山西运城近20年苹果主要气象灾害变化特征分析*

袁嘉玮，张 健，田时敏，张鹏飞，王 璐，薛琴琴，张战备，梁哲军

（山西农业大学棉花研究所，运城044000）

山西省运城市地处黄土高原苹果优势产业带，多项气象指标适宜苹果生长，但在暖温带大陆性季风气候的影响下，气象灾害频繁发生，尤其是花期冻害、果实膨大期高温热害、果实膨大期至成熟期干旱灾害和果实成熟期连阴雨害，对苹果产量及品质影响严重[1]。春季，当遭遇冷空气大幅度降温时，处于花期或坐果期的苹果树遭受严重冻害，造成花器官及果实脱落、畸形，会大幅度减产[2-3]。果实膨大期温度过高和水分短缺均对苹果产量及品质造成不良影响[4-5]。成熟期果实对光照敏感，长时间的连阴雨天气会对苹果着色及品质造成不良影响[6-7]。

有关苹果气象灾害发生规律及防御对策前人研究较多，柴芊等[8]依据苹果物候资料及气象观测数据，以温度低于5 ℃作为发生冻害指标，建立了苹果花期冻害指数计算模型，实现了花期冻害预报。魏丽欣等[9]通过调研河北省45 个苹果主产县苹果物候资料及气象观测站要素数据，确定了果实膨大期热害评价指标。刘璐等[10]针对白水县1971—2010 年逐日气温资料进行研究，建立了苹果果实膨大期高温热害危险性风险评估模型，实现了膨大期热害区划。程雪等[11]和王景红等[12]依据降水量、需水量、连续无降水日数及生育期日数4 个气象因子构建干旱指数，揭示了北方和陕西苹果干旱灾害发生的差异周期性规律，发现了苹果不同生育阶段存在3 种不同尺度的干旱灾害变化周期。刘璐等[7]选取陕西省12 个气象台站，设计并计算苹果连阴雨指数，能够客观反映苹果果实成熟期连阴雨害强度，实现了成熟期连阴雨害预测预报。不同区域气候存在较大差异，对苹果生产影响也不相同。本文研究了近20 年运城市苹果花期冻害、果实膨大期高温热害、果实膨大期至成熟期干旱灾害以及果实成熟期连阴雨害等对苹果生长有显著影响的气象灾害的变化特征，旨在为防灾增产提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 数据来源

收集整理山西省运城市2000—2019 年气温、降水量等气象数据，数据来源于山西省气象局。其中花期冻害取3 月25 日至4 月25 日逐日日最低气温，果实膨大期热害取6 月1 日至9 月10 日逐日日最高气温，果实膨大期至成熟期干旱指数计算取6 月1 日至10 月31 日逐日日降水量、无降水日数，果实成熟期连阴雨害取9 月1 日至10 月31 日连续3 d 降水≥0.1 mm 日数。

1.2 灾害划定指标

花期冻害日数划定标准参照柴芊等[8]关于苹果花期冻害日数的计算方法，以日极端最低气温≤5 ℃划定。果实膨大期热害日数划定标准参照魏丽欣等[9]关于苹果果实膨大期热害日数的计算方法，以日最高气温≥35 ℃划定。果实成熟期连阴雨害划定标准参照刘璐等[7]关于苹果果实成熟期连阴雨害日数的计算方法，只计算降水连续3 d 及以上≥0.1 mm 的日数。干旱指数参考王景红等[12]关于陕西苹果干旱指数的计算方法，计算公式如下。

干旱指数＝（生育期需水量×无降水日数）／（生育期降水量×生育期日数）

1.3 分析方法

采用最小二乘法[13]对气象灾害日数进行线性倾向估计，并用Mann-Kendall 非参数检验方法（M-K检验）[14-15]对气象灾害日数的变化趋势进行显著性检验[16]，研究运城市苹果主要气象灾害的时间变化特征及气候演变趋势。

