1961—2014年四川盆地春季水稻低温冷害时空分布特征分析

摘 要：以四川盆地单季稻区为研究区域，选用1961—2014年99个气象站逐日平均气温资料，研究分析春季水稻低温冷害发生时空分布特征。依据春季水稻低温冷害指标，将冷害强度分为轻度、中度、重度，采用EOF、小波分析、趋势分析方法对四川盆地春季水稻低温冷害时空特征进行分析，获取不同程度冷害发生情况周期变化特征。结果表明：低温冷害在纬向上的差异明显，多发于四川盆地东北部和西部；轻度冷害在20世纪60—80年代发生较多，中度冷害在20世纪80年代发生较多，重度冷害在20世纪80—90年代发生较多，各等级冷害在21世纪初都呈现减少趋势，尤其是重度冷害出现年份次数明显减少。

关键词：四川盆地；水稻；低温冷害；小波分析；变化趋势

中图分类号：S511；S426 文献标志码：B 文章编号：1674-7909（2024）16-131-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.16.029

0 引言

低温冷害是指农作物发育过程中遭受低于其生长所需环境温度的一种气象灾害，会导致农作物生长期延迟或功能受到破坏，致使农业减产［1］。在四川盆地，春季是大春作物播种和秧苗生长关键期，此时期低温阴雨天气对农作物危害严重（易造成水稻烂秧、死苗和其他大春作物播种季节推迟），还会造成小春作物穗花期受灾。如果出现3 d以上持续低温，就会造成水稻秧苗烂秧、死苗和出苗参差不齐现象，使植株抵抗力降低，甚至诱发稻瘟病等病害，最终使水稻减产［2-3］。

低温冷害严重影响水稻生产。要想进一步提升防范应对能力，则亟须掌握四川盆地低温冷害时空变化规律。该研究成果可为低温冷害的进一步研究和相关部门做好防御工作提供参考，对保障水稻产量和品质起到积极作用。

1 研究资料与方法

1.1 数据来源

该研究采用的气象资料为1961—2014年四川盆地99个地面气象站点日平均气温资料，数据来自四川省气象探测数据中心。

1.2 低温冷害的计算

当温度低于12 ℃时，水稻生长发育不能正常进行。因此，结合四川盆地单季作物低温灾害特点和早稻生产的农业活动特点，重点研究早稻的营养生长阶段，即抽芽—幼穗分化期。根据低温冷害持续时间，将冷害程度分为轻度、中度和重度三个等级。3～4 d为轻度，5～6 d为中度，大于等于7 d为重度。另外，每个站点所有冷害的发生频率被定义为当年3个冷心频率的总和［4］。同时，根据“冷害”的定义，将这一阶段连续3 d或以上日平均温度小于等于12.0 ℃记录为1次低温冷害过程［5］。

1.3 研究方法

以四川盆地单季稻区为研究区域，采用气候倾向率法计算1961—2014年不同水平冷害发生频率，分析低温冷害频率随时间变化的趋势，得到各地区水稻低温变化特征。用一次线性方程来表示趋势变化：y（t）=a0+a1t。其中，y（t）为发生范围的拟合值，a0为变量初始值，a1为变量的趋向变化率，t为时间。y（t）和t之间的相关系数是趋势系数，代表水稻生长的趋势。利用Morlet连续小波，分析1961—2014年研究区域春季不同等级水稻低温冷害频率的周期特征。由小波变换方程获得小波系数，然后用这些系数来分析时间序列的时频变化特点［6-7］。

2 结果与分析

2.1 低温冷害的总体发生特征

研究采用气候倾向率法，对1961—2014年四川盆地单季稻区春季水稻低温冷害的平均频次的空间分布进行了分析。研究表明：全年冷害发生频率为0～1.74次/a，空间上纬向分布显著，多发于四川盆地东北部、西部，盆地南部和盆中丘陵区相对较少；轻度冷害多发于四川盆地中部、南部，盆地西北相对较少；中度冷害大部分集中于盆地西部，发生频次为0～0.46次/a；重度冷害空间差异较大，主要集中在盆地西部、东北部。盆周西部山区和盆地的东北平行岭谷地区发生低温冷害的次数和程度较高，主要原因为当地海拔较高，易受入川冷空气影响；而盆中的丘陵地区发生低温冷害的次数和程度较小，为低风险区。盆周西部山区海拔较高，温度较低，更易发生低温阴雨天气；盆周北部、西部、东南部山区和华蓥山、精华山之间的丘陵区春播期出现低温连阴雨的频率在80%以上［8］。

2.2 发生范围趋势分析

图1显示研究区域内1961—2014年不同水平低温冷害的站点数量，即每次冷害的发生范围。结果表明，1974年和2010年，轻度冷害的发生范围最大，有78个站点；1998年中度冷害发生的范围最大，有88个站点；2011年重度冷害发生的范围最大，有91个站点。总冷害发生范围最大的是1961年、1962年、1970年、1976年、1985年、1991年、1996年、2010年，有93个站点；最小的是1973年，没有站点。

图1显示，在四川盆地单季稻区，春季水稻冷害在1974年和2010年发生频率最高且发生范围最广，1973年的冷害最小、发生最少。研究区域轻度冷害发生率最频繁，且发生范围最广；中度冷害次之；重度冷害最少，发生范围也最小。四川盆地春季低温冷害发生范围从20世纪60年代开始呈现明显下降趋势。轻度冷害发生范围从20世纪60年代开始也呈下降趋势，但下降程度不明显。中度冷害在研究时段内有明显下降趋势，平均下降15个站点。重度冷害几乎没有发生变化。

