1986—2020年四平市霜冻变化特征分析.pdf

收稿日期院2023-02-15作者简介院 王子一 渊1986-冤袁 男袁 吉林白城人袁 硕士学位袁 工程师袁 主要从事气候及农业气象相关研究袁遥基金项目院四平市气象局科研项目野四平市霜冻特征研究渊202202冤冶资助遥1引言霜冻是一种冻害袁当出现霜冻时袁植物附近的土壤和空气温度会在非常短的时间内降至 0益或以下袁直接导致植物内部的水分冻结袁破坏植物细胞的结构形态袁发生不可逆的损伤袁从而使其死亡1遥在农业上这种情况会直接导致整个区域减产或毁种遥 除了海南省之外全国几乎所有省份都会发生霜冻灾害遥 霜冻主要分为早霜冻和晚霜冻两种袁早霜冻一般出现在每年的秋季袁第一次出现的霜冻就叫做早霜冻或者初霜冻曰 而晚霜冻一般发生在每年的春季袁 最后一次出现的霜冻就叫做晚霜冻或者终霜冻遥 头年的初霜冻第一天到来年的终霜冻最后一天之间的日数称为霜期袁 而年初的终霜冻最后一天到秋天的初霜冻第一天之间的日数则称为无霜期2遥一般东北地区的霜冻成因主要与冷空气入侵导致的辐射冷却同时平流层冷却降温等因素有密切关系3遥四平市作为吉林省重要的粮食产区之一袁其粮食产量对吉林省的整体粮食产量有重要影响遥但每年冷空气影响四平市的时间较早袁 而且影响时间较长袁特别是每年初春极易发生霜冻袁春霜冻使农作物发芽及幼苗受到影响袁 从而造成农作物产量减产袁降低农民收入袁影响本地农业经济遥 由此可见袁 分析研究四平市的初霜冻变化规律及其发生的气象学条件袁做好防灾减灾预报服务工作袁对于防御四平市农业气象灾害有重要意义遥2资料与方法2.1资料本文采用 1986要2020 年袁四平市城区及三个所辖县渊市冤的初尧终霜冻日期确定霜期日数遥将所得到的日期按照儒历日定义日期袁 并由此建立所选站点初渊终冤霜冻日的数据序列4遥2.2方法2.2.1Mann-Kendall 突变分析法Mann-Kendall 突变分析是以趋势分析为基础发展的监测序列变化趋势突变的方法袁 这是一种非参数统计检验方法遥 非参数检验也称为非分布检验袁该方法的优点是袁该样本是不需要遵守一个特定的分布袁并且它不受一些异常值影响袁更适合用于类型变量和顺序变量袁计算也相对较为简单遥可用在长时间监测气象要素在数列的变化趋势和确定突变点袁且监测精度较高遥其优点是不需要服从一定的分布袁也不受少数异常值的干扰5-7遥2.2.2小波分析法小波分析是用一簇具有震荡性尧 能够迅速衰减到零的小波函数系来表示或逼近某一信号或函1986要2020 年四平市霜冻变化特征分析王子一1安红善2岳振铎1巩宪伟1渊1.四平市气象局袁吉林四平136000曰2.长春市气象局袁吉林长春130012冤摘要院 利用四平市 4 个观测站 1986要2020 年的初 渊终冤 霜冻日期资料袁 通过 Morlet 小波分析尧Mann-Kendall 突变分析等方法袁对四平市初渊终冤霜冻及霜期的演变规律尧变化特征和四平市霜冻年际尧年代际变化及其周期特征进行了分析遥 研究表明院四平市近 35 a 的年霜期日数整体于 2000 年之后呈现出下降趋势曰2003要2020 年表现出霜期缩短的趋势袁初霜日整体呈现推后趋势袁终霜日的整体变化趋势却呈现提前的趋势曰因四平市区城市化程度高于其他 3 个县渊市冤袁城市下垫面减少袁平均温度高于梨树县尧伊通县和双辽市袁所以气候倾向率高于其他 3 个县渊市冤遥关键词院Morlet 小波分析曰霜冻曰霜期曰特征第 30 卷第 2 期2023 年 6 月气象灾害防御METEOROLOGICAL DISASTER PREVENTIONVol.30 No.2June.2023第 2 期图 1四平渊a冤尧双辽渊b冤尧梨树渊c冤尧伊通渊d冤霜期日数周期变化数袁 小波方差图可用来确定信号中不同种尺度扰动的相对强度和存在的主要时间尺度袁即主周期遥3结果分析3.1霜期日数变化特征3.1.1平均霜期日数的变化特征为了进一步分析霜期变化特征以及分布特点袁根据四平市霜期日数做逐年特征变化分析袁可以看出袁 近 35a 四平市总体霜期日数波动比较剧烈袁1998 年到 2002 年变化最为显著袁 从 2002 