暖春、晚霜與晚霜凍害探析
——以深州蜜桃產區為例

王榮英，王 瓊，關鈞元，王 霞

1.衡水市氣象局，河北衡水 053000；2.雄安新區氣象局，河北雄安 071800；3.饒陽國家氣候觀象臺，河北饒陽 053900

近年來，在全球氣候變暖大背景下，暖冬和暖春年份增多，而春季氣溫不穩定性增加，果樹花期遭遇晚霜凍害的風險增大，嚴重影響了果樹栽培的經濟效益[1-6]。據調查，晚霜凍害與冰雹同為最受果農關注的氣象災害，因此受到從業技術人員和氣象服務人員的高度關注。大量研究表明：引發晚霜凍害的根本原因就是果樹花期或幼果期遭遇晚霜凍天氣，物候條件（花期或幼果期）和晚霜凍天氣是發生晚霜凍害的2個先決條件。物候與春季氣溫密切相關，春季氣溫偏高則花期或幼果期提前，而此時氣溫的不穩定性較強，晚霜凍的發生概率較大，發生晚霜凍害的概率較高；晚霜結束日期（即終霜日）偏晚，霜凍發生時果樹基本已進入開花或幼果期，同樣會引發晚霜凍害。理論上而言，早春氣溫偏高（以下稱暖春），同時終霜日期偏晚（以下稱晚霜）的年份，發生晚霜凍害的概率較大。樊曉春等[7]發現春季氣溫上升能使蘋果發育期提前，終霜日期推遲會加劇晚霜凍害的嚴重程度。

目前，關于果樹晚霜凍害風險的研究多是基于固定的物候期（開花期或開花至幼果期）而開展的，屈振江等[8]基于積溫、氣溫和降水等氣象因子對主產區蘋果花期凍害風險進行了評估；邱美娟等[9]基于蘋果花期晚霜凍的出現頻率、日數以及終霜日期變化趨勢對晚霜凍風險進行了評估；袁佰順等[10]基于最低氣溫和不同強度霜凍發生頻率，對蘋果、桃花果期晚霜凍害風險進行分析。而果樹每年的開花時間不盡相同，與早春氣溫密切相關，將基于早春氣溫和終霜日期研究果樹晚霜凍害的發生概率。

深州蜜桃位于中國四大傳統名桃之首，昔日曾為皇家貢品，如今是中國國家地理標志產品、衡水市的特色產品[11]。以深州蜜桃產區——深州市為例，分析實際生產中暖春和晚霜同年出現時晚霜凍害的發生情況，以及暖春、晚霜的氣候變化趨勢，以期為提升晚霜凍害的預報預警能力、有效避免或減輕晚霜凍害的不利影響奠定基礎。

1 資料與方法

選取深州市國家氣象站1957—2021年的氣象數據、2015—2020年衡水市區域氣象站的氣象數據和2010—2021年深州蜜桃物候觀測資料，以及2001—2021年衡水市果樹晚霜凍害資料等，所有氣象數據均經過河北省氣象信息中心的質量控制，深州蜜桃物候觀測資料來源于深州市農業氣象觀測站，果樹晚霜凍害資料來源于衡水市林業技術推廣站。

應用氣候變化傾向率、Morlet小波分析、Mann-Kendall突變檢驗等統計方法[12]，分析了終霜日期和早春氣溫的時間演變特征，初步分析了暖春、晚霜與晚霜凍害的關系。

2 結果與分析

2.1 晚霜的時間演變特征

霜凍標準是地面最低溫度≤0℃，終霜日定義為前半年最后一次出現地面溫度≤0℃的日期。終霜日期晚于多年平均日期的確定為晚霜年份。根據原始氣象數據，分別將每年終霜日出現的日序（如將1月1日的日序定義為1，如2020年3月20日的日序為80）標記為終霜日期，用于比較終霜日期的早晚。

深州市1958—2021年（1957年終霜日期缺測）終霜日序呈下降趨勢（圖1），即終霜日期提前，提前趨勢為2.358 d/10年。多年平均終霜日序為100.5，即終霜日期為4月10日前后。從圖中可以看出，1997年及以后有超過80%年份的終霜日表現為較平均日期提前，1996年及以前有近60%年份的終霜日表現為較平均日期推后。終霜日序最大值為117（4月27日前后），最小值為74（3月15日前后），均出現在1997年后，期間終霜日期波動較大，最多相差達43 d；1996年及以前終霜日序最大值同樣為117，最小值為92（4月2日前后），期間終霜日期波動相對較小，終霜日期最多相差25 d，較1997年以后的43 d偏少18 d。1997年后，氣候的不穩定性較1958—1996年有所增強。

