杨洋，张磊，陈豫英，郭晓雷，李红英

(中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏 银川 750002)

中国西北属干旱半干旱地区，对全球气候变化响应敏感，并对区域和全球气候变化具有相应的反馈作用[1].在全球气候变暖背景下，极端天气气候事件的发生愈加频繁[2-4]，全许多地区仍然受到低温冷害的侵袭[5]，宁夏也是低温冷害频发的省份之一，尤其是晚霜冻，很容易造成处于开花、结果和萌发期的经济林果受冻，轻者减产，重者造成绝产[6].春季4～5月份为贺兰山东麓酿酒葡萄出土放条～春梢生长期，此时期气温变化大，冷空气活动相对频繁，容易造成酿酒葡萄幼芽或新梢受冻[7]，如遇-3 ℃以下低温，容易造成萌芽受冻，甚至脱落，从而影响产量[8]；进入新梢生长期若遇到-1 ℃的低温，嫩梢和幼叶就很容易受冻[9-10]，对酿酒葡萄产量和品质影响较大[11].霜冻危害起决定性作用的是低温和低温持续时间等关键因子[12]，对同一发育期的葡萄来说，温度越低，持续时间越长，冻害程度越严重[13].2012年4月11日宁夏大部出现降雪天气，12日凌晨，全区出现较大幅度的降温天气，大部地区达到重霜冻指标，霜冻天气使贺兰山东麓部分已经放条的葡萄受到较大影响，特别是已经萌发的枝芽受冻死亡，影响抽条和后期生长，降雪在树枝和花上形成冰冻，延长了花的受冻时间，加重了受冻程度； 2018年4月上旬出现一次大范围、长时间、强降温的霜冻天气过程，青铜峡及以北各酿酒葡萄产区已出土的酿酒葡萄受不同程度霜冻危害.在长期的气象服务中发现，不同低温持续时间对酿酒葡萄的危害程度也不尽相同[14]，温度越低、持续时间越长，作物受冻率越高[15]，霜冻日低温持续时间又主要受大环流形式的强弱和持续时间、冷空气侵入路径、地面冷锋过境、霜冻线移动速度以及地形等综合条件的控制.

因此，对长时间序列各葡萄种植区霜冻日低温出现时间及不同低温强度的持续时间特征进行分析，有助于进一步了解葡萄园春季霜冻发生持续时间规律，对提前制定霜冻防御措施，做好霜冻灾害防御有指导意义[16].本文选取 2008～2016年宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄种植园区内区域自动站的逐小时最低气温资料[17]，主要分析了近几年宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄种植区春霜冻极端低温出现时间及低温持续时间的规律，结果对于开展霜冻预警、灾损失评估等工作具有一定的参考价值.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

宁夏贺兰山东麓区域气候干燥，光热条件好，是国内外葡萄栽培和酿酒专家认定的优质生态区[18]，且酿酒葡萄的种植区已逐步建成了以银川市、石嘴山市、青铜峡市、红寺堡区和农垦系统五大葡萄种植基地为主体的贺兰山东麓葡萄产业带，其中农垦系统于宁夏西北部，沿线涉及石嘴山市、银川市、吴忠市3个市区.因此，根据气候地理条件、种植情况和地理区域以及传统习惯，文中分石嘴山、银川、青铜峡、红寺堡4个种植区进行分析[17].

1.2 资料来源

气候资料收集宁夏贺兰山东麓4个酿酒葡萄种植区自动气象观测站2008～2016年4～5月小时最低气温数据(1.5 m处百叶箱最低气温)，每个种植区挑选1个代表性站点，站点选择原则：建站在酿酒葡萄种植园区内或与之距离较近、地形相近；建站时间较早，数据积累时间较长；数据缺测少、质量高.个别缺测数据用内插或距离最近站点的观测数据代补(石嘴山种植区2008年4月1～8日，2009年4月2日，2010年数据缺测；红寺堡种植区2013年数据缺测；青铜峡种植区2009年4月1日、2011年5月1～2日、2013年数据缺测.).

