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无霜期对农业生产的影响

摘要:在气象为农服务中经常用到无霜期资料,农业生产很需要它。但在服务中发现农业生产中所指的“无霜期”与气象部门提供的无霜期资料存在出入。结合霜、霜冻、初霜日期、终霜日期、无霜期定义,通过葫芦岛市连山区气候资料和相关气象数据进行客观分析,得出结论:用“无霜冻期”作为无霜期更为准确,用地面最低温度低于0℃作为霜冻的温度特征值,用5日滑动平均法确定其初终日期;初霜日期推迟,终霜日期提前以及无霜期延长都主要是由于温度的升高而引起的,变化趋势与气候变暖理论相一致,其中平均最低地面温度、平均最低气温是重要的影响因素;对霜的预报及霜冻的气象服务应该有重新认识和评价,并建议修订无霜期气象标准。

关键词:初终霜日期;无霜期;无霜冻期;农业影响

0引言

随着全球气候变暖,霜作为一个重要的天气现象也受气候变暖影响[1]。初终霜的出现日期及无霜期长短,对合理安排农事活动至关重要。辽宁气候变暖的速度大于全球变暖速度。近50a辽宁省初霜日期推迟近10d,终霜日期提前约17d,无霜期日数增加了大约26d。辽宁省初终霜日期和无霜期日数在20世纪90年代初发生突变[2]。无霜期是一个重要农业气候热量条件特征量。

1无霜期概念

1.1无霜期定义

气象定义无霜期[3]:一年中入冬前出现的第一个霜日为初霜日,第二年初春最后一个霜日为终霜日,初霜日到终霜日为霜期,终霜日的次日到初霜日的前日为无霜期。各年的无霜期差异很大,通常以其多年平均值表示。

1.2霜定义

霜是一种天气现象,《地面气象观测规范》对霜是这样定义的[4]:水气在地面和近地面物体上凝华而成的白色松脆的冰晶,或由露冻结而成的冰珠,地面温度在0°C以下。霜是由于贴近地面的空气受地面辐射冷却的影响而降温到霜点。即气层中地物表面温度或地面温度降到零度以下,所含水汽的过饱和部分在地面一些传热性能不好的物体上凝华成的白色冰晶。其结构松散。

1.3霜冻定义

温度低于0℃的地面和物体表面上有水汽凝结成白色结晶的是白霜,水汽含量少没结霜称黑霜对农作物都有冻害,称霜冻。作物内部都是由许许多多的细胞组成的,作物内部细胞与细胞之间的水分,当温度降到0℃以下时就开始结冰,从物理学中得知,物体结冰时,体积要膨胀。因此当细胞之间的冰粒增大时,细胞就会受到压缩,细胞内部的水分被迫向外渗透出来,细胞失掉过多的水分,它内部原来的胶状物就逐渐凝固起来,特别是在严寒霜冻以后,气温又突然回升,则作物渗出来的水分很快变成水汽散失掉,细胞失去的水分没法复原,作物便会死去。春秋季节,白天气温高于0℃,夜晚降至0℃以下,并使作物受到危害。这才是农业生产最为关注的。

1.4霜与霜冻

霜与霜冻共同点是近地面温度在0°C以下,主要区别在于空气湿度大时形成霜,空气湿度较小时,可能出现霜冻但没有结霜。无霜期反映温度特征,而霜既反映温度特征还反映湿度、风等其它要素特征。人们习惯认为,霜比霜冻轻,初(终)霜日期比初(终)霜冻日期温度高,这样初霜日期要比初霜冻日期来得早,终霜日期要比终霜冻日期去的晚,实际并非如此。无霜期是指没有霜时间段还是指没有霜冻的时间段?笔者认为,从农业生产角度出发,没有霜冻的时间段(即无霜冻期)作为无霜期更为准确。

1.5准确定义无霜期

气象上只有记录霜,没有记录霜冻。霜冻的温度特征为地面最低温度低于0℃或草面最低温度低于0℃。一般情况下草面最低温度要比地面最低温度低,根据近几年连山区气象资料分析,地面最低温度在0℃左右时,初春3-4月草面平均最低温度为1-2℃左右,秋末10-11月草面平均最低温度为4-5℃。草温传感器距离地面高度6cm,这也正是农作物幼苗高度,这个高度的最低温度一般为近地面层最低值。因此,用草面最低温度低于0℃作为霜冻的特征值最为适宜。然而,草温资料观测时间太短,不宜作气候值。综合分析,用地面最低温度低于0℃作为霜冻的温度特征值,用5日滑动平均法确定其初终日,由此计算“无霜冻期”作为无霜期更为准确。

