朝陽地區霜期農業氣候資源特征分析

隋景躍，張國林

（遼寧省朝陽市氣象局，遼寧朝陽122000）

霜期農業氣候資源是農業氣候資源的組成部分，是農業自然資源中不可或缺的資源，是發展霜期農業重要的物質和環境條件[1]，利用冷涼季節光能資源和氣溫環境開展設施農業的迅速發展，已經成為北方溫帶地區農業支柱產業之一[2-5]。氣候變暖、冬季氣溫升高突出[6-8]，使氣候變化更加不穩定[9-10]，給霜期農業發展帶來阻礙。為了霜期農業的發展，眾多專家學者致力于設施農業方面的研究，如喬淑等[11]研究了設施農業生產中氣象災害風險評估與氣象指數保險理論，建立了氣象災害評價標準庫；鐘巖等[12]對沈陽地區冬半年（10月至翌年4月）日光溫室草苫的揭蓋時間進行了模擬，并建立了模型；趙統利等[13]探討了晴天、多云、雨天及雪天條件下日光溫室內外部溫度、光照強度等主要環境因子的日變化規律及其內在關系；葛徽衍等[14]研究了氣候變化對關中東部冬季日光溫室生產的影響；孫智輝等[15]進行了延安日光溫室冬季低溫凍害天氣分析與預報。

本研究利用朝陽地區1953—2010年氣象資料，研究了霜期、寒冷期氣候變化特征，并討論了霜期氣候變化對設施農業的影響及應對策略，旨在為該地區發展霜期農業提供農業氣候學依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

朝陽地區位于遼寧省西部，西鄰內蒙古赤峰市和河北省承德市，東與遼寧省錦州市接壤，主要包括朝陽縣、北票市、凌源市、喀左縣及建平縣的南部，大凌河、小凌河貫穿境內。朝陽地區屬北溫帶亞干旱氣候區，四季分明，雨熱同季，自然災害頻繁[16]。朝陽地區為一年一熟耕作制，4—9月為大田耕作期；9月中下旬至翌年4月為有霜期，是塑料大棚生產栽培期；11月至翌年3月為較寒冷期。

1.2 資料

選用朝陽、北票、凌源、喀左和葉柏壽國家級氣候監測站1953—2010年近58 a資料，包括日平均氣溫、日最低氣溫、日平均最高氣溫、日照時間、降水量、風速、云量及最大凍土深度等。

1.3 方法

用氣候傾向率描述氣候因子變化趨勢，用序列相關系數計算氣候因子變化趨勢顯著性，用標準偏差[16]確定極端氣候年。

氣候傾向率：其可反映氣候要素變化趨勢，由一元線性趨勢方程 y（x）＝a0＋a1x，d y（x）/d x＝a1獲得，其中，a1×10為氣候傾向率，方程中的系數用最小二乘法確定，y為氣象要素，x為年序列（x＝1953，1954，1955，…，2010 年）。

標準偏差[17]：其是量度數據分布的分散程度的標準，用以衡量數據值偏離算術平均值的程度，可確定極端事件發生幾率。

2 結果與分析

2.1 霜期變化

塑料大棚種植期在農閑的有霜期進行，朝陽地區初霜平均在9月30日；標準偏差為±8.7 d。1966年初霜出現最早，在9月9日，1998年出現最晚，在10月18日。歷年初霜日氣候傾向率為2.548 d/10 a，序列相關系數為0.423，達到極顯著水平（P＜0.01），呈明顯后推趨勢，近20 a（1991—2010年）比總平均值晚5 d。終霜平均日期為4月20日；標準偏差為±11.1 d。1995年霜期結束最早，在4月1日，1977年霜期結束最晚，在5月14日；氣候傾向率為0.536 d/10 a，序列相關系數為0.070，不顯著（P＞0.05）。歷年初霜日變化趨勢平穩，朝陽地區平均霜期為204 d；標準偏差為±13.5 d；1986年霜期最長，為235 d，2000年最短，為176 d，極差為59 d；氣候傾向率為-1.973 d/10 a，序列相關系數為-0.212，不顯著（P＞0.05），霜期呈縮短趨勢，近20 a（1991—2010年）霜期平均為197 d，前20 a（1953—1972年）霜期平均為206 d，近20 a比前20 a縮短9 d。

