全 文 ：　 　 倡 “十一五 ”国家科技支撑计划课题 （２００６BAD０４B０８）资助
收稿日期 ：２００５唱１２唱２９ 　 改回日期 ２００６唱０３唱０８
黄淮麦区冬小麦拔节后霜冻温度出现规律研究 倡
钟秀丽 　王道龙 　赵 　鹏 　闫旭宇 　苏常红
（中国农业科学院环境与可持续发展研究所 　 北京 　 １０００８１）
摘 　 要 　 用 ３７个农业气象观测站 ２０ 年逐日最低气温资料 ，统计出现 ＜ ０ ℃ 和 ＜ － １畅４ ℃ 的累积频率 ，它们随时间
的变化可用指数方程来描述 。 分析了表征方程特点的参数 b 、＜ ０ ℃ 和 ＜ － １畅４ ℃ 基本终止日期的地区分布规律 。
根据遭遇霜冻温度的累积频率和拔节期 ，找出霜冻的可能多发区 ，并讨论了 b值在制定防御霜冻对策中的应用 。
关键词 　 冬小麦 　 拔节 　 霜冻 　 频率 　 黄淮麦区
Occurrence of frost temperature in Huanghuai wheat production zone after winter wheat elongation ．ZHONG Xiu唱Li ，
WANG Dao唱Long ，ZHAO Peng ，YAN Xu唱Yu ，SU Chang唱Hong（Institu te of Agro唱Environment and Sustainable Develop唱
ment ， Chinese Academy of Agricultural Sciences ，Beijing １０００８１ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（５） ：１７ ～ ２０
Abstract 　 Data on minimum day air temperature after wheat elongation was collected over a period of ２０ years f rom ３７
agro唱meteorological observation stations in Huanghuai wheat production zone and the environs ． Using the data ，cumula唱
tive occurrence probabilit y of temperatures lower than ０ ℃ （ G ＜ ０ ℃ ）and － １畅４ ℃ （ G ＜ － １ 畅 ４ ℃ ） were statistically analyzed ．
Results indicate variations in G ＜ ０ ℃ and G ＜ － １ 畅 ４ ℃ with time are well described by exponential functions ．Variations in area
of b value ， function characteristic parameter ，and approximate termination dates of air temperatures lower than ０ ℃ and
－ １畅４ ℃ were also analyzed ． Based on the occurrence probability of low temperatures and spatio唱temporal variations in
wheat elongation time ，potential areas of frequent frost occurrence were delineated ．Finally ，application of b value in frost
