北京園林樹木遭受倒春寒凍害的春季溫度特征分析

蘭欣 劉洋 張宇 魏紅旭

摘要[目的]探討北京市園林樹木遭受倒春寒凍害的春季溫度特征。[方法]根據溫帶倒春寒天氣特征，對北京市的春季溫度進行分析，并根據建成區公園樹種組成分析倒春寒凍害的潛在威脅。[結果]倒春寒在40° N附近溫帶地區的發生規律是在4月份正常春季物候開始之前氣溫提前回暖并持續5 d以上后，最低氣溫立刻驟降至0 ℃以下所發生的凍害。2011—2016年北京市頻繁發生倒春寒跡象，但是與2011—2013年相比，2013—2016年倒春寒天氣跡象中的低溫天數有所減少。[結論]北京市的多數落葉喬木都曾有遭受倒春寒凍害的記錄，而常綠樹種的受害比例較低。建議在未來北京城市綠化中多采用常綠樹種代替落葉樹種，以降低樹木遭受倒春寒凍害的風險。

關鍵詞晚春凍害；春季低溫；氣候變化；園林植物；物候節律；災害預警

中圖分類號S716文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）05-0170-03

Abstract[Objective]To study city garden trees suffered frost in spring late spring coldness temperature characteristics in Beijing.[Method] Spring temperature in Beijing was analyzed according to the characteristics of late spring frost （LSF） in temperate area in 2011-2016. The potential threat of LSF was predicted on ornamental trees based on the component of their species in large parks of constructed areas of Beijing.[Result] LSF usually resulted in significant effect on trees by a sudden decline to temperature to subzero following a warm spell for at least five days in temperate forests at around the north latitude of 40 ° before the start of spring phenology. Accordingly， LSF tended to occur frequently in 2011-2016. Compared to days with subzero temperature during possible LSF in 2011-2013， that in 2014-2016 tended to decline. Trees from the genera for many ornamental trees in Beijing had been recorded to suffer LSF， which had less impact on evergreen species than on deciduous species in past records.[Conclusion] It is suggested to use more evergreen trees than deciduous trees for the construction of urban greening in Beijing to cope with more possible LSFs in future.

Key wordsLatespring frost；Subzero temperature in spring；Climatic change；Ornamental plants；Phenology dynamic；Alert for natural hazard

基金項目國家自然科學基金項目（31600496）；“十三五”國家重點研發計劃（2016YFC0500300）。

作者簡介蘭欣（1983—），男，北京人，工程師，從事城市森林及園林樹木栽培研究。*通訊作者，助理研究員，博士，從事城市森林、苗木生理生態學、林業野生資源開發研究。

收稿日期2016-12-28

在全球暖化的大背景下，北半球溫帶地區春季物候表現出逐年提前的跡象[1]，這極大地增大了樹木遭受由春季溫度波動所引起的倒春寒凍害的風險[2]。近年來，國際上有報道指出，倒春寒已經給當地的森林生態系統造成了嚴重干擾[2-6]。國內研究表明，近10年我國各地區的春季溫度波動均呈現出明顯的倒春寒天氣特征，因此很可能已經對我國大面積的森林生態系統造成凍害[7]。然而，目前國內外有關倒春寒對樹木春季生長干擾的研究數據大多來自于偏遠山區，一些跨區域的大尺度研究也并未明確區分自然森林和城市森林中樹木對倒春寒的響應，這在很大程度上限制了倒春寒對城市園林樹木影響的理解。

全球正處在一個高速城市化的發展過程中。1980—2000年開始我國城市建成區面積以850 km2/a的速度直線增加，在1997—2007年東部地區地級及以上城市的建成區面積由6 685 km2快速增加至14 677 km2。北京市的城市化速度位列全國之首，1984—2007年城市化速率為47.12 km2/a，其中2000—2007年的速率高達68.09 km2/a。快速的城市化進程使北京市產生了典型的熱島效應，其建成區生態系統的春季物候提前現象尤為明顯[8]，說明北京市的園林綠化樹木遭受倒春寒凍害的概率極大，但目前鮮有研究從年際尺度內部對該問題進行深入探討。

筆者根據世界范圍內倒春寒天氣形成的主要溫度特征，對2011—2016年北京市春季溫度波動進行分析，比對北京市建成區（11685°～115.86° E，39.43°～40.42° N）內主要大型公園中典型樹種，分析北京市園林樹木遭受倒春寒凍害的風險，旨在為北京市園林樹木應對春季氣候災害的預警提供理論參考。

1資料與方法

1.1數據來源

世界范圍內有關倒春寒天氣形成溫度波動規律的數據來自于2007年至今對北美、歐洲和我國研究所發表的報道[2-7]；北京市的春季溫度數據來自對公共氣象網站（Weather Underground）數據的搜集整理[9]；北京市建成區大型公園中主要樹種的統計來自趙芒[10]的研究，主要包括中山公園（23.80 hm2）、紫竹院公園（47.35 hm2）、景山公園（23.00 hm2）、北京植物園（400.00 hm2）和海淀公園（40.00 hm2）等。