2.2 霜期氣溫

朝陽地區霜期（10月至翌年4月）平均氣溫為0.1℃，最高2.6℃（2004年），最低-2.8℃（1956年），極差為5.4℃；標準偏差為±1.2℃。由圖1可知，霜期氣溫在波動中呈上升趨勢，氣候傾向率為0.475℃/10 a，序列相關系數為0.665，達到極顯著水平（P＜0.01）。朝陽地區霜期正常年平均氣溫為-1.1～1.3℃，高溫（＞1.3℃）有12 a，其中，近20 a出現11 a，幾率為55.0%；低溫（＜-1.1℃）有9 a，近20 a沒有發生。霜期近20 a（0.9℃）比前 20 a（-1.1℃）平均氣溫升高2.0℃。前20 a霜期氣溫變化幅度為3.2℃，而近20 a霜期氣溫變化幅度為3.4℃，氣溫變化幅度拉大對霜期農業影響較大，給生產管理帶來難度。

寒冷期（11月至翌年3月）平均氣溫-4.2℃，最高-1.6℃（2002年），最低-7.7℃（1956年），極差為6.1℃，標準偏差為±1.4℃。寒冷期氣候傾向率為0.557℃/10 a，序列相關系數為0.655，達到極顯著水平（P＜0.01）。朝陽地區寒冷期正常氣溫為-5.6～-2.8℃，高溫（＞-2.8℃）有11 a，近20 a出現9 a，幾率為45.0%；低溫（＜-5.6℃）有7 a，近20 a沒有發生。寒冷期近20 a（-3.0℃）比前20 a（-5.3℃）平均氣溫升高2.3℃，大于霜期的升溫幅度。

2.3 霜期日照

光照是霜期農業（日光溫室）的主要熱能來源。朝陽地區歷年平均日照時間2760h，霜期日照時間1 527 h，占全年的55.3%；霜期最多1 731 h（1953年），最少1 295 h（2005年），極差為436 h，標準偏差為±104.4 h。由圖2可知，在標準偏差范圍內朝陽地區霜期正常日照時間為1 432～1 631 h，在近 58 a里寡照年（＜1 432 h）有 9 a，幾率為15.5%，其中，近20 a寡照年出現8 a，幾率上升到40.0%。1953—2010年朝陽地區霜期日照時間氣候傾向率為-43.322 h/10 a，序列相關系數為-0.695，達極顯著水平（P＜0.01），日照時間呈明顯的減少趨勢，近20 a（1 443 h）比前20 a（1 602 h）日照時數平均減少159 h。

寒冷期日照時間1 046 h，占全年的37.9%；最多1 180 h（1967年），最少 900 h（2010年），極差為280 h，標準偏差為±72.2 h，寒冷期正常日照時間為974～1 118 h。在近58 a寡照年（＜974 h）出現10 a，幾率為17.2%，其中，近20 a寡照年出現9 a，幾率上升到45.0%。1953—2010年朝陽地區寒冷期日照時間氣候傾向率為-30.318 h/10 a，序列相關系數為-0.703，達極顯著水平（P＜0.01），日照時間呈減少趨勢，近20 a（987 h）比前 20年（1 097 h）平均減少 110 h。

2.4 霜期降水量

霜期降水（降雪）越多，對設施農業尤其對蔬菜大棚生產越不利，由于陰雨天增多，光照時間減少，加之風刮雪壓影響日光溫室、塑料大棚采暖，使植物因低溫而受凍害。朝陽地區歷年降水量平均值為476.8 mm，霜期降水量為61.6 mm，寒冷期降水量18.6 mm。在霜期農業生產中，11月至翌年3月寒冷期的降水（降雪）對設施農業影響最大。

從圖3可以看出，朝陽地區霜期降水量呈微弱增加趨勢，氣候傾向率為2.808 mm/10 a，標準偏差為±29.7 mm，最多降水量達到165.4 mm（2010年），正常降水量為31.9～81.3 mm；多雨年（＞81.3 mm）有7 a，幾率為12.1%，其中，近20 a發生4a，幾率上升到20.0%。霜期近20 a（66.7 mm）比前20 a（60.1 mm）降水量平均增加6.6 mm。

寒冷期降水量越大形成的災害越嚴重，朝陽地區11月至翌年3月平均降水量為18.6 mm，最大降水量為57.6 mm（2007年），標準偏差為±13.1 mm，正常降水量為5.5～31.7 mm；多雨年（＞31.7 mm）有 7 a，幾率為 12.1%，其中，近20 a發生2 a，幾率為10.0%；氣候傾向率為0.369 mm/10 a。

