广宁县1971—2020年低温和霜冻变化特征

关卓斌，许献麟，姚森泉，罗天福

（1.广宁县突发事件预警信息发布中心，广东广宁 526300；2.广宁县气象局，广东广宁 526300）

广宁县位于肇庆市中西部，北靠清远市阳山县，地处北江支流绥江中游。有许多海拔较高的山峰，由于南北跨度较大，年平均气温相差较大。受季风影响，冬春季常出现低温、霜冻现象，对本地区的越冬的禽畜、水产鱼类、农作物等产生不良影响，造成一定的经济损失，是广宁冬春季主要的灾害性天气。

全球气候逐渐变暖，国内多地区气温逐渐上升［1］。很多研究表明气候逐渐变暖则霜冻天气会逐渐减少，主要表现特征为初霜冻日延迟，终霜冻日提前［2］。众多专家曾详细的对比分析了华南地区过去多年的霜冻和低温日数的变化趋势。郭媚媚［3］、李达旋等［4］、余江华［5］对广东部分地区的低温霜冻天气情况进行了初步分析，而近年来，广宁低温天气逐渐减少，且极少出现霜冻天气，因此该次研究对肇庆市中的广宁县近50年的低温、霜冻变化趋势进行统计分析，从而得出低温、霜冻的变化规律。

1 资料与方法

根据业务规定［6］和广东省的气候特点［7］，使用广东肇庆广宁气象基本站1971—2020年的逐日最低气温、最低裸地温度资料。霜冻日指日最低裸地温度≤0℃；低温日指日最低气温≤5℃。将每年10月至次年4月首次出现的低温日和霜冻日定义为低温初日和初霜冻日，最后1次出现低温日和霜冻日定义为低温终日和终霜冻日。每年10月至次年4月出现的低温和霜冻记录定义为当年的低温和霜冻。当年终霜冻日（若无，则记为上年的12月31日）和初霜冻日（若无，则记为次年的1月1日）之间的日数总和定义为无霜冻期。

本研究分析广宁霜冻、低温变化特征主要使用Morlet小波、滑动t检验、Mann-Kendall和数理统计等方法［8-10］。

2 结果与分析

2.1 低温、霜冻日数年际变化

根据相关统计结果，广宁县自1971—2020年以来，出现低温日共879 d，年平均低温日数为17.6 d；出现霜冻日共139 d，年平均霜冻日数为2.8 d（图1）。1971年低温日数为38 d，为历年最多；2005年低温日数为2 d，为历年最少；1974、1975年霜冻日数为13 d，为历年最多；1980、1988—1990、1996、1998、2000、2002—2004、2006—2008、2011—2013、2015、2017以及2019年（共20年）霜冻日数为0 d，为历年最少。通过分析和spss线性拟合可得，低温日数回归系数是-0.273 2 d／年，表示低温日数每10年大约以2.7 d的趋势减少，线性拟合方程通过了0.01显著性水平检验，即低温日数下降趋势增加显著；霜冻日数回归系数是-0.173 1 d／年，表示霜冻日数以每10年大约1.7 d的趋势减少，线性拟合方程通过了0.01显著性水平检验，即霜冻日数下降趋势增加显著。

图1 1971—2020年广宁低温、霜冻日变化情况

统计低温、霜冻日数的相关系数（表略）可知，广宁低温日数与霜冻日数呈现正相关关系，两者相关系数为0.569，并且通过显著性水平0.01检验，即广宁低温日数与霜冻日数存在显著正相关性。20世纪70年代始末，低温、霜冻日数均有所下降，但是20世纪80年代始末，低温、霜冻日数均有所上升，20世纪80年代后期到90年代初期，低温、霜冻日数都呈下降趋势，20世纪90年代中期到90年代后期，低温日数出现较大幅度下降趋势，霜冻日数几乎无变化，2000年代后，低温日数呈下降趋势，而霜冻日数已几乎消失。总体来说，低温日数呈下降趋势，而霜冻日数在2000年代后已经几乎消失，此变化与全球气候变暖有密切关系。

2.2 低温、霜冻日数月变化

统计可知，每年11月至次年3月是出现低温、霜冻天气高频月份，每年12月到次年2月是集中出现月份（表略）。低温天气1、12月的频率占比76.33%，且这两个月霜冻天气的占比为81.29%；12月份的月平均低温日数为6.9 d，为最多的月份，其次为1月，月平均低温日数为6.5 d；1月份的月平均霜冻日数为1.3 d，为最多的月份，其次为12月，月平均霜冻日数为0.9 d；10、11月份出现低温、霜冻的几率极低，仅在1975年11月出现过一次霜冻天气，低温天气亦是极少出现。

2.3 低温初、终日的变化

通过对低温初日的分析和spss线性拟合可得，广宁县最早低温初日距10月25日5 d为1978年10月30日，平均低温初日距10月25日43 d为12月7日（图2a）。低温初日线性拟合方程通过0.01显著性水平检验，即低温初日总体趋势推迟增加显著：每10年低温初日大约推迟4.1 d，其中20世纪70年代低温初日有所提前，到了70年代末和80年代初期又明显推迟；20世纪80年代中期到90年代中期，低温初日呈推迟趋势，90年代后期至21世纪初，低温初日呈推迟趋势，低温初日主要出现于12月初。

