随州地区61年来霜冻和霜冻害发生规律及对农业生产影响研究

周泽民 马超 冯文丽 戴欢

【摘要】通过对随州地区的随州、广水两地国家气象站1957～2017年61年气象观测资料进行统计，结合农业部门提供的随州主要农作物的生育期和冻害资料进行研究，分析了随州地区霜、不同等级的霜冻、霜冻害时空分布，探讨了极端最低气温与极端最低地表温度的关系，研究了不同季节霜冻出现的规律和霜冻害对农业生产的危害，提出了防御霜冻害的具体措施。

【关键词】霜冻;等级，特征;研究

【中图分类号】P468

【文献标识码】A

霜冻害是指在农作物、果树林木、蔬菜生长季节，土壤表面或植株体温遇到地面温度降到0℃以下而引起植物受害的一种农业气象灾害，霜冻害多出现在天气相对较为温暖，农作物等正常生长的春、秋转换季节，常导致农作物等遭到冻伤或死亡。对越冬作物等仍可生长的随州地区而言，冬季出现的异常低温冻害如造成农作物等受到冻伤冻死等危害，也属于霜冻害的范畴。霜冻害主要危害越冬作物如冬小麦、油菜、果树、蔬菜和部分热带亚热带作物如柑橘。霜冻害对农作物等的危害在不同生育期是明显不同的。在随州地区，冬小麦拔节至抽穗期，油菜的抽薹开花期，越冬蔬菜、果树的开花期，棉花、中稻、蔬菜苗期等生长关键期，如遇到霜冻害就会降低结实率，冻伤冻死幼苗，严重影响农作物、果树和蔬菜的产量。

由于特殊的地理位置，随州地区每年都会出现霜冻害天气，是危害随州越冬作物、果树林木、蔬菜等一种主要农业气象灾害，它发生频率高，影响范围广，造成危害重。因此，了解霜冻害的发生特征，掌握霜冻害的危害规律，对于采取有针对性的防御措施，指导农业生产，提高农作物等经济效益具有十分重要的意义。

1 资料与方法

为了了解和掌握随州地区霜冻天气的发生规律，采取有针对性的防御措施，减轻霜冻的危害，按照霜冻的标准，统计了1957-2017年随州、广水两地气象观测资料，结合随州气象和农业部门观测的主要农作物生育期和冻害资料进行研究分析。

2 随州地区霜及霜冻害发生的规律

2.1 随州地区霜日出现分布

2.1.1 随州地区霜日的时空分布。霜是水汽在地面和近地面物体上凝结而成的白色松脆的冰晶。霜与霜冻害有密切联系，又有一定的区别。霜是反映霜冻危害的最直观天气现象，因此，在实践中常用霜日作为评价霜冻的指标。

历年气象资料统计表明，随州、广水两地的霜日有一定的差异。随州年平均霜日为48.7天，历年平均初霜日在11月14日，平均终霜日为3月16日，平均初、终间霜日为123.4天;广水年平均霜日为51.9天，历年平均初霜日在11月10日，平均终霜日为3月20日，平均初、终间霜日为131.3天。

从霜的年代分布看，随州两地在不同的年代，霜日有一定的差异（表1）。

随州地区霜日的时空分布较为明显。一是广水霜日比随州多。61年间广水平均霜日比随州多3.2天，平均初霜日比随州提前4天，平均终霜日推迟4天，平均初、终间霜日广水比随州多7.9天。说明随州无霜期要长于广水。二是不同月份出现霜的情况有显著差异。随州地区的霜日主要集中在12月至来年1月，均占全年的80%以上，其中，1月份出现最多，分别占全年的31.4%（广水）和33.7%（随州）;12月份次之，4月和10月最少。4月之后，10月之前没有出现霜。终霜日绝大多数年份出现在3月份，两地出现在4月的终霜日频率均为十年二遇;初霜日主要集中在11月份，出现在10月份的初霜日随州为十年一遇，广水为十年二遇;从1993年后两地没有在10月份出现初霜日。三是两地在不同年代出现霜有较大的差异。除了1971-1980年代、1981-1990年代随州比广水略有偏多外，其它年代，广水都比随州偏多或持平。其中，1957-1960年代、1961-1970年代广水比随州都偏多11日。最近的2011-2017年代偏多6.7日（表1）。

2.1.2随州地区霜日的年代变化规律。从图1可以看出，随州的年霜日数变化比较明显。霜日最多年份出现在2013年，达72天，霜日最少年份出现在1967年和1997年，均只有28日，年霜日最多与年霜日最少二者相差44天。最近10几年，年霜日有逐渐增加的趋势，2004年以后增加的趋势更加明显，2013年达到历史最高，对农作物和经济作物的危害也趋于严重。

2.2 不同等级的霜冻时空分布特征

2.2.1 霜冻等级及时空分布特征。随州地区空气、土壤和植物体内水汽含量比较充足，在寒冷的季节，当最低气温在OoC以下时，出现肉眼可见的“白霜”现象的频率很高。因此最低气温是判断出现霜和霜冻的主要指标。张霭琛（ 2008）根据中国主要作物对霜冻的抵抗能力，结合最低气温指标，将霜冻程度划分为四个等级（表2）。

