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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

西南冷凉高地苹果最大可能生育期内气候生产潜力评价 ——以云南昭通为例

基于云南昭通1958−2019年逐日气象观测数据、1978−2018年苹果种植统计数据和2010−2018年果园生产调查和观测数据,采用线性趋势分析、逐级订正等方法,探讨云南昭通苹果最大可能生育期内农业气候资源和农业气象灾害的变化特征,估算当地气候生产潜力,以高效合理利用农业气候资源、科学布局苹果产业。结果表明：（1）1958−2019年,云南昭通无霜期、稳定通过10℃的持续时间分别显著增加3.5d和4.5d,理论上能满足苹果生育所需,但昭通苹果花芽膨大期与终霜日和稳定通过10℃起始日期不匹配,成熟期与初霜日和稳定通过10℃终止日期不匹配。（2）根据云南昭通2010−2018年苹果实际生育期,明确了当地苹果最大可能生育期为稳定通过3℃起始日期−稳定通过13℃终止日期。1958−2019年,云南昭通苹果最大可能生育期内平均最低气温、平均气温和平均最高气温分别为11.8、16.1和22.6℃,分别以0.1、0.04和0.05℃·10a−1的速率增加;气温日较差平均为10.89℃,以0.2℃·10a−1的速率减少。降水量和日照时数分别以1.0mm·10a−1和6.7h·10a−1的速率减少。（3）过去62a,云南昭通苹果花期低温发生风险较低,不是当地苹果生长期内的主要农业气象灾害,连阴雨发生风险较高,且主要分布在苹果关键生育期6−9月。（4）在当地气候背景下,苹果最高理论产量约为94t·hm−2,光温、气候生产潜力分别占光合生产潜力的83.0%和76.0%,研究期内昭通果园实际产量仅为光合生产潜力的35.0%,统计产量仅为光合生产潜力的10.0%。随着技术进步和品种选育,果园实际产量与生产潜力的差距逐渐缩小。云南昭通气象条件能充分满足苹果生长发育,通过合理、高效栽植技术应用及对农业气候资源的充分挖掘,可进一步提高苹果产量,提升品质。     

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。     

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。     

基于Copula函数的陕西苹果晚霜冻特征分析

为探讨利用Copula函数在站点尺度上对苹果晚霜冻进行特征分析的适用性，该研究首先基于陕西省苹果主产区7个气象站点1971－2018年的逐日最低气温（Tmin）数据集，提取出晚霜冻事件的历时和强度两个特征变量。然后，基于6种不同的Copula函数构建晚霜冻特征变量的联合分布，并进行拟合优度评价。最后，利用优选的Copula函数分析晚霜冻发生的概率及重现期。结果表明：陕西苹果产区各站点1971－2018年受晚霜冻的影响在空间分布上由东南向西北方向加重，各站点晚霜冻的历时和强度之间均具有显著的正相关关系。当晚霜冻强度和历时增大时，其联合累积概率也相应增大，且增大趋势变缓。各站点联合重现期代表的"或"事件比同现重现期所代表的"且"事件更容易发生。当单变量重现期取值较小时，可将联合重现期和同现重现期视为单变量重现期的两种极端情况，对其实际范围进行估计。总体而言，陕西苹果产区各站点发生长历时且高强度晚霜冻事件的概率较小，但是位于延安果区的站点相较于其它果区站点更容易发生高强度或长历时的晚霜冻事件，以及高强度长历时同时发生的晚霜冻事件，需要重点加以关注。该研究可为陕西苹果产区在站点尺度上应对晚霜冻灾害提供理论依据。     

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。     

长治农业气候资源的变化特征分析

对1961-2000年长治市11个县（市）平均气温和降水资料的变化特征进行统计分析。结果表明：长治气候趋向变暖，特别是20世纪90年代气温升高明显，冬季增温的贡献最大；降水为减少趋势，从1977年开始降水减少明显，1977—1984年为降水匮乏期，1985—2000年呈波动性减少。进一步分析发现：气候变化导致盛夏农业干旱事件发生的频次增多，90年代几乎每年盛夏出现干旱事件；暴雨过程次数从80年代起逐渐减少，90年代减少明显；80年代初开始终霜冻日期提前，初霜冻日期推迟；70年代起无霜期逐渐延长；稳定≥10℃的活动积温随年代增加。这些变化必将影响到农业生产的布局和结构。     

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）。     

基于物候期的霜冻灾害林果减产风险评估：以河北省为例

基于河北省气象站点1974-2015年气温数据,计算每年1月以来各地的积温,从而确定每年3个易受霜冻灾害影响的苹果和杏的物候期即初蕾期、花期、幼果期的起始和结束时间;再基于Gumbel分布计算不同重现期下三个物候期的日最低气温,即霜冻灾害的危险强度;结合由相关文献构建的三个物候期的脆弱性曲线即日最低温度所对应的减产率,评估霜冻灾害减产风险。以百年一遇重现期为例,河北省北部地区的苹果和杏在幼果期和花期更容易遭受霜冻的影响,张家口市各个物候期受影响最大,平均减产率高达47.44%,花期风险最高,减产59.79%;承德市苹果和杏的花期,减产率达51.42%;而南部地区的邢台市相对特殊,初蕾期减产率最高,达37.91%,根据评估结果,可以针对性地加强这些地区各个物候期的霜冻灾害监测预警,适当调整种植结构,加快研制新型环保的林果抗低温防护技术。     

