朱凌金，李 青，丁发明，李 建

（1.赣州市赣县区气象局，江西 赣县 341100；2.兴国县气象局，江西 兴国 342400）

赣南地处江西省南部，位于24°29'N—27°09'N，113°54'E—116°38'E，境内气候温和，无霜期长，四季分明，热量丰富，降水充沛，属典型的亚热带湿润季风气候区。赣南设施蔬菜规模扩增迅速［1］，截至2021 年底，赣州市累计建成规模蔬菜基地2.6 万hm2左右，其中设施蔬菜基地近2 万hm2，设施蔬菜已成为赣州市主要的农业支柱产业。然而，在全球气候变化的大背景下，冬季低温冻害已成为影响赣南大棚蔬菜生产的主要气象灾害，如2018 年1 月和2 月的2 次降温以及2020 年1 月上旬的低温霜冻，对赣州市蔬菜生产造成了较大影响，许多园区损失惨重［1］。因此，研究分析赣南大棚蔬菜冬季不同低温灾害指标发生的时空分布规律，开展低温灾害气候风险评估具有重要意义。

国内学者在设施小气候环境要素模拟与预测和设施内外部气象要素变化规律等方面的研究较为成熟［2-4］。刘璐等［5］基于GIS 技术对陕西省设施农业越冬期低温冻害进行了精细化风险区划；杨再强等［6］的研究发现，南方塑料大棚的主要气象灾害是冻害；蔡冰等［7］利用温室内外观测数据构建了设施农业小气候模型，再利用DEM 数据对江苏省设施农业气象灾害进行了风险等级区划；李德等［8］和乐章燕等［9］利用年极端低温气候概率及其波动性以及不同等级低温指标发生频率、发生强度等要素构建设施农业低温风险指数并进行评估。

北方设施农业以日光温室为主，且对棚内作物黄瓜、番茄的低温冷害影响机理和阶段的研究较多［10-15］，而对南方塑料大棚冬季低温风险和评估的研究较少，本研究针对赣南大棚蔬菜的生产实际，利用1961—2020 年赣南17 个市（县、区）气象站逐日最低气温观测资料，采用气候倾向率、M-K 检验等数理统计方法，对赣南大棚蔬菜冬季低温灾害的时空分布和低温灾害风险进行评估，为减少或避免赣南蔬菜产业冬季低温灾害风险及科学合理利用气候资源提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料

气象资料来源于江西省气象信息中心，选取赣州市17 个市（县、区）气象站1961—2020 年12 月至翌年2 月逐日最低气温气象观测资料以及各县气象站所在地的经度和纬度资料，站点分布见图1。

图1 气象站站点分布

1.2 方法

1.2.1 大棚蔬菜低温灾害指数计算 年极端最低气温标准差（σ）能反映某地历年的年极端最低气温数据离散程度（或称波动程度）［16］，标准差越大，冬季年极端最低气温波动程度越大，对当地设施农业影响也越大。

低温出现频率（F）指某地历年出现某一低温灾害指标的年数与总年数之比，反映受低温风险影响程度［9］，F越大表明低温的危害性越大，表达式如下。

式中，F为某一界限指标低温出现频率；n为某地历年出现低于某一界限指标的极端最低气温的年份数；N为总年数。

低温发生强度（S）是指某地冬季某一设施农业类型遭受低温灾害的强度［8］，当最低气温降至喜温蔬菜生理温度指标下限时，会对大棚内的蔬菜生产造成危害，低温发生强度越大其遭受低温冻害的风险也就越大，具体算式如下。

式中，S为低温发生强度；d为某地历年冬季出现某一低温灾害指标的平均日数；M为该地历年冬季平均日数，本研究冬季平均日数取90 d（闰年取91 d）。

1.2.2 大棚蔬菜低温灾害综合风险指数计算 在赣南，冬季对大棚蔬菜的危害多为冻害，随着外界气温的降低（低于-3.0 ℃），塑料大棚内部最低气温也随之降至0 ℃或以下时，会给蔬菜生产带来危害。低温出现频率（F）、标准差（σ）、低温发生强度（S）在一定程度上能反映冬季大棚蔬菜受低温灾害影响的程度，对上述3 个低温灾害指数分别进行归一化处理，并用等权重法求平均值，可得到大棚蔬菜低温灾害综合风险指数（P），具体算式如下。

