马耀绒 韩蓓蓓 许伟峰 尹贞钤

（渭南市气象局，陕西渭南 714000）

我国是农业气象灾害多发重发地区[1]，在气候变暖背景下，做好农业气象灾害监测预测对现代农业发展具有十分重要的意义。春季倒春寒是影响大田作物和经济林果生长的主要气象灾害之一。不同学者对倒春寒做了一系列研究。黄继用等[2]提出由不同持续天数确定倒春寒等级的方法，并从倒春寒发生频率、灾害强度的平均状况或过程日数等方面对倒春寒空间分布特征进行了分析，提出了贵州省倒春寒灾害分区。张淑惠[3]研究发现，福建省轻度倒春寒的频率最大为33%，重度倒春寒的频率最小为13%，中度倒春寒与无倒春寒的概率相等。李 勇等[4]分析得出20世纪90年代贵州省倒春寒强度最强，50多年来西部高海拔地区、中部和北部地区倒春寒强度呈增强趋势，而东部、南部地区倒春寒强度呈略微降低趋势。李德萍等[5]指出青岛地区倒春寒主要为轻度倒春寒和中度倒春寒，主要发生在4月，且4月中下旬倒春寒发生概率最大，易造成霜冻和低温冻害。

倒春寒是严重影响渭南市春季农业生产的气象灾害。春季，渭南市冬小麦开始返青并进入拔节期，苹果、酥梨等陆续进入始花期、盛花期、幼果期，倒春寒天气导致冬小麦茎、叶受冻，经济林果发芽、展叶、开花、坐果受阻。研究指出，自20世纪90年代以来渭南市平均气温呈增暖趋势，春季冷空气入侵更容易造成危害，尤以4月最严重[6]。本文参考马耀绒等[6]的4月倒春寒研究结果，对渭南市近49年气象资料进行统计分析，探讨当地倒春寒发生的气象等级、概率、周期及时空演变特征，并通过分析当地灾情发生的气象条件，得出当地4月倒春寒致灾条件，以期为后期准确预测倒春寒发生、提高4月倒春寒防御能力提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象资料为渭南市11个县（市、区）国家气象站1971—2019年4月逐日平均气温、日极端最低气温资料。

1.2 研究方法

1.2.1 倒春寒气象指标。倒春寒是一种农业气象灾害。本文以较强冷空气标准[7-8]、渭南市春季气候特点、当地农作物是否受害[9-10]作为倒春寒的判断依据。倒春寒过程为：4月日平均气温距平＜0℃持续日数≥3 d，且持续时段极端最低气温≤2℃；或日最低气温48h降幅≥6℃，且持续时段极端最低气温≤2℃。2次倒春寒过程间隔≤2 d，记为1次过程。按照降温过程日极端最低气温，将倒春寒分为轻度、中度、重度3个等级：轻度倒春寒，2℃≥过程日极端最低气温＞0℃；中度倒春寒，0℃≥过程日极端最低气温＞-2℃；重度倒春寒，过程日极端最低气温≤-2℃。

1.2.2 Mortle小波分析。小波分析在时域和频域上同时具有良好的局部性质，通过小波分析可以得出时间序列周期变化的局部特征，能更清楚地看出各周期随时间变化的情况[11-12]。本研究选取Mortle小波函数，利用MATLAB软件完成时间序列边界效应消除、小波系数求取工作；在Suffer 8.0软件中绘制小波系数实部等值线图；根据小波方差及方差检验结果，完成小波方差图，绘制第一主周期和第二主周期小波系数图。

2 结果与分析

2.1 倒春寒发生频次和空间特征

根据渭南市4月倒春寒定义及等级指标统计，近49年渭南市4月倒春寒发生344站次，年均站次数为0.64站次，县域间差异明显，见图1（a）。年均站次数由北（除韩城市外）向南递减，高发区位于白水县、合阳县、澄城县一带，其中白水县年均站次数为0.98次；低发区分散在韩城市、潼关县、临渭区、蒲城县，其中潼关县年均站次数最低，为0.39次。近49年渭南市4月轻度倒春寒发生206站次，年均站次数为0.38站次，县域间差异较小，见图1（b）。年均站次数由北部（除韩城市外）和南部向中部减少，高发区位于白水县和华州区，其中白水县年均站次数为0.53次；低发区分布在中部和东部，其中蒲城县和潼关县年均站次数为0.29次。近49年渭南市4月中度倒春寒发生105站次，年均站次数为0.19站次，县域间差异明显，见图1（c）。年均站次数由北（除韩城市外）向西南减少，高发区出现在合阳县，年均站次数为0.37次；低发区出现在韩城市、临渭区，年均站次数为0.08次。近49年渭南市4月重度倒春寒发生33站次，年均站次数为0.06站次，县域间差异明显，见图1（d）。年均站次数由北（除韩城市外）向南减少，高发区位于白水县、合阳县、澄城县一带，其中白水县年均站次数为0.16次，即6年左右有1次重度倒春寒发生；低发区出现在韩城市、潼关县、大荔县、临渭区等地，其中韩城市、潼关县近49年无重度倒春寒发生。

图1 近49年渭南市4月各等级倒春寒年均站次数分布

2.2 倒春寒年代际变化

渭南市4月倒春寒年均站次数变化趋势（图2）显示：近49年渭南市4月倒春寒年均站次数呈下降趋势，下降速率为0.118站次/（10 a）。20世纪70年代曲线缓慢上升，1980年达最高值（年均站次数为2.00站次），10年间全市年均站次数为1.01站次。1980年后曲线开始下降，年均站次数在平均线上下摆动，年均站次数线下年份明显多于线上年份。20世纪80年代年均站次数降至0.63站次，90年代年均站次数降至0.53站次。21世纪初（2001—2010年）略有回升，年均站次数为0.65站次，2010年年均站次数出现20世纪90年代以来的最高值（1.55站次）。2010年后继续下降，至21世纪10年代降至0.32站次。近49年全市4月无倒春寒发生年份共4年，分别为1984年、1999年、2008年和2014年。

