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●How to Cite this Article
Climate Change Research Letters
气候变化研究快报
, 2014, 3, 20-24
http://dx.doi.org/10.12677/ccrl.2014.31004
Published Online January 2014 (http://www.hanspub.org/journal/ccrl.html)
Analysis of the Feature of the Frost Events Change in
Jincheng Region in Recent 50 Years
Haixia Che ng
1
, Pengjuan Ren
1
,
Huiqin Zhao
1
,
Jianhong Zhang
2
1
Meteorol ogy Bureau of Jincheng City
,
Jincheng,
Shanxi
2
Meteorol ogy Bureau of
Li
cheng County
,
Licheng,
Shanxi
Email:
skjchx@163.com
Received: Oct. 7
th
, 2013; revised: Nov. 4
th
, 2013;
accepted: Nov. 12
th
, 2013
Copyright © 201
4
Haixia Cheng et al. This is an
open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits
unrestricted use, distribution, an d reproduction in any medium, provided the origin al work is properly cited. In accordance of th e Creative Commons
Attribution License all Copyrig hts © 201
4
are reserved f or Hans and the owner of th e intellectual property Haixia Cheng et al. All Co pyright © 201
4
are guarded by l
aw and by Hans as a guardian.
Abstract:
Climatological
statistics method was used to analyze climate characterist
ics of frost in Jincheng region
dur-
ing 1961
-
2010, and abnormal frost index was used to analyze abnormal occurrence of frost. The results indicated that
the average value of
the
first frost day was October 15
,
the absolute variability of time series was 8.27 days
,
and the
linear trend was 1.125 d/10
a. Thus
the first frost day showed the delaying trend, and the first frost day ha
s a
big annual
differen ce
making
forecasting difficult. For
the
latest fr
ost days, the average value was April 7
,
the absolute variab ility
of time series was 7.25 days,
and
the linear trend was 0.257 d/10
a. Thus
the latest frost
days showed weak delaying
trend
just like the first f rost day,
and
the forecasting to the latest frost days
w as
difficult. For
frostless period,
t
he aver-
age value was 189 d
,
the absolute variab ility of time series was 8.09 days,
and
the linear trend was 1.32
d/10a.
Thus
the
frostless period showed
an
obvious growth trend.
In add ition , abnormal
frost year
s were
very few,
and the
early first
frost day for part of the year of autumn grain crops may produce
a great influence
. Spring
sowing seedling s
in
high alt
i-
tude
were
mainly
affected by later frost
.
On average, frequency of winter wheat under frost damage
was once
every six
years, and the frequency was
larg e r
within 5 days aft er jointing stage.
Keywords:
Jincheng
Region; Frost Events; Analysis of
Changing
Feature
近
50
年晋城地区霜冻变化特征分析
程海霞
1
,任鹏娟
1
,赵慧琴
1
,张建红
2
1
晋城市气象局,山西晋城
2
黎城县气象局,山西黎城
Email:
skjchx@163.com
收稿日期:
2013
年
10
月
7
日;修回日期:
2013
年
11
月
4
日;录用日期:
2013
年
11
月
12
日
摘
要:
利用气候分析法分析了晋城地区
1961~
2010
年霜冻的气候变化特征;利用异常霜冻指标,分析了霜冻
的异常发生情况。结果表明:晋城地区初霜日平均值为
10
月
15
日,时间序列绝对变率为
8.27 d
,线性倾向率
为
1.125 d/10a
,有推后的趋势,初霜日变化年际差异大,有很大的预报难度;终霜日平均值为
4
月
7
日,时间
序列绝对变率为
7.25 d
,线性倾向率为
0.257 d
/10a
,有弱的推后趋势,终霜日变化年际差异较大,有预报难度;
而无霜期平均值为
189 d
,绝对变率为
8.09 d
,线性倾向率为
1.32 d/10a
,无霜期有较明显的增加趋势。异常霜
冻年份很少,偏早初霜冻对于部分年份的秋粮作物可能会产生较大影响;高寒地区春播幼苗主要会受到特晚终
霜冻的影响;冬小麦遭受终霜冻危害的频率平均为
6
年一遇,拔节后
5
天内发生频率较大。
OPEN ACCESS
20
近
50
年晋城地区霜冻变化特征分析
关键词:
晋城地区;霜冻;变化特征分析
1.