2无霜期气候分析

2.1初终霜日与初终霜冻日比较

采用葫芦岛市连山区1981-2010年30年整编气候资料进行分析。葫芦岛市连山区初霜日期平均为10月17日,最早初霜日期为9月8日(1981年),最晚初霜日期为11月18日(2009年);初霜冻日期平均为10月15日,最早初霜冻日期为9月27日(1982年),最晚初霜冻日期为10月26日(2004年、2010年);平均初霜日期较初霜冻日期晚2天。终霜日期平均为3月27日,最早终霜日期为3月6日(1997年),最晚终霜日期为4月26日(1987年);终霜冻日期平均为4月19日,最早终霜冻日期为3月28日(1981年),最晚终霜冻日期为4月18日(2009年);平均终霜日期较终霜冻日期早23天。平均初霜日期晚于平均初霜冻日期,说明已经出现霜冻了却还没有出现霜;平均终霜日期早于平均终霜冻日期,说明霜已经结束了却还有霜冻。这就充分表明霜冻的初终日期对指导农业生产更有意义。

2.2无霜期与无霜冻期年际变化

采用葫芦岛市连山区1981-2010年30年整编气候资料进行分析。葫芦岛市连山区“无霜冻期”日数(178d)较无霜期日数(201d)少23d,且“无霜冻期”日数和“无霜期”日数均呈平稳上升趋势,这正说明随着气候变暖初霜期推迟,终霜期提前,无霜期延长。初霜日期推迟,终霜日期提前以及无霜期延长都主要是由于温度的升高而引起的,变化趋势与气候变暖理论相一致[5],其中平均最低地面温度、平均最低气温是重要的影响因素。

2.3无霜期与无霜冻期年代际变化

采用葫芦岛市连山区1960-2017年58年气候资料进行分析。60-70年代连山区平均无霜期与平均无霜冻期相接近,进入80年代以后,平均无霜期明显多于平均无霜冻期;平均无霜期出现两次明显跳跃,80-90年代明显多于60-70年代,00-10年代明显多于80-90年代;平均无霜冻期有一次明显跳跃,00-10年代明显多于60-90年代;从总体趋势看,无论是无霜期还是无霜冻期都是在逐年增加,无霜期平均每10a增加7d,无霜冻期平均每10a增加4d。再次证明无霜期延长主要是由于温度的升高而引起的,变化趋势与气候变暖理论相一致。

3无霜期对农业生产的影响

无霜期作为重要农业气候热量条件特征量,在农业生产当中起到至关重要作用,尤其是北方地区更为突出。无论是种植农作物、果树还是引进新品种,首先要考虑到无霜期长短,无霜期长表明可能生长期长,热量资源丰富,可栽培产量较高、较迟熟的品种或者采用多熟制,作物的稳产高产的可能性就大一些;无霜期短,可能生长期短,热量条件较差,适宜栽培产量较低、早熟品种,或者根据作物对热量的需求采用双熟制、两年三熟制甚至单熟制,农业稳产高产的可能性小一些。春季天气晴朗少雨,气温回升快,在强冷空气影响下会形成晚霜冻、倒春寒等灾害性天气,对农作物危害和影响较大[6]。春播时节,乍暖还寒,幼苗出土,如遇霜冻,幼苗受到伤害,会影响到整个生长期的发育,甚至影响产量和品质。一到深秋,树叶受到低温霜冻的侵袭,叶绿素被破坏,叶子里的水分减少,不能及时输送的淀粉变成了葡萄糖,糖分就逐渐转化为花青素,于是绿叶就变成了红叶[7]。对于农作物来说,经受霜冻后就会枯萎。东北地区选择适宜的收获期很容易,但在农事作业都适宜的情况下,应尽量选择偏早的适宜期,以预防冷害和秋霜冻。在实际农业生产中,葫芦岛市连山区大田播种期一般在4月中下旬,平均终霜日期在3月下旬不适宜播种,平均终霜冻日期在4月中旬才适宜播种。因此用178天“无霜冻期”日数作为连山区的无霜期数据指导农业生产更有意义,更靠谱。

4结束语

(1)以地面最低温度低于0℃作为初终霜冻的温度特征值,来确定初终霜日期,用“无霜冻期”作为无霜期更为准确。(2)用178天“无霜冻期”日数作为连山区的无霜期数据更靠谱。(3)葫芦岛市连山区平均初霜日期较平均初霜冻日期晚,平均终霜日期较平均终霜冻日期早,表明霜冻的初终日期对指导农业生产更有意义。(4)建议修订无霜期气象标准,以便更好地为农业生产服务。

作者:潘忠义 关肖月 陈新 单位:葫芦岛市连山区气象局

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