山西近50年初霜冻的时空分布及其突变特征

基于山西62个测站1961-2010年的逐年初霜日及地面最低温度资料,应用EOF和M-K突变检测方法对山西初霜冻的时空分布及其突变特征进行分析,以期为提高对霜冻的预测、服务能力和有效利用农业气候资源提供参考。结果表明,(1)山西近50a平均初霜冻日在空间上大致呈"5节阶梯"型分布,9月中旬-11月上旬,自北向南相继出现初霜冻,且东部早于西部;(2)山西出现正常初霜冻的概率为62%～82%,从北向南呈"大—小—大"分布;偏早初霜冻出现概率为6%～26%,从北到南呈"小—大—小"分布,中西部是出现偏早初霜冻概率最大的地区;特早初霜冻出现概率为4%～22%,出现概率最大的地区在西部及中东部地区;(3)初霜冻、轻微初霜冻、中度初霜冻和重度初霜冻发生年份大都表现出一致的推后或提前,也存在纬向差异,但总体一致性是山西初霜冻变化的主导特征;(4)M-K突变检测表明,山西近50a平均初霜日在1989年产生明显突变;对全部62个站点的检测表明,59个站点都存在突变,且主要发生在20世纪80-90年代;仅西北部3个站点没有检测出突变;从其区域分布看,北部和南部突变偏早,中部偏晚。     

大同市近50年霜冻及其异常事件变化特征分析

利用1958-2008年大同市逐日最低地温资料,采用线性倾向估计法和正态分布原理分析了大同市近50a霜冻及其异常事件发生趋势。结果表明:初霜冻日的线性倾向率约以1.8d/10a的速度推后,终霜冻日约以1.7d/10a的速度提前,无霜冻期约以3d/10a的速度延长。从霜冻的异常特征分析,大同市初霜冻偏晚、终霜冻偏早及无霜期偏长异常事件发生概率偏多,而且均发生在20世纪80年代以后且呈递增趋势,而其它异常霜冻事件随年代均呈递减趋势。在近年来气候变暖的基础上,分析探讨霜冻的气候变化特征,对提高当地霜冻灾害的预测和防御能力有着十分重要的意义。     

气候变暖背景下太原市霜冻发生特征及其对农业的影响

基于太原市1951-2008年逐日最低气温资料,按轻微、中度和重度3级霜冻强度,分析了太原市霜冻发生的基本特征;采用累积滤波器法结合非参数统计检验方法分析了太原市霜冻的变化趋势;利用异常霜冻指标,分析了太原市霜冻的异常发生情况。结果表明:1)太原市轻微霜冻平均初霜冻日为10月14日、终霜冻日为4月15日,平均无霜冻期为182d。与轻微霜冻相比,中度、重度霜冻平均初霜冻日分别推后9d和23d,平均终霜冻日分别提前11d和24d,平均无霜冻期分别延长20d和47d。2)各级霜冻强度下,初霜冻日在年代际间的变化较为复杂,终霜冻日则表现为20世纪50-70年代偏晚、80年代之后偏早,无霜冻期表现为50-70年代缩短、80年代之后延长为主的变化特点。3)在α=0.05显著水平下,太原市各级霜冻的初霜冻日呈现显著的推后趋势、终霜冻日呈现显著的提前趋势以及无霜冻期呈现显著的延长趋势,以重度终霜冻日提前趋势最显著。4)太原市轻微偏早初霜冻、中度偏晚终霜冻和重度偏早初霜冻发生频率达15%以上,其余各级异常霜冻的发生频率在5%~10%;大多数异常霜冻发生在50-70年代。5)太原市轻微异常初霜冻对秋粮作物的产量影响较小,中度和重度异常初霜冻会使大白菜遭受不同程度的冻害;春播幼苗主要受到特晚终霜冻的影响;冬小麦遭受终霜冻危害的平均频率为5年一遇,尤以拔节后5d内发生的频率最大。     