引言
霜是一种天气现象,通常当地面或靠近地面的物
体和空气温度降至
0
℃以下时,水汽在地面或靠近地
面物体上凝华而成
[1]
。而霜冻是指植物生长季节里因
土壤表面和植株体温度降低至
0
℃或
0
℃以下而引起
植物冻害
[2]
。霜冻多发生在春秋季节,是非常普遍的
农业气象灾害,它的发生地区几乎遍及全国,并危害
多种农作物
[1-3]
。春季幼苗生长期间遭受终霜冻危害,
其结果是幼苗冻死、冻伤,严重时可导致毁种;秋初
农作物尚未成熟,遭遇初霜冻危害则影响作物产量。
若初霜日期提前,或终霜日期推迟,农作物遭受霜冻
危害将不能正常生长发育,严重影响作物的成熟,从
而影响作物产量。 因此 ,分析 与 研究 初终霜
(
冻
)
发生
日期的气候变化特征,做好初终霜
(
冻
)
预报服务工作,
对于防御农业气象灾害,提高农作物产量具有重要意
义。我国许多专家在这方面做了大量研究,李想等研
究表明,我国北方地区的初霜期年代际变化呈推迟趋
势 ,与
20
世纪
60
年代相比,
2000
年之后平均初霜日
期推迟了
6 d
[3]
。许艳等指出我国各地的霜期总体上是
自北向南、自高山向平原逐渐缩短的,霜期缩短显著
区域主要集中在我国东北、华北、内蒙古中部、江淮
流域以及云贵高原和华南部分地区
[2]
。程晓辉研究了
近
53
年邢台地区气温和无霜期变化趋势,发现无论
城市或农村,初霜日、终霜日、无霜期日数均呈现出
相同趋势,即初霜日推迟,终霜日提前,无霜期日数
明显延长;城市的初霜日晚于农村,终霜日则早于乡
村,无霜期日数明显长于农村,间接受到城市热岛效
应的影响
[4]
。钱锦霞等采用线性倾向估计法分析了太
原市几十年来霜冻的发生趋势,利用异常霜冻指标,
分析了霜冻的异常发生情况
[5]
。但是,针对山西省东
南角晋城地区的相关研究目前尚未开展。笔者利用晋
城地区
1961~2010
年初、终霜日及无霜期的资料,对
初、终霜日及无霜期进行了分析,以期为晋城市异常
霜冻灾害预报、预测和防御提供参考。
2.
资料与方法
2.1.
研究区气候概况
晋城地区位于山西省东南部,东枕太行,西望黄
河,南临中原。地形条件较为复杂:以山地丘陵为主,
山地和丘陵面积占总面积的
87.1%
,盆地及山间宽谷
占总面积的
12.9%
。由于东倚太行山,河流较多,加
之地形抬升作用,降水较为丰沛,是华北地区的相对
富水区,属暖温带半湿润大陆性季风气候区。全年平
均气温在
8.6
℃
~12.0
℃,分布趋势呈现由北向南升高
的特点,降水量为
560.3~580.7
mm
,全区无霜期为
156
~
208 d
。
2.2
.
资料和方法
选取晋城地区建站早、资料全的沁水、阳城、晋
城、陵川等
4
个县市
1961~
2010
年初、终霜日及无霜
期资料,采用绝对变率、标准差分析其变化差异
[6]
;
采用线性倾向估计法、
5
年滑动平均分析其变化趋势
[6,7]
。所需公式如下:
绝对变率:
1
1
n
i
i
y xx
n
=
= −
∑
标准差:
( )
2
1
1
1
n
i
i
xx
n
σ
=
= −
−
∑
(
n
为样本,
x
为平均值
)
异常霜冻采用以下指标:
<
−
1.65
σ
和
−
1.65
σ
~
−
σ
之
间分别定义为特早初霜冻和偏早初霜冻,
>1.65
σ
和
1.65
σ
~
σ
之间分别定义为特晚终霜冻和偏晚终霜冻
[8]
。
3.