根据上述霜冻等级标准，统计了随州地区历年不同等级最低气温出现的频率（表3）。

从表3可知，随州地区没有出现一般霜冻，出现年最低气温为-5.10℃- -10.0℃的极严重霜冻频率最多，两地分别占整个年份的73.3%和83.3%。按照上述霜冻的最低气温划分等级，在随州地区发生极严重霜冻及毁灭性霜冻等级的频率高达88.3%（随州）和93.3%（广水），平均十年九遇。说明随州地区的霜冻发生频率高，影响范围广，这与随州地区所处的地理位置和气候特点密切相关。随州属于湖北省冬季极端最低气温最低的地区。1957-2017年的气象资料统计，随州地区历年极端最低气温全部出现在冬季的12月-2月，年极端最低气温-4.6C - -16.3℃之间，随州历年最低气温-16.3℃（1969，1977年），广水历年最低气温-16.0℃（1977年）;历年极端最低气温-21.0℃（洪山气象站，1969年），这也是湖北省历史上极端最低气温。

由表4可见，随州历年极端最低气温出现的区间以-7.10℃- -10.0℃和-5.1 - -7.0℃为主，几乎占总频率的四分之三，-4.60℃-5.0℃和-10.100C - -15.0℃两个区间出现的频率相同;在时间分布上，年极端最低气温出现的时间一般在12下旬月-2月中旬的冬季，以12月下旬最多，1月上旬和下旬次之，2月下旬最少。1月下旬虽然年极端最低气温出现频率不是最多，但出现< -10.0℃的频率占其总年份的66.7%，其中年極端最低气温<-15.0℃的2个年份都出现在1月下旬。

2.2.2 历年毁灭性霜冻害的时空分布。随州地区出现<-10.0℃的毁灭性霜冻年份时空分布差异明显。61年里，随州共出现了10年，平均十年二遇;广水出现了7年，平均十年一遇。日最低气温< -15℃的低温天气两地出现较少，在61年中，随州共出现了两年（1969年，1977年）。广水仅出现了一年（1977年）。两地出现毁灭性霜冻均集中在冬季的12月下旬-2月中旬（表5）。

在近10年（2008-2017年）中，随州有3年出现了<-10.0℃的情况，平均十年三遇，说明随州毁灭性霜冻害有明显的增加趋势，年霜日数也呈现增多的趋势，应引起农业部门和农民群众的高度重视。

随州地区出现毁灭性的霜冻害虽较为罕见，但造成的损失却十分严重。由于毁灭性霜冻害极端气温低，危害程度深，影响范围广，对越冬作物、果树、蔬菜都会带来严重的危害，特别是对柑橘、杨梅和茶树等危害更甚。资料表明，柑橘低于-11℃会出现重度冻害。1991年12月下旬受强寒潮影响，从12月24日-31日随州连续8天日平均气温在0℃以下，极端最低气温仅-12.3℃，此次低温持续时间长，来的早，降温幅度大，随州属于最重冻害区。导致全市80%的柑橘冻死，对柑橘种植造成毁灭性的破坏，柑橘种植从此一蹶不振;茶树和小麦、油菜等越冬作物冻害也十分严重。随州最近一次的毁灭性霜冻害出现在2016年1月25日，极端最低气温仅-12.4℃，造成油菜、冬小麦、越冬蔬菜发生明显的冻害，造成严重的减产。

2.2.3 随州地区不同季节霜冻害的分布特征。根据霜冻害发生的季节和危害情况，将霜冻害分为秋霜冻（早霜冻）和春霜冻（晚霜冻）两个类型。对于随州地区而言，出现在10-11月份的为秋霜冻，出现在3-4月份的为春霜冻。此时，分别是秋收作物、果树等成熟收获和夏收作物、果树等开花及产量形成的关键时期。如果出现霜冻害，对农作物、果树、蔬菜等生产会造成严重的危害。文献指出，霜冻出现的越早，危害越重;而春季最晚的一次霜冻，危害更为严重。气象资料表明，随州、广水两地历年出现在3月和11月的春霜冻和秋霜冻的频率都很高，出现的年频率基本为十年九遇（表6）。随州出现在10月份的早霜冻共有7年，广水共有13年，出现频率分别为十年一遇和五年一遇。随州出现在4月份上中旬的晚霜冻有10年，广水共有12年，基本上平均五年一遇。说明在有些年份早霜冻和晚霜冻的危害比较突出，应引起重视。

随州地区的冬季农作物、果树和越冬蔬菜处于休眠或缓慢生长的状态，抗寒耐寒能力相对较强，冬季出现一般或严重霜冻对其危害并不明显。

2.3 霜冻害对农作物的危害

不同农作物、果树和蔬菜在不同生长期对不同程度霜冻的反应有明显的区别。冬小麦拔节后抗霜冻能力迅速减弱，拔节后20天如出现一1℃-2C的低温就会造成伤害;在油菜抗寒力最弱的现蕾抽薹期，当温度在OoC以下时，就会出现冻害。在冬季，如果出现< -10.0℃的毁灭性类型的霜冻，或虽只有零下几度，但出现有强烈变温，都会形成灾害。