1.3 晚霜冻指标确定

酿酒葡萄在放条期内，如果遇到气温突降至0 ℃以下的天气，酿酒葡萄幼芽可能会因为温度过低死亡而导致减产[7]；温度越低，低温持续时间越长，受害程度越重，在宁夏贺兰山东麓地区的葡萄霜冻实际调查也有类似的结论.因此本研究将0 ℃作为统计宁夏酿酒葡萄晚霜冻的界限温度.宁夏气象科研所于2015～2016年利用霜冻试验箱开展了酿酒葡萄霜冻指标试验，发现-4 ℃的低温持续1 h，酿酒葡萄的开放芽、新梢和花序即会受到严重冻害，并且无法恢复，同时，在霜冻后的实际调查中发现，日最低气温低于-3 ℃，一般情况下葡萄受冻会非常严重[20].为了方便统计分析、研究，且更好地反映不同程度晚霜冻对酿酒葡萄的影响，将2 ℃作为一个等级，对宁夏酿酒葡萄晚霜冻分轻、中、重3个等级，因此，本研究采用的酿酒葡萄晚霜冻的气候指标为轻霜冻：-2 ℃

表1 宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄种植区基本情况[17]

2 结果与分析

2.1 霜冻日最低气温出现时间特征

根据所选气象资料，2008～2016年4～5月，石嘴山酿酒葡萄产区共有22 d出现霜冻(表1)；银川产区共有31 d出现霜冻；青铜峡产区共有26 d出现霜冻；红寺堡产区共有52 d出现霜冻.红寺堡种植区霜冻日数明显多于其他3个种植区，银川、石嘴山、青铜峡种植区霜冻日数相差不大.主要原因是红寺堡种植区海拔高度比其他种植区明显高，酿酒葡萄春季晚霜冻的风险也较高.

表2 2008～2016年宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄霜冻日情况

分析春季贺兰山东麓酿酒葡萄霜冻日最低气温出现的时间特征发现(图1)，各种植区最低气温出现时间分布在14个时次内，但集中出现在凌晨5∶00～7∶00，且所有种植区都是在7∶00出现天数最多.各种植区在5∶00～7∶00出现最低气温的天数占霜冻总日数的74%～82%，其中最低气温出现在7∶00的霜冻日占总数的41%～62%，因此在防御霜冻时根据最低气温出现的时间合理安排时间提前量.根据实际天气情况看，春季霜冻一般都是出现在凌晨，主要由于夜晚晴朗无风，地面因强烈辐射散热而出现低温.也有特殊情况，如云系较多的大风沙尘或雨雪天，冷空气倾入造成降温冻害，这种情况低温出现时间没有一定规律，分布在多个时次.如2008年4月21～22日、2010年4月12～13日、2011年5月9～10日、2012年4月11日、2013年4月7日、2014年4月24～25日、2016年4月2～3日都是出现了降水或大风沙尘，日最低气温都是出现在0～4时、10～11时或夜间，部分还出现连续两日气温都比较低的情况.因此要结合霜冻预报、预警，掌握霜冻发生的大致时间，把握酿酒葡萄果园防霜的最佳时机，提前根据天气条件，选择合适的防霜技术方法，保护葡萄嫩芽、新梢及幼叶免受伤害，提高防霜的实际效果[20].

图1 2008～2016年宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄霜冻日极端最低气温出现时间分布Figure 1 Temporal distribution of the daily lowest temperature in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.2 霜冻日0 ℃以下(含0 ℃)低温持续时间

从图2各种植区霜冻日低于0 ℃的持续时间特征可以看出，4个种植区都是在(0～4) h出现霜冻日数峰值.银川种植区低于0 ℃持续时间主要集中在(2～4) h，其次是(8～10) h，分别占霜冻日总数的42%和26%，其他不同持续时间也有分布但占比较小；石嘴山种植区持续时间从(0～10) h的霜冻日数有明显的减少趋势，大部分霜冻日主要集中在(0～4) h，占总数的64%；青铜峡种植区低于0 ℃的持续时间(0～2) h霜冻日数较少，持续时间(2～10) h至10 h以上的霜冻日有明显减少趋势，主要集中在(2～6) h，占总数的58%；红寺堡种植区总体上从(0～10) h至10 h以上是减少的趋势，低于0 ℃持续时间(0～4) h占44%，(0～6) h占62%，持续(0～8) h占79%.

图2 2008～2016年宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄霜冻日低于0 ℃的持续时间Figure 2 The minimum temperature duration which below 0 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.3 霜冻日-2 ℃以下(含-2 ℃)低温持续时间

从图3纵坐标可以看出，达到中度霜冻的次数明显少于达到轻霜冻出现次数，但-2 ℃以下低温持续时间仍能达10 h，且除石嘴山种植区以外的3个产区都是在(2～6) h出现霜冻日数峰值.银川种植区持续时间主要集中在8 h以内，其中(4～6) h最多，8 h以上出现较少；石嘴山种植区霜冻日低于-2℃持续时间(8～10) h最多，在(0～6) h内霜冻日数随持续时间的增加也有所增加，没有出现持续时间大于10 h的霜冻日；青铜峡种植区霜冻日低于-2 ℃持续时间(2～4) h最多，其次是(0～2) h和10 h以上；红寺堡种植区霜冻日低于-2 ℃的持续时间在8 h以内分布较为均匀，出现霜冻日数最多的是持续时间在(4～6) h，持续8 h以上霜冻日较少.

