鄒海平　張京紅　李偉光　陳小敏　白蕤　呂潤(rùn)

關(guān)鍵詞：冬季瓜菜；寒害氣象指標(biāo)；Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)；站次比；海南島

中圖分類號(hào)：P49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2024.04.021

海南島地處熱帶，屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候，冬季均溫為18.1～22.8 ℃[1]，為冬季瓜菜生產(chǎn)提供了極其有利的自然條件。目前，海南島冬種瓜菜種植面積保持在20 萬(wàn)hm²左右，出島量近年均保持在300 萬(wàn)t 以上[2]。冬季瓜菜作為海南熱帶高效農(nóng)業(yè)中的支柱性產(chǎn)業(yè)，是海南建設(shè)國(guó)家現(xiàn)代熱帶高效農(nóng)業(yè)基地的重要組成部分，在海南省產(chǎn)業(yè)脫貧、促進(jìn)增收和保障民生及建設(shè)海南自由貿(mào)易港等方面發(fā)揮著重要作用。海南已成為我國(guó)冬季北運(yùn)瓜菜重要的生產(chǎn)基地，在全國(guó)冬季瓜菜市場(chǎng)發(fā)揮了不可替代的作用[3-4]。但受冬季風(fēng)影響，北方冷空氣仍有可能影響海南，引發(fā)冬季瓜菜低溫寒害[5]，導(dǎo)致減產(chǎn)。如2008 年1 月下旬至2 月中旬發(fā)生的重度低溫陰雨天氣導(dǎo)致海南冬季瓜菜受災(zāi)達(dá)5.33 萬(wàn)hm²，經(jīng)濟(jì)損失約4.37 億元[6]。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)的準(zhǔn)確性及其時(shí)空分布特征是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究的基礎(chǔ)，只有正確判斷災(zāi)害的活動(dòng)區(qū)域及其發(fā)生頻率，才能對(duì)研究區(qū)域?yàn)?zāi)害程度有直觀、準(zhǔn)確的了解，為下一步災(zāi)害監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等提供科學(xué)依據(jù)[7]。因此，研究海南島冬季瓜菜寒害氣象指標(biāo)及其時(shí)空變化規(guī)律顯得十分必要。

研究者對(duì)水稻冷害[8]、玉米冷害[9]、冬小麥凍害[10]、香蕉和荔枝寒害[11]等低溫災(zāi)害指標(biāo)及其變化特征開(kāi)展了大量細(xì)致的研究。在瓜菜寒害方面，有學(xué)者從農(nóng)學(xué)角度分析了寒害對(duì)辣椒[12]、冬瓜[13]、西瓜[14]等瓜菜形態(tài)學(xué)和生理生化指標(biāo)的影響。有學(xué)者采用考慮瓜菜生物學(xué)特性的有害積寒[15-16]和構(gòu)建致災(zāi)指標(biāo)，分析了瓜菜寒害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。如張蕾等[16]基于海南島1998—2011 年氣象資料，分別以日最低氣溫≤10.0 ℃、持續(xù)日數(shù)≥3 d，日最低氣溫≤12.0 ℃、持續(xù)日數(shù)≥5d，日最低氣溫≤15.0 ℃、持續(xù)日數(shù)≥6 d 寒害過(guò)程的有害積寒和作為西瓜、辣椒、豇豆和絲瓜寒害年度氣候致災(zāi)因子，綜合孕災(zāi)敏感性、承載體易損性和防災(zāi)能力，對(duì)海南島4 種瓜菜寒害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與區(qū)劃。此外，海南省氣象局從氣候角度制定了海南冬季低溫陰雨過(guò)程等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[1]。前人在瓜菜寒害氣象指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方面做了大量工作，但也存在一些不足。采用有害積寒和構(gòu)建各種瓜菜寒害致災(zāi)指標(biāo)雖然考慮了瓜菜生物學(xué)特性，但其僅考慮溫度對(duì)各種瓜菜的不利影響，未考慮陰雨寡照的影響，且該指標(biāo)僅適合年度寒害等級(jí)確定，無(wú)法確定歷次寒害過(guò)程等級(jí)，同時(shí)該指標(biāo)無(wú)法確定寒害對(duì)瓜菜這一大類的影響程度。海南冬季低溫陰雨災(zāi)害等級(jí)雖然考慮了陰雨寡照對(duì)農(nóng)作物的影響且能對(duì)每次寒害過(guò)程進(jìn)行評(píng)估，但其所涉及溫度指標(biāo)未充分考慮瓜菜的生物學(xué)特征。為此，本研究擬在前人研究基礎(chǔ)上，利用1971—2020 年氣象數(shù)據(jù)和瓜菜寒害災(zāi)情資料，制定既考慮陰雨寡照影響又能量化歷次寒害過(guò)程影響程度且具備生物學(xué)特征的海南冬季瓜菜這一大類寒害氣象指標(biāo)，并利用該指標(biāo)得出海南冬季瓜菜寒害變化規(guī)律，以期為海南冬季瓜菜優(yōu)化種植布局、抗寒減災(zāi)和寒害監(jiān)測(cè)預(yù)警等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