2 苹果主要气象灾害分析

2.1 冻害

由图1 可知，运城市苹果冻害发生较重的年份 分别是2001、2004、2006、2010、2013、2015、2018年。近20 年冻害日数介于0～6 d 之间，平均值为2.15 d，最大值发生于2001 年；近5 年平均值为1.4 d，冻害高频期主要集中在4 月10—16 日，占比为46.8%。近20 年苹果花期冻害日数呈显著下降趋势，其气候倾向率为-1.248 d/10 年（P≤0.01）。

图1 运城市近20 年苹果花期冻害日数及变化趋势

由图2 可以看出，运城市苹果开花期冻害日数于2000—2001 年短暂表现为增加的趋势；UF 曲线于2001—2019 年表现为减少的趋势。其中，在2011—2019 年，UF 曲线始终低于0.05 显著性水平下限，表明这一时间段冻害日数呈显著下降趋势。而苹果开花期冻害日数的UF、UB 曲线未相交，这一结果表明运城市近20 年苹果花期冻害日数趋势无突变点。

图2 2000—2019 年运城市苹果花期冻害的Mann-Kendall 检验

2.2 热害

由图3 可知，运城市苹果热害发生较重的年份分别是2001、2002、2005、2010、2019 年，近20年果实膨大期高温热害日数介于9～40 d 之间，波动幅度较大，平均值为23.55 d，最大值在2002 年，最小值在2015 年，近5 年平均值为18.4 d，热害发生频繁，热害高频期主要集中在6 月11 日至7 月5日、7 月28 日至8 月1 日，其高频期占比为43.3%。近20 年苹果果实膨大期高温热害日数整体呈下降趋势，其气候倾向率为-1.556 d/10 年（P≤0.05）。

图3 运城市近20 年苹果果实膨大期热害日数及变化趋势

由图4 可以看出，运城市苹果果实膨大期高温热害日数于2000—2006 年表现为增加的趋势，于2006—2019 年表现为减少的趋势。其中在2016—2019 年UF 曲线始终低于0.05 显著性水平下限，表明该时段运城市苹果果实膨大期热害日数呈显著下降趋势。而苹果果实膨大期高温热害日数的UF、UB 曲线相交于2002 年前后及2010 年，2002 年是热害日数增长趋势开始下降的突变年，2010 年是苹果热害日数由缓慢下降转为明显递减的突变年。

图4 2000—2019 年运城市苹果果实膨大期高温热害的Mann-Kendall 检验

2.3 干旱

由图5 可以看出，运城市近20 年苹果果实膨大期无降水日数介于62～75 d 之间，平均值为68.55 d，最大值发生于2018 年，最小值发生于2010 年；苹果果实膨大期降水量介于140.0～318.2 mm之间，变幅较大，平均值为202.2 mm，无法满足苹果果实膨大期生育需水量；苹果果实成熟期无降水日数介于36～51 d 之间，平均值为43.55 d，最大值发生于2013 年和2018 年，最小值发生在2011 年；苹 果果实成熟期降水量介于38.3～352.9 mm 之间，变 幅很大，平均值为145.1 mm。

图5 2000—2019 年运城市苹果果实膨大期和成熟期无降水日数及降水量

由图6 可以看出，运城市苹果果实膨大期干旱指数介于0.569～1.516 之间，旱情较为严重；果实成熟期干旱指数介于0.191～2.184 之间，变幅较大，多数年份旱情严重，峰值发生于2013 年。运城市苹果果实膨大期和成熟期干旱指数均呈增长趋势，气候倾向率分别为-0.047 d/10 年（P＞0.05）、-0.128 d/10 年（P＞0.05），气候倾向率未通过显著性检验，趋势不明显，趋势变化无参考价值。

图6 2000—2019 年运城市苹果果实膨大期和成熟期干旱指数及变化趋势

2.4 果实成熟期连阴雨害

由图7 可以看出，运城市近20 年苹果果实成熟期连阴雨害日数介于0～21 d 之间，变幅较大，其平均值为11.25 d，最大值发生于2000 年，最小值发生于2004 年，近5 年平均值为11 d，可见，运城市苹果果实成熟期连阴雨害日数呈下降趋势，其气候倾向率为-2.023 d/10 年（P≤0.05）。

