為當滑動平均氣溫序列連續(xù)5d≥10℃的起始日期。而宜昌市每年春季的開始日期和結(jié)束日期是動態(tài)變化的，因此將春季簡單確定為每年的3～5月并不合適，需要先根據(jù)《氣候季節(jié)劃分》的春季定義，確定宜昌市春季的開始和結(jié)束日期，從而劃定倒春寒的發(fā)生時段。

綜合考慮上述兩種定義方法，結(jié)合宜昌市的實際情況，本文給出宜昌地區(qū)倒春寒的定義為：每年春季氣溫回暖期間，受冷空氣影響，當日平均氣溫＜12 ℃，同時低于該日的30 a氣候平均值，且持續(xù)時間超過3 d以上的天氣現(xiàn)象。

1.2.2分級標準

在衡量宜昌地區(qū)站點的倒春寒等級時，采用3個參量［8］：過程最大降溫幅度（ΔT）、過程持續(xù)時間（L）和降溫指數(shù)（I）。

I=L1（Ti-Ti）/L

式中：Ti為某日的平均氣溫，Ti為該日的常年平均氣溫（1994～2023年的平均值），即倒春寒過程的平均日距平負數(shù)，值越小，降溫幅度越大。

根據(jù)10個站點平均30 a降溫指數(shù)I時間序列的30%和70%百分位數(shù)，將宜昌地區(qū)倒春寒等級分為輕、中、重倒春寒3個等級，宜昌地區(qū)倒春寒分級標準如表1所列。此外，以年平均降溫指數(shù)的大小來評定某年的倒春寒強度。

2宜昌市倒春寒演變特征

2.1倒春寒總?cè)諗?shù)和總次數(shù)的變化特征

按照本文給出的宜昌地區(qū)倒春寒定義，分析宜昌市10個縣（市、區(qū)）國家觀測站在1994～2023年出現(xiàn)倒春寒的累計天數(shù)和發(fā)生次數(shù)的逐年變化（圖1）。由圖1可知，除秭歸縣倒春寒發(fā)生次數(shù)略微呈上升趨勢外，大部分站點倒春寒累計天數(shù)和發(fā)生次數(shù)整體呈下降趨勢，這可能與全球變暖氣候背景下低溫冷害的影響減輕有關(guān)［18］。

1994～2023年30 a間五峰縣的倒春寒累計天數(shù)和發(fā)生總次數(shù)最多，分別為618 d和75次；遠安縣次之，為494 d和73次；興山縣累計天數(shù)最少，僅有373 d，宜昌市區(qū)、長陽縣和宜都市發(fā)生次數(shù)最少，均為63次（表2）。30 a來宜昌地區(qū)倒春寒天氣的總累計天數(shù)和總次數(shù)在空間上總體表現(xiàn)為中部低兩邊（東北、西南）高的特征（圖2）。

從年代際尺度上來看（圖3），與1990年代和2010年代相比，2000年代倒春寒累計天數(shù)和發(fā)生次數(shù)最多，其中2000年代五峰縣倒春寒累計天數(shù)最多、興山縣最少，秭歸縣發(fā)生次數(shù)最多、長陽縣最少；發(fā)生次數(shù)的年代分布與累計天數(shù)的基本相一致。

從空間分布來看，五峰縣一直是受倒春寒影響時間較長、倒春寒天氣較為頻發(fā)的地區(qū)；與總天數(shù)和總次數(shù)的空間分布基本趨于一致，1990年代、2000年代、2010年代整體表現(xiàn)為中部低兩邊高的特征（圖4）。

表3給出了1994～2023年宜昌地區(qū)10個國家觀測站逐年出現(xiàn)倒春寒的站數(shù)與累計天數(shù)。30 a間，除2013年和2014年僅有7個測站發(fā)生倒春寒、2003年和2012年有9站、2016年全市無一測站出現(xiàn)倒春寒外，其余年份所有測站均出現(xiàn)倒春寒。每年春季出現(xiàn)倒春寒過程的平均長度為14.8 d；其中1996年的平均持續(xù)天數(shù)最長，為31.4 d；2003年的平均累計天數(shù)最少，僅為4 d。若不計出現(xiàn)倒春寒的觀測站范圍，宜昌市每年基本都會出現(xiàn)倒春寒。

