阳高杏花期杏园气温与气象站气温关系建模分析

摘要：本文利用阳高县1981-2022年气象资料及2001以来杏树花期物候资料，选用气象统计与灾害调查相结合的方式，分析花期低温冻害空间分布特征；并分析杏园温度与本站气温之间的关系，采用线性回归法，根据本站气温资料建立杏园实际温度预测模型，为杏花期冻害监测预警服务提供借鉴参考。所采用的资料为阳高县1981-2022年气象站观测资料、2013-2022年区域自动站资料，2001-2022年杏树物候资料，杏树冻害调查资料，用统计法、相关分析法、spss软件、Excel等工具进行数据处理与分析。本研究充分利用加密区域站资料，分析了区域站最低气温与本站最低气温的关系，假设杏园气温接近区域站气温，将本站气温订正到区域站气温，初步建立了预报模型，解决了在缺少杏园监测资料的情况，单站预报对杏园气温预报误差较大的问题，对杏树花期冻害预报及预防具有一定的指导意义。

关键词：杏花期本站气温和杏园气温；关系建模；预报模型 

1.引言

果树的低温伤害主要有：冷害、霜冻、抽条等。冷害是指植物在生长发育过程中，受到高于0℃而低于其所处阶段最适温度的低温伤害现象。霜冻是指在生长季节, 由于温度降至0℃以下，水汽凝结成霜, 致使树体幼嫩部分结冰受冻的现象。霜冻有早霜冻和晚霜冻之分，若发生在早春，则为晚霜冻或春霜冻，若发生在晚秋，则为初霜冻或秋霜冻。初春或晚秋时节，树体正处于生长发育的初期或末期,  如遇到较为严重的霜冻，很容易使树体受到伤害。霜冻会对幼嫩器官或组织造成伤害，比如晚霜冻害，会造成花器脱落，嫩芽变褐干枯，幼果变小或畸形，甚至脱落［1-2］。霜冻后，最易发生抽条，由于地温偏低，果树根系的吸水力下降，随着地上部蒸腾的不断加强，叶片或嫩芽组织失水过多，长时间的生理干旱造成幼嫩组织失水枯死，导致果树抽生的新枝减少，影响了树冠的扩大和早期产量的形成。李效珍［3］通过对山西北部仁（肉）用杏花期冻害发生规律研究，得出了花期冻害日数、幼果期冻害日数均呈逐渐减少的趋势，冻害指数也呈下降趋势。李红英［4］在苹果的一次冻害调查中发现，冻害造成的危害程度除了与最低气温有关外，还与冻后升温速度的快慢有关，冻后升温较快时，高温和阳光会加强植物细胞间隙中的水分蒸发，使植物枯萎而死亡；另外冻害还与土壤地形、坡向坡度等其它环境因素有关。

总之，国内外的学者对苹果花期冻害研究的较多，而对杏树花期冻害研究的较少，利用本站气温建模预测杏园温度的更少，本研究旨在探寻近年来杏花期冻害特征，发挥现代预报手段，对杏园冻害做出准确预测，为杏园防霜提供参考。

2 研究内容、资料来源和技术方法

2.1研究内容

利用阳高县1981-2022年气象资料及2001以来杏树花期物候资料，选用气象统计与灾害调查相结合的方式，分析花期低温冻害空间分布特征；并分析杏园温度与本站气温之间的关系，采用线性回归法，根据本站气温资料建立杏园实际温度预测模型，为杏花期冻害监测预警服务提供借鉴参考。

2.2资料及方法

所采用的资料为阳高县1981-2022年气象站观测资料、2013-2022年区域自动站资料，2001-2022年杏树物候资料，杏树冻害调查资料，用统计法、相关分析法、spss软件、Excel等工具进行数据处理与分析。