2.5 霜期陰天

陰天太陽輻射能降低、光照時間縮短，使光熱資源利用受到限制。沈陽市霜期陰天日數歷年平均為18 d，其中，2010年最多，達到34 d，標準偏差為±5.6 d；朝陽地區霜期正常陰天日數為13～24 d，偏多有 9 a，幾率為 15.5%，其中，近20 a有3 a，幾率為15.0%。1951—2010年霜期陰天日數氣候傾向率為0.241 d/10 a，表明陰天日數趨勢平穩，近 20 a（16.9 d）比前 20 a（18.4 d）平均值略有減少。

3 結論與討論

（1）朝陽地區霜期在10月至翌年4月，平均204 d，氣候傾向率為-1.973 d/10 a，霜期呈縮短趨勢，1991—2010年比 1953—1972年平均縮短9 d。霜期、寒冷期氣溫傾向率分別為0.475，0.557℃/10 a，氣溫升高趨勢明顯，近20 a氣溫平均升高2.0～2.3℃。霜期氣溫升高對發展設施農業有很大的能源幫助，減少了低溫冷害對植物的影響。近年來，氣溫升高雖然明顯，但變化幅度較大，這也給設施農業管理帶來困難。因此，氣溫存在升高趨勢并未達到穩定程度，在生產上還不能放任管理。當低溫來臨時，應及時加溫取暖，晴朗低溫天氣可選在午夜至凌晨時段加溫，陰雪低溫天氣可全天連續加溫。

（2）朝陽地區屬光照條件豐富區[16，18]，霜期、寒冷期日照時間呈明顯的減少趨勢，氣候傾向率分別為－43.322，－30.318 h/10 a；近20 a霜期寡照年幾率達到40.0%。寒冷期近20 a寡照年幾率為45.0%，寡照年增加十分明顯；霜期、寒冷期平均日照時數近20 a比前20 a分別減少159，110 h。光照是霜期設施農業的主要熱能來源，寒冷期光照時間的長短尤為重要，朝陽地區在寒冷期日平均日照時間為6.9 h，在遼寧省屬于高值區，但日照時間的日趨減少，將給依靠自然光熱條件發展設施農業帶來不利。因此，朝陽地區在發展霜期農業建設的同時，應認真考慮光能變化等問題，確保霜期農業的順利進行。

（3）霜期農業生產期朝陽地區降水量呈微弱增加趨勢，霜期氣候傾向率為2.808 mm/10 a，寒冷期氣候傾向率為0.369 mm/10 a。霜期農業生產期間降水（降雪）對生產不利，甚至給設施農業帶來災害。大到暴雪壓塌、壓毀大棚等設施時有發生，暴雪和特大暴雪對設施農業是毀滅性的，因此，在設計大棚結構時，應考慮抗壓參數，保證設施堅固耐用。

（4）朝陽地區霜期陰天日數氣候傾向率為0.241 d/10 a，變化趨勢略顯增加，而近20 a陰天日數增加不明顯。朝陽地區霜期氣溫升高對設施農業生產有利，而日照時間減少、陰天日數和降水量的相對增加對生產不利。當災害來臨時要及時采取有效的生產措施使損失降到最低，預防措施應掌握幾點：A.大棚設計要考慮大風及風向的危害。朝陽地區冬季多東北風，草苫應順風壓茬；大風來臨之前要加固壓膜線，關閉通風口，大風同時高溫要間隔放草苫壓膜。B.大棚框架要增加負重能力，避免大雪壓塌。大棚遇雪時，白天要盡量卷起草苫讓棚內植物接受散射光，夜間視降雪厚度要及時清掃，以防壓壞棚膜和棚架。C.連續陰天易出現低溫寡照，植物根系吸收能力下降，葉片蒸騰減弱，應增設輔助光源和加溫設施。連陰多日突然放晴，棚內升溫迅速易造成植物蒸騰過大而萎蔫，久陰驟晴應計劃卷苫，控制棚內溫度緩慢上升，避免冷熱驟變帶來的傷害。

光照時間日趨減少、氣溫變化幅度大是朝陽地區霜期農業氣候特點，尤其1月份的低溫寡照對設施農業及蔬菜大棚生產顯現能源不足，在栽培過程中盡可能躲避寒冷或增加取暖設備，確保霜期農業順利穩定進行。

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