严格意义上的无霜期统计方法探析

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摘要    根据霜冻和无霜期对农作物生长的影响及农业气候区划的指导意义，比较无霜期与严格意义上的“无冻期”的关系和区别，分析霜冻出现的初、终日与霜、结冰现象及气温、地面温度、草面温度≤0 ℃出现的初日、终日之间的关系，探讨无霜冻期的合理统计方法。同时，通过对鄂东地区的麻城、浠水、黄石三地的无霜期和“无冻期”进行统计，总结两者的差异和特征，从而为正确理解和统计无霜冻期提出一套新方法，为指导农业生产和农业气候区划提供依据。

关键词    霜;结冰;无霜期;“无冻期”;气温;地面温度;草温

中图分类号    P467        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）24-0160-02                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    Based on the effects of frost and frost-free period on crop growth and the guiding significance of agro-climate zoning，the relationship and difference between frost-free period and "no freezing period" in the strict meaning were compared. The relationship between the initial day and the final day of frost and the cream，the icing phenomenon，the temperature，the ground temperature，and the grass surface temperature ≤0 ℃ was analyzed，and the reasonable statistical method of "no freezing period" was discussed. Through the statistics of the frost-free period and "no freezing period" in Macheng，Yishui and Huangshi in the eastern part of Hubei Province，the differences and characteristics of the two were summarized，so as to put forward a new set of methods for correctly understanding and counting frost-free periods.It provides the basis for guiding agricultural production and agro-climate zoning.

Key words    cream;freezing;frost-free period;"no freezing period";temperature;ground temperature grass temperature

无霜期指一年中终霜后至初霜前的一整段时间，在这一期间内，没有霜的出现[1-3]。我国是一个多霜的国家，由于每年的气候情况不同，各地出现初霜和终霜的日期有早有晚，每年的无霜期也不一致。通常所说的无霜期，是指从当地的平均终霜日到平均初霜日之间的天数。无霜期是农业气象上一个重要的热量指标，农作物的生长期与无霜期关系密切，无霜期愈长，生长期也愈长。霜出现时，往往会给一些耐寒性较差的农作物带来一定的影响，如棉花遇到秋霜害，会影响其继续生长。因此，常常将一个地区的无霜期作为作物生长期的气候条件[4-6]。但是真正影响农作物生长期的是霜冻。霜冻是指在植物生长季节，土壤表面、植物表面、贴地气层的温度下降到使植物受到伤害或者死亡时的低温天气，即植物体温度在0 ℃以下，使作物体内结冰，对作物造成的伤害[7]。霜冻与气象学中的霜在概念上不一样，前者与作物受害联系在一起，后者仅仅是一种天气现象（白霜）。当达到温度条件，如果空气中水汽含量较大，达到饱和时，由水汽直接凝聚或由露水凝结成冰晶，并凝集在植物表面形成一层白色的霜，称为白霜;当达到温度条件时，如果空气中的水汽含量不足，达不到饱和时，在植物表面就不会有白霜出现，但空气温度已降至0 ℃以下，使农作物、果树或植物遭受冻害，出现枝叶枯萎死亡而变成黑色，所以被人们称为“黑霜”。

在目前的气象资料统计中，无霜期的统计是以人工观测的霜天气现象记录的初终、间日数来进行统计，也就是说，目前统计的无霜期只是指“无白霜期”，并不包含“黑霜”。换言之，现在所统计的“无霜期”并非严格意义上的“无霜冻期”（为区别原“无霜期”定义，以下简称“无冻期”）。因此，目前所使用的无霜期统计资料对农业生产指导作用存在一定的局限性。如果能准确统计出“无冻期”，对农业生产和农业气候区划将有更好的指导意义[8-9]。

本文归纳前人有关霜冻与霜、结冰等天气现象及气温、地面温度、草温的关系，提出霜冻出现的初、终日及“无冻期”的统计方法，并通过对鄂东地区的麻城、浠水、黄石三地的“无霜期”与“无冻期”进行统计，将2种统计方法进行对比分析，总结两者的差异和特征，从而为正确理解和统计无冻期提出一套新的方法，为指导农业生产和农业气候区划提供科学依据。