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。     

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。     

1961-2014年华北平原二十四节气热量资源的时空分布变化分析

通过推算历年二十四节气的划分时间,利用华北地区63个气象站点1961-2014年逐日地面观测资料,分析每个节气期间平均气温、最高/低气温、≥0℃积温的线性变化趋势;基于春分、秋分日计算分析研究区各站点无霜期的终/始日与春分/秋分日差值和无霜期≥0℃积温的时空分布变化特征.结果表明,华北平原气温(平均、最高、最低)最高为大、小暑节气,最低为小、大寒节气.无霜期由北向南递增,终霜日平均发生在春分节气,沿纬度方向由南向北推迟,初霜日平均发生在霜降节气,沿纬度方向由南向北提前.1961-2014年华北地区二十四节气内热量资源(气温、≥0℃积温)均呈现上升趋势,冬春季的节气升温幅度大于夏秋季.雨水节气平均气温、最高、最低气温增幅在二十四节气中最大,分别为0.63、0.74和0.53℃·10a-1.最低气温增幅大于平均气温和最高气温,对气候增暖的贡献较大.近54a来研究区无霜期内≥0℃积温平均增加442.8℃·d.气候变暖同时延长了华北地区的无霜期,研究区无霜期气候倾向率平均为3.9d·10a-1,该变化由初/终霜日的变化共同作用引起,且春季终霜日提前(气候倾向率为2.1d·10a-1)比秋季初霜日推迟(气候倾向率为1.9d·10a-1)更明显.     

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。     

天水蜜桃开花坐果期霜冻灾害气象风险评估

将天水蜜桃相对气象产量与开花坐果期＜0℃日最低气温、地表＜0℃日最低地温及其相应持续时间等相关气象因子进行逐步回归统计,得出该期霜冻灾害的主要气象风险因子为＜0℃极端最低气温和地表＜0℃最低地温与其持续日数之积,两因子影响权重分别达12％和88％.将其作为蜜桃开花坐果期霜冻灾害的主要致灾风险因子创建模型,计算灾情指数（Pki）,并以此作为灾害评估指标,对1991-2010年天水蜜桃开花坐果期霜冻灾害进行综合评估,分别与产量实况等级和霜冻灾害灾情调查等级进行对比分析,除2001、2005年外,其它年份实况与评估均完全一致,评估准确率较高.研究结果对有效应对天水蜜桃开花坐果期霜冻风险,提高蜜桃产量和品质具有指导意义.     

基于作物水分亏缺指数分析北方旱作地区春玉米干旱时空变化

采用1961-2018年北方旱作区156个气象站日值气候数据和1991−2013年春玉米生育期资料,依据干燥度指数将北方旱作地区划分为4个亚区。基于作物水分亏缺指数（CWDI）,通过分析各亚区水分供需状况、CWDI年际变化、干旱站次比和频率,揭示了中国北方旱作区春玉米干旱时空变化特征。结果表明：（1）Ⅰ区（湿润地区）和Ⅱ区（半湿润地区）水分供需平衡,Ⅲ区（半干旱地区）和Ⅳ区（干旱地区）水分供需不平衡。Ⅰ区降水量均方差达到70mm,CWDI年际间变化幅度最大,20世纪70年代CWDI在播种−出苗期和出苗−拔节期均为剧烈波动期;Ⅱ区CWDI在20世纪80年代春玉米乳熟−成熟期波动幅度较大;Ⅲ区在抽雄−乳熟期CWDI以1.06个百分点10a⁻¹（P<0.05）速率增加,年际间干旱有扩大趋势;Ⅳ区年际间CWDI变化不大。（2）1961−2018年抽雄−乳熟期干旱站次比以2.58个百分点10a⁻¹（P<0.05）的速率显著递增,其中发生特旱的平均站次比为14.95%,其余4个生育阶段无显著变化。抽雄−乳熟期发生旱级最重且干旱范围有显著扩大趋势。（3）在空间分布上,干旱等级和频率均呈现明显的东西向分布。黑龙江东部和西南部、吉林辽宁西部（Ⅰ区和Ⅱ区）发生轻旱频率达到3a两遇以上;张承地区（Ⅲ区）在播种−出苗期中旱频率5a一遇以上;毛乌素沙地（Ⅳ区）在拔节−抽雄期特旱频率达到3a两遇,以特旱威胁拔节−抽雄期为主。     

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.