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188金宝搏

胡玲  李凤霞  周秉荣 徐维新 王力 李晓东

(188金宝搏,西宁  810001)

 

:选取青海东部农业区的西宁、大通、互助、乐都、民和、湟源、湟中、循化、化隆、贵德和尖扎等11个站及柴达木盆地的都兰、诺木洪、大柴旦、格尔木、德令哈、冷湖、天峻、大柴旦、小灶火、茶卡等9个站,用1961—2010年逐日最低气温资料,分2.0℃、0.0℃、-2.0℃三个温度等级,分析50年来初、终霜冻日及无霜期的变化趋势和年代际变化特征及分布规律分析。80年代以后初霜冻日逐年推迟、终霜冻日逐年提前,无霜期延长,东部农业区进入10年代(2001-2010,下同)这种情况最为明显,而柴达木盆地80年代最为明显;与60年代相比10年代初霜冻日推迟,终霜冻日提前,通过对比各强度无霜期东部农业区延长1327天,柴达木盆地延长3040天,柴达木盆地初、终霜冻历年变化比东部农业区大,无霜期较东部农业区延长明显;绘出了青海高原50年平均初、终霜冻日及无霜期分布图。

关键词:日最低气温;初终霜冻; 变化特征;分布规律

 

引言

 青海省东部农业区、柴达木盆地是青海省两大农业种植区。青海省东部农业区位于日月山以东的黄河流域,以及黄河主要支流湟水流域地区,总面积为36×104 hm2 ,占全省总面积的5%,却集中了总耕地的72%,该区相对土壤肥沃,气候温和,光、热条件好,复种指数高,是青海省农业区自然条件最好、农业优势最突出,区位优势最明显。是青海省的主要农业生产地。有4287×104 hm2 耕地,其中515%的耕地分布于黄河,湟水河谷及两岸以丘陵为主

 

的浅山地区[8],根据2010年国土资源部、财政部正式下发的《关于支持青海东部黄河谷地百万亩土地开发整理重大项目的函》,标志着青海东部黄河谷地百万亩土地开发整理重大项目正试起动。项目区土地总面积为76251.44 hm2,其中现状耕地面积为25539.43 hm2,占总土地面积的335%;园地面积为2766.05 hm2,占总土地面积的363%;林地面积为8210.77 hm2,占总土地面积的1077%;草地面积为16188.09 hm2,占总土地面积的2123% ;未利用地等其它土地面积为23545.1 hm2,占总土地面积的3086%。项目建成后,仅黄河谷地(循化、化隆、民和、贵德、尖扎5县),可新增耕地13533.43 hm2[1]

柴达木盆地位于青海省西北部,面积24.68×104 hm2,是一个封闭的内陆盆地,盆地内气候干旱,多风少雨,具有典型的大陆  荒漠气候特征。盆地地表水资源较丰富,是青海省主要的农牧业生产地,除现有耕地5.3×104hm2外,还有可开发利用的益农荒地29.8×104hm2,潜在的宜农荒地资源更大,约74.1×104hm2;天然荒地广阔,草场面积达1058.3×104hm2。农业综合开发后备资源较为丰富,开发潜力大[2]

  作为青海省主要农业区,低温、霜冻一直是限制农业生产潜力的因素之一,霜冻灾害影响重且频繁,严重影响了作物生长季热量资源的充分利用,春季晚霜冻出现愈迟,秋季早霜冻出现愈早,对作物的危害愈严重。霜冻是植物组织的温度降到零度以下而发生的一种冻害,所以最好用植物组织的温度做霜冻指标,由于植物组织温度的实际测定目前在台站还没有开展,因而采用气象观测的某种温度值来表示,如地面最低温度、日最低温度等。对较长时间序列进行霜冻分析时,一般采用日最低气温。在此以日最低气温作为霜冻指标进行分析。

1 资料和方法

1.1资料

由于各类作物及其不同发育阶段耐低温的能力是很不一样的[3],春、秋霜冻时作物的高度不同,植株体温与百叶箱气温的关系也就不同,Leuning等观测发现离浅草4cm高的水平叶的叶温比百叶箱气温低4℃左右;不同受害程度对应的最低气温也不相同。如  198251013日,西宁市出现一次大雪连续降温,日平均气温从10日的14.1℃下降到12日的-0.5℃,日最低气温从10℃下降到-2.0℃,使全市已出苗的豆角和菜瓜359亩和已定植的200亩茄子、辣椒和番茄全部受冻,减产30%50%使正值花期的果树30%受害,减产60%以上。因此,以最低气温为霜冻指标进行分析,不应该只考虑一个指标值,本文选取东部农业的西宁、大通、互助、乐都、民和、湟源、湟中、循化、化隆、贵德和尖扎等11个站点及柴达木盆地的都兰、诺木洪、大柴旦、格尔木、德令哈、冷湖、天峻、茶卡、小灶火等9个站点,用19612010年逐日最低气温资料,分2.0℃、0.0℃、-2.0℃三个温度等级进行分析。