图3 2008～2016年宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄霜冻日低于-2 ℃的持续时间Figure 3 The minimum temperature duration which below -2 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

2.4 霜冻日-4 ℃以下(含-4 ℃)低温持续时间

霜冻日低于-4 ℃的持续时间特征可以看出(图4)，达到重度霜冻的次数较达到中度和轻度霜冻次数又明显减少，红寺堡次数最多为11次.-4 ℃以下低温持续时间较0 ℃和-2℃有所缩短，大多集中在8 h以内，只有青铜峡、红寺堡各有一次霜冻持续时间在8 h以上.其中，银川种植区霜冻日低于-4 ℃持续时间在(2～4) h最多；石嘴山种植区除持续(6～8) h的霜冻日略多外，持续 8 h以内的其他时间分布较均匀；青铜峡种植区出现了4 d持续-4 ℃以下的霜冻日，其中，1 d低于-4 ℃的持续时间在2 h以内，2 d在(6～8) h，1 d在(8～10) h；红寺堡出现重度霜冻日明显多于其他3个产区，霜冻日低于-4 ℃的持续时间主要集中在8 h以内，有一次超过10 h.主要由于霜冻日降温幅度越大，降温系统移动越慢，气温回升时间也会越长，低温持续时间也越长.

图4 2008～2016年宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄霜冻日低于-4 ℃的持续时间Figure 4 The minimum temperature duration which below -4 ℃ in the last frost during 2008～2016 for wine grape of helan mountain foothill

3 讨论

研究霜冻灾害风险及霜冻特征类的文献很多，但单独关注霜冻持续时间特征的比较少，本文从气候特征上初步分析了贺兰山东麓酿酒葡萄春季霜冻出现时间及霜冻日不同强度低温持续时间的特征，研究数据使用的酿酒葡萄园区内或最近自动气象站点的气候数据，比以往使用国家气象站的数据更具代表性，研究结果精细化程度也有所提高，与生产实际更吻合.研究结果中红寺堡地区霜冻日数明显多于宁夏北部3个种植区，在实际生产中，无论哪个地区若放条时间把握不好，放条过早，遇到霜冻天气，都会影响酿酒葡萄生产，所以种植户应根据短期和中长期预报合理安排酿酒葡萄放条，防止土内黄芽的同时避免霜冻灾害影响.如遇霜冻，通过掌握霜冻发生的大致时间及低温持续规律，结合霜冻预报、预警，提前根据天气条件，把握酿酒葡萄果园防霜的最佳时机，选择合适的防霜技术方法，保护葡萄嫩芽、新梢及幼叶免受伤害，提高防霜的实际效果.

霜冻是一个复杂的过程，受小气候、土壤质地、土壤含水量、地形地势、树龄、品种、发育期、栽培管理措施及影响系统等各种因素影响，因此，还需进一步考虑霜冻过程影响系统、霜冻类型、地形条件等，来细化分析霜冻日低温持续时间特征.虽然贺兰山东麓地区重度霜冻发生日数较少，但重度霜冻危害程度不可估量[22]，且在气候变暖的背景下，近年来极端天气气候事件有所增加，未来春季霜冻发生情况到底怎么样还难以预料.因此，对于气象部门来说，必须加强霜冻预报服务和监测，准确提供气象预报服务信息，指导广大农户及时采取相应的防霜技术措施，及早做好霜冻灾害防御及田间管理工作，保障酿酒葡萄健康发展[23].

4 结论

1) 红寺堡种植区霜冻日数明显多于其他3个种植区，银川、石嘴山、青铜峡种植区霜冻日数相差不大.

2) 霜冻日最低气温出现时间分布在14个时次内，但集中出现在凌晨5∶00～7∶00，在7∶00出现最多.

3) 由于影响系统、地形等影响，霜冻过程都较为复杂，不同地区降温幅度和不同低温强度持续时间也有差异.各种植区霜冻日0 ℃以下低温持续时间在(0～4) h出现最多，之后随着持续时间的延长霜冻日数减少；除石嘴山以外的种植区霜冻日-2 ℃以下低温持续时间在(2～6) h出现最多，之后随着持续时间的延长霜冻日数减少；达到重度霜冻的次数明显减少，红寺堡最多为11次，-4 ℃以下低温持续时间大多都在8 h以内.