随州地区的秋霜冻一般出现在10月中旬-11月下旬。秋霜冻出现时，正是冬小麦出苗一三叶期，油菜移栽期，蔬菜的苗期，果树已采摘完处于落叶期。此时期的冬小麦、油菜，其耐寒、抗寒能力相对较强，且此时出现日最低气温低于-5.0℃的低温天气出现频率少，一般不会出现明显冻害。因此，尽管随州的初霜多出现在10-11月份，但对越冬作物、蔬菜、果树等危害较轻。在近20年里尚未有农作物、蔬菜和果树等在11月份受冻害的现象。

随州地区的春霜冻一般在3月上旬-4月中旬，3月上旬是随州冬小麦拔节始期，中旬为拔节普期和油菜抽薹始期，也是随州当家蔬菜泡泡青抽薹一开花期，桃树、李树等果树的开花期，4月上旬一中旬是棉花、中稻的播种一出苗期（表7）。由于油菜抽薹、开花会消耗大量养分，抗寒力明显下降，只要出现0℃以下低温，就会受冻害。小麦拔节期间，各部器官迅速生长，对低温的抵抗力明显降低。据随州市农科所资料，当极端最低气温≤-2℃时，就会发生冻害，造成农作物的植株、花果受冻，导致减产或严重减产。随州历年此时出现极端最低气温≤-2℃的霜冻害平均为五年一遇，特别是2003年以来出现的频率更高，平均为两年一遇;油菜抽薹开花期间出现极端最低气温< 0℃的频率达30%。因此危害随州农作物、蔬菜和果树的霜冻害主要是春霜冻（晚霜冻）。

越冬作物受到霜冻害危害的程度，还与播种期和生育期情况、生长状况等密切相关。在随州，越冬作物前期温度偏高，旬平均气温正距平值≥2.0℃，农作物生长过旺，抗寒能力差，此时如遇气温骤降，出现霜冻天气时，易对冬小麦、油菜等越冬作物造成危害。越冬作物播期早也易造成霜冻害。这是因为播种期早，前期天气环境适宜，农作物生长迅速，生育期提前，抗寒能力明显下降。

霜冻害发生时的天气条件对越冬作物的危害程度也是不一样的。长期低温天气条件下，霜冻对越冬作物的危害较轻;雨后初晴早晨出现的霜冻对越冬作物的危害明显偏重。

2.4 极端最低气温与极端最低地表温度的关系

霜是植物表面与土壤表面温度在0℃以下时产生的。由于目前分布在农村乡镇的区域自动气象站观测的是气温，没有植物表面与地表温度的资料。为开展农业气象预报和服务需要，以百叶箱最低气温作为鉴定霜冻条件的指标。研究表明，寒冷季节里气温要高于地面温度。因此，当百叶箱里的气温降至0℃及以下时，地表温度都会低于0℃。而地表温度低于0℃，地面都会有霜出现。

统计发现，1957-2016年随州历年4月的日极端最低气温与同期日地面最低气温出现的时间基本同步（图2）。由此可见，随州霜冻害危害最严重时期的3、4月极端最低气温与同期极端最低地表温度关系密切，百叶箱最低气温可以作为霜冻条件鉴定的指标。

统计还发现，随州历年3月份极端最低气温与同期极端最低地表溫度具有显著的相关性，相关系数达0.628（图3）。

说明：纵坐标为最低地表温度（℃），横坐标为最低气温（℃）图3随州历年3月份极端最低气温与极端最低地表温度的关系

图3表明，当随州3月份极端最低气温降低1℃，相应的地面最低温度就减少0.693℃。

3 结论

（1）随州地区霜日的时空分布比较明显。各地霜日和不同年代的霜日变化有较大的差异。年霜日有逐渐增加的趋势，对农作物、蔬菜和果树的影响也趋向严重。

（2）隨州地区的极严重霜冻及以上等级的霜冻发生频率高，平均十年九遇。特别是近十几年来，毁灭性霜冻有明显的增多趋势，应引起政府有关部门，特别是农业部门和农民群众的高度重视。

（3）秋霜冻害和春霜冻害是危害随州农业生产的重要气象灾害。而春霜冻（晚霜冻）是危害随州农作物、蔬菜和果树的主要霜冻害。

（4）在霜冻来临前、来临时应根据不同季节、不同天气条件和不同农作物的生长期，有针对性地采取防御对策，减轻霜冻害的危害。对于大面积种植的农作物、果树可以采用灌水、喷雾等保温措施;对于蔬菜可采用稻草、麦秆、杂草等覆盖增温的方法;对于短时霜冻防御和名贵林木果树及其苗圃，可利用柴草、牛粪、锯末等物质燃烧产生熏烟的办法，降低地面有效辐射，提高地面和近地面气温。

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[作者简介]周泽民（1962-），男，湖北随州人，高级工程师，研究方向：气候与气象服务。