通过对低温终日的分析spss线性拟合可得，广宁县最晚低温初日距10月25日136 d为2009年3月10日和2017年3月10日，平均低温终日距10月25日108 d为2月10日（图2b）。低温终日线性拟合方程未通过0.05显著性水平检验，即低温终日总体趋势提前不显著：每10年低温终日提前1.5 d左右，其中20世纪70年代到90年代中期，低温终日略有提前，而在90年代后期至今，低温终日波动较大，提前趋势更为明显，低温终日主要出现于2月初。

图2 1971—2020年广宁县低温初日（a）、低温终日（b）的年变化

2.4 无霜期

对广宁无霜冻期的分析和spss线性拟合可得，广宁县1971—2020年平均无霜冻期为347 d，每10年无霜冻日数大约增加1.7 d，无霜期线性拟合方程通过了0.01显著性水平检验，即近几十年来无霜期延长的趋势较显著。其中2个波动延长期较为显著，20世纪70年代到2000年代初，无霜期波动延长；2000年代初至今，无霜期较为稳定，无霜冻日数基本在362～366 d之间波动。

2.5 检验低温、霜冻日数突变

1）低温、霜冻日数Mann-Kendall检验。

根据1971—2020年低温、霜冻日数时间序列数据，对其进行Mann-Kendall突变分析。由图3可知，1971—2020年间，低温日数与霜冻日数的UF与UB均出现过交点，即表明存在序列突变。通过UF与UB交点，可得低温日数突变年份为1972、1973、1978和1984年，而霜冻日数在1972与1975年出现突变点。1971—2020年低温日数与霜冻日数UF＜0，即表明在研究时段内低温日数与霜冻日数均呈现下降趋势，具体而言，低温日数的UF曲线在1972—1974、1979—1982和1989—2020年间均超过0.05显著性水平下限，同时在1972—1974、1977—2020年间霜冻日数UF曲线也均超过0.05显著性水平下限，即表明低温日数与霜冻日数在这些时段内下降趋势显著。

2）滑动t检验。

利用滑动t检验方法分析了1971—2020年低温日数与霜冻日数的突变点（图略），其中选取时间步长为5年，显著性水平为0.05，当t统计值超过显著性水平上下限度的年份，即为可能的突变年份。由图3可知，低温日数在1977、1982及1987年均存在突变点，而霜冻日数突变年份发生在1975、1976、1986及1987年。与Mann-Kendall突变分析结果对比，发现两种突变分析所得到的突变年份存在不一致，滑动t检验突变年份要比Mann-Kendall突变年份的时间晚。总体上低温日数与霜冻日数在20世纪70—80年代发生了突变。

图3 1971—2020年广宁县低温日数（a）、霜冻日数（b）Mann-Kendall突变检验

2.6 低温、霜冻日数小波分析

根据广宁县低温日数与霜冻日数的变化周期可知，多时间尺度的复杂嵌套结构存在于近50年间低温日数与霜冻日数中（图略）。

低温日数在研究时段内周期震荡规律明显，存在5、8、16与27年多时间尺度的嵌套。20世纪80年代以后均存在准5年周期变化，准8年周期变化发生在20世纪70年代至20世纪90年代初及21世纪初期以后，而在20世纪70年代至20世纪90年代末出现准16年周期，27年长周期发生在20世纪90年代以后。同时低温日数主要震荡周期为16年与27年，在研究时段内存在“增加-减少-增加”的周期性变化。

对于霜冻日数来说，霜冻日数在研究时段内存在5、18年的变化周期，在20世纪70年代至20世纪80年代初存在5年准周期变化，在20世纪70年代至20世纪90年代末之间存在准18年周期；自2000年以后周期变化不明显。

3 结论

1）广宁县年平均低温日数为17.6 d，每10年低温日数减少2.7 d左右；年平均霜冻日数为2.8 d，每10年霜冻日数减少1.7 d左右。低温和霜冻日数都呈下降趋势，其中近年霜冻出现次数接近于零。

2）12月至次年2月是霜冻和低温天气集中出现期。每年1和12月中低温天气占76.33%，且这两个月霜冻天气的占比为81.29%，12月份的月平均低温日数为6.9 d，为最多的月份，其次为1月，月平均低温日数为6.5 d；1月份的月平均霜冻日数为1.3 d，为最多的月份，其次为12月，月平均霜冻日数为0.9 d；10、11月份出现低温、霜冻的几率极低。

3）平均低温初日为10月25日，每10年低温初日推迟4.1 d左右，低温初日主要出现于12月初，低温初日总体呈推迟趋势；平均低温终日为2月10日，每10年低温终日提前1.5 d左右，低温终日主要出现于2月初，总体来说，低温终日呈提前趋势。

4）低温日数与霜冻日数在20世纪70—80年代发生了突变，均呈现下降趋势。

5）低温在20世纪80年代以后均存在准5年周期变化，准8年周期变化发生在20世纪70年代至90年代初及21世纪初期以后，而在20世纪70年代至20世纪90年代末出现准16年周期，27年长周期发生在20世纪90年代以后。霜冻在20世纪70年代至20世纪80年代初存在5年准周期变化，在20世纪70年代至90年代末之间存在准18年周期。

由于广宁县南北跨度较大，广宁中部的国家基本气象站资料是该次研究的主要资料，不代表整个广宁县情况，本研究相关结论需进一步研究。