影響海南島冬季瓜菜的寒害主要發(fā)生在每年冬季的12 月至翌年2 月，因此采用此3 個(gè)月的1971—2020 年氣象數(shù)據(jù)和災(zāi)情數(shù)據(jù)。其中，氣象數(shù)據(jù)包括海南島18 個(gè)氣象站的逐日平均溫度、最低溫度和日照時(shí)數(shù)，來(lái)自海南省氣象信息中心；災(zāi)情數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)氣象災(zāi)害大典·海南卷》[5]及海南省氣候中心調(diào)研、收集整理的災(zāi)情庫(kù)。

1.2 方法

1.2.1 冬季瓜菜寒害氣象指標(biāo)海南島主要種植瓜菜（如辣椒、豇豆、西瓜、南瓜、苦瓜等）的生物學(xué)溫度為日均溫15 ℃和12 ℃、日低溫10 ℃和5 ℃[17-19]。因此，將海南低溫陰雨過(guò)程等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中不具有生物學(xué)特征的溫度臨界值日均溫13 ℃、日低溫8 ℃ 和6 ℃ [1]分別改為日均溫12 ℃、日低溫10 ℃和5 ℃。利用海南冬季瓜菜寒害災(zāi)情資料確定不同等級(jí)冬季瓜菜寒害過(guò)程的持續(xù)日數(shù)（表1）。表中寒害過(guò)程允許間隔1 日不符合寒害氣象指標(biāo)條件，寒害過(guò)程持續(xù)日數(shù)為符合寒害氣象指標(biāo)的日數(shù)。同一寒害過(guò)程若同時(shí)符合多種項(xiàng)目條件則取寒害等級(jí)最重者。

1.2.2 站次比計(jì)算站次比（%）是指某一年份某一區(qū)域內(nèi)某等級(jí)冬季瓜菜寒害發(fā)生的站數(shù)占該區(qū)域內(nèi)全部站數(shù)的比例，用于評(píng)價(jià)寒害影響范圍的大小，即

式中，Y_j 為站次比，j 為某年，m 為某級(jí)冬季瓜菜寒害發(fā)生的站數(shù)，M 為全部站數(shù)，即18。

1.2.3 Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn) Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)法[20-21]是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，不需要樣本遵從一定的分布，也不受異常值干擾，被廣泛應(yīng)用于氣候和水文序列的分析，因此本研究采用該方法對(duì)冬季瓜菜寒害發(fā)生次數(shù)和站次比進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

1.2.4 其他方法采用 ArcGIS9.3 軟件中的反距離權(quán)重模塊插值生成冬季瓜菜寒害發(fā)生次數(shù)的空間分布圖，柵格大小為200 m×200 m，再利用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行等級(jí)劃分。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬季瓜菜寒害氣象指標(biāo)的適應(yīng)性驗(yàn)證