1    霜冻的判断标准

要准确统计“无冻期”，首先要确定霜冻的判断标准，然后再统计逐年霜冻出现的初、终日及初终间日数。

霜冻使植物体内结冰而引起冻害，是由低温造成的生物学现象。作物内部由许多细胞组成，当温度降到0 ℃以下时，作物内部细胞与细胞之间的水分就开始结冰。植物体结冰时，体积膨胀。当细胞之间的冰粒增大时，细胞就会受到压缩，细胞内部的水分被迫向外渗透出来，细胞失掉过多的水分，它内部原来的胶状物就逐渐凝固起来，特别是在严寒霜冻以后，气温又突然回升，则作物渗出来的水分很快变成水汽散失掉，细胞失去的水分无法复原，作物便会死去。

霜冻的发生和严重程度首先取决于天气条件[1]，其次是地形环境条件。霜冻通常发生在0 ℃或0 ℃以下，江秀珍等[2]发现，气温3～4 ℃，地面温度>0 ℃时，仍有霜出现。张晨辉等[3]也发现地面温度在3 ℃左右甚至5 ℃时有霜的记录。王淑艳等[4]发现并找出在地面最低温度≥0 ℃以及相对湿度不大的情况下出现霜的原因。贾  杨等[5]探讨了最低气温0 ℃、地面最低温度0 ℃、草面最低温度0 ℃的不同观测日，天气现象中分别记录有霜和无霜的问题，张  玫等[6]应用草面、地面温度变化趋势来判定并记录霜。黄思源等[7-9]通过自动气象站的连续观测资料，结合人工观测的天气现象，根据露、霜、结冰的成因，总结出自然状态下出现露、霜、结冰现象的综合判别指标。

判断霜冻出现的初、终日期，应以作物体内温度是否达到0 ℃或以下为标准，但目前并未对植物体结冰现象进行直接观测。综合以上研究，可以通过天气现象霜、结冰的出现和最低气温、地面最低温度或草面最低温度≤0 ℃等作出间接判断，即这些指标都可以作为霜冻的判断指标。当然，这些还不是全部的指标。发生霜冻时，有时这5项项指标没有全部出现，但至少有其中某一项指标出现。统计分析鄂东地区麻城、浠水、黄石三地的气象资料发现，霜与结冰天气现象出现的初、终日期，有的年份结冰初日比霜出现得更早，结冰终日比霜终日更晚。最低气温、地面最低温度、草面最低温度≤0 ℃出现的初日和终日，三者之间也是如此，早晚互现。表1为麻城、浠水、黄石三地1960—2017年共58年间各项指标出现的初、终日最早（晚）次数统计结果，其中草面温度开展观测时间较短，仅有2010—2017年记录（统计表中含每年初、终日各2次，各项指标同时出现时，分别统计）。可以看出，5项指标中，地面最低温度和霜出现的次数最多，草面温度虽然资料时间较短，但出现的比例较高，说明也能很好地反映出初（终）霜冻出现的准确时间。结冰和最低气温虽然出现的次数较少，但对无霜冻期的统计影响较大。

2    无冻期统计方法

为了避免无霜期统计只以霜天气现象为依据而不能完全反映初（终）霜冻出现的真实情况的缺点，根据上述统计分析，结合前人研究成果，本文在统计“无冻期”时，将霜、结冰、最低气温≤0 ℃、地面最低温度≤0 ℃、草面最低温度≤0 ℃出现的初日和终日5项指标进行综合考量，即当上述5项指标中，只要有1项指标出现，即判定为初（终）霜冻日期。先分别统计霜、结冰、最低气温≤0 ℃、地面最低温度≤0 ℃、草面最低温度≤0 ℃出现的初日和终日，再从中挑选最早（最晚）日期，以挑选的最早（最晚）日期为初（终）霜冻日期，计算初、终间日数，再求得“无冻期”。表2以麻城2010—2017年（自2010年增加草面温度观测）为例介绍“无冻期”统计方法。