基于格点资料的1961−2018年中国霜冻灾害时空变化规律

以1961−2018年长时间序列的格点化气象数据替代以往研究中站点数据,通过趋势分析和聚类分析等方法,研究中国区域内适合格点数据的霜冻辨识阈值、霜冻发生时间及霜冻强度的时空变化规律,以在气候变化背景下合理利用气候资源,降低霜冻灾害给农业生产造成的损失。结果表明：（1）日最低气温0℃相比日最低气温2℃作为阈值辨识初/终霜冻和无霜期的空间分布更加合理。（2）1961−2018年中国大部分地区初霜冻日期推后（1～3d·10a−1）,终霜冻日期提前,无霜期增加（1～3d·10a−1）。（3）不同强度的霜冻年累计发生次数在中国北方有微弱增加态势,在南方呈现明显的减少趋势。其中,晚霜冻不同霜冻强度年发生频次高于早霜冻。（4）以霜冻日期和霜冻发生频数为标准进行中国霜冻灾害区划,全国可分为亚热带、暖温带、中温带、寒温带和青藏高原5个分区。其中,以青藏高原不同霜冻日期变化最为剧烈。整体上,中国区域的气候变暖对于霜冻灾害的发生在时间、空间和强度上有明显的减弱效果。     

改进的灰色GM(1,1)模型在晚霜冻预报中的应用

从山西省阳城县1957-2013年春季晚霜冻出现日期中找出最晚出现日期作为0点,求出各晚霜冻日期与0点的相对日期,将灾变点的相对日期确定为灾变阈值。绘制相对日期年际变化曲线和阈值水平线,把二者第二个交点及之后各交点分别到第一个交点的间距作为灰色GM(1,1)模型建模的原始数据序列,从而建立GM(1,1)传统模型,利用优化序列、优化背景值和灰数等维递补方法逐步改进模型,并对各改进型模型进行相对误差、方差比和小误差概率检验,将检验后的最优模型用于预测晚霜冻。结果表明,3种改进方法同时结合后所建模型的预测效果最理想,用来预测晚霜冻具有较高的可信度,根据模型预测,阳城县在2001年最后一次出现晚霜冻后,未来出现晚霜冻的年份为2030年和2044年。研究结果旨在为当地农业生产防御晚霜冻提供可参考的理论依据。     

黄土高原中部冬小麦生长对气候变暖和春季晚霜冻变化的响应

利用位于黄土高原中部的甘肃西峰试验田资料和当地平行气象观测资料,分析了春季气温、终霜冻和冬小麦生长发育对气候变暖的响应特征。结果表明：1981年以来,春季平均气温和平均最低气温分别以1.2℃/10a和1.1℃/10a的速率升高,5月的极端最低气温以1.2℃/10a的速率升高;1997年以来4月极端最低气温波动幅度增大,在气候变暖大背景下2001年和2006年出现了最小值,属于反常年份,冻害严重;终霜日期提前的气候趋势比较明显,速率为3.2d/10a,终霜日地面最低温度表现为波动变化,个别年份出现反常的重霜冻灾害;终霜冻过程的持续日数表现出阶段性增加规律,地面最低温度负积温在反常年份2005-2006年有增强变化;1981年以来冬小麦拔节期以4.5d/10a的速率极显著提前（P〈0.01）,1997年以来提前趋势更加明显,1997-2008年平均拔节期比1981-1996年提前9d。气候持续变暖,冬小麦拔节期提前的速率大于终霜日提前的速率,表明冬小麦春季拔节-孕穗期遭受终霜冻危害的气候风险在增大。     