1.2分析方法

根據多地區典型天氣事件總結并提煉溫帶地區倒春寒天氣形成的一般規律，采用典型特征識別法比對并分析2011—2016年北京市春季溫度波動過程中形成倒春寒凍害的可能情況，進而提取關鍵因素數據并進行方差分析來總結動態規律，最后通過樹木樣本概率的計算來確定北京市園林樹木遭受倒春寒凍害的可能性。

1.3數據統計與處理

采用SAS軟件對北京市春季溫度數據進行獨立樣本的t檢驗分析，并通過Bonferroni校正來確定真實置信區間。計劃進行6組氣象數據的檢驗，因此實際的誤差限調整為P=0.008。

2結果與分析

2.1倒春寒天氣規律

追溯近年來世界范圍內的典型倒春寒凍害主要包括2001年發生于日本盛岡[3]、2007年發生于美國北部[2]、2010年發生于美國東北部[6]、2011年發生于德國[5]和近年來我國[7]的春季凍害事件。通過這些案例的分析總結，得到倒春寒在40° N附近溫帶地區的發生規律是在4月份正常春季物候開始前氣溫提前回暖并持續5 d以上之后，最低溫立刻驟降至0 ℃以下所發生的凍害。值得注意的是，在發生倒春寒之前，日最高溫往往會達到10～15 ℃，最高時甚至可達20 ℃以上，這時一部分樹木會因提前回暖而解除休眠，進而遭受凍害。另外，在溫度持續升高之前，即使春季溫度下降至-5～10 ℃，倒春寒也不會發生。

2.2春季溫度波動情況

在2011—2016年北京市春季溫度在3月份均會出現連續5 d以上的升高（圖1）。根據測算，北京市建成區的物候節律一般開始于每年4月底（21—25日）[8]，因此每年3月份北京的升溫已構成提前回暖條件。根據歷史經驗，提前回暖5 d已經達到促進城區樹木提前解除休眠的條件。因此，2011—2016年提前回暖后立刻出現的日最低溫下降至0 ℃以下的天氣特征可以構成產生倒春寒凍害的條件（圖1）。

從圖2可見，與2011—2013年相比，2014—2016年倒春寒天氣特征發生之前的升溫天數和凍害持續天數均呈下降趨勢，且每年的首次倒春寒跡象與4月底的春季物候開始期之間的差距正在逐漸縮小，但只有凍害持續天數的年際差異達到了顯著水平（P=0.003 1）。從溫度變化上看，出現倒春寒天氣跡象之前的最高溫和凍害期間的最低溫同時呈升高趨勢，但是二者間的溫差正在縮小。

2.3樹種組成

經統計，北京市建成區常綠園林樹木共有32種，包括11科18屬，其中曾遭受倒春寒凍害記錄的共有5種，來自2科2屬，分別占總數的15.6%、18.2%和111%，均未達到小樣本20%的要求。落葉樹種方面，北京市建成區共有26科33屬54種喬木，其中曾有過凍害記錄的有26個樹種，來自7科9屬，分別占總數的48.1%、269%和2.3%，均達到了小樣本水平。總體上，在北京市建成區曾有倒春寒凍害記錄的樹種共有31種，占總數的34%（表1）。因此，從樹種組成上看，北京市建成區的園林樹木整體上處于倒春寒凍害的風險中，其中落葉樹種比常綠樹種的受害幾率更大。

3討論與結論

2011—2016年北京市溫度波動上看，發生倒春寒的跡象十分明顯，春季溫度的提前回暖、快速下降和持續時間都與2007年發生在美國伊利諾斯州（40°09′ N，88°10′ W）的倒春寒事件[2]相似，但是與發生在日本盛岡（141°08′ E，39°46′ N）[3]、德國東南部（13°25′ E，48°56′ N）[5]和我國沈陽（123°25′ E，41°48′ N）[7]相比特征差異較大，且發生時間較早。這說明倒春寒的發生和地理緯度之間的關系密切。北京地區為中溫帶地區，且城市化程度較高，因此其偏南的地理位置和熱島效應綜合導致倒春寒天氣跡象發生較北部地區早，持續時間更短。

近年來，北京市倒春寒天氣跡象呈逐年減弱的趨勢，尤其以降溫持續天數的變化最為顯著。這說明形成倒春寒的溫度因素正在被北京市的熱島效應所削弱，建成區內的高溫通過縮短降溫的天數而縮小了最高溫和最低溫之間的溫差，進而降低了城市樹木遭受倒春寒凍害的風險。這與戴君虎等[11]的研究結論類似，后者發現華北地區植物的春季霜凍風險指數平均以0.18%/a的速率顯著下降。然而，即便如此在時空的大尺度上來看，未來在很長一段時間內倒春寒對北京市的生態影響并不會解除。

該研究表明，北京市園林樹木中落葉樹種遭受倒春寒凍害的概率較大，而常綠樹種的受害幾率較低。這主要是由于北京市多數落葉樹種的春季物候開始時期和倒春寒跡象出現時間恰好吻合，而多數常綠樹種的春季物候開始期在倒春寒跡象的發生之后。這與美國[2]、德國[5]的研究結果類似，說明常綠樹種比落葉樹種更適應倒春寒的天氣特征。因此，建議北京市在未來的城市園林綠化中更多地應用常綠樹種，以降低倒春寒凍害對城市園林樹木春季生長的影響。

參考文獻

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