對倒春寒天氣出現(xiàn)的總?cè)諗?shù)和發(fā)生次數(shù)的時間序列做線性趨勢估計出現(xiàn)，1994～2023年宜昌地區(qū)累計天數(shù)和發(fā)生次數(shù)呈下降趨勢。30 a間累計低溫天數(shù)最多的年份為1996年，該年所有站點累計有314 d出現(xiàn)倒春寒，其次為2009年的313 d；除2016年無倒春寒發(fā)生外，累計低溫天數(shù)最少的年份是2003年，全市10個站點僅累計36 d出現(xiàn)倒春寒（圖5（a）），其發(fā)生次數(shù)也最少，僅有9次（圖5（b））。1999年雖然發(fā)生次數(shù)最多，但其所有站點累計天數(shù)在30 a中僅排第8位。

2.2倒春寒發(fā)生的等級分析

根據(jù)表1定義的分級標準和求得的年平均降溫指數(shù)，統(tǒng)計宜昌地區(qū)1994～2023年30 a不同等級倒春寒發(fā)生的頻率（表4）、歷年倒春寒等級（表5）。宜昌地區(qū)30 a間共有29個年份發(fā)生倒春寒，每年出現(xiàn)倒春寒的概率為97%，主要以輕級和中級倒春寒天氣為主，發(fā)生比例分別為37%和33%。其中2010年的倒春寒強度最強，年平均降溫指數(shù)為-5.8 ℃，其次為2006年和1994年，分別為-5.6 ℃和-5.2 ℃。在2023年的4月20～24日倒春寒過程中，20～22日宜昌站72 h平均氣溫下降14.8 ℃，最高氣溫下降17.1 ℃，最低氣溫下降11.9 ℃，過程最低氣溫為

6 ℃，且23日的各縣市日平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均突破歷史最低極值。從年平均倒春寒降溫指數(shù)來看，2023年的年平均降溫指數(shù)為-5.0 ℃，排第4位。除2016年無倒春寒發(fā)生外，2014、2007年的倒春寒強度最輕，年平均降溫指數(shù)僅有-0.3 ℃和-0.8 ℃。

整體來看，30 a間宜昌地區(qū)的倒春寒強度呈波動變化，其線性傾向率略微增加，即倒春寒強度呈逐年略微減弱態(tài)勢（圖6），這與30 a來倒春寒天氣總?cè)諗?shù)和總次數(shù)的變化趨勢一致。

圖7為宜昌10個縣（市、區(qū)）國家氣象觀測站的30 a年年平均倒春寒強度分布。由圖7可知：五峰縣在1994～2023年的30 a中，僅1個年份的年平均倒春寒強度為重級，輕、中級強度寒潮比例接近1∶1；宜都市發(fā)生重級寒潮的年份最多，有10 a，年平均倒春寒強度為重級；出現(xiàn)3次及以上無倒春寒年份的站點共有3個，分別是興山縣、夷陵區(qū)和宜都市，其中興山縣有4個年份未出現(xiàn)倒春寒天氣。

2.3倒春寒出現(xiàn)的主要時段

春季是冷暖空氣相互交替最頻繁的季節(jié)，也是倒春寒發(fā)生的主要時期。統(tǒng)計1994～2023年10個站點春季逐旬倒春寒的發(fā)生頻率（表6）可以看到，3月下旬出現(xiàn)倒春寒的頻率最高，即25%，這和以往的研究結(jié)果一致［19］；其次是3月上旬和3月中旬，均為24%；2月中旬僅為1%，其次為4月下旬的4%。由此可知，宜昌地區(qū)倒春寒主要發(fā)生在3月。

3結(jié) 論

本文中倒春寒的定義并未使用GB/T 34816-2017《倒春寒氣象指標》，而是綜合目前的研究，結(jié)合宜昌市當?shù)貧夂蛱攸c，給出了宜昌地區(qū)倒春寒氣象指標和倒春寒等級新定義，同時定義了最大降溫幅度、過程氣溫距平和過程持續(xù)時間3個倒春寒特征參數(shù)。研究表明，1994～2023年宜昌市所有地區(qū)均發(fā)生過倒春寒，但倒春寒發(fā)生次數(shù)、累計天數(shù)以及強度在地區(qū)間的差異較為明顯。

