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摘要根据白银市春季气候特征及农业生产实际，以最低地温负距平为指标对晚霜冻强度进行等级划分，在此基础上，分析晚霜冻及终霜日变化规律。结果表明，白银市晚霜冻日数以会宁最多，占全市霜冻总日数的29.2%;白银次之，占总日数的27.4%;景泰占总日数的23.5%;靖远最少，占总日数的19.9%。晚霜冻日数越往后期越少，但对作物的危害程度后期更为严重，5月出现霜冻都会对作物造成严重危害。白银市各站终霜日均有提前趋势，全市平均提前率为1.91 d/10 a。终霜日景泰和白银均存在2年左右的显著周期，靖远有显著的5年左右平均周期，会宁没有明显的周期性。
关键词距平指标;晚霜冻;终霜日;强度;变化特征;白银市
中图分类号S 425文献标识码A
文章编号0517-6611（2019）18-0228-03
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.18.064
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Change Characteristics of the Late Frost Intensity and Last Frost Dates in Baiyin City Based on the Anomaly Index
XIA Quan
（Lanzhou Resources and Environment Voc-tech College， Lanzhou， Gansu 730021）
AbstractBased on climatic feature of spring and agricultural production practices of Baiyin City， we used negative anomaly of surface minimum temperature as the index， the grades of late frost intensity were ranked， the characteristic of late frost intensity and the last frost dates were analyzed. The results showed that the number of late frost days in Baiyin City was the largest in Huining ， accounting for 29.2% of the total days， the next was Baiyin district，accounting for 27.4%，Jingtai accounts for 23.5%，and Jingyuan was the least， accounting for 19.9%. The days of late frost was less in later stage but it had serious harmful effects on crop， especially the frost appeared in May.The last frost date of all stations in Baiyin City was ahead， the average rate was 1.91 d/10 a. There were 2 years significant period in Baiyin and Jingtai， and 5 years significant period in Jingyuan.
Key wordsAnomaly index;Late frost; Last frost dates;Intensity;Change characteristics;Baiyin City
春霜凍也称晚霜冻，是冷季向暖季过渡期间发生的霜冻[1]，而此时正值春耕作物的关键生育期，其抗寒能力急剧下降[2]，冻害往往造成严重的农业经济损失。春季最后一次霜冻日称为终霜日，终霜日出现越迟，越容易使作物遭受冻害，甚至造成绝产[3]。白银市地处甘肃中北部，为晚霜冻灾害的频发区[4]，全市平均每年冻害受灾面积2 000～ 3 400 hm2[5]，了解白银市晚霜冻发生规律对本地农业生产具有现实意义。
以往关于晚霜冻及其变化规律的研究很多[6-10]，但对于霜冻日的定义大都以日最低气温≤0 ℃为指标，也有一些学者采用0 cm地表最低温度[11]或是相关试验定义霜冻指标[12-14]，事实上对位于西北地区的白银市而言，春季是持续回暖的季节，同时作物的耐寒力又在持续下降，霜日是否导致霜冻害与作物发育阶段密切相关[15]。已有研究表明，晚霜冻发生越晚对农作物的危害越大[16]，为此，笔者试图建立一种能够反映白银市春季气候特点以及农业生产实际的晚霜冻强度指标，在此基础上，分析晚霜冻强度及终霜日变化特征，以期为该地区农业生产及相关研究提供参考依据。
1资料与方法
1.1资料选取
所用资料包括白银市各县区1961—2016年逐日气象要素观测资料、2005—2016年白银市农作物春霜冻害灾情资料。
1.2霜冻距平指标方法从图1可以看出，白银市春季不论最低气温还是最低地温都在持续回升，将某日历年平均最低地面温度确定为该日的适宜温度[17]，霜冻日的地面最低温度与该日适宜温度的差值，也就是用最低地温负距平反映霜冻强度，由于适宜温度在研究期内是动态上升的过程，因此，最低地温负距平体现了霜冻出现越晚，危害越大的农业生产实际。