结果与分析
3.1
.
初霜日变化特征
由表
1
可见,近
50
年晋城地区初霜日历年平均
值为
10
月
15
日,
20
世纪
60
年代平均初霜日为
10
月
14
日,比历年平均值早
1 d
;
70
年代平均初霜日为
10
月
13
日,比历年平均值早
2 d
;
80
和
90
年代均是
10
月
15
日,与历年持平;而
21
世纪前
10
年平均初霜
日为
10
月
18
日,比历年平均值晚
3 d
。
50
年间最早初霜日出现在
9
月
4
日,最晚出现在
11
月
14
日,极差为
71 d
,时间序列绝对变率
8.27
d
,
标准差为
10.34
,线性倾向率为
1.125
d/10a
,说明晋
城地区初霜日变化年际差异大,有很大的预报难度,
OPEN ACCESS
21
近
50
年晋城地区霜冻变化特征分析
Table 1. Statistical of first frost day and the latest frost days from 1961 to 2010 in Jincheng region
表
1.
晋城地区
1961
~
2010
年初、终霜日统计表
年代
初霜日
终霜日
最早
最晚
平均
最早
最晚
平均
1961
~
1970
9
月
25
日
11
月
4
日
10
月
14
日
3
月
5
日
3
月
26
日
4
月
5
日
1971
~
1980
9
月
4
日
11
月
10
日
10
月
13
日
3
月
13
日
3
月
28
日
4
月
9
日
1981
~
1990
9
月
17
日
11
月
1
日
10
月
15
日
3
月
12
日
4
月
16
日
4
月
14
日
1991
~
2000
9
月
12
日
11
月
14
日
10
月
15
日
3
月
3
日
4
月
10
日
4
月
8
日
2000
~
2010
9
月
21
日
11
月
12
日
10
月
18
日
2
月
28
日
3
月
25
日
4
月
5
日
1961
~
2010
9
月
4
日
11
月
14
日
10
月
15
日
2
月
28
日
4
月
16
日
4
月
7
日
预报员需注意加强秋季初霜冻的预警预报工作。
50
年
来初霜日有推后的趋势,
50
年平均推迟了
5.6 d
。
由图
1
可见,
1960
年代
~
1970
年代中期晋城地区
初霜日处于波动下降
(
提前
)
趋势,其中
1964
和
1973
年初霜日显著偏早,与多年平均值相比,各偏早
13
d
、
17
d
;
1970
年代中期
~199
0
年代中期初霜日在多年平
均值附近摆动,年际差异逐渐缩小;
1990
年代中期
~
2002
年,初霜日逐渐偏晚,
2002
年初霜日显著偏晚,
与多年平均值相比,偏晚了
12 d
,
2002
年
~
2010
年初
霜日波动幅度较大,
2005
年明显偏早,
2007
年明显
偏晚。初霜日
5
年滑动平均曲线显示,晋城地区初霜
日
1960
年代呈下降趋势,
1970
年代初
~
1970
年代中
期呈波动上升趋势,
1970
年代中期
~
19
90
年代初期呈
平稳下降趋势,
1990
年代中期
~
1990
年代后期呈平稳
上升趋势,
19
90
年代后期
~21
世纪呈下降
–
上升
–
下
降
–
上升的波动变化趋势。从线性趋势线看出:初霜
日整体呈平稳上升趋势,说明初霜日在逐渐向后推迟,
有偏晚的趋势,对农作物生长有积极的影响。
3.2
.
终霜日变化特征
由表
1
可知,晋城地区终霜日历年平均值为
4
月
7
日,最早出现在
2
月
28
日,最晚出现在
4
月
16
日,
极差为
47 d
。
20
世纪
60
年代最早终霜日为
3
月
5
日,
最晚为
3
月
26
日,平均终霜日为
4
月
5
日,比历年
平均值早
2 d
;
70
年代最早为
3
月
13
日。
最晚为
3
月
28
日,平均为
4
月
9
日,比历年晚
2 d
;
80
年代最早
为
3
月
12
日,最晚为
4
月
16
日,平均为
4
月
14
日,
比历年晚
7 d
;
90
年代最早为
3
月
3
日,最晚为
4
月
10
日,平均为
4
月
8
日,比历年晚
1 d
;而
21
世纪前
十年最早为
2
月
28
日,最晚为
3
月
25
日,平均为
4
Figure 1. Curve: t
he change of first frost day from 1961 to 2010 in
Jincheng region
图
1.