式中，Xij为第i站第j个低温灾害指数的归一化值，i＝1，2，3，…，17；j＝1，2，3；xij为第i站第j个低温灾害指数值；xmax和xmin分别为17 个气象站第j个低温灾害指数的最大值和最小值；P为低温灾害风险指数。本研究将赣南大棚蔬菜冬季低温灾害风险分为3个等级，分别为轻度风险、中度风险、重度风险。

1.2.3 研究方法 运用DPS 数据处理系统［17］，采用一元线性回归方法分析年极端最低气温随时间变化的倾向率。采用Mann-Kendall（M-K）检验方法［18，19］进行变化趋势分析及突变检验，给定的显著性水平为0.01，对应的临界值等于±2.576。运用Surfer 地理数据网格化绘图软件绘制低温灾害指数和低温灾害风险指数分布图。

2 结果与分析

2.1 大棚蔬菜冬季低温灾害时空分布

2.1.1 年极端最低气温 图2a 是赣南1961—2020年逐年年极端最低气温。60 年赣南年极端最低气温总体呈明显的升高趋势，增温倾向率为每10 年0.3 ℃，通过了0.05 显著性水平检验。年极端最低气温年际变化大，最低值出现在1962 年，为-8.0 ℃；年最低气温≤-5.0 ℃、≤-3.0 ℃出现频率分别为35%和72%。M-K 检验结果显示，UF 曲线20 世纪60—90年代呈阶梯式上升趋势，至2003 年达到最高值，随后呈波浪式下降趋势，并在临界值附近波动，如图2b 所示。由图2b 可见，从1996 年开始UF 大于0.01显著性水平的临界值（2.575 8），表明年最低气温增温显著。UF、UB 曲线在1980 年出现交点，表明赣南年极端最低气温在1980 年出现了显著增温的突变。

图2 1961—2020 年赣南逐年极端最低气温变化（a）和M-K 突变检验（b）

图3 a 是赣南各地年极端最低气温分布情况。由图3a可见，赣南年极端最低气温在-8.0～-4.2 ℃，年极端最低气温以中部的赣县区、于都县、南康区、信丰县、定南县和寻乌县等地为最高，极端最低气温在-6.0 ℃以上，由中部向东北和西南逐渐降低，最低值出现在崇义县，次低值出现在石城县。

图3 赣南年极端最低气温分布（a）和年最低气温≤-3.0 ℃（b）、≤-5.0 ℃（c）的频率分布

2.1.2 低温发生频率 图3b、图3c 分别为年极端最低气温≤-3.0 ℃和≤-5.0 ℃的频率分布情况，可以看出，赣南东北部的石城县和宁都县以及西部的崇义县等地出现年最低气温≤-3.0 ℃和≤-5.0 ℃的频率较高，分别为0.60 和0.15；赣南中部的赣县区、于都县、南康区和信丰县等地区的频率较低，分别为0.30和0.05；其余地区的频率介于两者之间。

2.1.3 低温强度指数 图4 是不同等级低温强度指数的分布，由图4a 可见，石城县、宁都县、崇义县、大余县和全南县≤0 ℃的低温强度指数都较大，表明这些地区出现低温灾害的风险较大。从图4b 可以看出，石城县、崇义县和全南县≤-3.0 ℃的低温强度指数最大，是赣南低温灾害的高风险区域。由图4c 可见，赣南≤-5.0 ℃的低温强度指数较小，表明赣南大部分地区出现≤-5.0 ℃的低温灾害风险较小。

图4 赣南不同等级低温强度指数的分布

2.1.4 年极端最低气温标准差 年极端最低气温标准差（σ）能较好反映某地历年的年极端最低气温数据离散程度（也称波动程度），标准差越大，冬季年极端低温波动程度越大，对当地设施农业影响也越大［9］。图5 是赣南各地区年极端最低气温的标准差（归一化）分布结果。由图5 可知，石城县、宁都县、瑞金市、会昌县、崇义县、全南县和定南县的部分地区年极端最低气温标准差较大，说明冬季极端低温波动较大，低温灾害的风险较高。其余地区冬季极端低温变化较小，以南康区和信丰县冬季极端低温的波动最小，该地区出现低温灾害的风险较小。

图5 赣南年极端最低气温标准差的分布

2.2 赣南大棚蔬菜冬季低温灾害风险评估

由式（4）得到赣南大棚蔬菜冬季低温灾害综合风险指数，各地低温灾害风险分布见图6。将各地的P由小到大进行排序，利用有序样本聚类法［20］将其划分为3 个区间（等级），从而得到赣南各地冬季大棚蔬菜遭受低温冻害的综合风险等级评估指标，结果见表1。