利用 1971—2020 年寒害災(zāi)情資料對(duì)冬季瓜菜寒害氣象指標(biāo)準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明海南島63 個(gè)樣本中災(zāi)情與瓜菜寒害氣象指標(biāo)計(jì)算結(jié)果符合的樣本數(shù)為53 個(gè)，符合率為84.1%?？梢?jiàn)本研究構(gòu)建的冬季瓜菜寒害氣象指標(biāo)可用于海南島冬季瓜菜寒害變化規(guī)律分析。因篇幅有限，僅列舉具有代表性的5 個(gè)站點(diǎn)災(zāi)情驗(yàn)證結(jié)果（表2）。

2.2 冬季瓜菜寒害發(fā)生次數(shù)的變化特征

2.2.1 冬季瓜菜寒害發(fā)生次數(shù)的空間分布（1）各月寒害發(fā)生次數(shù)。圖1 為海南島冬季各月瓜菜寒害1971—2020 年發(fā)生總次數(shù)空間分布圖?？梢?jiàn)，海南島18 站點(diǎn)12 月、1 月和2 月瓜菜寒害50 年發(fā)生總次數(shù)分別為0～24、1～44 和0～22，其中12 月和1 月瓜菜寒害50 年發(fā)生總次數(shù)均大致呈中部、西北部向沿海地區(qū)減少趨勢(shì)，2 月略有不同，大致由中部、北部向沿海地區(qū)減少。18 個(gè)站點(diǎn)12 月瓜菜寒害50 年發(fā)生總次數(shù)占3 個(gè)月相應(yīng)次數(shù)之和的比例為0.0%～66.7%，均值為28.0%，1 月和2 月相對(duì)應(yīng)的占比均值分別為48.6%和23.4%。可見(jiàn)3 個(gè)月中海南島瓜菜寒害主要發(fā)生在1 月，約占3 個(gè)月瓜菜寒害發(fā)生次數(shù)的50%。

（2）各月不同等級(jí)寒害發(fā)生次數(shù)。圖2 為12月瓜菜不同等級(jí)寒害1971—2020 年發(fā)生總次數(shù)空間分布圖。由圖2 可見(jiàn)，海南島12 月瓜菜輕度和中度寒害50 年發(fā)生總次數(shù)均大致自中部、西北部向沿海地區(qū)減少，重度寒害略有不同大致由中部向沿海地區(qū)減少；1 月瓜菜各等級(jí)寒害50 年發(fā)生總次數(shù)空間分布均與1 月瓜菜寒害50 年發(fā)生總次數(shù)相似；2 月瓜菜輕度和中度寒害50 年發(fā)生總次數(shù)空間分布與2 月瓜菜寒害50 年發(fā)生總次數(shù)相似，重度寒害略有不同大致自中部、西北部向沿海地區(qū)減少。整體上，海南島冬季各月及各月不同等級(jí)瓜菜寒害發(fā)生次數(shù)高和次高值區(qū)主要分布在西北部和中部，低和次低值區(qū)主要分布在西部、南部、東部沿海一帶。

18 個(gè)站點(diǎn)12 月瓜菜輕度寒害50 年發(fā)生總次數(shù) 占 當(dāng) 月 50 年發(fā)生總次數(shù)的比例為33.3%～100.0%，均值為59.2%，12 月中、重度寒害相對(duì)應(yīng)的占比均值分別為27.1%、13.7%；1 月瓜菜輕至重度寒害相對(duì)應(yīng)的占比均值分別為70.6%、19.2%、10.2%；2 月分別為65.7%、23.0%、11.3%。各月輕、中度寒害占比之和分別為86.3%、89.8%和88.7%。可見(jiàn)，3 個(gè)月瓜菜寒害均主要以輕、中度為主。18 個(gè)站點(diǎn)12 月瓜菜輕度寒害50 年發(fā)生總次數(shù)占3 個(gè)月瓜菜輕度寒害相應(yīng)次數(shù)之和的比例為0.0%～66.7%，均值為25.4%，1 月和2 月輕度寒害相對(duì)應(yīng)的占比均值分別為50.2%、24.4%；3 個(gè)月瓜菜中度寒害相對(duì)應(yīng)的占比均值分別為35.2%、43.4%、21.4%；3 個(gè)月瓜菜重度寒害相對(duì)應(yīng)的占比均值分別為27.4%、40.2%和32.4%?？梢?jiàn)3 個(gè)月中，瓜菜輕、中和重度寒害均在1 月出現(xiàn)最多。