最低地温负距平计算式为[18]：
ΔT=T′ min-T0 式中，ΔT为霜冻日最低地温负距平，T′ min为该日最低地温，T0为该日适宜温度。根据历年霜冻日值及农业灾情资料，定义：-3 ℃<ΔT≤0℃为轻霜冻，-7 ℃<ΔT≤-3 ℃为中霜冻，ΔT≤-7 ℃为重霜冻，以此统计白银市各县区历年晚霜冻次数及等级。
另外，该研究还使用了MESA（最大熵谱分析）[19-20]、多项式拟合、线性相关等方法。
2结果与分析
2.1白银市晚霜冻变化规律
2.1.1霜冻日时空分布特征。
从表1可看出，近56年来白银市各站日地面最低温度≤0 ℃的霜冻日数以会宁最多，为436 d，占全市霜冻总日数的29.2%;白银次之，为410 d，占总日数的27.4%;景泰351 d，占总日数的23.5%;靖远最少，为297 d，占总日数的19.9%。从各旬情况来看，白银各地4月中旬霜冻日最多，之后逐渐递减，这与春季气温回暖的趋势（图1）相吻合。白银和会宁4月中旬—5月中旬间各旬霜冻日数均明显多于景泰和靖远，这可能由于黄河流经景泰、靖远，导致局地气候变化加之地形地貌因素，使得土壤导热率较高，气温对地温的影响较小，而白银和会宁地气温差较小，气温下降就会引起地温的明显下降。5月下旬晚霜冻白银最多，为6 d;景泰2 d;靖远3 d;会宁最少，仅有1 d，这是由于会宁地理位置偏南，春季温度回暖速度较偏北地区快，因而晚霜冻结束日期较早。
2.1.2晚霜冻强度变化特征。
根据“1.2”晚霜冻强度等级划分方法，计算1961—2016年白银各站春霜冻日霜冻等级，表2为白银市不同等级晚霜冻时空分布特征。从表2可以看出，各等级（轻、中、重）霜冻在白银各县区随时间的分布情况大体一致。轻霜冻全部出现在4月中下旬，并且频次较高，其中，4月中旬轻霜冻最为集中，进入5月基本没有轻霜冻害，说明前期4月基础温度较低，容易出现霜冻，但发生的霜冻总体对农作物的影响相对较轻，也有强降温导致低温极低，从而影响苗期作物生长;中霜冻害从4月中旬至5月中旬都会出现，且各站基本呈现出随时间递减趋势，也就是说越晚中霜冻害日数越少，到5月下旬各站无中霜冻害发生;重霜冻害总日数最少，但在4月中旬至5月下旬都会出现，相对较多的是4月中旬和5月中旬，这是因为这2个时段是白银强降温天气过程的高发时段，值得注意的是，5月出现的霜冻都是中霜冻或重霜冻，特别是5月下旬，一旦出现霜冻就是重霜冻害，这与农作物生长期相关，越晚作物耐寒程度越弱。综合来看，晚霜冻日数越往后期越少，但对作物的危害程度后期更为严重，5月出现霜冻都会对作物造成危害，5月下旬出现的霜冻会造成严重的农业经济损失。
2.2白银市终霜日变化特征
从图2可以看出，白银市各站终霜日均有提前趋势，全市平均提前率为1.91 d/10 a，各站来看白銀站提前趋势最显著，为2.32 d/10 a，靖远、景泰、会宁的提前率分别为1.92、1.91、1.75 d/10 a。从年代际变化看，景泰在20世纪60年代晚霜冻结束日期较早，70年代—90年代中期总体偏迟，90年代中期提前趋势较为明显，近10年年际变化显著;白银站60年代初期晚霜冻结束日明显偏迟，从20世纪60年代至2000年提前趋势显著，2000年以后，结束日期有所推迟;靖远在20世纪60年代晚霜冻结束日期相对较早，70年代偏迟，80年代开始呈提前趋势，90年代达到最早，2000年以后又有所推迟;会宁20世纪60年代晚霜冻结束日期年际振荡较为显著，历史结束日最早和最迟的年份都出现在60年代，最早为1963年，晚霜冻结束于4月22日，最迟为1969年，晚霜冻结束于6月17日，但从70年代开始，日期较为稳定，没有明显的年代际变化，且总体略有提前趋势。从全市平均情况来看，总体趋势与靖远的变化趋势比较接近，20世纪60年代相对偏早，70年代偏迟，80年代开始提前趋势显著，到90年代中后期达到历史最早，之后开始推迟，近几年仍呈现推迟趋势。
2.3白银市终霜日周期变化特征
从1961—2016年白银市各县区及全市平均晚霜冻结束日期最大熵谱分析（图3）可以看出，景泰和白银均存在2年左右的显著周期，并且分别通过了0.10和0.05的信度检验;靖远有显著的5年左右平均周期，通过了0.05的信度检验;会宁谱序列存在峰值，但未通过显著性检验，因此晚霜冻结束日没有明显的周期性;全市平均来看，与靖远的周期性较为接近，即存在5年左右的显著周期，通过0.05检验信度。
3结论与讨论
春季冻害强度是低温强度与作物耐寒程度协同作用的结果，一方面气温在持续回升，另一方面作物耐寒力在不断下降，这使得晚霜冻出现越晚造成的农业灾害越严重。仅以日最低温度来划分霜冻强度不能反映农业生产实际，比如同样低温强度的霜日出现在4月中旬和5月下旬造成的危害会截然不同，而适宜温度在此期间是动态变化过程，因而最低地温负距平能够体现晚霜冻出现越晚、其危害越重的特征。
该研究以最低地温负距平为指标对晚霜冻强度进行等级划分，运用统计学方法分析白银市晚霜冻及终霜日特征，结果表明，白银市晚霜冻日数以会宁最多，占全市霜冻总日数的29.2%;白银次之，占总日数的27.4%;景泰占总日数的23.5%;靖远最少，占总日数的19.9%。白银市终霜日期均有提前趋势，全市平均提前率为1.91 d/10 a，白银站提前趋势最显著，为2.32 d/10 a，靖远1.92 d/10 a，景泰1.91 d/10 a，会宁1.75 d/10 a。终霜日景泰和白银均存在2年左右的显著周期，靖远有显著的5年左右平均周期，会宁没有明显的周期性。
参考文献
[1]段若溪，姜会飞.农业气象学[M].北京：气象出版社，2002：81-85.