2.3 周期分析

利用Molet小波分析四川盆地1961—2014年3月到4月低温冷害发生频次的周期，见图2。由图2可知，各等级的低温冷害在不同时期的年际和年代际震荡周期有所差别，符号为正表示发生低温偏多，符号为负号则表示发生偏少。

图2（a）总频次周期分布图显示，该地区温度在不同的时期内周期变化不完全相同，整个时域内以26 a为中心的22～30 a的周期变化最为明显。以26 a周期变化为例，该地区在1962—1969年、1983—1996年、2010—2014年发生低温冷害偏多，在1969—1983年和1996—2010年期间，低温冷害发生很少。20世纪90年代后期，以10 a为中心的8～13 a的周期性变化。小规模的周期性变化有2～3 a的周期性变化。其中2.5 a为中心的周期变化最为明显。

图2（b）轻度冷害发生频次的周期分布图显示，春季轻度冷害存在24、6、4 a的震荡周期，其中以整个时间域6 a为中心的5～9 a周期更为显著。该地区在1985—1989年、1993—1996年、2000—2003年、2007—2010年发生轻度冷害偏多，但在1989—1993年、1996—2000年、2003—2007年，发生轻度冷害相对较少。20世纪60年代和90年代初有1个24 a的周期，但该中心在2010年开始发生变化。以4 a为中心的周期在20世纪60年代到80年代初期比较明显，随后该周期转换为3 a和6 a的周期，此外，小规模变化的周期为1～3 a。

图2（c）中度冷害发生频次的周期分布图显示，在整个时域内存在以8 a为中心的周期变化，这个周期在20世纪80年代后期稍有弱化，接近于9 a为中心，但其后又转回到8 a为中心的周期。另外，2～18 a的周期可以分为以16 a为中心的12～17 a的周期变化和以8 a为中心的2～10 a的周期变化。

图2（d）重度冷害发生频次的周期分布图显示，重度冷害存在4、7、25 a为中心的震荡周期。其中，以7 a为中心的震荡周期在20世纪80年代开始减弱，为期5 a的震荡周期。在1988—1998年转换成以4 a为中心的周期。在20世纪80年代末和21世纪初，以24 a为中心的振荡周期，并且还有2～3 a的小规模周期，但并不明显。

2.4 发生等级分析

图3为不同级别低温冷害的平均发生等级。由图3（a）可知，总的平均发生等级随时间的变化不大，1966年和1973年发生等级偏高，低温冷害持续时间长，在其他时期变化不明显。图3（b）显示，轻度冷害发生平均水平随时间变化大，其中1970年、1973年、1992年、1996年、1998年轻度冷害发生等级高。图3（c）显示，2004年、2007年、2011年中度冷害发生程度较高。整体来看，中度冷害随时间波动较大。20世纪60—90年代和21世纪初期，重度冷害并未严重发生。图3（d）显示，1986年、1998年重度冷害持续时间较长，其他年份发生等级在1.00左右。

3 结论

①从冷害的总体发生特征来看，四川盆地春季低温冷害空间上的纬向分布差异显著，多发于东北部、西部，盆地南部和盆中丘陵区相对较少。其中，轻度冷害多发于四川盆地中部、南部；中度冷害大部分集中于盆地西部；重度冷害空间差异较大，主要集中在盆地西部、东北部。

②根据冷害发生范围的趋势分析，研究区域内轻度冷害发生频率最高、范围最广，中度冷害次之。轻度冷害从20世纪60年代开始呈下降趋势，但下降程度不大；中度冷害在研究时段内也有明显下降趋势；重度冷害在1961—2014年基本没有发生变化。

③从不同冷害发生的周期变化来看，四川盆地不同等级低温的周期特征不完全相同。较短的时间周期（例如2～3 a的周期）在各个等级中普遍存在，而对于较长时间的周期变化，不同等级区别较大。例如，总频次周期在以26 a为中心的周期变化最为显著，轻度频次周期在以6 a为中心的周期变化比较显著，中度则以8 a为中心的周期变化更加明显。

④从低温冷害的平均发生等级来看，总的平均发生等级随时间变化不大，轻度和中度冷害平均发生等级随时间变化很大。2000年以后，重度低温冷害次数显著下降。20世纪60—80年代轻度冷害更为频繁，中度冷害在20世纪80年代较多，重度冷害在20世纪80年代和90年代较多，21世纪初各等级冷害都出现减少趋势，尤其是重度冷害出现年份明显减少。

参考文献：

［1］韩学俭.冷害类型及其防御技术［J］.植物医生，1999，（3）：19-20.

［2］陈淑全.四川气候［M］.成都：四川科学技术出版社，1997：92-93，129-135.

［3］中国农业百科全书编辑部.中国农业百科全书［M］.北京：农业出版社，1986：276

［4］帅细强，蔡荣辉，刘敏，等.近50年湘鄂双季稻低温冷害变化特征研究［J］.安徽农业科学，2010，38（15）：8065-8068.

［5］国家气候中心.中国灾害性天气气候图集（1961—2015年）［M］.北京：气象出版社，2022：11.

［6］GU D F，PHILANDER S G H.Secular changes of annual and interannual variability in the tropics during the past century［J］.Journal of Climate，1995，8（4）：864-876.

［7］TORRENCE C，COMPO P G.A practical guide to wavelet analysis［J］.Bull Amer Meteor Soc，1998，79（1）：61-78.

［8］四川省气象局.四川省短期天气预报手册（1986年版）［M］.成都：四川气象局，1986：1-5，96-100.