咸阳市霜冻日期时空变化及气象因子分析

摘要 基于1971—2022年咸阳市11个国家气象站逐日地面观测资料，采用线性倾向估计、 Mann-Kendall突变检验及相关统计分析等方法对霜冻的分布规律及气象因子进行分析。结果表明：咸阳各县（区）初霜日出现在10月中旬到11月上旬，终霜日出现在3月下旬至4月下旬，无霜期北部短、南部长，呈初霜日推迟、终霜日提前、无霜期显著延长趋势；初霜日、终霜日、无霜期突变点分别出现在2004、2007、2005年，突变后分别呈显著推迟、提前和延长趋势；初霜期以辐射霜冻最多，云量越少对应的霜冻日数越多，相对湿度和地面最低温度越小，出霜率越低。终霜期以混合霜冻为主，与天空云量关系不大，与初霜期相比湿度偏小，温度偏高，风速偏大。

关键词 霜冻日期；时空分布；气象因子；咸阳市

中图分类号 S 162  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）20-0190-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.046

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Spatial and Temporal Characteristics and Meteorological Factors of Frost Dates in Xianyang City

WANG Ying，QIAO Dan-yang，WANG Wei et al

（Xianyang Meteorological Bureau，Xianyang，Shaanxi 712000）

Abstract Based on daily ground observation data from 11 national meteorological stations in Xianyang City from 1971 to 2022，the distribution pattern and meteorological factors of frost were analyzed using methods such as linear tendency estimation，Mann-Kendall mutation test and relevant statistical analysis.The results showed that the first frost days in all counties （districts） of Xianyang were from mid-October to early November，and the last frost days were from late March to late April，the frost-free period in the north was short and in the south was long，showing that the first frost day was delayed，the last frost day was advanced，and the frost-free period extended significantly. In 2004，2007 and 2005，the first frost date，the last frost date and the frost-free date were significantly delayed，advanced and prolonged respectively;the radiation frost was the most in the first frost period，the less cloud cover，the more frost days，the lower relative humidity and ground lowest temperature，the lower frost rate. The final frost period was mainly mixed frost，which had little relation with cloudiness. Compared with the first frost period，the humidity was lower，the temperature was higher and the wind speed was stronger.

Key words Frost date;Spatial and temporal distribution;Meteorological factor;Xianyang City

近百年来，以地表平均气温增高为显著特征的全球气候变化影响着气象灾害的时空分异特征［1］，霜冻的时空演变特征及其影响因素与灾害评估受到了国内外学者的广泛关注［2-9］。许多研究发现，在全球气候变暖背景下，各地初霜日、终霜日和无霜期的变化分别呈推迟、提前和延长的趋势，而初霜日、终霜日和无霜期的变化会显著影响农作物生产及粮食安全［10-12］。有研究表明自20世纪90年代之后，低温冷冻灾害处于整体增强的趋势［13-14］。

咸阳是西北五省唯一的国家大型商品粮基地和全国大型优质苹果的主要生产区，同时也是陕西最大的无公害精细蔬菜生产基地，其南部为关中渭河平原，北部为黄土高原丘陵沟壑区，地形和下垫面复杂，气温变化不稳定，初终霜的异常提早和显著推迟都会造成春季、秋季处在生长发育初期、末期的植物受到较严重的冻害，给农林产业造成较重的经济损失。笔者利用多年地面气象观测数据，对咸阳市的初霜日、终霜日和无霜期的变化特征进行分析，明确其发生规律及预报因子特征，对指导农业生产实践、提高对霜冻灾害的防范和预警能力具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 资料选取

选择咸阳市1971—2022年所辖11个国家气象站逐日地面最低气温观测资料对霜冻日期时空变化进行分析；选择1971—2019年9—11月初霜期、3—5月终霜期的逐日相对湿度、平均风速等资料对霜冻气象因子进行分析。

1.2 研究方法

将春季地面最低温度≤0 ℃的终日定义为终霜日，秋季地面最低温度≤0 ℃的初日为初霜日，终霜日到初霜日之间的日数为无霜期［15］。为了方便计算，采用Julian日方法，即将初、终霜日期以1月1日为起点处理成年序天数序列，即1月1日的日序为 2月1日的日序为32，以此类推。利用算术平均法建立咸阳市初霜日、终霜日和无霜期序列。

采用 Mann-Kendall 检验法对霜冻日期进行突变分析；采用统计法分析初霜期和终霜期的气象因子特征。天气现象采用云量分类法，总云量≤4成为晴天，＞8成以上为阴天，其余为多云天气。

2 结果与分析

2.1 霜冻日期的空间分布特征

统计1971—2022年咸阳各县（区）初霜日、终霜日和无霜期特征（表1）发现，咸阳初霜日基本上出现在10月中旬到11月上旬，初霜日最早为9月24日，出现在北部旬邑和长武，最晚出现在乾县，为2014年12月1日。初霜日出现日期从北向南呈逐渐推后趋势，纬度越高，初霜越早。初霜日变幅在42～53 d，其中永寿、乾县最大，旬邑、彬州最小。

