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。     

北京近50年初,终霜冻日的变化

用北京1940-1989年逐日最低气温资料,分析不同强度初、终霜冻日的变化,看出80年代与70年代相比,初霜冻日推迟了3-10天,是5个年代中最晚的;终霜冻日提早了8-11天.也是5个年代中最早的;无霜冻期延长了8-15天,成为5个年代中最长的.80年代各强度初霜冻日的标准差多数比较小,而终霜冻日多数比较大,且偏大值不容忽视.霜冻日的变化具有某种周期性.80年代霜冻日期的变化是它自身周期性波动和气候变暖等因素引起的.霜冻是一种时间尺度很短的农业气象灾害,具体年份的发生时间可以与时间尺度很长的气候变化趋势相反.所以即便气候变暖,也要树立防霜意识.     

近50年西藏主要农区霜冻指标的变化特征

以最低气温≤0℃作为霜冻指标,利用西藏9个气象站点1961-2010年逐日最低气温资料,采用气候倾向率、累积距平、信噪比和R/S分析等统计方法,分析西藏主要农区初霜日、终霜日、无霜期和霜冻日的异常气候变化,以期提高对异常霜冻灾害的预测能力,为有效防御霜冻提供依据.结果表明,(1)近50a西藏主要农区部分站点具有初霜日推迟、终霜日提早、无霜期延长的趋势;所有站点的霜冻日均表现为显著的减少趋势,减幅为1.9 ～9.6d/10a(P ＜0.05).(2)20世纪80年代至21世纪初,大部农区表现为初霜日推迟、终霜日提早、无霜期延长和霜冻日减少的年代际变化特征,尤以21世纪初明显.(3)近50a来,主要农区特早初霜冻发生频数为1～5次,以波密最多;特晚终霜冻发生频数为1～6次,仍以波密最多且主要发生在60年代;特短无霜期发生频数为1～7次,以波密最高;特少霜冻日的发生频数为2～10次,主要在21世纪初;特多霜冻日的发生频数为1～7次,多发生在60年代.(4)突变检测表明,拉萨的霜冻日,泽当的终霜日、无霜期和霜冻日以及浪卡子的无霜期和霜冻日发生了气候突变,突变点分别在1992、1991和1998年.(5)根据R/S分析,大部农区终霜日的Hurst指数大于0.5,说明未来终霜日仍将趋于提早,以泽当最为突出;各农区霜冻日Hurst指数均大于0.5,表明未来霜冻日仍趋于减少.     

近38年高青县无霜期的气候变化特征分析

利用高青县1972-2009年地面气象观测资料,采用气候统计方法,运用Microsoft Excel计算工具,对高青县霜期气候特征及变化进行了分析。结果表明,近38a来高青县初霜日最早出现在10月5日,最晚出现在11月12日,平均初霜日出现在10月22日;终霜日最早出现在2月11日,最晚出现在4月28日,平均终霜日出现在3月30日;无霜期平均205d,无霜期绝对变率比初、终霜日绝对变率大,终霜日绝对变率比初霜日绝对变率大。12月霜期出现频率最多,1月次之。20世纪70年代初霜期推迟,终霜期提前,无霜期较长;80-90年代初霜期提前,终霜期推迟,无霜期出现近38a来最短时期;2000年后初霜期推迟,终霜期提前,无霜期出现近38a来最长时期。     

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。     

朝阳霜冻灾害历史演变及农业风险对策

研究无霜期演变规律,为农业风险决策,趋利避害充分利用气候资源提供气候依据。在Excel程序支持下,采用回归趋势方程寻求霜日、无霜期历年形成的规律和变化趋势,以此确定对农业的影响程度。在56a(1953-2008年)长序列中,朝阳终霜日趋势提前17d,初霜日趋势推后12d,无霜期趋势延长27d。在近20a里终霜危害下降到10%,初霜危害减少了80%。霜期提前、推后、无霜期延长使农业生产的热量资源增加。由于霜冻日期的不稳定,利用和开发所增加的热量资源,存在一定的风险性,可在设施农业中考虑。霜冻仍是当地气象灾害之一,掌握霜冻规律、准确预报是为地方农业决策服务的基础。     

