贵港市近60年寒露风特征及对晚稻生长的影响

刘 军，莫申萍，蒙小寒，梁 柳，黄展聪

（1.贵港市农业技术推广中心，广西壮族自治区 贵港 537100；2.贵港市气象局，广西壮族自治区 贵港 537100；3.贵港市港南区农村经济经营管理指导站，广西壮族自治区 贵港 537100）

寒露风是我国南方双季晚稻的主要农业气象灾害之一，由于发生频率较高、发生时段恰逢晚稻抽穗扬花和灌浆阶段，因此，对晚稻生长影响较大，常常导致空秕谷率增加，甚至出现“哑巴灾”[1]。寒露风灾害一般可使晚稻结实率下降20%左右，严重时可造成晚稻大幅度减产[2]。随着全球气候的不断变暖，农业气象灾害发生频率有减有增，而寒露风带来的农业生产损失并没有减弱，甚至有加重趋势[3]。1966年，闽北广大地区遭遇三次强降温影响，晚稻遭遇寒露风，晚稻空壳率明显增加，造成产量损失，局部地区甚至绝收；2018年，广西全州县部分晚稻受寒露风危害，减产50%左右[4]。根据2022 年广西统计年鉴[5]显示，贵港市稻谷种植面积位居广西前列，研究寒露风灾害发生规律和特征、轻重程度等对晚稻可持续性生产和晚稻种植防灾减灾有着重大意义。有关专家学者对寒露风的时空分布特征进行了各种研究[6-8]，文章对贵港市寒露风天气过程的研究主要基于日平均气温、降雨情况等资料，通过综合统计、线性回归、累积距平分析、Morlet小波等方法，分析贵港市寒露风过程特征，评估寒露风对晚稻抽穗扬花和灌浆乳熟期的影响，为今后的晚稻种植趋利避害、合理开展生产管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

气象数据来源于贵港市3 个国家级地面气象观测站（贵港、桂平、平南）1961年—2020年逐日平均气温、降雨量，贵港市播种以及晚稻抽穗扬花期等，晚稻生产资料来源于贵港市农业农村局。根据贵港市农业农村局记载的相关资料，综合考虑历年寒露风的影响程度，文章所研究的寒露风对晚稻影响时段主要是晚稻抽穗扬花和灌浆乳熟期，即分析时间选择为9月10日—10月25日。

1.2 分析方法

运用统计分析法、一元线性回归、滑动平均、Morlet 小波等方法对影响晚稻抽穗扬花期和灌浆乳熟期（以下简称晚稻敏感阶段）的寒露风进行研究[9]。

Morlet复数小波分析主要是周期变化的主要分析方法之一[10-12]，其理论及在各周期分析中的应用已经相当成熟。Morlet小波是比较常用的非正交小波，一般数学形式为：

式中：w0为小波中心频率，其小波不存在尺度函数。

Morlet 小波系数的闭合实部表现不同时间尺度特征信号，在相异时间上的概率趋势和位相两方面的信息，正值小波系数体现出分析对象在该时间段为偏多期，负值时体现为偏少期，零值对应着突变点[13]。

2 结果与分析

2.1 寒露风天气概况与出现的年代特征

在全球气候变暖的大背景下，贵港市1961 年—2020 年晚稻敏感阶段平均气温呈现振荡上升的趋势，从图1可看出，平均气温增温倾向率为0.018 9℃/年，增温趋势通过了a=0.05 显著性检验，20 世纪90 年代末到2016 年是较为明显的增暖期。在这样的气候背景下，贵港市晚稻敏感阶段发生寒露风的总体趋势为下降趋势，年发生次数以平均0.01 次/a 的速度减少，发生天数以平均0.04 d/a的速度减少，均通过了a=0.05显著性检验。

图1 贵港市晚稻敏感阶段寒露风平均气温趋势Fig.1 Average temperature trend of cold dew wind in sensitive stage of late rice in Guigang City

图2 滑动平均曲线显示，在所研究的60 年里，贵港市晚稻敏感阶段寒露风发生大致经历了三个阶段性年际变化，20世纪60 年代初—70 年代末为震荡向下的阶段，80 年代初—90年代末为震荡向上的阶段，21世纪以来晚稻敏感阶段寒露风的发生概率明显降低，且发生的持续日数变化幅度较小，但2018 年和2020 年晚稻敏感阶段寒露风又出现了高发势态。以21 世纪为节点，21 世纪前40 年平均每年晚稻敏感阶段寒露风日数日比21 世纪后的20 年多，且出现的概率高，也就是说，平均晚稻敏感阶段寒露风日数体现了由多变少的过程，晚稻敏感阶段平均气温出现了从冷变暖的趋势。

图2 晚稻敏感阶段寒露风年平均发生情况Fig.2 Annual average occurrence of cold dew wind in sensitive stage of late rice

2.2 寒露风出现日期特征

从单个年份来看，最早出现寒露风是在1976 年，由于贵港北部山脉和3 个站点的地形分布原因，寒露风出现普遍从桂平开始，其次是贵港，最后是平南。

表1 贵港市1961年—2020年晚稻敏感阶段首次出现寒露风日期特征Tab.1 The date feature of cold dew wind appeared for the first time in the sensitive stage of late rice in Guigang City from 1961 to 2020

