邹海平 张京红 陈小敏 李伟光 白蕤 吕润

（1. 海南省气候中心 海南海口 570203；2. 海南省南海气象防灾减灾重点实验室 海南海口 570203）

海南岛地处热带，属热带季风海洋性气候，冬季（12月至翌年2月）均温为18.1~22.8℃[1]，为冬季瓜菜生产提供了极其有利的自然条件。目前，海南岛冬季瓜菜种植面积保持在20万hm2左右，出岛量近年均保持在300万t以上[2]。冬季蔬菜产业在海南省产业脱贫、促进增收和保障民生及建设海南自由贸易港等方面发挥着重要作用。海南已成为我国冬季北运蔬菜重要的生产基地，在全国冬季蔬菜市场发挥了不可替代的作用[3-4]。辣椒是海南冬季瓜菜生产的主要种类之一，年播种面积在4.1万hm2左右，是供应内地冬季“菜篮子”的第一大蔬菜品类[5-6]。但受冬季风影响，北方冷空气仍有可能影响海南，引发辣椒低温寒害[7]，导致减产。如2008年1—2月的低温给海南辣椒造成严重影响，辣椒生长缓慢、植株纤弱、大幅减产，个别地段绝收[8]。农业气象灾害等级指标的准确性及其时空分布特征是农业气象灾害研究的基础，只有正确判断灾害的活动区域及其发生频率，才能对研究区域灾害程度有直观、准确的了解，为下一步灾害监测和风险评估等提供科学依据[9]。因此，研究海南岛冬季辣椒寒害指标及其时空变化规律显得十分必要。

诸多学者对水稻冷害[10]、热害[11]、雨洗花灾害[12]，玉米冷害[13]、干旱[14-15]，冬小麦冻害[16]、干旱[14]，油菜涝渍害[17]等农业气象灾害指标及时空变化特征开展了细致的研究。在辣椒寒害方面，李娜等[18]以日最低气温≤10.0℃、持续日数≥3 d寒害过程的积寒和作为辣椒年度寒害气候致灾因子，并以此建立气候风险估算模型及综合气候风险区划指数模型，编制华南（广东、广西和福建）辣椒苗期和花果期寒害气候风险区划图。张蕾等[19]基于海南岛1998—2011年气象资料，以日最低气温≤12.0℃、持续日数≥5 d寒害过程的有害积寒和作为辣椒年度寒害气候致灾因子，综合孕灾敏感性、承载体易损性和防灾能力，对海南岛辣椒寒害进行风险评价与区划。上述研究主要是对辣椒年度寒害进行等级划分和风险区划，而未涉及历次辣椒寒害过程等级划分和不同等级辣椒寒害时空变化特征分析。谭宗琨等[20]利用霍治国等[21]编制的国家标准《辣椒寒害等级》征求意见稿对广西冬季露地栽培辣椒寒冻害进行分级，揭示其时空分布特征并进行风险评估与区划。2017年，霍治国等[21]针对华南地区编制的国家标准《辣椒寒害等级》（GB/T 34965—2017）正式实施，该标准规范了辣椒寒害致灾因子和等级，为辣椒寒害等级划分、时空变化规律分析和监测预警等奠定了坚实的基础。但该标准并未考虑低温阴雨对辣椒的影响，低温阴雨会使得辣椒光合作用减弱而导致抗寒能力削弱。为此，本研究利用海南岛18个气象站1968—2017年气象数据和灾情数据，在《辣椒寒害等级》基础上融合辣椒低温阴雨灾害指标，进而分析海南岛冬季辣椒寒害发生规律，以期为海南岛冬季辣椒抗寒减灾提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 材料

气象资料来自海南省气象信息中心，包括海南岛18个气象站1968年12月1日至2018年2月28日的逐日平均温度、最低温度和日照时数。灾情数据来自《中国气象灾害大典·海南卷》[7]及海南省气候中心和海南省气象台调研、收集整理的灾情库。

1.2 方法

1.2.1 辣椒寒害指标确定气温低于 15℃辣椒生长发育受阻[22]，在海南冬季低温阴雨天气日照时数明显偏少[7]。因此，辣椒低温阴雨指标设置为日均温≤15℃、日照≤2 h持续日数。通过辣椒寒害灾情资料确定不同等级辣椒苗期和花果期低温阴雨持续日数（表1）。若该指标与《辣椒寒害等级》发生冲突则取灾害等级更重者。

表1 辣椒低温阴雨指标

1.2.2 分析时段确定海南冬季辣椒寒害主要发生在12月至翌年2月，同一地方辣椒种植时间各异，导致同一地方同一时间处于苗期和花果期的辣椒同时存在，因此，对12月至翌年2月每月辣椒苗期和花果期寒害时空规律均予以分析。