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。     

西北地区晚霜冻结束日的气候变化特征及其影响因子

利用西北地区135个测站,1961-2009年历年逐日地面最低气温和NCEP/NCAR资料,采用线性趋势分析、M-K检验、子波分析、功率谱和合成分析等方法,对近49a西北地区晚霜冻的气候变化特征进行研究.结果表明,研究区晚霜冻结束日期具有较大的空间差异,青海高原晚霜冻结束最晚,其次是北疆—河西走廊—宁夏,陇东—陕北,结束最早区为南疆和陇南—陕南.全区平均以1.9d/10a的速率提前,其中45％的站点显著提前(P＜0.05),提前最大的地区在青海西北部—南疆东部,达5～8d/10a.20世纪90年代中期以后,西北地区晚霜冻结束早且年际变化小,1997年有明显的突变现象,近49a来晚霜冻有显著的2.4a和2.7a周期.表明在全球变暖背景下,西北地区晚霜冻的结束逐年提前,但近10a呈推迟趋势的站有所增多;影响西北地区晚霜冻的环流特征量主要有北非副高和极涡,与北非副高呈负相关,与极涡呈正相关.近10a晚霜冻结束偏迟的原因可能与极涡面积增大和北非副高面积减小有关;5月500hPa高度场合成分析表明,晚霜冻结束偏早年,亚洲北部盛行纬向环流,东亚大槽浅,西北地区受蒙古高压脊控制,不利于降温天气出现;晚霜冻偏迟年,亚洲北部盛行径向环流,西北地区上空不断有来自西北欧滑下的冷空气,易形成强降温天气.     

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。     

1960-2015年淮河流域初终霜日时空变化分析

基于淮河流域1960-2015年61个气象站点地面0cm日最低气温资料,采用线性倾向估计、反距离加权、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验方法,分析近56a淮河流域初霜日、终霜日和无霜期的时空变化特征及突变年份。结果显示：（1）研究期内,淮河流域平均初霜日期 、终霜日期和无霜期分别以2.15、2.49、4.38d·10a-1的速率呈推迟、提前、延长的趋势（P＜0.01）,其中,在20世纪90年代的变化最为显著（P＜0.01）,速率分别为16.38、5.34、20.6d·10a-1。（2）平均初霜日期在空间上呈北早、南迟,山区早、平原迟的分布;86.9%的站点初霜日期呈显著推迟趋势（P＜0.05）。终霜日期呈西南早、东北迟,平原早、山区迟的分布;83.6%的站点通过0.05水平的显著性检验,以3.44～5.92d·10a-1的速率呈提早趋势。无霜期随纬度和海拔升高而缩短;93.4%的站点通过0.05水平的显著性检验,变化率为3.56～7.59d·10a-1,无霜期整体延长。（3）11月8日线、4月1日线、220d等值线位置较其它各气候基准期和各年代分别偏北约1个和2个纬距,在32°N和34°N附近的偏北趋势最为明显,佐证了该区初霜日期整体推迟、终霜日期整体提前、无霜期整体延长的趋势。（4）初霜日期、终霜日期和无霜期分别在2002年、1995年和1998年发生突变。     

湖北省倒春寒发生程度评估模型

选取湖北省9个代表站历史倒春寒灾害序列资料,分析1951-2010年倒春寒过程中最大降温幅度、最低日平均气温、持续天数变化的特征,结合主成分分析法构建倒春寒评估模型,探讨湖北省倒春寒发生影响程度。结果表明：60a来,湖北3月倒春寒发生频次总体呈下降趋势,4月倒春寒频次以20世纪60、70年代最多,80、90年代明显下降,而2000-2010年又有所增加;倒春寒发生过程中,平均最大降温幅度的年代际间变化不大,但3月最大降温幅度大于4月;3、4月倒春寒过程最低日平均气温按年代比较显示,在2000-2010年有所降低,但不明显;1951-2010年,倒春寒持续天数平均为4.1d,呈不显著的下降趋势。运用评估模型对2010年4月12-15日的倒春寒过程评估表明,9个代表站中5站为中度倒春寒,4站为轻度倒春寒。     

