1961—2021 年晋南苹果生长期气象灾害气候变化特征*

王咏梅，王志伟，谭江瑞，张爱红，邹正姗

（1 山西省运城市气象局， 044000）（2 山西省气候中心）

2021 年山西省气候十分异常，极端气象灾害事件频发，2020/2021 年冬季极寒、极暖及罕见的大范围暴雪，秋季强降水叠加，给农业造成了严重影响。IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）第6 次评估报告[1]指出，随着全球气候变暖，各地极端高温和强降水、干旱等灾害性天气事件频率和强度正在增加，已经对人民生命健康、粮食安全及经济发展等造成了广泛影响。晋南地区位于山西省最南端，属于黄土高原苹果产业优势地带，苹果一直以来都是当地的主要经济作物，而气象灾害是影响苹果生产的主要因素，每年都会不同程度地遭遇气象灾害影响。近年来晋南亦呈现极端性、灾害性天气事件频发、重发态势，使得气象灾害对果树造成愈加严重的影响。早春气温异常偏暖导致果树始花期提前，花期冻害风险加大；2018 年大范围强霜冻致使果树受灾严重；2020/2021 年冬季强寒潮造成部分地区果树浅层根系冻伤；2021 年秋季遭遇罕见强连阴雨，导致严重裂果、烂果，影响农民收入。

关于苹果气象因素的研究较多地集中在气候适宜性分析及区划，以及气象因子对苹果生长的影响[2-9]，针对苹果气象灾害的研究主要是对于某个地区或某一种气象灾害的影响分析[10-12]，而关于山西省域的研究较少。晋南作为山西省主要果业基地，其气象灾害有着什么样的气候特征及变化趋势？和其他地区气象灾害有何不一样的区域性特点？本文以影响晋南苹果产量和品质的主要气象灾害为出发点，分析其气候特征，尤其是近年来的变化趋势和极端灾害事件的出现，以便了解果树气象灾害发生风险，趋利避害，促进当地果业发展，提高经济效益。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本文使用的气象资料为山西省临猗、万荣、芮城、平陆和吉县1961—2021 年逐日最高气温、最低气温、降水量、日照时数以及冰雹，来自各县地面气象观测记录月报表；物候观测资料来自万荣、临猗、吉县农业气象观测站1981—2021 年记录；苹果气象灾害资料来自实地观测、灾情直报库和《中国气象灾害大典·山西卷》；苹果产量及种植面积来自《山西统计年鉴》。

1.2 研究对象

1.2.1选取主产县

本研究针对山西省南部苹果主栽品种红富士。根据山西省各县苹果种植面积和产量，选取主产县临猗、万荣、芮城、平陆和吉县代表晋南苹果产区。2020 年5 个主产县红富士苹果面积约为10 万hm2，约占全省苹果种植面积的70%；产量350 万t，约占全省苹果产量的85%。

1.2.2气象灾害

根据实地调查和统计分析，选取对晋南苹果生长发育影响较严重的气象灾害，包括：花期冻害、花期高温、果实膨大期高温、果实膨大期干旱、果实着色成熟期连阴雨、冰雹。

1.2.3发育关键期

晋南苹果发育关键期：①开花期，临猗、万荣、芮城、平陆为3 月25 日至4 月15 日；吉县为4 月5—25 日。②果实膨大期，6 月至10 月上旬。普遍认为6—8 月为苹果果实膨大期，但据文献[13]以及实际观测，晋南9 月至10 月上旬果实膨大仍较明显，因此，本文将果实膨大期确定为6 月至10 月上旬，其中，6 月为第1 次果实膨大期，7—8 月为第2 次果实膨大期（果实快速膨大期），9 月至10 月上旬为第3 次果实膨大期（果实成熟膨大期）。③果实着色成熟期，9 月中旬至10 月中旬。

1.3 方法

1.3.1变化趋势及突变

采用气候倾向率[14]分析气象灾害变化趋势，并使用Mann-Kendall 方法[15]对气象灾害时间序列进行突变检测，给定显著性水平为0.05，置信区间为［-1.96，+1.96］。

1.3.2灾害指标

①花期冻害。根据前人研究成果[16-19]结合实地调查确定冻害指标，当开花期日最低气温＜-2 ℃时，对花造成较明显冻害。②花期高温。当气温＞28 ℃，开花期明显缩短，影响授粉。花期高温热害指标：临猗、万荣、芮城、平陆3 月25 日至4月10 日，吉县4 月5—20 日，日最高气温＞28 ℃。③果实膨大期高温。当气温＞35 ℃时，苹果生长缓慢或停止生长，确定日最高气温＞35 ℃为膨大期高温热害指标。④果实膨大期干旱。采用膨大期降水量和连续10 d 以上无降水日数结合作为评价干旱的指标。⑤果实成熟期连阴雨。果实着色成熟期在9 月中旬至10 月中旬，其间出现连续4 d 以上（含4 d，无间隔日）或5 d 以上（含5 d，中间允许有1 d 无降水）≥0.1 mm 雨日，且过程累计雨量≥30 mm，定义为1 次连阴雨。