晋城地区
1961~2010
年初霜日变化曲线
月
5
日,比历年平均值早
2 d
。
50
年终霜日时间序列
绝对变率为
7.25 d
,标准差为
8.55
,线性倾向率为
0.257
d
/10a
。可见,晋城地区终霜日比初霜日年际差异稍小
一些,但相对来说年际差异也比较大,终霜日的预报
也有难度,需要预报员加强春季晚霜冻的预警预报工
作。从线性倾向率来看,晋城地区终霜冻变化不大,
50
年终霜日平均推后了
1.3 d
。
由图
2
可见,晋城地区的终霜日
1960~
1970
年代
中期呈上下波动趋势,终霜日较早,其中
1962
和
1975
年终霜日显著偏早,与多年平均值相比,各偏早
19
d
、
13
d
;
1970
年代中后期
~
1990
年代中后期波动为上升
趋势,终霜日较晚,其中
1979
、
1991
、
1996
年终霜
日显著偏晚,与多年平均值相比,分别偏晚
16 d
、
15
日和
12 d
;
1990
年代中后期
~
2008
年终霜日提前偏早,
尤其
2002
年终霜日显著偏早,比多年平均值偏早
16
d
。
5
年滑动平均趋势线显示,终霜日呈上升
–
下降
–
上
升的变化趋势。从线性趋势线看出:
50
年来终霜日变
化不大,对农作物生长无明显影响。
OPEN ACCESS
22
近
50
年晋城地区霜冻变化特征分析
Figure 2. Curve: the change of
latest frost day from 1961 to 2010 in
Jincheng region
图
2.
晋城地区
1961
~
2010
年终霜日变化曲线
3.3
.
无霜期变化特征
由表
2
可知,近
50
年来晋城地区无霜期平均值
为
189 d
,最 长 为
250 d
,最短为
128 d
,极差为
122 d
。
无霜期序列绝对变率为
8.09 d
,标准差为
10.84
,线 性
倾向率为
1.32 d/ 1 0a
。说明 近
50
年晋城地区无霜期有
较明显的增加趋势,
50
年推迟了
6.6 d
,这和初霜期
逐年推迟,终霜期变化不明显是一致的。由图
3
可见,
20
世纪
60
年代无霜期普遍少于平均值,但
1968
年无
霜期异常偏长;
70~80
年代中期普遍多于平均值,尤
其是
1977
年无霜期异常偏长;
80
年代中期
~90
年代
中期普遍少于平均值,其中
1992
年无霜期仅
190 d
;
90
年代
~2010
年无霜期呈波动上升趋势,但幅度不大,
总体在平均值以上起伏。
5
年滑动平均曲线呈下降
–
上升
–
下降
–
上升的趋势,
1994~
2007
年均在平均值
之上,反映了无霜期在逐渐变长。从线性趋势线看出:
50
年来无霜期呈增加趋势。
3.4
.
霜冻的异常特征及对农作物生长的影响
对晋城市异常霜冻的发生情况进行分析,发现近
50
年来晋城市异常霜冻年份很少:特早初霜冻
(1973
年
)
、特晚霜冻
(
2010
年
)
、偏晚霜冻
(
1973
年
)
都只有一
年,发生频率为
2%
,偏早初霜冻发生年份有
3
年,
发生频率达
6%
,发生在
1964
、
1975
和
2005
年。
霜冻对农作物的损伤是由于突然降温使农作物
体内的水分结冰特别是植物细胞内体积增大导致细
胞机能受到破坏而形成的。初霜冻到来时间越早对作
物的危害越重,受害作物主要有玉米、谷类等秋粮作
物。晋城市秋粮作物的成熟日期在
9
月中旬至
10
月
初。晋城市初霜冻平均出现在
10
月
15
日,此时大秋
Table 2. Statistical of frostless period f
rom 1961 to 2010 in Ji
n-
cheng region
表
2.