中国北方主产地苹果始花期模拟及晚霜冻风险评估

建立中国北方苹果主产地苹果始花期模型，分析苹果花期晚霜冻气候风险，为有效防御晚霜冻灾害对当地苹果生产的影响提供科学指导。该研究选取中国新疆的伊宁、阿克苏、黄土高原的万荣、白水、礼泉、陕州区和渤海湾的福山、熊岳分别代表中国3大苹果产区，利用各区代表站的苹果始花期资料和同期气象数据，建立并检验了不同站点苹果始花期模型，并利用该模型重建了1962－2019年苹果始花期，分析其时空变化特征。结合晚霜冻气象指标，对苹果花期晚霜冻气候风险进行评估。结果表明：1）苹果始花期模型能够在数据独立的情况下较准确地模拟各区代表站的始花期变化，新疆、黄土高原和渤海湾苹果产区内部检验的均方根误差分别为2.5～4.8、2.4～5.0、2.3～3.0 d，交叉检验的均方根误差分别为5.0～6.6、3.4～6.0和3.6～4.1 d。2）模拟得到的苹果始花期均呈显著提前趋势，趋势系数分别为-1.84～-1.04、-3.09～-2.62和-2.37～-1.88 d/10 a。3）不同区域苹果晚霜冻气候风险有着明显的差异。新疆和黄土高原果区苹果晚霜冻气候风险指数相对较大，其中伊宁最大达2.38，其次是万荣达1.81，而渤海湾果区的福山苹果晚霜冻气候风险指数为0。新疆和黄土高原果区苹果遭受晚霜冻的影响较大，渤海湾果区受晚霜冻影响最小。     

江苏省春霜冻发生时空演变规律及其对春茶的影响

江苏省春霜冻的发生演变有一定的规律,而且对春茶生产的影响明显。利用江苏省35个气象站1961-2008年的观测资料,分析近48a来春霜冻发生演变趋势,并利用1995-2008年苏州洞庭碧螺春茶叶开采期的实际观测资料及相应时段苏州吴中气象观测站的气候观测资料,采用统计分析的方法,建立由温度指标推算茶叶开采期的模型。研究结果表明:近48a来,江苏省平均终霜冻日期呈显著提早、春霜日数呈显著减少的变化趋势;特晚霜冻均出现在1981年之前,偏晚霜冻均出现在1995年以前;终霜期和春霜日数均在20世纪90年代后期发生气候突变;气候变暖虽然使茶芽萌发提前且萌发速度加快,但茶叶采摘期提早的速度不及终霜期。所以,春茶采摘期遭受霜冻的可能性逐渐减小,江苏春茶的春霜危害呈减轻趋势。2-3月上旬≥10℃的活动积温、2月下旬-3月上旬均温之和是决定茶叶开采期的2个关键因子。     

气候变暖对西北干旱区农业热量资源变化的影响

气候变暖将改变农业气候资源尤其是热量资源的时空分布。本文通过分析西北干旱区67个气象站点的气象数据,研究了西北干旱区近50年气温、积温、霜冻的变化特征与规律。结果表明,西北干旱区气温呈上升趋势,上升幅度为0.33℃.10a 1,高于全国平均水平,其中北疆增温幅度大于其他地区。年内变化上,冬季增温幅度最大。近50年,西北干旱区≥0℃、≥10℃积温变化率分别为67.8℃.10a 1和68.8℃.10a 1,≥0℃和≥10℃积温持续的时间也呈增加趋势,其中≥0℃积温持续天数的增加主要是由于结束日期的推迟引起的,而≥10℃积温天数的增加主要是因为初始日期的提前。研究区无霜期呈增加趋势,主要表现为初霜日的延迟和终霜日的提前,其趋势分别可达2 d.10a 1和1.4 d.10a 1,前者贡献略大。西北干旱区初霜出现日期的年际波动小于终霜日,终霜出现日期晚于≥10℃积温开始日期约10 d,且气温变暖的趋势并没有引起这一状况的改变,而多数站点≥10℃积温结束日期早于初霜开始日期。     

陇中黄土高原半干旱区霜冻时空分异特征

基于1971—2016年陇中黄土高原半干旱区逐日地面最低温度资料,采用气候统计学方法,研究了霜冻初、终日和无霜冻期时空变化、异常分布特征。结果表明:研究区域最早霜冻初日为8月25日;最晚霜冻终日为6月28日;平均无霜冻期125～149 d。近46 a来,研究区域霜冻初日呈推迟趋势,平均每10 a推迟3.1 d,无霜冻期显著延长,平均每10 a延长3.9 d。无霜期日数显著延长,增加了作物生长季热量条件,有利于作物生长季延长,使得喜温和越冬作物适宜种植区域由低海拔向高海拔区域推进。冬小麦、玉米适宜区、可种植区扩大;春小麦适宜种植区、不可种植区缩小;农作物复种指数明显增加,但霜冻波动的不稳定性变化增加了低温冻害的风险。