咸阳各县（区）终霜日集中出现在3月下旬至4月下旬，终霜日最早日期为2月23日，出现在2020年的乾县。终霜日最迟日期为5月23日，出现在1979年的旬邑和长武。终霜日的变幅相比初霜日偏大，为46～78 d，其中淳化最大，兴平和礼泉最小。终霜日出现日期从南向北呈逐渐推后趋势，纬度越高，终霜越晚。

咸阳各县（区）无霜期平均为171～224 d，北部5县（区）无霜期明显偏短，平均无霜期为183 d，南部6县（区）无霜期偏长，平均无霜期达到217 d。无霜期最短出现在1972年旬邑县（132 d），最长出现在2022年乾县（274 d）。各县（区）无霜期变幅为50～100 d，礼泉最小，乾县最大。

2.2 霜冻日期的时间变化特征

2.2.1 年际变化。从图1可以看出，1971—2022年咸阳市初霜平均日期为10月28日，其中1981年初霜日最早，为10月8日。2016和2020年最晚，为11月11日。从线性趋势可以看出，初霜日期显著推迟，倾向率为2.71 d/10 a。 终霜平均日期为4月9日，其中2014年终霜日最早，为3月22日，1990年终霜最晚，为4月24日，终霜日以-3.02 d/10 a的倾向率显著提前。无霜期平均为201 d，其中1972年最短，为174 d，2016年最长，为229 d，无霜期显著延长，倾向率为5.82 d/10 a。

2.2.2 年代际变化。从图1可以看出，

20世纪70—90年代初霜日差异不大，平均为10月23—25日，21世纪之后初霜日显著推迟，2000—2010年初霜日为10月28日，2010年之后初霜日继续推迟至11月3日。终霜日基本为逐年代提前，20世纪70年代为4月15日，2010年之后提前至4月1日。无霜期随年代呈延长态势，20世纪70年代最短，为191 d，2010年之后最长，增加至216 d，52年间延长25 d。

2.2.3 突变分析。

对咸阳地区初霜日、终霜日和无霜期进行M-K突变分析，结果显示（图2），在α=0.01的显著性水平下，UF曲线和UB曲线均存在交点，表明近52年咸阳市初霜日、终霜日和无霜期变化均有明显的突变点，UF曲线变化趋势与霜冻日期的年际变化趋势一致。初霜日UF曲线呈上升趋势，UB曲线呈下降趋势，两者相交于2004年，确定初霜日的突变年份为2004年，突变前平均初霜日为10月22日，突变后为10月30日，推后了8 d。终霜日的UF曲线呈下降趋势，UB曲线呈上升趋势，突变年份相比初霜日推后至2007年，突变前平均终霜日为4月9日，突变后为4月1日，提前了8 d。无霜期的UF曲线和UB曲线变化趋势与初霜日一致，突变年份出现在2005年，突变前平均无霜期为190 d，突变后214 d，延长了24 d。

2.3 初霜期和终霜期气象因子分析

根据以上分析可知，咸阳初霜期一般出现在9—11月，终霜期在3—5月，12月—次年2月为霜冻期。咸阳初霜期主要农作物为生长期的蔬菜，终霜期小麦、油菜等刚刚返青，果树处于开花期，这2个阶段出现的强冷空气造成的霜冻可能造成苗木及果树出现冻害，影响其生长发育，进而降低产量及品质；霜冻期农作物基本已经成熟收获或休眠，即使强冷空气侵袭一般也不会造成较大损失，因此该研究主要对初霜期和终霜期进行分析。该研究选取区域内长武、永寿、秦都3个站点1971—2019年初霜期和终霜期对应的气象因子进行分析。

表2列出了初霜期不同天气现象对应的气象因子分布。初霜期间，云量越少对应的霜冻日数越多，相对湿度和地面最低温度越小，出霜率越低，对应的平均风速相对偏小。初霜期间晴天出现的频率占60.8%，其次是多云，占25.1%，阴天占比最少，为14.1%。从天气现象频率分布可见，咸阳以辐射霜冻最多，这种情况下夜间晴朗少风，地面以强烈辐射散热为主，造成气温迅速下降出现霜冻，霜出现频率最高达到80.2%～94.1%。平流霜冻相对较少，这种霜冻发生时一般伴随强风，所以又称为“风霜”，分析发现，咸阳初霜期的平均风力为1～2级（风速0.3～3.3 m/s），各类天气对应的风速相差不大，同一站点风速相差基本在0.1～0.2 m/s。

终霜期的气象因子分布（表3）与初霜期相比有较大差异，晴天、多云、阴天出现的频率依次为39.0%、32.3%和28.7%，终霜期与初霜期相比最低温度偏高0.7 ℃，相对湿度偏小9百分点，平均风速偏大0.4 m/s，出现霜日数也明显偏少23%。从终霜期间天气现象频率分布可见，咸阳春季以混合霜冻为主，当北方强冷空气入侵，会造成本地大风和气温急降，加之冷高压控制下的天气晴朗无风，夜间再度辐射降温形成霜冻。