12研究方法

1.2.1气候趋势系数和倾向率

引入气候趋势系数和气候倾向率来研究霜冻的线性倾向趋势和变化幅度。气候趋势系数表示为:


1)式中:Rn个时间()的气候要素序列与自然数列123,⋯,n的相关系数;n为年数;xi为第i年的气候要素值,为其平均值;R值的符号反映霜冻日增多或减少的变化趋势,R<0表示霜冻日在计算时段内呈减少趋势,R>0表示呈增多趋势。其变化趋势的显著程度用相关系数检验法,确定趋势是显著的,还是随机振动。将气候要素的趋势变化用一元线性方程表示为:

2)其中wi为霜冻要素,ti为时间(本文为19612010)a1为线性趋势项,a1×10表示霜冻要素的气候倾向率,反映气候要素每10a的变化率。

1.2.2绝对变率

  绝对变率反映气候要素序列的离散程度,绝对变率大表示气候序列变化幅度大;绝对变率越小表示气候序列变化幅度较小,或变化较为稳定。绝对变率表达式为:

     

3)式中D为气象要素的绝对变率,xi为第i年的气候要素值,为其平均值,n为样本数。

霜冻的描述性、气候趋势系数、气候倾向率、检验分析利用EXCEL电子表格的数据分析工具完成。

2 结果和分析

 2.1 霜冻概况

1、表2分别列出了青海省两大农业区60年代、70年代、80年代、90年代、10年代(2001-2010,下同)不同年代、不同强度霜冻的平均初、终霜日和无霜冻期。就日最低气温0℃的初,终霜冻而言,东部农业区多年平均初日为103日,终日为55日,无霜冻期为150天。2℃初日、-2℃初日较0℃初日分别提前14天和推后12天。2℃终日、-2℃终日较0℃终日分别推后20天和提前16天。

从各年代、各强度的平均初、终霜冻和无霜冻期还可看出:东部农业区70年代以后初霜日逐年推迟、终霜日逐年提前,无霜期延长,10年代这种情况最为明显。

  

1   东部农业区不同年代、不同强度霜冻的平均初、终日和无霜冻期

 

2.0

0.0

-2.0

初日

(日/月)

终日

(日/月)

无霜

冻期

(日)

初日

(日/月)

终日

(日/月)

无霜冻期(日)

初日

(日/月)

终日(日/月)

无霜冻期(日)

1961-1970

14/9

30/5

105.5

29/9

9/5

141.3

14/10

21/4

174.8

1971-1980

16/9

31/5

106.6

1/10

11/5

142.5

13/10

23/4

172.6

1981-1990

20/9

28/5

113.9

3/10

5/5

149.9

15/10

19/4

178.4

1991-2000

20/9

20/5

122.1

3/10

3/5

152.9

15/10

17/4

180.0

2001-2010

26/9

15/5

132.8

8/10

28/4

161.6

19/10

14/4

187.1

平均

19/9

25/5

116.2

3/10

5/5

149.6

15/10

19/4

178.6

盆地0℃的初,终霜冻多年平均初日为911日,终日为531日,无霜冻期为102天。2℃初日、-2℃初日较0℃初日分别提前11天和推后9天。2℃终日、-2℃终日较0℃终日分别推后15天和提前14天。

从各年代、各强度的平均初、终霜冻和无霜冻期还可看出:柴达木盆地初霜日逐年推迟、终霜日逐年提前,无霜期延长,70年代最为明显。

2   柴达木盆地不同年代、不同强度霜冻的平均初、终日和无霜冻期

 

2.0

0.0

-2.0

初日

(日/月)

终日

(日/月)

无霜

冻期

(日)

初日

(日/月)

终日

(日/月)

无霜冻期(日)

初日

(日/月)

终日(日/月)

无霜冻期(日)