三.研究结果及解决的关键问题

3.1阳高县3月、4月平均气温变化特征

从1981-2022年阳高县3月、4月平均气温看（图1），历年3月、4月气温总的变化趋势呈升高趋势，气候倾向率分别为0.500℃/10a、0.977℃/10a，通过P=0.01和P=0.05的显著性检验。从3月气温的年代变化看，1981-2010年30a间有20a是负距平，而2011年以来，仅有2年是负距平，从2013年开始至今，10a为正距平。从4月气温的年代变化看，1981-2010年30a间有19a是负距平, 而2011年以来，仅有4年是负距平。

图1  1981-2022年3月、4月气温变化曲线图

从3月气温突变检验看（图2），1985a之后，3月气温呈波动式上升，2014a之后上升趋势十分显著，超过α=0.05的显著性水平，甚至超过α=0.001的显著性水平，且这种上升趋势至今未减。根据UF和UB的交点，确定大同3月气温2000年以来增暖是突变现象，具体是从2012年开始的。

从4月气温突变检验看（图3），1984a之后，4月气温呈波动式上升，2014a之后上升趋势十分显著，超过α=0.05的显著性水平，甚至超过α=0.001的显著性水平，且这种上升趋势至今未减。根据UF和UB的交点，确定大同4月气温2000年以来增暖是突变现象，具体是从2003年开始的。

图2  1981-2022年阳高县3月气温M-K统计量曲线

图3  1981-2022年阳高县4月气温M-K统计量曲线

3.2 阳高县3月、4月平均最低气温变化特征

从3月、4月平均最低气温变化看（图4），总的变化趋势呈上升趋势，气候倾向率分别为0.854℃/10a、0.622℃/10a，均通过了P=0.01的显著性检验。从3月平均最低气温的年代变化看，1981-2010年30a间有21a是负距平，而2011年以来，仅有2年是负距平，从2013年开始至今，10a为正距平。从4月平均最低气温的年代变化看，1981-2010年30a间有22a是负距平, 而2011年以来，仅有3年是负距平。

图4  1981-2022年3月、4月平均最低气温变化曲线图

3.3 2001-2023年阳高县4-5月总的冻害特点

从2001-2023年4-5月阳高县各旬霜冻情况看，中位线逐渐上移，呈负偏态分布。4月上旬霜冻平均最低气温为-2.2℃，50%以下的霜冻最低气温介于-3.9-1.3℃，最小值为-7.2℃，最大值为-0.1℃；4月中旬霜冻平均最低气温为-2.2℃，50%以下的霜冻最低气温介于-3.3-1.3℃，最小值为-5.5℃，最大值为-0.1℃，异常值为-7.0；4月下旬霜冻平均最低气温为-1.5℃，50%以下的霜冻最低气温介于-2.7-1.5℃，最小值为-4.2℃，最大值为-0.5℃；5月上旬霜冻平均最低气温为-0.4℃，最小值为-1.1℃，最大值为0.0℃。

3.4  2001-2023年阳高县4-5月杏花期前后冻害特点

从2001-2023年4-5月阳高县花期和幼果期冻害情况看，中位线上移，花期前冻害呈负偏态分布，平均最低气温为-1.6℃，50%以下的霜冻最低气温介于-2.5至-1.6℃，最小值为-4.5℃，最大值为-0.1℃，异常值为-6.4℃；花期后冻害呈正偏态分布，平均最低气温为-1.2℃，50%以下的霜冻最低气温介于-1.6-1.2℃，最小值为-2.5℃，最大值为0.0℃，异常值为-3.6。

3.5杏园气温与气象站气温关系及建模分析

从阳高县区域站中选取北部、中部、南部有代表性的三个点与本站逐日最低气温进行对比，可以看出2020年4月1日-5月10日北部的大二对营逐日最低均低于本站最低气温，大二对营较本站最低气温平均偏低4℃左右，偏低值介于1.6℃～9.7℃；从2020年4月1日-5月10日本站最低气温与王官屯逐日最低对比看，王官屯较本站最低气温平均偏低1.4℃，总体有偏高的也有偏低的，从曲线图上看出，每次降温王官屯较本站降的多，而升温时较本站气温升温幅度要小；从2020年4月1日-5月10日本站最低气温与东小村逐日最低对比看，东小村较本站最低气温平均偏低2.0℃，总体有偏高的也有偏低的，从曲线图上看出，差值介于-5.3～7.8℃，升降趋势与王官屯基本一致，除4月30日存在异常外，大部分时段东小村较本站最低气温偏低，偏低的幅度更大一些，表现在大风降温后气温降的更低。