[2]夏权，吴芳蓉，康景芬，等.白银市玉米春霜冻害精细化风险评估[J].中国农学通报，2018，34（6）：97-103. [3]张磊，王静，张晓煜，等.近50a宁夏初、终霜日基本特征及变化趋势[J].干旱区研究，2014，31（6）：1039-1045.
[4]陈少勇，郑延祥，楼望萍，等.中国西北地区初霜冻的气候变化特征[J].资源科学，2013，35（1）：165-172.
[5]陈少勇，何世博，贺红梅.白银市农业气候资源特征及开发应用[J].成都信息工程学院学报，2002，17（4）：272-276.
[6]周晓宇，赵春雨，崔研，等.1961—2013年中国东北地区初终霜日及无霜期的气候变化特征[J].自然资源学报，2017，32（3）：494-506.
[7]潘淑坤，张明军，汪宝龙，等.1960—2011 年新疆初终霜日及无霜期的变化特征[J].干旱区研究，2013，30（4）：735-742.
[8]王秀玲，高桂芹，郑艳萍.近50年唐山地区初终霜日、无霜期变化特征分析[J].中国农学通报，2010，26（17）：362-366.
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[10]高明，贾海燕，裴真，等.临汾市近58年初、终霜日和无霜期变化趋势分析[J].中国农学通报，2014，30（5）：272-275.
[11]马彬，张勃，贾艳青，等.1961-2014年中国内陆农业區异常初、终霜日时空变化及其与环流因子的关系[J].气象学报，2017，75（4）：661-671.
[12]王静，张晓煜，杨洋，等.宁夏梨树霜冻指标试验研究[J].中国农学通报，2014，30（28）：122-127.
[13]王静，张晓煜，杨洋，等.宁夏杏、李子花期幼果期霜冻指标试验研究[J].中国农学通报，2015，31（1）：93-98.
[14]王景红，刘璐，高峰，等.陕西省富士系苹果晚霜冻指标试验综合方法研究[J].中国农学通报，2014，30（25）：218-221.
[15]马尚谦，张勃，唐敏，等.1960-2015 年淮河流域初终霜日时空变化分析[J].中国农业气象，2018，39（7）：468-478.
[16]陈少勇，孙秉强.白银市霜冻气候变化及对农业生产的影响[J].甘肃科学学报，2006，18（4）：46-49.
[17]李祎君，王春乙.东北地区玉米低温冷害综合指标研究[J].自然灾害学报，2007，16（6）：15-20.
[18]夏权，孙喆，吴芳蓉，等.陇中地区玉米春霜冻害等级指标研究[J].中国农学通报，2016，32（31）：167-171.
[19]夏权，陈少勇，李艳，等.黄河上中游地区盛夏旱涝变化及其环流异常特征[J].资源科学，2012，34（11）：2189-2196.
[20]费亮，王玉清.赤道东太平洋海温与长江下游地区降水异常的相关分析[J].气象学报，1993，51（4）：442-447.