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。     

霜冻灰色马尔柯夫链预测模型及其应用

用灰色马尔科夫预测方法，对石河子初霜冻出现时间进行了分析预测，结果表明，１９９５年预测初霜冻出现在１０月１８日，与实况１０月１８日完全一致。     

近30年昌都地区霜的变化特征分析

利用昌都地区7个站点的气象观测资料建立时间序列,运用趋势分析、相关分析等方法研究分析1980-2009年30a昌都地区霜的分布特征、变化趋势以及初终霜对温度变化的响应。结果表明:初霜期明显推迟,终霜期有所提前,无霜期延长明显(P<0.01),近30a约增加36d,进入21世纪这种趋势更加明显;初霜日推迟、终霜日提前,无霜期延长主要是由该地区温度升高引起的,其中,月平均最低气温和平均最低地面温度的贡献较其它温度项大。研究霜的变化特征旨在为农牧业生产的调整和布局提供参考。     

葡萄主产区春霜冻风险分析

选取中国607个气象站1958−2019年逐日最低气温观测资料,运用统计和空间分析方法,从气候致灾的角度,对葡萄主产区春霜冻灾害发生日数、频率、站次比以及致灾危险性进行分析,以了解葡萄主产区春霜冻的分布特征和风险区域,为葡萄主产区灾害防御工作提供依据。结果表明,60a来,各葡萄产区春霜冻平均发生日数和频率差异较大,春霜冻发生频率和平均发生日数最高在西北产区和西南高山产区,最低在南方产区;研究期内葡萄主产区春霜冻发生范围呈缩小趋势,且轻霜冻发生范围大于中度和重度春霜冻;春霜冻发生强度区域性明显,其中,轻霜冻强度指数自北向南呈逐渐偏小的趋势,中霜冻和重霜冻强度指数普遍偏小;葡萄主产区致灾因子危险性指数空间分布特征表现为中北部普遍高于南部区域,其中高风险区域主要分布在西北产区和东北中北部产区,无风险区域主要分布在南方产区。     

基于多因子关联的冬小麦晚霜冻害分析—以河南省为例

为探究河南省冬小麦实际晚霜冻害发生的气象条件,选取1964-2014年1-3月SPI和1月1日-霜冻日有效温度之和的距平值为前期水分和热量因子,气温日较差距平、日照时数距平、平均相对湿度距平、霜冻日与前一日最低气温差距平为冻害发生时气象因子,将实际霜冻与气象霜冻进行比较,研究不同气象因子间的相关性,并对不同程度冻害进行K-mean聚类分析。结果表明,1964-2014年河南省气象冻害发生频率（0.64）高于实际冻害发生频率（0.52）。气温日较差距平与日照时数呈极显著正相关（P＜0.01）。冻害发生前期气象因子聚类分析结果表明,轻度实际冻害发生前期水分条件较弱、热量条件充足（占比83.33%）;重度实际冻害发生前期水分条件较弱、热量条件较缺乏（占比64.3%）。冻害发生时气象因子聚类分析结果表明,轻度实际冻害发生当日干燥,霜冻日与前一日最低气温差较大、气温下降幅度大且日照时数偏长（占比61.11%）;重度实际冻害发生当日偏湿润、霜冻日与前一日最低气温差较大、气温下降幅度偏小且日照时数偏短（占比71.42%）。研究结果说明实际冻害与气象冻害存在明显差异,气象因子间相互关联共同影响冻害发生。实际冻害形成与前期水分条件不足有关;轻度实际冻害多为辐射型冻害,而重度实际冻害多为混合型冻害。     

近50年冬小麦主产区农业气候资源变化特征分析

在冬小麦主产区内选取113个气象站点的1961-2008年逐日气象资料,应用Mann-Kendall突变检测和气候线性倾向率方法,分析冬小麦生育期内农业气候资源变化趋势和特征。结果表明：研究区域近50a冬小麦生育期内≥0℃积温呈明显的增加趋势（P〈0.01）,90年代初期以来,≥0℃积温增加趋势更加显著（P〈0.05）;冬小麦生育期内的降水量变化趋势不显著,也不存在突变现象,但降水量年际间变化较大;冬小麦生育期内参考作物蒸散量的变化趋势不显著,80年代出现弱的减少趋势（P〈0.1）,90年代以后有弱的增加趋势（P〈0.1）;冬小麦生育期内的初霜冻日期呈推迟趋势（P〈0.01）,终霜冻日期呈提前趋势（P〈0.01）,导致霜冻日长度呈减少趋势。21世纪初初霜冻日的推迟趋势、终霜冻日的提前趋势更加显著（P〈0.05）。