2 结果与分析

2.1 花期冻害

晚霜冻是晋南地区苹果生产的首要气象灾害，个别地区晚霜冻害几乎年年发生。图1 给出了1961—2021 年晋南地区苹果花期冻害日数及花期极端最低气温变化。冻害日数呈显著下降趋势，气候倾向率为-0.53 d/10 年；极端最低气温呈显著升高趋势，气候倾向率为0.68 ℃/10 年。Mann-Kendall 检验表明，冻害日数在2018—2019 年出现突变，下降趋势显著；极端最低气温在1996 年发生突变，呈显著上升趋势，表明花期冻害为减弱趋势。从年代际变化来看，20 世纪90 年代中期以前波动较明显，1966—1978 年间冻害日数较少、极端低温相对较高，冻害较轻；1979—1997 年冻害日数多，极端低温相对较低，冻害较重；1998 年至今冻害明显减轻，冻害日数减少，极端低温呈波动性升高，年际变化大。21 世纪以来冻害最严重的为2001、2010年和2011 年。

图1 1961—2021 年晋南地区苹果花期冻害的变化

2.2 花期高温

近年来晋南地区苹果经常遭遇花期高温热害的影响，由于春季气温异常偏暖，导致苹果树开花期明显缩短。用3 月25 日至4 月20 日日最高气温＞28 ℃的天数来表征花期高温。从表1 可以看到，21 世纪以前花期高温较少，每10 年仅有2～3 d，高温灾害很少发生。进入21 世纪以后，花期高温经常出现，20 年中有10 年出现高温，高温最多的年份是2006 年和2018 年，各有5 d，其次是2014 年出现4 d 高温。表1 表明，最近20 年花期高温明显增多，目前正处于花期高温灾害多发时期。

表1 1961—2021 年晋南临猗等五地苹果花期气温＞28 ℃的天数

2.3 果实膨大期高温热害

从苹果果实膨大期高温热害天数和极端高温（图2-a、c）来看，两者均为弱的增高趋势，气候倾向率分别为0.29 d/10 年和0.1 ℃/10 年。Mann-Kendall 检验表明，2012 年为高温天数突变点，但增加趋势不显著；而极端高温没有发生突变，增高趋势不明显。高温热害天数和极端高温的年代际变化大致同步，20 世纪90 年代前期以前存在明显波动，60—70 年代前期为偏高状态，70 年代中期至90 年代前期转为偏低态势；90 年代中期开始基本上呈现增高的趋势，高温天数没有明显波动，极端高温年际变化明显，最近几年显现出降低的趋势。1961 年以来，果实膨大期极端高温最高值为42.8 ℃，出现在1966 年；其次是42.1 ℃，出现在2005 年。极端高温≥40 ℃的有19 年，其中有9 年发生在近20 年；极端高温≥41 ℃的有7 年，其中有5 年出现在近20 年。进入21 世纪以来，不仅高温热害天数明显增多，极端高温也呈现多发态势，果实膨大期高温热害趋势加重。

图2 1961—2021 年晋南地区苹果果实膨大期高温的变化

2.4 果实膨大期干旱

苹果果实膨大期主要有2 个阶段降水分布对果实品质和产量影响较大：7—8 月果实快速膨大期出现干旱，影响果实膨大和产量。另外，如果后期降水多，则容易引起果面水裂纹[20]。9 月下旬至10 月上旬第3 次果实膨大期出现干旱，影响苹果着色和产量。

从整个果实膨大期（图3-a、c）降水来看，降水量变化趋势不明显，连续无降水天数则呈显著增多趋势。连续无降水天数超过40 d 的11 年里，除了1997 年以外，其余年份均出现在2005 年以后，2005—2018 年是干旱最严重的时期。Mann-Kendall检验（图3-d）表明，连续无降水天数于1995 年出现突变，之后增多趋势显著，这与马柱国等[21]、刘莉红等[22]提出的“我国北方在20 世纪90 年代以后干旱加重”的结论吻合。第2 次果实膨大期降水呈弱减少趋势（图3-e），1990—1993 年发生突变，但减少趋势不显著；年代际变化特征为：20 世纪60—70 年代初降水少，干旱较严重；70 年代后期至80 年代后期降水较充沛，干旱较轻；90 年代以来大部分年份降水少，干旱较严重。第3 次果实膨大期降水为弱增多趋势（图3-g），1975—1976 年发生突变，降水由多转少；20 世纪80 年代后期至21 世纪初降水明显偏少，之后的十几年降水波动较大。21 世纪以来，虽然连续无降水天数表现出干旱化趋势，但降水量偏多的情形却较多发生，尤其是果实成熟膨大期，降水最多的3 年均出现在最近20年，说明在干旱的背景下极端强降水反而会多发。