3    无冻期与无霜期对比分析

通过统计鄂东地区麻城、浠水、黄石三地1960—2017年共58年无霜期和无冻期（表3），结果显示，无冻期比无霜期明显缩短，58年平均缩短4～10 d，最多鄂东北麻城缩短10 d，其次是浠水，缩短9 d，鄂东南黄石缩短4 d。特别是近年来增加草面温度观测后，以麻城为例（表2），除2010年无冻期与无霜期没有变化外，其他各年均有较大缩短，缩短天数最多达52 d，最少有7 d。三地各年相差最大的年份分别达69、49、38 d。最长、最短无冻期浠水、黄石与原来无霜期无变化，麻城最长无冻期由原来最长无霜期283 d缩短为276 d。

4    全自动观测无冻期统计

随着我国地面气象观测站观测项目全面实现自动观测并逐渐取消人工观测，露、霜、结冰等天气现象不再进行人工观测[10]。为了保证无霜期资料统计的连续性，从最低气温、地面最低温度、草面最低温度≤0 ℃出现的初日和终日这3项指标中挑选初（终）霜冻日期，这个方法是可行的，也是可靠的。从表1、2可以看出，3项指标早晚互现，有时同时出现，均能反映出初（终）霜冻的真实情况，尤其是草面最低温度比较敏感，优势明显。

5    结语

综合考慮霜、结冰、最低气温、地面最低温度、草面最低温度≤0 ℃出现的初日和终日5项指标，从中挑选初（终）霜冻期并统计“无冻期”的方法，既是对原人工观测的霜、结冰天气现象资料真实性予以认同，同时也对最低气温、地面最低温度或草面最低温度在≤0 ℃时发生霜冻现象这种情况进行了合理处理，更能确保无霜冻期统计的严谨性和正确性，比原来只从霜一种天气现象的初、终日期进行无霜期统计更能反映真实的霜冻期和无霜冻期，对农业生产和农业气候区划更具有指导意义。本方法还对今后取消霜、结冰等天气现象观测后无冻期的统计方法提供参考依据。

通过本方法统计的“无冻期”比原无霜期明显缩短，鄂东地区麻城、浠水、黄石三站统计结果显示，纬度越高地区（或海拔越高）缩短天数越长，纬度越低地区缩短天数较短。如果对我国大范围“无冻期”进行重新统计，缩短变化情况将更复杂。因此，对我国原来农业气候区划中有关无霜期的结论是否需要重新论证，值得探讨。本方法也有不足之处，可能仍有少数最低气温、地面最低温度、草面最低温度在0 ℃以上时出现初（终）霜冻的情况漏统计，有待进一步完善。

6    参考文献

[1] 罗晓丹.2004年入冬后清远市首次低温霜冻分析[J].广东气象，2005（1）：27-28.

[2] 江秀珍，张涛.浅析地面温度在零度以上时出现霜的现象[J].贵州气象，2007（1）：45-46.

[3] 张晨辉，罗碧瑜，林涛，等.近年梅县地面最低温度偏高出霜情况分析[J].气象水文海洋仪器，2008（2）：38-41.

[4] 王淑艳，靳贵娟.关于霜形成时温、湿条件的讨论[J].黑龙江气象，2006（4）：32.

[5] 贾杨，高春铃.利用自动站草面温度判定霜的形成[J].黑龙江气象，2008（2）：35-37.

[5] 张锦勇，雷安林，张忠，等.成霜的气象条件与观测方法浅析[J].贵州气象，2008（1）：44-45.

[7] 黄思源，傅伟忠.露、霜、结冰天气现象综合判别[J].气象科技，2014（3）：3-7.

[8] 李年，潘家文，卢伟东，等.天气现象霜形成的有利条件和观测技巧[J].广东气象，2009（5）：55-57.

[9] 张玫，梁建国.一次霜降现象的地面气象要素分析[J].广东气象，2009（6）：67-68.

[10] 华连生.安徽省霜的特征分析及其自动化观测模型研究[C]//中国气象学会.第34届中国气象学会年会S16智能气象观测论文集.郑州：中国气象学会，2017.

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