2.2.2 冬季瓜菜寒害發(fā)生次數(shù)的變化趨勢(shì)表 3為1971—2020 年冬季各月瓜菜寒害年發(fā)生次數(shù)變化趨勢(shì)。各月瓜菜寒害年發(fā)生次數(shù)呈減少趨勢(shì)的站點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為17 個(gè)、17 個(gè)和14 個(gè)，占所有站點(diǎn)的比例分別高達(dá)94.4%、94.4%和77.8%（減少顯著的站點(diǎn)占比分別為11.1%、0.0%和5.6%）；不顯著增加的站點(diǎn)占比分別為0.0%、5.6%和5.6%；其余為未發(fā)生寒害無(wú)變化趨勢(shì)站點(diǎn)。具體到各寒害等級(jí)上，12 月瓜菜輕至重度寒害年發(fā)生次數(shù)不顯著減少的站點(diǎn)占比分別高達(dá)88.9%、83.3%和61.1%，不顯著增加的站點(diǎn)占比分別僅為5.6%、0.0%和5.6%，其余為未發(fā)生寒害無(wú)變化趨勢(shì)站點(diǎn)。此為絕大多數(shù)站點(diǎn)12 月瓜菜寒害年發(fā)生次數(shù)隨時(shí)間減少的原因；1 月情形與12 月類似，瓜菜輕至重度寒害年發(fā)生次數(shù)不顯著減少的站點(diǎn)占多數(shù)（占比分別為77.8%、72.2%和66.7%）；2月瓜菜輕、中度寒害情形與12 月和1 月類似，其年發(fā)生次數(shù)不顯著減少的站點(diǎn)占比分別為77.8%和66.7%。重度寒害有所不同，其年發(fā)生次數(shù)不顯著減少的站點(diǎn)占比僅為33.3%，不顯著增加的站點(diǎn)占比高達(dá)38.9%（主要分布在東部、中部、西部），但因輕、中度寒害年發(fā)生次數(shù)呈減少趨勢(shì)站點(diǎn)占比較高，導(dǎo)致大多數(shù)站點(diǎn)2 月瓜菜寒害年發(fā)生次數(shù)仍呈減少趨勢(shì)?？梢?jiàn)，冬季各月及各月不同等級(jí)瓜菜寒害中除2 月重度瓜菜寒害年發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢(shì)的站點(diǎn)較多外，其余瓜菜寒害年發(fā)生次數(shù)不顯著減少的站點(diǎn)占多數(shù)。

2.3 冬季瓜菜寒害發(fā)生站次比的變化特征

表 4 為1971—2020 年冬季各月瓜菜寒害發(fā)生站次比的均值及變化趨勢(shì)。各月瓜菜輕度寒害發(fā)生站次比均值明顯大于中度，中度又明顯大于重度，表明各月瓜菜不同等級(jí)寒害影響范圍均按寒害輕度至重度順序明顯縮小。月之間相比，12 月和2 月瓜菜寒害發(fā)生站次比均值接近（分別為19.8%和20.7%），明顯低于1 月數(shù)值（35.4%）；輕度和中度瓜菜寒害月之間亦表現(xiàn)出類似規(guī)律；重度瓜菜寒害情形有所不同，12 月和1 月瓜菜寒害發(fā)生站次比均值較接近（分別為4.2%和5.3%），明顯高于2 月數(shù)值（2.9%）。說(shuō)明3 個(gè)月之間相比，12 月和2 月瓜菜寒害影響范圍接近且明顯小于1月；輕度和中度瓜菜寒害影響范圍月之間對(duì)比規(guī)律類似；重度寒害影響范圍有所不同12 月和1 月接近且明顯大于2 月。

時(shí)間變化趨勢(shì)上，冬季各月及各月輕至重度瓜菜寒害發(fā)生站次比均呈減小趨勢(shì)，其中僅12 月及其輕度寒害發(fā)生站次比顯著減小?？梢?jiàn)，近50年海南島冬季各月及各月不同等級(jí)瓜菜寒害發(fā)生影響范圍均隨時(shí)間在縮小，且以不顯著縮小為主。