prevention st rategies was discussed ．
Key words 　 Winter wheat ，Elongation ，Frost ，Frequency ，Huanghuai wheat production zone
（Received Dec ．２９ ，２００５ ；revised March ８ ，２００６）
平流辐射型降温过程使小麦体温降到 ０ ℃ 以下而发生结冰 ，是拔节后发生霜冻的主要原因 。 郭晓岚用
微气象学方法 ，提出根据日落时的温 、湿度和夜间风力 、云天 ，预报早晨最低气温的方法［１］ 。 顾震潮用天气
学方法 ，根据冷性高气压的强度 、移动速度 、２４h 降温区的范围和强度变化 ，做出霜冻的区域预报［２］ 。 随着预
报技术的进步 ，目前 ２４h的霜冻预报已达到相当高的水准 ，７２h 的霜冻预报也相当可信 ，更长时间的预报虽
有参考价值 ，但时效越长 ，准确率越低 。 对小麦霜冻防御而言 ，短期预报在决定应急性防御措施方面能起积
极作用 ，但在播种之前决定采取何种战略性防御对策 ，则需分析历史气候资料 ，揭示出霜冻温度的出现规
律 ，按照因地制宜 、趋利避害的原则 ，在霜冻多发区采取改变种植品种 、调整播种期等对策 ，尽可能避开霜冻
低温的危害［３］ 。 本文分析了黄淮麦区霜冻温度的出现规律 ，为制定战略性防御对策提供依据 。
1 　 试验材料与方法
小麦是否发生霜冻害取决于植株抗结冰能力和最低叶温［４］ 。 研究表明最低叶温与最低气温之间存在
统计学关系［５］ 。 气象站有连续多年每日最低气温观测记录 ，可用最低气温的历史资料分析霜冻温度的出现
频率 。 本研究从中国气象局气候资料中心收集黄淮麦区及其周边地区有代表性的 ３７ 个农业气象观测站
１９８１ ～ ２０００ 年拔节期前后逐日最低气温资料 ，统计低温的出现频数 ，经滑动平均 ，算出逐日出现频率（ P） 。
因某一天（日序 N）拔节的小麦拔节当天和以后各天遇到霜冻温度都可能受害 ，其遭遇霜冻温度的频率 G 是
拔节日及其后各日霜冻温度出现频率的累积 ，即 ：
G ＝ PN ＋ PN ＋ １ ＋ PN ＋ ２ ＋ … ＋ PL （１）
第 １５卷第 ５ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．５
２ ０ ０ ７ 年 ９ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture Sept ．，　 ２００７
式中 ，G 为遭遇霜冻温度的累积频率 ，L 为 ２０ 年内霜冻温度的终日 。 本文从研究各气象站 G 随 N 而变的
规律入手 ，进而分析 G 及主要参数的地区分布 ，并讨论了 b值在制定防御霜冻对策中的应用 。
2 　 结果分析
2畅1 　 霜冻温度的农业气候指标
分析各农业气象观测站资料 ，发生霜冻日的最低气温在 ＋ １畅３ ～ － ６畅１ ℃ 之间 ，其中最低气温 ≥ ０ ℃ 而发
生霜冻的情况很少出现 ，且小麦受害很轻 ，一般仅叶尖冻枯 ，不影响产量 ，可以不作分析 。 绝大多数霜冻对
应的最低气温都 ＜ ０ ℃ ，且有温度越低受害越重的趋势 。 其中最低气温 ＜ － １畅４ ℃ 的霜冻幼穗受害的可能性
很大 ，以致部分小花不结实 ，平均每穗粒数有不同程度的减少 ，产量明显降低 。 最低气温 ＜ － ４ ℃ 的霜冻造
成的减产很严重但发生频率很小 ，暂不作专门分析 。 本研究把最低气温 ＜ ０ ℃ 和 ＜ － １畅４ ℃ 分别定为霜冻和
重霜冻的农业气候指标进行统计分析 。 这些指标高于 ５０ 年代提出的小麦霜冻的农业气象指标［６］ 。 因最低
气温在该站气象观测场中所测 ，而霜冻是在全县范围内调查而得 ，在地形小气候有利于冷空气堆积的地块