1961-1970

22/8

28/6

54.4

1/9

8/6

84.30

11/9

25/5

107.9

1971-1980

31/8

19/6

71.6

9/9

3/6

97.38

18/9

22/5

118.7

1981-1990

31/8

16/6

74.7

12/9

1/6

102.29

22/9

16/5

127.4

1991-2000

2/9

9/6

84.3

15/9

27/5

110.42

23/9

12/5

132.8

2001-2010

8/9

4/6

94.7

16/9

22/5

116.50

27/9

11/5

137.9

平均

31/8

15/6

75.95

11/9

31/5

102.18

20/9

17/5

124.95

历年各强度初、终霜冻日和无霜期的变化很大(表略)。东部农业区0℃终霜冻日最早414日(2009年),最晚520日(1965年),相差36天;初霜冻日最早921日(1965197019711972年),最晚是1016日(2008年),相差25天;无霜日数最短为123天(1965年),最长171天(2005年),无霜冻期最大相差48天。初日、终日和无霜冻期前后两年最大相差分别达17天(2005年)、27天(1965年)和42天(1965年)。柴达木盆地0℃终霜冻日最早514日(2008年),最晚618日(1969年),相差35天;初霜冻日最早822日(1968年),最晚是928日(2009年),相差37天;无霜冻期最短67天(1969年),最长132天(2009年),相差65天。初日、终日和无霜冻期前后两年最大相差分别达18天(2009年)、19天(1982年)和25天(1968年)。

3、表4分别为各站0℃初、终霜冻最早、最晚出现日及相差天数。由表3可看出,东部农业区初霜冻日平均最早出现在97日,最晚出现在1022日,相差45天。最早出现在互助、湟源为89日,最晚出现在循化为111日。初日最早、最晚出现日平均相差45天,最多达67天;终霜日平均最早出现在49日,最晚出现在611日,相差63天。最早出现在民和为325日,最晚出现在互助为83日。终日最早、最晚出现日平均相差63天,最多达103天。

 

3   东部农业区各站0℃初、终霜冻最早、最晚出现日及相差天数

站名

大通

互助

湟源

西宁

湟中

乐都

最早(日/月)

12/8

9/8

9/8

16/9

3/9

24/9

最晚(日/月)

18/10

13/10

8/10

29/10

23/10

31/10

相差(天)

67.00

65.00

60.00

43.00

50.00

37.00

最早(日/月)

25/4

22/4

28/4

6/4

6/4

31/3

最晚(日/月)

10/7

3/8

2/8

21/5

16/6

17/5

相差(天)

76.00

103.00

96.00

45.00

71.00

47.00

站名

民和

化隆

循化

贵德

尖扎

平均

最早(日/月)

19/9

29/8

3/10

17/9

3/10

7/9

最晚(日/月)

31/10

9/10

1/11

18/10

31/10

22/10

相差(天)

42.00

41.00

29.00

31.00

28.00

44.82

最早(日/月)

25/3

28/4

27/3

6/4

27/3

9/4

最晚(日/月)

15/5

16/6

11/5

7/6

12/5

11/6

相差(天)

51.00

49.00

45.00

62.00

46.00

62.82

由表4可以看出,柴达木盆地初霜冻日平均最早出现在812日,平均最晚出现在102日,相差51天。最早出现在冷湖、天峻为84日,最晚出现在格尔木为1013日。初日最早、最晚出现日平均相差51天,最多达68天;终霜日平均最早出现在53日,平均最晚出现在79日,相差68天。最早出现在格尔木为45日,最晚出现在冷湖、天峻为84日。终日最早、最晚出现日平均相差68天,最多达96天。

4   柴达木盆地各站0℃初、终霜冻最早、最晚出现日及相差天数

站名

冷湖

大柴旦

德令哈

天峻

茶卡

小灶火

诺木洪

格尔木

都兰

平均

最早(日/月)

4/8

14/8

5/8

4/8

18/8

14/8

6/8

17/8

29/8

12/8

最晚(日/月)

25/9

28/9

12/10

19/9

29/9

28/9

8/10

13/10

9/10

2/10

相差(天)

52

45

68

46

42

45

63

57

41

51.00

最早(日/月)

11/5

11/5

24/4

4/6

12/5

29/4

26/4

5/4

27/4

3/5

最晚(日/月)

4/8

27/7

24/6

4/8

14/7

3/8

10/6

14/6

16/6

9/7

相差(天)

85

77

61

61

63

96

45

70

50

67.56

 

 

分析不同强度霜冻初,终日的频数分布,可以看出,有的具有明显的正态分布的特征,但多数无明显的规律。如图1、图2分别是东部农业区、柴达木盆地平均0℃初、终日的频数分布。东部农业区初日出现频数最高的是在101-8日,占总频数的56%,最早921日、最晚1016日,出现日期主要分布在926-10月12。终霜冻日的变化比初霜冻日更不稳定,终日主要分布在4月24-5月13出现频数占总频数的88%,最早出现在414日,最晚520日。