圖1 1958—2021年深州市終霜的日序變化曲線

對終霜日序進行M-K突變檢驗，結果表明：1958—2021年深州市終霜日序表現為波動下降，下降趨勢在2003年后達到或接近顯著水平（P＝0.05）。尤其是2015年后，即深州市終霜日期表現為明顯的提前趨勢（圖2）。終霜日序在1997年（UB和UF的交叉點）發生了突變，即終霜日期發生了氣候突變。

圖2 1958-2021年深州市終霜日序M-K突變檢驗

用Morlet小波方法分析深州市1958—2021年終霜日期的周期演變特征，深州市1958—2021年終霜日期存在準16年的振蕩周期（圖3），且通過了0.01水平的顯著性檢驗，周期異常顯著。按照準16年的演變周期，對應其小波實部圖可以發現，2013—2021年終霜日期表現為提前的趨勢，可推測2021—2029年終霜日期將表現為推后的趨勢。

圖3 1958—2021年深州市終霜日序的Morlet小波變化及其方差變化

2.2 暖春的時間演變特征

日平均氣溫達到5℃以上，桃樹即可萌芽，深州市日平均氣溫達到5℃的多年平均日期為3月8日前后；物候觀測資料顯示：深州市桃樹的始花期多集中在3月底—4月上旬。桃樹開花日期受3月份氣溫影響最大，此處將暖春的時段定義為3月份，將3月份平均氣溫作為暖春的判定要素。通常，氣溫對果樹的始花期起主導作用，3月份氣溫高，桃樹始花期早，反之3月份氣溫低則始花期遲[13-14]。

1957—2021年深州市3月份平均氣溫為7.1℃，多年來表現為上升趨勢，其線性傾向率為0.66℃/10年。其中，2000年之前多在4℃～8℃波動，2000—2013年 多 在6℃～10℃波 動，2014—2021年多在9℃～11℃波動。用M-K突變檢驗法對3月份平均氣溫進行氣候突變檢驗，發現1996年后，3月份平均氣溫表現為持續上升趨勢，2003年上升趨勢達到顯著水平（P=0.05），在2000年發生了氣候突變。

使用Morlet小波分析1957—2021年3月份平均氣溫的周期演變特征，3月份平均氣溫存在準7年和19～20年的顯著振蕩周期，其中19～20年周期異常顯著。對應小波實部圖中19～20年的振蕩周期，可以推測2022—2024年3月份平均氣溫處于增加階段，即2022—2024年3月份平均氣溫偏高。

2.3 暖春遇晚霜年與晚霜凍害分析

關于暖春、晚霜的界定：鑒于終霜日期在1997年、3月份平均氣溫在2000年發生了氣候突變，1997年后終霜日明顯提前，2000年后3月平均氣溫明顯升高。以1997年和2000年為界，分別統計了終霜日和3月平均氣溫前、后2個時段的平均值：終霜平均日期1957—1997年為4月14日，1997—2021年為4月4日，3月份氣溫平均值1957—2000年為6.2℃，2000—2021年為8.9℃。晚于該時段終霜平均日期的年份定義為晚霜，高于該時段3月平均氣溫的年份定義為暖春。晚霜和暖春同年發生的年份，1958—1999年間42年中出現了10年，2000—2021年間22年中出現了5年，2個時段內晚霜和暖春同年發生的概率相當，即氣候變化未改變晚霜和暖春同年出現的發生概率。

因目前能收集到的較完整的桃晚霜凍害的歷史數據多為2000年以后的，所以僅分析2000年后暖春和晚霜同時出現年份的晚霜凍害情況。考慮到單個氣象觀測站點或因城市發展受周邊環境變化較大，影響其數據的代表性，在分析晚霜凍害發生情況時均參考了全衡水市的氣象條件（最低氣溫、地表最低溫度、降水、積雪等）。