2.3 寒露风不同等级特征

寒露风按冷空气影响的持续时间分为轻度、中度、重度3种级别，具体划分标准见表2。从表3 可以看出，贵港市1961年—2020年晚稻敏感阶段各站点累计出现寒露风次数为：贵港＞桂平＞平南，3站点均以轻度型寒露风为主，且轻度寒露风发生日数较为接近，但贵港中度和重度型寒露风在3 站中较为突出，两种类型在寒露风年份中出现的频率为44%，几乎接近一半的年份出现了中度和重度型的寒露风。结合图2发现，轻度型寒露风平南1984 年、2000 年发生日数相对偏多，中度型寒露风贵港1984 年、2000 年发生日数相对偏多，重度寒露风贵港2000 年、2018 年和桂平2018 年发生日数相对偏多，出现重度寒露风10 d及10 d以上的站点有贵港（为2个年份）、桂平（为1 个年份），平南没有出现。贵港中度寒露风出现的日数是桂平的1.6 倍，是平南的2.7 倍，说明3 站点中，贵港侧重发生中度型寒露风。平南无出现寒露风年份有25 年，出现寒露风的频率为58%，轻度和重度寒露风出现的频率仅为28%，比贵港少16%。总体来看，3 个站点中，平南受轻、中、重3种等级寒露风影响相对较小，桂平居中。

表2 寒露风农业气象指标Tab.2 Cold dew wind agrometeorological index

表3 贵港市1961年—2020年晚稻敏感阶段不同等级寒露风出现的日数和频次Tab.3 The number and frequency of cold dew wind in different grades during the sensitive stage of late rice in Guigang City from 1961 to 2020单位：%

表4 贵港市晚稻敏感阶段不同类型寒露风年发生情况Tab.4 Occurrence of different types of cold dew wind in sensitive stage of late rice in Guigang City

2.4 寒露风分型特征

寒露风类型的划分以影响雨日为基础，划分为干冷型、湿冷型两大类，划分标准为是否出现雨日（日雨量＞1.0 mm），出现降雨为湿冷型寒露风天气，无降雨则为干冷型寒露风天气[14]。从表3 可以看出，贵港市晚稻敏感阶段寒露风以湿冷型居多，3 站点中湿冷型寒露风发生日数为：贵港＞平南＞桂平，平南所出现的41次寒露风中，湿冷型占68%，湿冷型寒露风出现的日数是干冷型寒露风出现日数的2.3 倍，而贵港所出现的53次寒露风中，湿冷型寒露风占57%，比平南少11%。湿冷型寒露风发生过程中平均降雨量为8.1 mm/d，3 个站点中每个站点均有两次单过程降雨量超过100.0 mm，但不同年份发生过程有所不同。1976 年9 月21 日—9 月23 日：贵港为105.8 mm、桂平为109.9 mm；1981 年10 月22 日—10 月25 日：平南为100.7 mm；2000 年10 月13 日—10 月22 日：贵港为130.0 mm；2011 年10 月4 日—10 月7 日：桂平为111.9 mm、平南为106.0 mm。

2.5 Morle小波分析贵港市寒露风日数周期性特征

选用Morlet 小波分析贵港市1961 年—2020 年晚稻敏感期寒露风发生日数序列和频率域，可以更清楚了解贵港市近60 年寒露风日数的振动变化周期。小波系数为零时正好是突变点，小波系数为负值说明寒露风发生日数越偏小，小波系数为正值说明寒露风发生日数越偏大，因研究需要，小波系数区域随着正值加大，其区域的颜色则逐渐加深显示。

从图4 可知，8 年特征时间尺度在20 世纪80 年代中期、90 年中期以及2002 年前后的寒露风日数序列中比较明显。32 年特征时间尺度在20 世纪60 年代后期、90 年中期以及2020年前后的寒露风日数序列中比较明显。目前，深灰显的实部等值线中正的等值中心还未闭合，表明2022 年—2023年贵港市晚稻敏感期发生寒露风的可能性仍然较大，且发生日数偏多。

图4 贵港市晚稻敏感阶段轻度（a）、中度（b）和重度（c）寒露风年发生天数Fig.4 The occurrence days of mild(a),moderate(b)and severe(c)cold dew wind in sensitive stage of late rice in Guigang City

3 结论

在晚稻敏感阶段，21 世纪前40 年出现寒露风的平均日数比21 世纪后20 年多，且出现的概率更高，其日数体现了由多变少的特征，晚稻敏感阶段平均气温出现了从高到低的趋势。由于贵港北部山脉海拔差异和3 个站点的地形分布原因，寒露风出现有其特殊的特征，最早出现寒露风的平均日期在10 月中旬，寒露风普遍首先从桂平开始出现，然后在贵港出现，最后在平南出现。贵港市3 站点均以轻度型寒露风为主，贵港侧重发生中度型寒露风，总体而言，平南受轻、中、重3 种等级寒露风影响相对较小，桂平居中。贵港市晚稻敏感阶段寒露风以湿冷型居多，3 站点中湿冷型寒露风发生日数依次为：贵港＞平南＞桂平，平南出现湿冷型寒露风频率为68%，在3 站点中所占的比重最大。贵港市3 站点的晚稻敏感期寒露风加强发生的周期基本相似，其日数序列存在相同的时间特征尺度：10 年、30 年。其中30 年的振荡周期相对偏强，8 年的振荡周期偏弱。结合分析图，2022 年—2023 年贵港市晚稻敏感期发生寒露风发生的可能性仍然较大，且发生日数偏多。