1.2.3 气候倾向率计算利用一元线性回归方程斜率的10倍表示气候要素的变化倾向率。采用F检验法对拟合的回归方程进行显著性检验（α=0.05）。

1.2.4 站次比计算辣椒寒害站次比是指某一年份某一区域内某级辣椒寒害发生的站数占该区域内全部站数的比例，用于评价寒害影响范围的大小（%），即：

式中，Yj为辣椒寒害站次比，j为某年，m为某级辣椒寒害发生的站数，M为全部站数，即18。

1.2.5 数据分析气象指标的空间分布图采用ArcGIS9.3软件中的IDW模块插值生成，栅格大小为200 m×200 m。采用自然断点法对气象指标进行分级。

2 结果与分析

2.1 寒害指标的适应性验证

利用1968—2018年寒害灾情资料对辣椒寒害指标准确性进行验证，结果表明，海南岛苗期37个样本和花果期35个样本中灾情与辣椒寒害指标计算结果符合的样本数分别为32和29个，符合率分别为86%和83%。为保证寒害指标的可靠性，利用2019—2022年辣椒寒害灾情调研数据对指标进行再次验证，结果表明，苗期4个样本和花果期4个样本中灾情与指标计算结果符合的样本数均为3个，符合率为75%。以澄迈县为例，2022年2月19日至24日受强冷空气影响，海南岛出现强降温和阴雨天气，按照本文构建的辣椒寒害指标计算得出澄迈县花果期辣椒寒害等级为轻度，经实地调研，花果期辣椒受精不良，坐果率降低，实际受害等级亦为轻度。可见本文构建的辣椒寒害指标可用于海南岛冬季辣椒寒害变化规律分析。同时在研究中发现，2008年海南遭遇当时39年一遇的极端低温阴雨天气，经济损失近10亿，大部分地区辣椒受灾达到极重度级别，而利用《辣椒寒害等级》计算得到的辣椒寒害等级为轻度至中度，利用辣椒低温阴雨指标计算的寒害等级主要为极重度，可见将低温阴雨指标融合进《辣椒寒害等级》切实可行。因篇幅有限，仅列举作为代表性站点的澄迈县灾情验证结果（表2）。

表2 海南岛典型站点辣椒寒害调查结果与利用指标判断结果的匹配情况

2.2 辣椒寒害发生次数的变化特征

2.2.1 空间分布

（1）各月寒害发生次数 图1为冬季各月辣椒苗期寒害发生次数空间分布图。可见，海南岛12月至翌年2月辣椒苗期寒害50年发生总次数分别为0~22（图1-a）、1~34（图1-b）和0~19（图1-c），均值分别为11.3、16.4和10.7。各月辣椒苗期寒害发生总次数均大致由中部、西北部向沿海地区减少。各月辣椒花果期寒害发生总次数空间分布与苗期对应月份类似。

图1 各月辣椒苗期寒害发生次数空间分布

（2）各月不同等级寒害发生次数 图2为12月辣椒苗期不同等级寒害发生次数空间分布图。可见，海南岛12月辣椒苗期轻度至极重度寒害50年发生总次数分别为0~9（图2-a）、0~7（图2-b）、0~5（图2-c）和0~5（图2-d）。12月辣椒苗期轻度至重度寒害发生总次数大致自中部、西北部向沿海地区减少，极重度寒害大致自中部向沿海地区减少。12月辣椒花果期不同等级寒害发生总次数空间分布与苗期对应等级类似。

图2 12月辣椒苗期不同等级寒害发生次数空间分布

1月辣椒苗期寒害发生总次数空间分布与12月辣椒苗期对应寒害等级相似，花果期仅极重度寒害发生总次数与12月辣椒花果期对应等级不同，大致自西北向东南减少；2月辣椒苗期寒害发生总次数空间分布仅中度寒害与12月辣椒寒害对应等级相似，轻度和极重度寒害发生总次数大致自北向南减少，重度寒害大致自中部向沿海地区减少。2月辣椒花果期各等级寒害发生总次数与12月辣椒花果期对应寒害等级均不同，轻度和极重度寒害发生总次数大致自北向南减少，中度和重度寒害分别大致自中部向沿海地区和西北向东南减少。

总体而言，海南岛冬季12月和1月辣椒苗期和花果期寒害50年发生总次数及各等级寒害50年发生总次数空间分布均主要由中部、西北部向沿海地区减少，2月则主要由北向南减少和中部向沿海地区减少。

12月辣椒苗期轻度至极重度寒害发生总次数占当月总次数的比例均值分别为45.8%、32.7%、16.8%、4.7%，1月相对应的占比均值分别为48.1%、41.1%、8.5%、2.3%，2月分别为51.2%、32.2%、10.6%、6.0%；12月辣椒花果期轻度至极重度寒害发生总次数占当月总次数的比例均值分别为72.1%、22.6%、3.3%、2.0%，1月相对应的占比均值分别为84.1%、11.5%、4.2%、0.2%，2月分别为73.3%、16.2%、4.7%和5.8%。可见，冬季各月辣椒苗期和花果期均分别主要以轻、中度寒害和轻度寒害为主。