年后总体呈现逐年减少的趋势遥根据四平市霜期日数变化曲线可以看出袁四平市整体呈现霜期缩短的趋势袁四平尧梨树尧伊通和双辽霜期日数的显著性检验相关系数分别为-0.773尧-0.373尧-0.523 和-0.726袁 均在 0.01 显著性水平之内遥 年霜冻日数每 10a 分别减少16.3d尧17.5d尧13.1d 和 7.8d袁2003 年之前大致呈现出正距平趋势袁之后呈现出负距平趋势遥 虽然在整个 35a 略有波动袁但整体霜期日数下降袁可以从侧面反映出 1986要2020 年冬季温度在 2000年之后呈上升趋势袁这与 2000 年之后全球变暖袁气温升高有关8-9遥3.1.2霜期日数的周期特征将四平市 4 个台站近 35a 的年霜期日数作为被检测信号袁实现一维连续小波变换遥从图 1 可以看出袁 四平霜期日数存在一个25a 的变化周期袁周期性较强曰双辽霜期日数存在一个 17a 左右的主变化周期袁周期强度相对较强袁同时在 1997 年之后还存在一个 7a 的变化周期袁相对于之前的 17a 的周期强度较弱曰 梨树存在一个 17a 的主周期袁 周期在 1996要2004 年相对较强曰伊通年霜期日数在 1986要2020 年不同尺度上的周期振荡呈现一个 25a 的周期变化袁 且在1986要2013 年较为明显袁1990要2004 年存在一个8a 左右的周期遥3.2初尧终霜日的变化特征根据四平市 1986要2020 年的气象数据袁 按照儒历日数排列袁将下半年地面 0cm 日最低温度臆0益的第一天定义为初霜日袁 可得到四平市初霜日变化曲线渊图 2冤遥 按照同样的方法袁将上半年最后一次出现地面 0cm 日最低温度臆0益的那天定义为终霜日袁可得到四平市终霜日变化曲线渊图 3冤遥四平市整体初霜日呈现推后趋势袁 四平尧梨abcd353025201510519851990199520002005201020152020年份3025201510519851990199520002005201020152020年份353025201510519851990199520002005201020152020年份3025201510519851990199520002005201020152020年份王子一袁等院1986要2020 年四平市霜冻变化特征分析35气象灾害防御第 30 卷图 2四平市初霜日变化图 3四平市终霜日变化树尧 双辽和伊通初霜日显著性检验相关系数分别为 0.449尧0.429尧0.191 和 0.520袁 只有双辽初霜日未通过显著性检验袁表明其推后趋势在 0.05 显著性水平上是不显著的遥 1998 年和 2012 年 4 站同时出现了两次整体的大幅度正距平遥 1998 年四平和梨树初霜日最为靠后袁 均为当年的第 292 天曰2012 年梨树初霜日最为靠后袁 为当年的第 305天遥 四平市 1986要2020 年最早初霜日出现在2002 年的双辽袁为当年的第 253 天曰特别值得注意的是袁在 2011 年四平市 4 站初霜日基本都在当年的第 260 和第 261 天出现袁初霜日基本重叠遥四平市终霜日的整体变化趋势呈现提前的趋势袁四平尧梨树尧双辽和伊通终霜日显著性检验相关系数分别为-0.772尧-0.275尧-0.557 和-0.680袁梨树的终霜日未通过显著性检验袁 表明其提前趋势在 0.05 显著性水平上是不显著的遥1990要1992 年四平市 4 站终霜日整体呈现正距平袁 表明这个期间的终霜日相对靠后袁其中 1991 年四平和伊通的终霜日最为靠后袁 分别为当年的第 157 和第 159天曰而在 1999要2001 年袁四平市 4 站终霜日整体呈现显著的负距平袁表明这段时间里袁四平市整体终霜日提前袁其中梨树提前幅度最大袁为 2001 年的第 53 天遥1986要2020 年袁四平尧梨树尧伊通和双辽的平均霜期日数分别为 210.66d尧201.83d尧216.20d 和211.89d袁平均霜期日数最少的是梨树袁最多的是伊通遥 四平尧梨树尧伊通和双辽的平均初霜日分别为第 271.57 天尧 第 272.69 天尧 第 268.49 天和第270.17 天袁平均初霜日出现最早的是伊通袁最晚的是梨树遥 四平尧梨树尧伊通和双辽的平均终霜日分别为第 