从2019年4月1日-5月10日本站最低气温与大二对营逐日最低气温对比看，大二对营较本站最低气温平均偏低3.3℃，差值介于-1.4℃～7.0℃，最大值出现在5月9日，本站最低气温为7.1℃，而大二对营最低气温为0.1℃，大二对营较本站偏低时段主要表现在5月上旬，而偏高仅出现一天；从2019年4月1日-5月10日本站最低气温与王官屯逐日最低对比看，王官屯最低气温较本站最低气温平均偏低0.7℃，差值介于-3.5～3.3℃，大部分时段王官屯最低气温较本站最低气温略偏低；从2019年4月1日-5月10日本站最低气温与东小村逐日最低对比看，最低气温较本站最低气温平均偏高1.1℃，差值介于-4.4～4.1℃，偏低时段主要出现在4月下半月至5月上旬。

4 结论与讨论

从1981-2022年阳高县3月、4月平均气温看，历年3月、4月气温总的变化趋势呈升高趋势，气候倾向率分别为0.500℃/10a、0.977℃/10a，通过P=0.01和P=0.05的显著性检验。

从3月气温突变检验看，1985a之后，3月气温呈波动式上升，2014a之后上升趋势十分显著，超过α=0.05的显著性水平，甚至超过α=0.001的显著性水平，且这种上升趋势至今未减。根据UF和UB的交点，确定大同3月气温2000年以来增暖是突变现象，具体是从2012年开始的。

从4月气温突变检验看，1984a之后，4月气温呈波动式上升，2014a之后上升趋势十分显著，超过α=0.05的显著性水平，甚至超过α=0.001的显著性水平，且这种上升趋势至今未减。根据UF和UB的交点，确定大同4月气温2000年以来增暖是突变现象，具体是从2003年开始的。

从3月、4月平均最低气温变化看，总的变化趋势呈上升趋势，气候倾向率分别为0.854℃/10a、0.622℃/10a，均通过了P=0.01的显著性检验。

用区域站气温代替杏园气温，利用2018-2022年阳高县本站资料与区域站资料进行建模分析，首先以大二对营资料进行建模，预报方程式为Y=0.976X-3.323（1），以东小村资料进行建模，预报方程式为Y=0.1.107X-1.545(2)，用2023年的4 月1日-5月10日资料对预报方程进行检验，预报与实况平均误差在0-1℃之间，除去异常值外，70%以上的误差范围介于0-2℃之间。

纬度与最低气温呈负相关，纬度每升高1℃，气温下降2.3℃，这与大气辐射平衡理论中太阳高度角随纬度升高而减小的规律一致；海拔每升高100米，气温降低0.29℃，符合自由大气绝热冷却的基本原理，该数值较全球平均气温垂直递减率（0.65°C/100m）偏低，可能与研究区域逆温层频率较高有关。总之影响最低气温的因子除了冷空气本身的强度外，还有地理位置、海拔、地形、风、降水等的影响。

参考文献：

[1]陈隆勋，中国近45年来气候变化的研究.气象学报,1998,56(3):257-271.

[2]李燕，王志伟，张建玲.气候变暖对山西南部典型植物物候的影响［J］.中国农业气象，2012,33（2）：178-184.

[3]李效珍,李开元,刘洁利,等.山西北部仁（肉）用杏花期冻害发生规律研究.农学学报,2014,4(1):40-43.

[4]李红英，马国飞，段小凤，等.宁夏2014年苹果晚霜冻害调查分析［J］.宁夏农林科技，2014，55（09）：36-38.

作者简介：李子龙（1982-）男，汉族，山西保德人，本科学历，中级工程师，从事信息与技术保障和仪器保障类工作。

*通讯作者：李效珍（1967-）女，汉族，山西保德，本科学历，正高级工程师，从事研究方向：农业气象。