关键词距平指标;晚霜冻;终霜日;强度;变化特征;白银市
中图分类号S 425文献标识码A
文章编号0517-6611（2019）18-0228-03
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.18.064
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Change Characteristics of the Late Frost Intensity and Last Frost Dates in Baiyin City Based on the Anomaly Index
XIA Quan
（Lanzhou Resources and Environment Voc-tech College， Lanzhou， Gansu 730021）
AbstractBased on climatic feature of spring and agricultural production practices of Baiyin City， we used negative anomaly of surface minimum temperature as the index， the grades of late frost intensity were ranked， the characteristic of late frost intensity and the last frost dates were analyzed. The results showed that the number of late frost days in Baiyin City was the largest in Huining ， accounting for 29.2% of the total days， the next was Baiyin district，accounting for 27.4%，Jingtai accounts for 23.5%，and Jingyuan was the least， accounting for 19.9%. The days of late frost was less in later stage but it had serious harmful effects on crop， especially the frost appeared in May.The last frost date of all stations in Baiyin City was ahead， the average rate was 1.91 d/10 a. There were 2 years significant period in Baiyin and Jingtai， and 5 years significant period in Jingyuan.
Key wordsAnomaly index;Late frost; Last frost dates;Intensity;Change characteristics;Baiyin City
春霜凍也称晚霜冻，是冷季向暖季过渡期间发生的霜冻[1]，而此时正值春耕作物的关键生育期，其抗寒能力急剧下降[2]，冻害往往造成严重的农业经济损失。春季最后一次霜冻日称为终霜日，终霜日出现越迟，越容易使作物遭受冻害，甚至造成绝产[3]。白银市地处甘肃中北部，为晚霜冻灾害的频发区[4]，全市平均每年冻害受灾面积2 000～ 3 400 hm2[5]，了解白银市晚霜冻发生规律对本地农业生产具有现实意义。
以往关于晚霜冻及其变化规律的研究很多[6-10]，但对于霜冻日的定义大都以日最低气温≤0 ℃为指标，也有一些学者采用0 cm地表最低温度[11]或是相关试验定义霜冻指标[12-14]，事实上对位于西北地区的白银市而言，春季是持续回暖的季节，同时作物的耐寒力又在持续下降，霜日是否导致霜冻害与作物发育阶段密切相关[15]。已有研究表明，晚霜冻发生越晚对农作物的危害越大[16]，为此，笔者试图建立一种能够反映白银市春季气候特点以及农业生产实际的晚霜冻强度指标，在此基础上，分析晚霜冻强度及终霜日变化特征，以期为该地区农业生产及相关研究提供参考依据。
1资料与方法
1.1资料选取
所用资料包括白银市各县区1961—2016年逐日气象要素观测资料、2005—2016年白银市农作物春霜冻害灾情资料。
1.2霜冻距平指标方法从图1可以看出，白银市春季不论最低气温还是最低地温都在持续回升，将某日历年平均最低地面温度确定为该日的适宜温度[17]，霜冻日的地面最低温度与该日适宜温度的差值，也就是用最低地温负距平反映霜冻强度，由于适宜温度在研究期内是动态上升的过程，因此，最低地温负距平体现了霜冻出现越晚，危害越大的农业生产实际。
最低地温负距平计算式为[18]：
ΔT=T′ min-T0 式中，ΔT为霜冻日最低地温负距平，T′ min为该日最低地温，T0为该日适宜温度。根据历年霜冻日值及农业灾情资料，定义：-3 ℃<ΔT≤0℃为轻霜冻，-7 ℃<ΔT≤-3 ℃为中霜冻，ΔT≤-7 ℃为重霜冻，以此统计白银市各县区历年晚霜冻次数及等级。