114.69 天尧第 107.97 天尧第 118.80 天和第113.86 天袁平均终霜日出现最早的是梨树袁最晚的是伊通遥四平和双辽的平均霜期日数以及平均初尧终霜日都非常接近遥3.3霜期日数的突变特征对四平市 4 站的霜期日数进行 M-K 突变检验袁通过检验阈值在 95%的水平下袁Ub 和 Uf 曲线相交年份表明四平和双辽年霜冻日数在2000 年发生了一次突变袁梨树年霜冻日数在 1989 年发生了一次突变袁 伊通年霜冻日数在 2000 年和 2004年分别发生了一次突变遥 四平尧梨树和伊通 Uf 曲线分别于 2002 年和 2007 年开始完全突破显著性检验的临界袁 说明此后的时间这 3 个地区的霜期日数呈现出明显逐年缩短的趋势曰双辽 Uf 曲线仅在 2006 年和 2016 年突破临界值袁 之后虽整体霜期日数缩短袁但波动较大遥3.4霜期日数的周期特征3.4.1初霜日小波分析将四平市 4 个台站近 35 年的年初霜日作为被检测信号袁实现一维连续小波变换袁得到 4 个县渊市冤初霜日的小波分析图渊图 4冤遥通过图 4 的小波分析可以看出袁 四平存在一个 20a 左右的主周期变化袁 在这个 20a 周期变化中 袁1986要1989 年 尧1996要2003 年 尧2010要2016年呈负位相袁 代表初霜日相对提前曰1990要1995年尧2004要2009 年尧2017要2020 年呈正位相袁代表初霜日相对推后遥 双辽存在一个 20a 左右的主周期变化袁同时在 1991要2014 年双辽初霜日还存在一个比较明显的 8a 左右的副周期遥 主周期中1986要1990 年尧1997要2004 年尧2008要2015 年呈现负位相袁表明双辽初霜日相对提前曰在 1991要1996 年尧2005要2007 年尧2016要2020 年呈现正位相袁表明双辽初霜日相对推后遥 梨树呈现一个 10a左右的周期变化遥 在这个 10a 的周期变化中袁31030029028027026025019851990199520002005201020152020四平梨树双辽伊通四平梨树双辽伊通19851990199520002005201020152020年份170150130110907050年份36第 2 期图 4四平渊a冤尧双辽渊b冤尧梨树渊c冤尧伊通渊d冤初霜日周期变化1986要1989 年尧1993要1996 年尧1999要2001 年尧2005要2008 年尧2012要2016 年呈正位相袁 表示初霜日相对推后曰1990要1992 年尧1997要1998 年尧2002要2004 年尧2009要2011 年呈负位相袁 代表初霜日相对提前遥 伊通初霜日主要呈现一个 20a 左右的主周期变化且周期明显袁在 1989要2009 年还存在一个 10a 左右的副周期遥 主周期中 1986要1989 年尧1997要2002 年尧2011要2015 年呈现负位相袁表明伊通初霜日相对提前袁在 1990要1996 年尧2003要2010 年尧2016要2020 年呈正位相袁 表明伊通初霜日相对推后遥3.4.2终霜日小波分析将四平市 4 个台站近 35 年的年终霜日作为被检测信号袁实现一维连续小波变换袁得到 4 站终霜日的小波分析图渊图 5冤遥通过图 5 小波分析可以看出袁 四平终霜日存在一个 10a 左右的主周期变化遥 在这个 10a 周期变化中袁1986要1987 年尧1993要1995 年尧1998要2001 年尧2005要2007 年 尧2012要2015 年 呈 正 位相袁 说明终霜日相对推后遥 双辽终霜日存在一个17a 左右的周期变化遥 在这个 17a 的变化中袁在1986要1990 年尧1995要2000 年尧2008要2012 年尧2018要2020 年为正位相袁 表明终霜日相对推后遥梨树终霜日主要呈现一个 14a 左右的周期变化遥在 1991要1994 年 尧2001要2003 年 尧2006要2010年尧2016要2019 年呈负位相袁 表明终霜日相对提前遥 同时梨树终霜日还存在一个 8a 左右的副周期袁周期强度较弱遥 伊通主要呈现一个 22 a 左右的周期变化遥 