发生霜冻时 ，设在平坦地段的气象观测站附近可能不发生霜冻 ，用其地块霜冻发生情况对应气象站的最低
气温 ，其值就会偏高 。
2畅2 　 霜冻温度出现的累积频率随时间的变化
　 　 G ＜ ０ ℃ 与 G ＜ － １畅４ ℃ 随时间的变化 。 统计结果表明 ，各气象站的 G ＜ ０ ℃ 都随日序增大而呈指数减小 。 其
　 　 　 　 　 　
图 1 　武功农业气象观测站 G ＜ 0 ℃ （a）与 G ＜ － 1 畅 4 ℃
　 　 　 （b）随日序的变化曲线
Fig畅１ 　 The variation curb of G ＜ ０ ℃ （a） and G ＜ － １ 畅 ４ ℃
（b） with the gregorian day in Wugong agro唱meteoro唱
　 　 　 logical observation station
中有些站在 G ＜ ０ ℃ ＜ １０ ％ 部分减小很慢 。 图 １ 表明 ，武功农
业气象观测站随 N 增大 ，G ＜ ０ ℃ 呈指数减小 。 其中在 G ＜ ０ ℃
＜ １０ ％ 部分减小很慢 ，一部分呈直线变化 。 用指数方程拟合
统计数据 ：
G ＜ ０ ℃ ＝ de b （ z － N） （２）
式中 ，N 为日序 ，z 为 ＜ ０ ℃ 终日 ，d 和 b 是回归系数 。 用 ２０
年内最低气温 ＜ ０ ℃ 的最晚日期 （日序为 １０７）和 G ＜ ０ ℃ ＜
１００ ％ 的数据进行拟合 ：
G ＜ ０ ℃ ＝ ２畅１e０畅１２２（１０７ － N ） 　 　 （ n ＝ ２８ ，R２ ＝ ０畅８１） （３）
　 　 该方程拟合度不高是由于自日序 ９１ 到 １０６ 的 １６d 内
＜ ０ ℃ 的低温未出现 ，５d滑动平均后仍有 １３d G ＜ ０ ℃ 保持不变
所致 。 其中 G ＜ ０ ℃ 由 １００ ％ 降到 １０ ％ 部分变化呈一定规律 ，
用 G ＜ ０ ℃ ＝ １０ ％ 的日期 （日序为 ９０）和 G ＜ ０ ℃ 为 １０ ％ ～ １００ ％
的数据进行拟合 ：
G ＜ ０ ℃ ＝ １０畅７e０畅２４４（９０ － N ） 　 　 （ n ＝ １１ ，R２ ＝ ０畅９８） （４）
该方程拟合度很好 。 以下把 G ＜ ０ ℃ ＝ １０ ％ 的日序简称为 ＜ ０ ℃ 的基本终日 。
同样分析其他各气象站的数据 ，多数气象站 G ＜ ０ ℃ 随 N 的增大而呈指数减小 。 部分站 G ＜ ０ ℃ ＜ １０ ％ 部
分变化趋势过于平缓 。 以指数方程拟合各站全部和 G ＜ ０ ℃ ＞ １０ ％ 部分的统计数据 ，后者的拟合度均优于前
者 。 故在 G ＜ ０ ℃ ＝ １０ ％ ～ １００ ％ 的范围内 ，G ＜ ０ ℃ 随日序增大而迅速减小 ，可用指数方程描述二者关系 。
至于 G ＜ ０ ℃ ＜ １０ ％ 的部分 ，因出现稀少 ，难以确定其 G ＜ ０ ℃ 值 ，如位于 ３４畅２°N 平原地区的武功 ，４ 月 １６
日出现了 ＜ ０ ℃ 低温 ，虽然在 ２０ 年内仅发生 １ 次 ，但不一定是 ２０ 年一遇（ G ＜ ０ ℃ ＝ ５ ％ ） ，从更长的历史资料分
析可能是 ３０ 年一遇 ，或 ４０ 年甚至更多年一遇 ，要揭示其出现规律需更长年代的温度数据 。
各气象站 G ＜ － １畅４ ℃ 均随日序的增大而减小（图 １） ，变化很有规律 ，取 G ＜ － １畅４ ℃ ＝ １０ ％ ～ １００ ％ 的数据 ，用
指数方程进行拟合 ：
G ＜ － １畅４ ℃ ＝ １３畅０e０畅１５（８２ － N） 　 　 （ n ＝ １２ ，R２ ＝ ０畅９７） （５）
　 　 表明指数方程也能很好地描述 G ＜ － １畅４ ℃在 １０ 年一遇到 １ 年一遇范围内随时间的变化 。 同样用指数方