2001—2021年共出現了12年暖春、9年晚霜，暖春和晚霜同時出現的年份有2006、2015、2018、2020年，期間發生晚霜凍害的年份有2001、2013、2018、2020年（表1）。暖春年晚霜凍害的發生概率為4/12，晚霜年晚霜凍害的發生概率為3/9，暖春又晚霜年晚霜凍害發生概率為2/4，可以發現，暖春和晚霜同時出現的年份晚霜凍害出現的概率較大，約占50%。

表1 2001—2021年深州市果樹晚霜凍害發生情況

依此分析2001—2021年發生的每次晚霜凍害過程，其中2013年凍害較輕，其他年份有中等程度以上凍害發生。2001年3月平均氣溫9.2℃，較常年偏高2.1℃，桃樹開花早，3月27—28日全市范圍內遭遇-3℃～-2℃的強低溫（氣溫）天氣，凍害較重；2006、2015年終霜日期雖然偏晚（4月13日、4月7日），但最低氣溫多≥0℃且地表最低溫度均＞-2℃（衡水市），未達到桃樹發生晚霜凍害的指標，故沒有凍害發生；2013年有晚霜無暖春，終霜出現前有雨轉雪的明顯降水過程，過程降水量超過15 mm，大部分桃花上出現積雪，最低氣溫基本≥-0.9℃，地表最低溫度基本＞0℃，有輕度凍害發生，未影響產量（晚霜凍害于疏花疏果前發生）；2018年4月7日氣象站最低氣溫多＜2℃（全市超過70%的區域站＜0℃），地表最低溫度均＜-2℃，溫度偏低，有中度凍害發生，對產量有不利影響；2020年4月22—23日氣象站最低氣溫多為-0.9℃～3.1℃，地表最低溫度多＜-1℃，時值桃樹幼果期（耐寒性最差，且已疏果），有中等偏重程度的凍害發生，對產量和品質影響較大。

比較以上幾次晚霜凍害過程發現：桃樹開花期，當全市氣象站最低氣溫多＜0℃，或地表最低溫度多＜-2.0℃時，桃樹發生凍害的可能性較大；幼果期地表最低溫度多＜-1℃時就可發生凍害，較開花期更不耐凍；積雪或會加重凍害發生程度。

3 小結與討論

3.1 小結

（1）1958—2021年深州市多年平均終霜日期為4月10日前后，期間終霜日期表現為提前趨勢，其線性傾向率為2.358 d/10年，提前趨勢在2003年達到或接近顯著水平（P＝0.05），尤其是2015年后；在1997年發生了氣候突變。終霜日期存在準16年的振蕩周期，且通過了0.01水平的顯著性檢驗，周期異常顯著。1997年以后，年際間終霜日期的波動增大，春季氣溫的不穩定性增強。

（2）1957—2021年深州市早春（3月份）平均氣溫為7.1℃，多年來表現為上升趨勢，其線性傾向率為0.66℃/10年，尤其是1996年后，表現為持續上升趨勢，2003年上升趨勢達到顯著水平（P＝0.05）；2000年發生氣候突變。早春平均氣溫存在準7年和19～20年的顯著振蕩周期，其中19～20年周期表現異常顯著。

氣候變化未改變暖春和晚霜同年出現的發生概率。深州市2001—2021年的氣象、物候和果樹凍害資料表明：暖春和晚霜同時出現的年份，晚霜凍害出現的概率較大，約占50%。

3.2 討論

暖春年份，果樹物候期提前，但此時氣溫很不穩定，增加了發生晚霜凍害的風險；晚霜年份，終霜發生時，果樹多已進入花期或幼果期，耐寒能力下降，同樣增加了發生晚霜凍害的風險，可見暖春或晚霜與晚霜凍害的發生與否密切相關。但晚霜凍害的發生程度要取決于物候期、最低氣溫及低溫持續時間、地表最低溫度以及積雪情況等，此處僅對暖春、晚霜與晚霜凍害是否發生的相關性做了定性分析，關于晚霜凍害發生程度的定量分析有待進一步研究。

因獲取的物候記錄和果樹凍害資料的年限不長，在判定暖春和晚霜同時出現的年份里晚霜凍害出現的概率上或有一定的局限性。近年來，隨著果園小氣候監測站的建設，發現果園內的小氣候與常規氣象站或存在明顯差異,如2020年4月22—23日，深州市氣象站與臨近桃園內的最低氣溫相差6.9℃，桃園內小氣候與晚霜凍害的發生有更好的相關性，只是果園小氣候數據的年限較短，不足以用來進行氣候變化分析，今后將繼續關注。