2.2.2 时间变化表3为冬季各月辣椒苗期寒害年发生次数变化趋势。可看出，12月、1月和2月辣椒苗期寒害年发生次数呈减少趋势的站点个数分别为17、17和15个，其中减少显著的站点分别有1、0和2个；呈增加趋势的站点分别为0、1和1个；无变化趋势的站点分别有1、0和2个。具体到各寒害等级上，12月除辣椒轻度寒害年发生次数呈增加趋势的站点较多（6个且主要分布在北部）外，其余等级寒害绝大多数站点以减少趋势或无变化趋势为主，此为绝大多数站点12月辣椒苗期寒害年发生次数随时间减少的原因；1月除辣椒轻度和中度寒害年发生次数呈增加趋势的站点较多（6、5个且分别主要分布在北、中部）外，其余等级寒害绝大多数站点以减少趋势或无变化趋势为主，但因同一站点轻度和中度寒害呈增加趋势并不同时出现，这就导致绝大多数站点1月辣椒苗期寒害年发生次数呈减少趋势；2月除辣椒极重度寒害年发生次数呈增加趋势的站点较多（12个且主要分布在北、中部）外，其余等级寒害绝大多数站点以减少趋势或无变化趋势为主，这就导致绝大多数站点辣椒苗期2月寒害年发生次数呈减少趋势。

表3 冬季各月辣椒苗期寒害年发生次数变化趋势

冬季12月和2月辣椒花果期寒害年发生次数变化趋势与苗期相似，1月稍有不同，其仅轻度寒害年发生次数呈增加趋势的站点较多（5个且主要分布在中部）外，其余等级寒害绝大多数站点以减少趋势或无变化趋势为主。

2.3 辣椒寒害发生站次比的变化特征

表4为冬季各月辣椒苗期和花果期寒害发生站次比均值及变化趋势。可看出，12月、1月和2月辣椒苗期寒害发生站次比均值分别为18.0%、29.0%和19.1%，说明辣椒苗期寒害影响范围1月>2月>12月。各月辣椒苗期不同等级寒害发生站次比均值轻度>中度>重度>极重度，表明冬季各月辣椒苗期寒害影响范围轻度>中度>重度>极重度。辣椒花果期寒害发生站次比总体亦表现出类似规律。随时间变化上，除2月辣椒苗期和花果期极重度寒害发生站次比呈现出不显著增加趋势（气候倾向率分别为0.93%/10a、0.85%/10a）外，2月其余等级和12月、1月寒害（含各等级）发生站次比均表现出减少趋势，且仅2月辣椒花果期轻度寒害发生站次比显著减少。可见，总体上冬季各月辣椒苗期和花果期寒害（含各等级）发生影响范围随时间在缩小。

表4 冬季各月辣椒苗期和花果期寒害发生站次比均值及变化趋势

3 讨论

灾情验证表明，在国家标准《辣椒寒害等级》基础上构建的考虑低温阴雨对辣椒影响的辣椒寒害指标准确性较高。将该指标用于分析海南岛冬种辣椒寒害时空变化规律，做如下讨论。

（1）总体上，海南岛冬季12月和1月辣椒苗期和花果期寒害50年发生总次数及各等级寒害50年发生总次数空间分布均主要由中部、西北部向沿海地区减少，2月则主要由北向南、中部向沿海地区减少。因此，海南岛12月和1月需重点防范中部、西北部地区辣椒寒害，2月则为北、中部地区。在辣椒苗期和花果期寒害发生等级上，冬季各月均分别主要以轻、中度和轻度为主。时间变化上，海南岛绝大多数站点冬季各月辣椒苗期和花果期寒害年发生次数呈不显著减少趋势，这与当前气候变暖背景下我国寒潮事件减少[23]、海南省冷事件发生频率整体降低[24]事实吻合，对海南岛辣椒种植总体有利。但海南岛12月北部地区轻度寒害，1月北、中部地区轻、中度寒害，2月北、中部地区极重度寒害年发生次数不显著增加，需引起重视，尤其需重点防范2月极端寒害对辣椒的不利影响，这与当前气候变化背景下我国极端天气事件频率增加事实亦吻合[25]。

（2）总体而言，辣椒寒害发生站次比均值1月>2月>12月、轻度>中度>重度>极重度，近50年来冬季各月辣椒苗期和花果期寒害（含各等级）发生站次比在减小。

辣椒寒害受灾程度除与气象条件有关外，还与辣椒品种[26-27]、管理水平（如水肥、抗寒保暖）[28-29]等因素有关，同一地块，不同的辣椒品种和管理水平，辣椒抗寒能力亦会不同，最终导致受灾程度不同。本研究构建的辣椒寒害气象指标并未考虑上述因素，因此以后的研究将不断完善改进辣椒寒害指标，以提高辣椒寒害气象指标的准确度，进而提高海南岛冬季辣椒寒害监测预警水平。此外，本文用18个气象站点辣椒寒害发生次数进行空间插值得到全省辣椒寒害发生次数空间分布图，准度有待提高，后续研究将构建气象因子与经纬度、海拔高度、地形等因子关系，再进行空间计算，从而得到更准确的本省辣椒寒害发生次数空间分布图。