晋城地区
1961~2010
年无霜期统计表
年代
最长日数
(d)
最短日数
(d)
平均日数
(d)
1961
~
1970
222
141
190
1971
~
1980
227
128
186
1981
~
1990
218
136
187
1991
~
2000
240
137
189
2000
~
2010
250
146
195
1961
~
2010
250
128
189
Figure 3. Curve: the change of frostless period from 1961 to 2010
in Jincheng region
图
3.
晋城地区
1961
~
2010
年无霜期变化曲线
作物已经成熟收获,特早初霜冻仅在
1973
年发生过
1
次,发生的可能性小,所以正常年份和特早初霜冻对
秋粮作物基本无影响。但偏早年份不仅发生频率较大
而且其最早可发生在
10
月
2
日
(
1964
年
)
,对于播种偏
晚或秋季连阴雨年份的秋粮作物可能会产生较大影
响,须予以重视。
晚霜冻结束时间越迟对作物的危害越重。晋城市
春播期在
4
月中、下旬,播种
~
出苗一般需
10~
15
天,
晋城市平均终霜冻日在
4
月
7
日,平均终霜冻一般发
生在播种期前,终霜冻的发生不会对春播作物产生影
响。但陵川县因海拔高,平均终霜日在
4
月
23
日,
特晚终霜冻有可能使其幼苗严重受冻。
4
~5
月正是晋
城地区冬小麦的拔节
–
抽穗期,冬小麦遭受霜冻危害
的程度随拔节后天数的不同而不同
[9]
,
0
℃时冬小麦幼
穗开始受害,零下
1
℃时植株和小穗就发生死亡。统
计晋城市霜冻资料,冬小麦拔节后发生终霜冻的频率
为
16.0%
,平均
6
年一遇,其中拔节后
5
天内的发生
频率为
12.0%
,
6
~10
天之间的发生频率为
2.0%
,
11
~15
天之间的发生频率为
2.0%
,因此,我们特别需要注意
拔节后
5
天内可能出现的突然降温过程,以防对冬小
OPEN ACCESS
23
近
50
年晋城地区霜冻变化特征分析
麦造成损害。
4.
小结与讨论
1)
近
50
年来晋城地区初霜日的绝对变率为
8.27
d
,标准差为
10.34
,线性倾向率为
1.125
d/10a
,说明
晋城地区初霜日变化年际差异大,有很大的预报难度,
预报员需注意加强秋季初霜冻的预警预报工作。
50
年
来初霜日有推后的趋势,
50
年平均推迟了
5.6 d
。
2)
近
50
年来晋城地区终霜日的绝对变率为
7.25
d
,标准差为
8.55
,线性倾向率为
0.257 d
/10a
。晋城
地区终霜日比初霜日年际差异稍小一些,但相对来说
年际差异也比较大,终霜日的预报也有难度,需要预
报员加强春季晚霜冻的预警预报工作。晋城地区终霜
冻变化不大,
50
年终霜日平均推后了
1.3 d
。
3)
近
50
年来晋城地区无霜期绝对变率为
8.09 d
,
标准差为
10.84
,线性倾向率为
1.32 d/10a
。说明近
50
年晋城地区无霜期有较明显的增加趋势,
50
年推迟了
6.6 d
。
4)
近
50
年来晋城地区异常霜冻年份很少:偏早
初霜冻发生频率
6%
,特早初霜冻、特晚霜冻、偏晚
霜冻发生频率只有
2%
。晋城地区正常和特早初霜冻
对秋粮作物基本无影响,但偏早初霜冻对于播种偏晚
或秋季连阴雨年份的秋粮作物可能会产生较大影响;
高寒地区春播幼苗主要会受到特晚终霜冻的影响;冬
小麦遭受终霜冻危害的频率平均为
6
年一遇,拔节后
5
天内发生频率较大。
基金项目
晋城市科技计划项目星火计划
(
编号:
201102093)
。
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