3 討論

（1）構(gòu)建的海南島冬季瓜菜寒害氣象指標(biāo)準(zhǔn)確率為84.1%，可用于分析海南島冬季瓜菜寒害時(shí)空變化規(guī)律。

（2）空間分布上，海南島冬季各月及各月不同等級(jí)瓜菜寒害主要出現(xiàn)在西北部和中部地區(qū)，西部、南部、東部沿海一帶地區(qū)出現(xiàn)概率相對(duì)較低。因此，海南島冬季需重點(diǎn)防范中部、西北部地區(qū)瓜菜寒害，與海南冬季主要瓜菜寒害致災(zāi)危險(xiǎn)性結(jié)果[16]較一致。這是因?yàn)橛绊懞Ｄ蠉u的冷空氣主要自西北部或北部登陸，海南島中間高、四周低，冷空氣到達(dá)中部山區(qū)后受山體阻擋，不易逾越，在山區(qū)北部不斷積聚，且山間盆地有利于輻射降溫，而沿海地區(qū)有海溫調(diào)節(jié)作用，其遭受寒害程度和次數(shù)會(huì)輕于內(nèi)陸[1， 22]；時(shí)間分布上，3個(gè)月中，海南島瓜菜寒害主要發(fā)生在1 月，瓜菜輕至重度寒害亦均在1 月出現(xiàn)最多。這是由海南島一年中1 月冷空氣系統(tǒng)出現(xiàn)頻率最高所致[23]；寒害發(fā)生等級(jí)上，各月瓜菜寒害均主要以輕、中度為主，二者占比約88.3%。這與海南島所處地理位置有關(guān)，海南島地處南海北部，北方冷空氣到達(dá)時(shí)已大為減弱，其對(duì)瓜菜的影響程度相應(yīng)減輕。

（3）時(shí)間變化上，Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)表明，近50 年海南島大多數(shù)站點(diǎn)冬季各月及各月不同等級(jí)（除2 月為重度外）瓜菜寒害年發(fā)生次數(shù)呈不顯著減少趨勢(shì)，這與當(dāng)前氣候變暖背景下我國(guó)寒潮事件減少[24]、海南省冷事件發(fā)生頻率整體降低[25]事實(shí)吻合。寒害發(fā)生站次比方面，近50年冬季各月及各月不同等級(jí)瓜菜寒害發(fā)生站次比均呈減小趨勢(shì)，這與海南省冷事件強(qiáng)度減弱[25]事實(shí)吻合。冬季瓜菜寒害年發(fā)生次數(shù)減少、發(fā)生站次比減小，對(duì)海南島冬季瓜菜種植總體有利。但2 月東部、中部、西部地區(qū)瓜菜重度寒害年發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢(shì)，對(duì)當(dāng)?shù)囟竟喜朔N植不利，需重點(diǎn)關(guān)注。

本研究亦存在一些不足之處：因冬季瓜菜寒害災(zāi)情資料有限，本研究?jī)H用63 個(gè)樣本對(duì)構(gòu)建的冬季瓜菜寒害氣象指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，略顯不足。加之有些歷史災(zāi)情資料對(duì)寒害等級(jí)的記載為人為判定，具有一定的主觀性，對(duì)指標(biāo)的驗(yàn)證有一定影響。因此今后需補(bǔ)充典型站點(diǎn)的實(shí)際寒害災(zāi)情對(duì)瓜菜寒害氣象指標(biāo)進(jìn)行細(xì)致訂正，使研究結(jié)果更接近實(shí)際。此外，本研究對(duì)象為冬季瓜菜這一大類，而不同瓜菜其抗寒能力不同，在遭受同一寒害影響時(shí)，受災(zāi)程度不盡相同，因此，后續(xù)將加強(qiáng)針對(duì)每一種瓜菜寒害氣象指標(biāo)及其發(fā)生規(guī)律的研究，以提高海南冬季瓜菜寒害監(jiān)測(cè)預(yù)警的精確度。