1986要1990 年尧1997要2003 年尧2015要2018 年为负相位袁表明伊通终霜日在这几个时间段相对同时期其他年份提前遥 同时伊通终霜日在 1986要2003 年还存在一个 8a 左右的周期袁周期性明显遥4结语渊1冤四平市 1986要2020 年的霜期日数整体在2000 年前后发生突变袁 并且在 2000 年之后呈现出下降趋势袁1998要2002 年霜期日数变化较为显著遥渊2冤1986要2020 年四平和伊通霜期日数周期同为 25a袁双辽和梨树霜期日数周期同为 17a遥 初霜日只有梨树周期为 10a袁 其他三站的周期均为20a袁周期变化程度比较一致遥 四平市各站终霜日abcd353025201510519851990199520002005201020152020年份353025201510519851990199520002005201020152020年份353025201510519851990199520002005201020152020年份353025201510519851990199520002005201020152020年份王子一袁等院1986要2020 年四平市霜冻变化特征分析37气象灾害防御第 30 卷图 5四平渊a冤尧双辽渊b冤尧梨树渊c冤尧伊通渊d冤终霜日周期变化周期差异较大袁终霜日周期四平最短袁为 10a曰伊通县最长袁为 22a袁且还伴有一个明显的 8a 周期曰双辽和梨树的周期幅度相近袁 分别为 17a 和 14a袁主要特点为周期相对较短袁强度大袁说明受气候变暖的影响较小袁可能与其所处的地理位置有关遥渊3冤四平市 1986要2020 年的霜期特征是初霜日推后袁终霜日提前袁霜期缩短遥 四平和双辽在平均霜期日数以及平均初尧终霜日非常接近遥梨树表现为平均霜期日数最少尧 平均初霜日最晚及平均终霜日最早遥伊通则与梨树的表现完全相反袁平均霜期日数最多尧 平均初霜日最早及平均终霜日最晚遥 四平市的霜期分布呈现出梨树少袁伊通多袁四平和双辽相对平均的态势遥渊4冤 四平市 4 站的霜期日数均呈现递减的趋势袁 但四平的霜期日数递减速率明显高于其他 3站遥 梨树虽然霜期日数变化速率并不突出袁 但是初尧终霜日及年霜期日数的变化幅度是最大的遥双辽由于气候干旱导致土壤沙化严重袁 沙质土白天受到太阳辐射袁升温迅速袁因此造成双辽年霜期日数和初尧终霜日的变化速率最小遥参考文献1何维勋袁冯玉香袁夏满强.解冻速率对作物霜冻害的影响J.应用气象学报袁1993袁4渊4冤院440-445.2 周静.太原市近百年气候变化特征分析J.科技与创新袁2019渊15冤院32-35.3李宪萍袁于翠红袁冯娟袁等.气候变化对黑龙江农业气象灾害的影响及对策J.安徽农业科学袁2008袁36渊32冤院14220-14222.4刘红杰袁倪永静袁任德超袁等.黄淮冬麦区晚霜冻易发时段冠层内最低气温分布及估算 J.中国农业气象袁2018袁39渊12冤院786-795.5施倩雯袁柯莉萍袁聂祥袁等.织金县短时强降水时空分布特征分析J.气象水文海洋仪器袁2022袁39渊2冤院49-52.6夏静雯袁高爱臻袁历侃.宁波市鄞州区 63 a 降雪变化特征及其影响因素分析J.气象水文海洋仪器袁2021袁38渊3冤院64-66.7谭娇袁丁建丽袁陈文倩袁等.近 54 年艾比湖绿洲太阳辐射变化特征J.气象科技袁2018袁46渊3冤院533-534.8魏婷婷袁杨楠袁刘彪.吉林省四平市霜冻天气分析预报J.北京农业袁2015渊36冤院146-148.9高翔袁高瑞华袁丁锡强袁等.日平均气温算法的比较分析J.气象水文海洋仪器袁2022袁39渊2冤院60-64.abcd353025201510519851990199520002005201020152020年份353025201510519851990199520002005201020152020年份353025201510519851990199520002005201020152020年份3025201510519851990199520002005201020152020年份菖 Title院2006.31386吟院6.11827957Sheeti院2.6281641238