     图1  东部农业区0℃初、终日的频数分布

柴达木盆地初日以98919日出现频数最高,出现的频数占总频数68%。终霜冻日的变化比初霜冻日更不稳定,出现了两段高频期,分别为518—25日、 52969日,出现的频数分别占总频数的30%60%


 

2 柴达木盆地0℃初、终日的频数分布

2.2初、终霜冻日及无霜冻期的变化趋势

由表1、表2可以看出50年来各级霜冻初、终日及无霜冻期均有较明显的变化。东部农业区大致是6070年代(1961-1980年)初霜冻日较多年平均值偏早、终霜冻日偏晚,但终霜冻日偏晚的略慢一些,一直延续到80年代。无霜冻期短;80年代(1981-1990年)初、终霜冻日及无霜期接近多年平均值; 90年代以后(1991-2010年),初霜冻明显推迟,终霜冻日提前,无霜冻期明显延长。以0℃霜冻日为例,10年代(2001-2010年)平均初、终日分别为108日和428日,而60年代为929日和59日,初日推后9天,终日提前11天;无霜冻期延长20天(表1)。柴达木盆地6070年代(1961-1980年)初霜冻日偏早、终霜冻日偏晚,无霜冻期短;80年代(1981-1990年)初、终霜冻日接近多年平均值; 90年代以后(1991-2010年),初霜冻明显推迟,终霜冻日提前,无霜冻期明显延长。以0℃霜冻日为例,10年代(2001-2010年)平均初、终日分别为916日和522日,而60年代为91日和68日,初日推后15天,终日提前17天;无霜冻期延长32天(表2)。

可见柴达木盆地初、终霜冻历年变化比东部农业区大,无霜期较东部农业区延长明显。

3、图4绘出1961-20100℃初、终霜冻日及无霜期的5年滑动平均曲线。由图3可以明显看出东部农业区霜冻初、终日及无霜期的变化趋势。50年来终霜冻日出现明显提前的趋势;初霜冻日在60年代至70年代初期较早,70年代中期以后明显推迟趋势,50年来初霜冻日总体上呈推迟趋势;无霜期在60年代末—70年代中期缩短,之后逐年延长。初、终霜冻日及无霜期倾向率分别为2/10a-2.9/10a5/10a

3 东部农业区 0初、终霜冻日及无霜冻期年际变化图

4为柴达木盆地无霜冻日数、初霜冻日、终霜冻日变化曲线。50年来终霜冻日出现明显提前的趋势,倾向率为-3.8/10a,初霜冻日在60年代至70年代初期较早,70年代中期以后明显推迟趋势,初霜冻日变化倾向率为3.6/10a,说明总体上呈逐年增多趋势。无霜冻期在逐渐延长,倾向率为7.4/10a,可见无霜冻期日数变化明显。

4 柴达木盆地0℃初、终霜冻日及无霜冻期年际变化图

2.3 初、终霜冻日的变率分析

5、表6是各级霜冻日及无霜冻期各年代绝对变率。对比分析发现东部农业区平均初霜冻日的变率均小于终霜冻日变率,即初霜冻日的变化比终霜冻日的变化小,无霜期的变化最大,而且2.0℃的变率大于0.0℃的,0.0℃的大于-2.0℃的(表5

5 东部农业区各级初终霜冻日及无霜冻期各年代绝对变率

强度

项目

60年代

70年代

80年代

90年代

10年代

平均

 

2.0

无霜期

11.50

6.26

10.84

8.92

11.11

9.73

初日

5.37

5.22

4.86

4.46

5.53

5.09

终日

7.99

7.11

8.04

7.72

7.43

7.66

 

0.0

无霜期

12.46

7.85

7.29

5.94

11.28

8.96

初日

5.97

6.28

4.76

3.63

6.03

5.33

终日

7.63

4.16

5.94

5.24

7.14

6.02

 

-2.0

无霜期

6.76

5.47

6.16

8.52

8.86

7.15

初日

3.55

4.94

5.92

3.29

5.02

4.54

终日

5.76

4.02

5.18

7.29

8.17

6.08

     柴达木盆地初霜冻日的平均绝对变率略小于或等于终霜冻日的绝对变率,无霜期的变率最大(表6)。

   6 柴达木盆地各级初终霜冻日及无霜冻期各年代绝对变率

 强度

项目

60年代

70年代

80年代

90年代

10年代

平均

 

2.0

无霜期

10.22

5.58

8.88

9.77

7.16

8.32

初日

7.50

3.20

4.69

3.76

4.64

4.76

终日

3.67

4.19

6.70

7.23

3.87

5.13

 