另外，该研究还使用了MESA（最大熵谱分析）[19-20]、多项式拟合、线性相关等方法。
2结果与分析
2.1白银市晚霜冻变化规律
2.1.1霜冻日时空分布特征。
从表1可看出，近56年来白银市各站日地面最低温度≤0 ℃的霜冻日数以会宁最多，为436 d，占全市霜冻总日数的29.2%;白银次之，为410 d，占总日数的27.4%;景泰351 d，占总日数的23.5%;靖远最少，为297 d，占总日数的19.9%。从各旬情况来看，白银各地4月中旬霜冻日最多，之后逐渐递减，这与春季气温回暖的趋势（图1）相吻合。白银和会宁4月中旬—5月中旬间各旬霜冻日数均明显多于景泰和靖远，这可能由于黄河流经景泰、靖远，导致局地气候变化加之地形地貌因素，使得土壤导热率较高，气温对地温的影响较小，而白银和会宁地气温差较小，气温下降就会引起地温的明显下降。5月下旬晚霜冻白银最多，为6 d;景泰2 d;靖远3 d;会宁最少，仅有1 d，这是由于会宁地理位置偏南，春季温度回暖速度较偏北地区快，因而晚霜冻结束日期较早。
2.1.2晚霜冻强度变化特征。
根据“1.2”晚霜冻强度等级划分方法，计算1961—2016年白银各站春霜冻日霜冻等级，表2为白银市不同等级晚霜冻时空分布特征。从表2可以看出，各等级（轻、中、重）霜冻在白银各县区随时间的分布情况大体一致。轻霜冻全部出现在4月中下旬，并且频次较高，其中，4月中旬轻霜冻最为集中，进入5月基本没有轻霜冻害，说明前期4月基础温度较低，容易出现霜冻，但发生的霜冻总体对农作物的影响相对较轻，也有强降温导致低温极低，从而影响苗期作物生长;中霜冻害从4月中旬至5月中旬都会出现，且各站基本呈现出随时间递减趋势，也就是说越晚中霜冻害日数越少，到5月下旬各站无中霜冻害发生;重霜冻害总日数最少，但在4月中旬至5月下旬都会出现，相对较多的是4月中旬和5月中旬，这是因为这2个时段是白银强降温天气过程的高发时段，值得注意的是，5月出现的霜冻都是中霜冻或重霜冻，特别是5月下旬，一旦出现霜冻就是重霜冻害，这与农作物生长期相关，越晚作物耐寒程度越弱。综合来看，晚霜冻日数越往后期越少，但对作物的危害程度后期更为严重，5月出现霜冻都会对作物造成危害，5月下旬出现的霜冻会造成严重的农业经济损失。
2.2白银市终霜日变化特征
从图2可以看出，白银市各站终霜日均有提前趋势，全市平均提前率为1.91 d/10 a，各站来看白銀站提前趋势最显著，为2.32 d/10 a，靖远、景泰、会宁的提前率分别为1.92、1.91、1.75 d/10 a。从年代际变化看，景泰在20世纪60年代晚霜冻结束日期较早，70年代—90年代中期总体偏迟，90年代中期提前趋势较为明显，近10年年际变化显著;白银站60年代初期晚霜冻结束日明显偏迟，从20世纪60年代至2000年提前趋势显著，2000年以后，结束日期有所推迟;靖远在20世纪60年代晚霜冻结束日期相对较早，70年代偏迟，80年代开始呈提前趋势，90年代达到最早，2000年以后又有所推迟;会宁20世纪60年代晚霜冻结束日期年际振荡较为显著，历史结束日最早和最迟的年份都出现在60年代，最早为1963年，晚霜冻结束于4月22日，最迟为1969年，晚霜冻结束于6月17日，但从70年代开始，日期较为稳定，没有明显的年代际变化，且总体略有提前趋势。从全市平均情况来看，总体趋势与靖远的变化趋势比较接近，20世纪60年代相对偏早，70年代偏迟，80年代开始提前趋势显著，到90年代中后期达到历史最早，之后开始推迟，近几年仍呈现推迟趋势。
2.3白银市终霜日周期变化特征
从1961—2016年白银市各县区及全市平均晚霜冻结束日期最大熵谱分析（图3）可以看出，景泰和白银均存在2年左右的显著周期，并且分别通过了0.10和0.05的信度检验;靖远有显著的5年左右平均周期，通过了0.05的信度检验;会宁谱序列存在峰值，但未通过显著性检验，因此晚霜冻结束日没有明显的周期性;全市平均来看，与靖远的周期性较为接近，即存在5年左右的显著周期，通过0.05检验信度。
3结论与讨论
春季冻害强度是低温强度与作物耐寒程度协同作用的结果，一方面气温在持续回升，另一方面作物耐寒力在不断下降，这使得晚霜冻出现越晚造成的农业灾害越严重。仅以日最低温度来划分霜冻强度不能反映农业生产实际，比如同样低温强度的霜日出现在4月中旬和5月下旬造成的危害会截然不同，而适宜温度在此期间是动态变化过程，因而最低地温负距平能够体现晚霜冻出现越晚、其危害越重的特征。
该研究以最低地温负距平为指标对晚霜冻强度进行等级划分，运用统计学方法分析白银市晚霜冻及终霜日特征，结果表明，白银市晚霜冻日数以会宁最多，占全市霜冻总日数的29.2%;白银次之，占总日数的27.4%;景泰占总日数的23.5%;靖远最少，占总日数的19.9%。白银市终霜日期均有提前趋势，全市平均提前率为1.91 d/10 a，白银站提前趋势最显著，为2.32 d/10 a，靖远1.92 d/10 a，景泰1.91 d/10 a，会宁1.75 d/10 a。终霜日景泰和白银均存在2年左右的显著周期，靖远有显著的5年左右平均周期，会宁没有明显的周期性。
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