图7 2000—2019 年运城市苹果果实成熟期连阴雨日数及变化趋势

由图8 可以看出，运城市苹果果实成熟期连阴雨害始终呈减少的趋势，在2017—2019 年UF 曲线低于0.05 显著性水平下限，表明该时间段运城市苹果果实成熟期连阴雨害呈现显著下降趋势。运城市苹果果实成熟期连阴雨害日数的UF、UB 曲线相交于2011 年，可见2011 年是下降趋势从递减到递增的突变年。

图8 2000—2019 年运城市苹果果实成熟期连阴雨害的Mann-Kendall 检验

3 讨 论

近20 年来，运城市苹果主要气象灾害总体呈下降趋势，尤其近3 年呈显著减缓趋势，这与王丹丹等[17]基于华北地区近年气象受灾面积及成灾面积得出的气象灾害趋势研究结论一致。运城市苹果果实膨大期热害日数发生频繁，且于2000—2006 年呈上升趋势，苗爱梅等[18]认为，热害发生频繁是受盆地地势的影响。武捷等[19]认为，热害呈上升趋势，主要是受城市化和工业化进程的影响。运城市苹果果实膨大期至成熟期干旱灾害较为严重，这与梁哲军等[20]和王江涛[21]针对山西地区的研究结论一致。运城市苹果果实成熟期连阴雨害发生频率高，总体呈下降趋势，这与王栋等[22]研究山西省秋季成熟期连阴雨害的结果一致。运城市2000—2001 年冻害呈短暂增加趋势，与前人研究不一致的原因是2000年冬季及2001 年春季异常高温造成苹果开花期提前且2001 年春季冷空气活动频繁，导致当年冻害日数突增[23-25]。本研究在苹果果实膨大期至成熟期干旱灾害长期气候变化趋势与梁哲军等和王江涛研究不一致的原因可能是干旱指标的计算方式不一样。

苹果生育期气象条件是影响果实产量及品质的重要因素，由于气象灾害具有突发性和不确定性，果树生产者往往因其防范不当导致巨大灾损。目前，果树气象灾害面临的主要问题是花期冻害来临前防御措施不到位、果实膨大期热害处理不及时以及果实成熟期连阴雨害发生时不重视。针对苹果花期冻害，应该采取萌芽前及时灌水，喷施叶面微量元素肥，并收集果树残枝、麦秸等置于果园内，冷空气来临前进行熏烟，另外在灾害高频期应提高防范意识[26-27]。针对果实膨大期高温热害，应及时灌溉、树体喷水、延迟套袋时间，并及时摘除日烧严重的病果，以减少树体营养流失，且在灾害高频期及时采取园内降温措施[28-29]。对于常年发生果实成熟期连阴雨害的果园，应及时调整果园内苹果种植布局、品种及结构，及时铺设反光膜，使果实在较弱的光照条件下也能着色良好[30]。

4 小 结

（1）总体上看，近20 年运城市苹果花期冻害、果实膨大期高温热害、果实成熟期连阴雨害等气象灾害发生日数均呈下降趋势，且2017 年后下降趋势显著，其中花期冻害日数下降趋势更加明显。

（2）苹果不同生育阶段干旱程度分析结果表明：运城市苹果果实膨大期和成熟期干旱灾害发生严重，且大多数年份膨大期生育阶段干旱严重程度重于成熟期生育阶段；对于年际变化趋势，过去20年研究区域内干旱指数在果实膨大期和成熟期生育阶段干旱程度呈加重趋势，但趋势不显著。

（3）从近年灾害发生频次上看，运城市花期冻害年际变化小，属偶发性，灾害发生高频期在4月10—16 日；果实膨大期高温热害及干旱灾害年际变化小，为常态灾害，灾害高频期主要集中在6月11 日至7 月5 日、7 月28 日至8 月1 日；果实成熟期干旱灾害及连阴雨害年际变化大，为常态灾害。