0.0

无霜期

7.21

3.96

7.59

6.76

4.71

6.05

初日

4.93

3.50

5.34

2.98

4.64

4.28

终日

4.99

4.16

4.26

5.18

2.79

4.27

 

-2.0

无霜期

9.47

5.44

7.33

7.87

6.23

7.27

初日

4.47

3.20

5.26

3.54

3.91

4.08

终日

7.57

5.22

5.23

5.72

3.19

5.39

         3、青海省主要农业区初、终霜冻日及无霜期的分布

    5、图6分别是青海省1961-201050年平均霜冻初、终日的空间分布图。从图中看出,青海省初、终霜冻日的地区差异较大,以0℃为例,初霜冻日全省历年平均出现在97日,出现最早是青海西南部,平均出现在86日(伍道粱),出现最晚的是在青海东部,平均出现在1019日(如循化、尖扎),相差2个多月。终霜冻日全省历年平均出现在610日,结束最早的是青海东部平均在414日(尖扎),最晚的是在青海西南部,平均出现在731日(伍道粱、清水河),相差3个多月。

 

5青海高原霜冻(≤0.0℃)初日空间分布图(月.日)

 

6青海高原霜冻(≤0.0℃)终日空间分布图(月.日)

7是青海省平均无霜冻日数(无霜期)的空间分布图。从图中可以看出:青海高原无霜期长短差异很大,全省历年平均无霜期为88天,平均最长无霜期分布在青海东部平均达187天(尖扎),平均最短在西南部平均只有5天(伍道梁),有的年份甚至没有无霜期。

 

7   青海高原平均无霜冻日()数空间分布

   4、讨论

50年来青海省主要农业区的初、终霜冻和无霜期均发生了较明显的变化。

1、80年代以后初霜冻日逐年推迟、终霜冻日逐年提前,无霜期延长。东部农业区进入10年代这种情况最为明显,而柴达木盆地80年代最为明显。

2、与60年代相比10年代东部农业区初霜冻日推迟9天,终霜冻日提前11天,无霜期延长20天。柴达木盆地初霜冻日推迟15天,终霜冻日提前17天,无霜期延长30多天。

3、柴达木盆地初、终霜冻历年变化比东部农业区大,无霜期较东部农业区延长明显。

4、绘出了青海高原50年平均初、终霜冻日及无霜期分布图。初霜冻日出现最早是青海西南部,最晚的是在青海东部,最早、最晚相差2个多月。终霜冻日结束最早的是青海东部,最晚的是在青海西南部,最早、最晚相差3个多月。

5、全省历年平均无霜期为88天,平均最长无霜期分布在青海东部平均达187天,平均最短在西南部平均只有5天,有的年份甚至没有无霜期。

可见,这为农牧业生产提供了比过去更好的条件,对提高作物复种指数,调整农作物品种结构,延长蔬菜的生长期增加产量十分有利。

随着80年代以来的气候明显趋暖,霜冻日发生明显变化,为农业生产提供了更好的资源,但同时也潜伏着灾害的危险。对一些赶季节早播的作物、蔬菜,早后的花草树木更受到致命的危害。因此,有预见性地躲避霜冻,是防御霜冻灾害最根本的对策。这样可使农业生产因气候制宜,趋利避害,扬长避短,以减轻作物生长关键季节霜冻的危害。在充分利用延长了的生长季的同时也要树立抗灾、减灾意识,立足于抗灾夺丰收。

 

参考文献:

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[2]周长进、吴志华柴达木盆地农业生产条件及潜力分析、资源科学,2000年第5

[3]何维勋、冯玉香北京近50年代初、终霜冻日的变化,中国农业气象,1992年第18卷第4期。

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[5]汪青春,秦宁生,唐红玉等.青海高原近44年来气候变化的事实及其特征.干旱区研究.2007.3242):234-239

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[8] 杨芳,徐有绪。青海东部气候资源的利用,青海草业,20061,15(1)

修改意见:

1、  对文章2001-2010年年代的描述用“10年代”是否合适请斟酌。
2、图2、图3,图形类型、横坐标现实不一致,请统一。
3、文章中倾向率统一用**/10年方式。
4、表5、表6变率数值取小数2位即可。
5、4、讨论 文字要进一步简练和规范化。 

 

 

另:如同意对文中的修改意见,可用word中的“审阅”中的“接受”点击通过,不同意则用“拒绝”点击,消除文章审阅留下的痕迹。



[1]公益性行业(气象)科研专项西北地区旱作农业对气候变暖的响应特征及其预警和应对技术研究

项目编号:GYHY200806021 气候变暖对西北旱作农业气象灾害的影响及其应对技术对策研究

专题编号:GYHY200806021-04