（1） 除秭歸縣倒春寒發(fā)生總次數(shù)呈略微增加趨勢外，宜昌市區(qū)30 a來出現(xiàn)倒春寒的總?cè)諗?shù)和總次數(shù)整體表現(xiàn)為減少趨勢。其中1996年的總?cè)諗?shù)最多，2003年最少；五峰縣的倒春寒累計天數(shù)和發(fā)生總次數(shù)最多，遠安縣次之；興山縣累計天數(shù)最少，宜昌市區(qū)、長陽縣和宜都市發(fā)生次數(shù)最少。

（2） 除2016年全市無倒春寒天氣發(fā)生外，30 a間宜昌地區(qū)主要以輕級和中級倒春寒年為主。其中2010年的倒春寒強度最強，其次為2006年和1994年，2014年和2007年的倒春寒強度最輕。

（3） 宜昌市中部的山區(qū)和平原過渡區(qū)域是重級倒春寒發(fā)生的主要地區(qū)。最不易發(fā)生倒春寒的地區(qū)位于宜昌西北山區(qū)的興山縣，這可能與冷空氣受高山阻擋和繞流，難以第一時間入侵有關(guān)。

（4） 宜昌地區(qū)倒春寒天氣主要發(fā)生在3月，尤其在3月下旬。

參考文獻：

［1］劉暢，王維領(lǐng)，趙燦，等.小麥倒春寒研究現(xiàn)狀及展望［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學報，2022，38（4）：1115-1122.

［2］趙剛，申雙和，褚榮浩.江蘇省倒春寒發(fā)生程度評估［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學，2018，46（6）：243-247.

［3］WHEELER T R，CRAUFURD P Q，ELLIS R H，et al.Temperature variability and the yield of annual crops［J］.Agriculture，Ecosystems & Environment，2015，82（1）：159-167.

［4］陳翔，于敏，蔡洪梅，等.小麥倒春寒研究現(xiàn)狀與進展［J］.應(yīng)用生態(tài)學報，2021，32（8）：2999-3009.

［5］WU J M.The meteorological disaster of ricecultivation in Guizhou Province and countermeasure of hazards prevention and mitigation［J］.Tillage and Cultivation，1995（6）：49-53.

［6］王梓，徐軍亮，魏紅旭.中國“倒春寒”天氣的發(fā)生及對樹木春季生長影響［J］.北方園藝，2015（16）：195-201.

［7］趙剛.江蘇省倒春寒災害時空演變特征及其對農(nóng)林業(yè)的影響［D］.南京：南京信息工程大學，2019.

［8］張淑惠.福建的倒春寒及其環(huán)流背景［J］.氣象，1996（3）：51-53.

［9］馬耀絨，韓蓓蓓，許偉峰，等.基于Mortle小波的渭南市4月倒春寒特征分析［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2022（20）：140-144.

［10］李勇，楊曉光，代姝瑋，等.氣候變化背景下貴州省倒春寒災害時空演變特征［J］.應(yīng)用生態(tài)學報，2010，21（8）：2099-2108.

［11］傅瑋東.終霜和春季低溫冷害對新疆棉花播種期的影響［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2001（2）：38-43.

［12］黃繼用，毛榮華，黃琳，等.貴州倒春寒的氣候統(tǒng)計分析［J］.貴州氣象，1994，18（1）：11-17.

［13］張麗君，黃菲，陳崢，等.1961～2015年中國倒春寒頻數(shù)的時空特征及其與太平洋海溫的關(guān)系［J］.中國海洋大學學報（自然科學版），2022，52（8）：10-18.

［14］MEEHL G A，KARL T，EASTERLING D R，et al.An introduction to trends in extreme weather and climate events：observations，socioeconomic impacts，terrestrial ecological impacts，and model projections［J］.Bulletin of the American Meteorological Society，2000，81：413-416.

［15］AUGSPURGER C K.Reconstructing patterns of temperature，phenology，and frost damage over 124 years：Spring damage risk is increasing［J］.Ecology，2013，94（1）：41-50.

［16］劉海濤，楊潔.氣候變化背景下北京地區(qū)倒春寒時空演變特征研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2015，43（4）：182-185，234.

［17］中國氣象局.氣候季節(jié)劃分：QX/T 152-2012［S］.北京：氣象出版社，2012.

［18］畢伯鈞.氣候變暖可能對東北三省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響及其對策［J］.應(yīng)用生態(tài)學報，1991（4）：334-338.

［19］吳丹，趙虎，王麗，等.55a來水城倒春寒氣候變化特征分析［J］.貴州氣象，2011，35（4）：18-19.

（編輯：劉 媛）