图2 近49年渭南市4月倒春寒年均站次数变化趋势

2.3 倒春寒时间序列周期变化

2.3.1 小波系数实部分析。图3反映了倒春寒年均站次数在不同时间尺度上的周期变化，通过图3可进一步判断在不同时间尺度上年均站次数的未来变化情况。近49年渭南市4月倒春寒年均站次数存在4～6、6～13、15～20、22～32 a 4 类时间尺度周期变化规律，其中：4～6、6～13 a时间尺度上出现 8 次少—多交替振荡；22～32 a时间尺度上存在3次多—少交替振荡。以上3种时间尺度表现稳定，具有全域性。

图3 小波系数实部等值线图

2.3.2 小波方差、主周期分析。从图4可以看出，渭南市4月倒春寒存在4个较为明显的峰值，依次对应6、10、17、28 a时间尺度。其中：最大峰值对应6 a时间尺度，周期振荡最强，为第一主周期；第二峰值对应10 a时间尺度，为第二主周期；第三峰值、第四峰值分别对应28、17 a时间尺度，为第三、第四主周期。根据方差检验结果，绘制第一、第二主周期系数图。通过主周期趋势图可以看出，4月倒春寒年均站次数存在的平均周期和多—少变化。图4中6 a时间尺度上年均站次数变化平均周期为4 a左右，存在12次少—多振荡；10 a时间尺度上年均站次数变化平均周期约为6.5 a，出现8次少—多振荡。通过对比分析可知，渭南市4月倒春寒周期与重灾区白水县4月发生倒春寒的时空变化具有较好的一致性。

图4 倒春寒年均站次数第一、第二主周期系数图

2.4 致灾性倒春寒发生的气象条件

20世纪60年代以来，渭南市4月上旬出现12次较强倒春寒天气，出现时间多集中在清明前后，最强倒春寒出现在1962年，1969年次之，2018年倒春寒强度排第5位（表1）。以2018年4月倒春寒为例，4月6日晚至7日凌晨渭南市气温剧烈下降，地面最低温度降至-4.8～-0.8℃，大部分地方出现了霜冻，其中：69个乡镇极端最低气温＜0℃；39个乡镇极端最低气温＜0℃持续时间长达4 h以上；7个乡镇极端最低气温＜0℃持续时间达8 h以上；潼关县善车峪及澄城县庄头镇极端最低气温＜0℃持续时间达10 h。从低温分布空间来看，渭南市中北部最低温度普遍低于0℃，白水县最低达-3.2℃，南部为-0.4～3.7℃，最低温度出现在华阴市华阳县，为-4.9℃。此次倒春寒导致中北部部分苹果开花受到影响，部分樱桃、酥梨、桃、杏等幼果受冻，花椒新芽发暗，南部部分猕猴桃、葡萄叶片凋萎，局地植株发黑，山区核桃花叶受冻严重，部分绝收。据不完全统计，此次倒春寒灾害共造成渭南市9 666.87 hm2农作物受灾，直接经济损失约4 122万元。

表1 1960—2019年渭南市倒春寒强度对比分析

3 结论与讨论

（1）渭南市4月倒春寒年均出现0.61站次，并且4月初发生中度倒春寒的概率较高，轻度倒春寒和中度倒春寒占比较大，分别为59.9%和30.5%，重度倒春寒仅占9.6%。受气候变暖影响，渭南市4月倒春寒年均站次数呈下降趋势，20世纪70年代全市年均站次数最多，21世纪10年代最少。1980年达最高值，1984年、1999年、2008年及2014年全市无倒春寒发生。

（2）渭南市4月倒春寒分布呈现北部重、南部次之、中部及韩城市偏少的特点。县域之间的差异明显，重灾区处于白水县、澄城县、合阳县一带。年均站次数变化过程存在 4～6、6～11、12～17、25～32 a 4 类时间尺度周期变化规律。6、10、28、17 a时间尺度对应倒春寒年均站次数第一、第二、第三、第四主周期。6 a时间尺度经历12次少—多振荡，10 a时间尺度经历8次少—多振荡。4月倒春寒周期与重灾区白水县4月发生倒春寒的时空变化具有较好的一致性。

（3）本文中倒春寒的定义是根据渭南市当地气候特征和主要农作物、经济林果受冻指标确立的，而未采用《倒春寒气象指标》（GB/T 34816—2017）。 究其原因主要是北方倒春寒以晴空辐射降温为主，主要表现为最低气温的降温幅度剧烈，低温持续时间一般不超过3 d，但是由于降温导致最低气温已经降至经济林果花、幼果和冬小麦拔节期冻害指标范围，同样容易导致灾害发生。以2018年渭南市发生的重度倒春寒为例，采用《倒春寒气象指标》（GB/T 34816—2017）统计分析，渭南市倒春寒最严重的白水县只发生轻度倒春寒，其余地区均无倒春寒出现。该标准采用的是平均气温和低温持续时长＞3 d，主要适应于南方水稻在春季遇阴雨天气、气温持续下降时出现的倒春寒。然而，北方经济林果花期倒春寒指标等研究[9，13]均采用致使作物受冻的最低气温的临界值为标准。