图3 1961—2021 年晋南地区苹果果实膨大期降水量的变化

2.5 果实着色成熟期连阴雨

苹果果实着色成熟期的9 月中旬至10 月中旬出现连阴雨，容易引起果面裂纹[20]，并影响糖分积累和果实着色。1961—2021 年，成熟期雨日及连阴雨次数变化趋势不明显，日照时数呈弱减少趋势（图4）。年代际变化特征：20 世纪60 年代和70年代初成熟期雨日较多，80 年代后期至90 年代后期雨日较少，21 世纪以来大部分年份雨日偏多；连阴雨次数较少的时期为20 世纪80 年代中期至90年代后期，以及2006—2017 年，连阴雨较多的阶段为20 世纪70 年代末至80 年代前期，以及最近的5 年；日照时数20 世纪80 年代后期至90 年代后期多数年份偏多，90 年代末至今的20 余年偏少。成熟期雨日平均为12 d，最少为5 d，出现在2003年，最多为23 d，出现在2021 年；连阴雨频次最多年份为1983 年、1992 年和2021 年，各出现3 次连阴雨，近60 年有19 年无连阴雨，2010—2016 年的7 年里有5 年无连阴雨，但2017 年之后的最近几年连阴雨似有增多趋势，值得后期关注；日照时数极端多的年份出现在20 世纪70 年代和90 年代，分别为1977 年、1978 年和1997 年；极端少的年份为2017 年、2020 年和2021 年，均出现在最近5 年。

图4 1961—2021 年晋南地区苹果果实着色成熟期降水和日照的变化

因此，无论是雨日还是连阴雨频次近年来均呈增多趋势，日照时数明显减少，近20 余年苹果成熟期阴雨寡照频次高、极端性强，连阴雨灾害趋势加重。

2.6 冰雹

晋南地区苹果主产区位于冰雹多发地带，每年都会遭受不同程度的冰雹灾害。从苹果发育期5—9月冰雹频次来看（图5），近60 年冰雹呈弱减少趋势，气候倾向率为-0.16 站次/10 年。冰雹频次没有发生突变，但年代际变化较明显，1961—1993 年冰雹偏多，尤其是20 世纪80 年代最多；1994 年开始冰雹明显减少，1994—2021 年的28 年里有15 年无冰雹出现。冰雹发生最多的是1973 年的4 站次和1984 年的5 站次，苹果遭遇严重冰雹侵袭。21 世纪以来，冰雹灾害最严重的是2020 年，有3 次冰雹发生，其次是2001 年、2013 年和2016 年，分别有2 次冰雹出现。1993 年以前几乎每年都有冰雹，之后的将近30 年里有多半年份没有冰雹，苹果冰雹灾害趋势明显减轻。

图5 1961—2021 年晋南地区5—9 月冰雹站次的变化

3 讨论

一般而言，处于苹果适宜区的晋南冬季气候对果树影响不大，但2020/2021 年冬季强寒潮造成晋南部分地区果树根系冻伤，无疑给人们敲响警钟。气候变暖导致极端事件增多，暖冬不排除阶段性强降温造成影响；关于苹果花期高温灾害的研究比较少见，本文研究揭示早春花期热害正在成为常态；秋季强连阴雨对农业的影响或在加大。刚刚发布的IPCC6《气候变化2022：影响、适应和脆弱性》[1]阐述了当前和未来气候变化影响和风险、适应措施等，指出未来气候风险将进一步加大。针对晋南气象灾害极端事件的多发趋势，为适应加大的气象灾害风险，应因地制宜采取措施，比如种植结构调整，以及加强灾害防御技术研发，最大程度地降低气象灾害带来的不利影响。

4 结论

近年来随着气候变暖，各地极端灾害性天气多发，给各行各业造成了严重影响，因此，关于极端性、灾害性天气的研究已成为热点。本文针对晋南果区主要气象灾害，分析其变化趋势、突变以及年代际变化特征，重点关注了20 世纪以来的灾害趋势，主要结论如下。

（1）气候变暖背景下，晋南苹果花期冻害趋势变轻，极端最低气温在1996 年出现突变，呈显著上升趋势。近年来晋南经常遭遇苹果花期高温灾害，最近20 年花期高温显著增多。果实膨大期高温热害呈加重趋势，20 世纪以来，不仅高温热害日数明显增多，极端高温也呈现多发态势。

（2）苹果膨大期干旱趋势加重，2005—2018年是干旱最严重时期，连续无降水日数于1995 年出现突变，呈现显著增多趋势。21 世纪以来，虽然连续无降水日数表现出干旱化趋势，但降水异常偏多的情形却经常发生，表明在干旱的气候背景下极端强降水多发、重发。

（3）苹果成熟期连阴雨变化表明，雨日呈增多趋势、日照时数为明显减少趋势，苹果成熟期连阴雨灾害趋势加重。近60 年晋南冰雹灾害发生呈减轻趋势，1994 年开始冰雹明显减少，与梁轶等[11]关于“陕西苹果冰雹1990 年代以来有所减少”的研究结论相似。