表1 赣南冬季大棚蔬菜低温灾害综合风险评估指标

图6 赣南大棚蔬菜冬季低温灾害风险指数

由图6 和表1 可知，赣南大棚蔬菜冬季低温灾害重度风险区主要分布在东北部、西部和西南部的部分地区，包括石城县、宁都县、崇义县、全南县和上犹县、大余县、瑞金市的部分地区，该区低温灾害风险指数在0.6 以上，出现低温灾害的风险高，应特别注意防范低温灾害对大棚蔬菜的影响；建议这些地区发展大棚蔬菜时宜采用双膜钢架大棚，有条件的也可采用三膜钢架大棚，棚内宜种植耐低温蔬菜品种，如种植不耐寒瓜菜，则应准备棚内增温设施以防冬季低温的危害。中度风险区主要分布在兴国县、会昌县、安远县、寻乌县和瑞金市、上犹县、大余县的大部分地区以及龙南市、定南区的部分地区，该地区低温灾害风险指数在0.3～0.6，出现低温灾害的风险较高，应加强防范低温灾害对大棚蔬菜生产的不利影响；这些地区宜采用双膜钢架大棚，为提高大棚蔬菜生产的经济效益，可采用种植耐寒蔬菜品种为主，喜温瓜菜品种为辅的搭配方式，但遇强低温时要注意防范低温灾害的不利影响。轻度风险区主要分布在赣南中部的赣州盆地，包括赣县区、南康区、信丰县、于都县和龙南市、定南县、上犹县的部分地区，该地区低温灾害风险指数在0.3 以下，冬季出现低温灾害的风险相对较小，有条件的可采用双膜钢架大棚，棚内种植经济效益高的喜温蔬菜，但遇强低温时要注意防范低温灾害对蔬菜的影响。

3 小结与讨论

1）近60 年赣南年极端最低气温总体呈明显的增温趋势，增温倾向率为每10 年0.3 ℃，且年极端最低气温在1980 年出现了显著增温的突变。年极端最低气温以中部的赣县区、于都县、南康区、信县丰、定南县和寻乌县等市（县、区）为最高，极端最低气温均在-6.0 ℃以上，由中部向东北和西南逐渐降低。

2）赣南大棚蔬菜冬季低温灾害重度风险区主要分布在东北部、西部和西南部的部分地区，包括石城县、宁都县、崇义县、全南县和上犹县、大余县、瑞金市的部分地区；中度风险区主要分布在兴国县、会昌县、安远县、寻乌县和瑞金市、上犹县、大余县的大部以及龙南市、定南县的部分地区；轻度风险区主要分布在赣南中部的赣州盆地，包括赣县区、南康区、信丰县、于都县和龙南市、定南县、上犹县的部分地区。

3）赣南主要设施蔬菜类型为单膜钢架大棚和单膜竖式顶通风连栋钢架大棚，大棚内的温度直接受外界环境温度的影响，遇强降温或冰霜冻时易出现低温灾害。相关研究［21，22］表明，冬季极端最低气温出现≤-5.0 ℃的气候概率＜80%的地区，可采取单层塑料大棚生产喜温蔬菜。赣南冬季极端最低气温≤-5.0 ℃的平均气候概率（频率）为9%，其中石城县最高为20%，表明赣南发展大棚蔬菜具有较好的气候资源优势，适宜大棚蔬菜生产。

4）利用3 个低温灾害指数对赣南大棚蔬菜低温灾害进行综合风险评估，综合风险评估指数不仅考虑了年极端最低气温的波动性、冬季最低气温≤-3.0 ℃和≤-5.0 ℃的出现频率，还结合了低温灾害发生的强度指数，从而弥补了单一要素［23，24］风险评估的不足。但由于大棚内的温度除受外界环境温度的影响外，还与大棚覆盖方式、覆盖物质量等因素有关［25］，所以，随着大棚蔬菜生产水平的不断提高，今后还需要对低温灾害指标进行修正。

5）不同作物不同生育期遭受低温灾害的下限温度指标不尽相同，耐寒和半耐寒作物可耐0 ℃以下的低温，而喜温作物则不能忍受0 ℃以下的低温［21，22，25］，当棚内温度低于0 ℃时将出现低温灾害风险。当棚内种植喜温的茄果类蔬菜时，为了防御和减免冬季低温灾害对赣南大棚蔬菜生产造成危害，要注意关注当地天气预报，遇低温时可通过棚内增温或加膜覆盖等方法减轻低温灾害的影响。