程拟合其他气象站的统计数据 ，相关均达极显著水平 ，说明在 G ＜ － １畅４ ℃ ＝ １０ ％ ～ １００ ％ 范围内 ，指数方程能
很好地描述该区 G ＜ － １畅４ ℃随 N 的变化规律 。 与 G ＜ ０ ℃ 相比 ，各气象站 G ＜ － １畅４ ℃ 的基本终日均较早 ，随 N 增
大而减小的速率较慢 。
气候变化对 G 的影响 。 气候变化必然导致 G 与 N 关系发生改变 。 商丘气象站 １９６１ ～ １９８０ 年温度较
１８　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
低 ，１９８１ ～ ２０００ 年气候明显变暖 ，用上述方法分别建立两个时期 G 随 N 变化的方程 ，两者 ＜ ０ ℃ 基本终日分
别为 ９６ 和 ９４ ， b 值分别为
０畅２３ 和 ０畅１７ 。 该气象站的资
料表明 ，气候变暖会使 ＜ ０ ℃ 基
本终日提早 ，G 随 N 的变化速
率变慢 ，重霜冻温度的累积频
率在全部霜冻温度累积频率中
所占份额减小 。
2畅3 　 低温出现频率随地区的
分布
G 基本终日的地区分布 。
各地 G 的差异首先表现在基
本终日上 。 各气象站 ＜ ０ ℃ 基
本终日差异较大 ，钟祥站在 ３
月 １６ 日 ，太谷站在 ４ 月 ２５ 日 ，
早晚相差 ４０d 。 图 ２ 为 ＜ ０ ℃
基本终日的地区分布 ，总趋势
是由南向北日序逐渐增大 。 不
同经度基本终日增大的速率各
异 ，平原地区增大速率最小 ，合
肥 — 唐山平均向北 １ 个纬度基
　 　 　
图 2 　 黄淮麦区 ＜ 0 ℃ 气温基本终日的地区分布
Fig畅２ 　 The distribution of approximate termination date for air temperature low er than
　 　 　 ０ ℃ in Huanghuai wheat production area
图 3 　 黄淮麦区 ＜ － 1畅4 ℃气温基本终日的地区分布
Fig畅３ 　 The dist ribu tion of approximate termination date for air temperature lower than
　 　 　 － １畅４ ℃ in Huanghuai wheat production area
本终日推迟 ２畅６d 。 安康 — 延安
一线地形复杂 ，中间间隔秦岭 、
关中盆地和黄土高原 ，基本终日
增大速率最大 ，平均向北 １ 个纬
度推 ８d 。延安 、邢台和莱阳纬度
相近 ，但 ＜ ０ ℃ 基本终日中间早
而两边晚 ，邢台比延安早 １７d ，比
莱阳早 １８d ，等日序线呈 Ω 形 。
太行山秦岭以东 ，由于下沉气流
的增温作用 ，出现一条近于南北
向的 ＜ ０ ℃ 基本终日偏早地带 ，
以太行山东侧最为突出 ，石家庄
比太原早 ２５d 。 可见 ＜ ０ ℃ 基本
终日的地区差异可用纬度 、高
度 、地形 、地势和海洋远近来解
析 ，其地区分布有规律可循 。
＜ － １畅４ ℃ 的基本终日比 ＜ ０ ℃
的基本终日早 １ ～ １５d ，平均早
７畅１d 。总体而言 ，＜ － １畅４ ℃ 的基
本终日虽然稍早 ，但地区分布（图 ３）与 ＜ ０ ℃ 的相近 。 其中合肥 — 唐山平均向北 １ 个纬度基本终日推迟 ４d ，安
康 — 延安平均向北 １个纬度基本终日推迟 ９畅３d ，石家庄比太原早 ２８d 。 ＜ － １畅４ ℃ 基本终日的地区差异更明显 。
b值的地区分布 。各气象站点之间 G 的差异还表现在拟合方程中的参数 b 上 。 各气象站的 b 值为
０畅１０ ～ ０畅２６ ，差异很大 ，淮阴和信阳 ＜ ０ ℃ 的基本终日分别为 ８６ 和 ８５ ，但前者只用 １０畅５d ，G 就增大到
１００ ％ ，而后者用 １７d 才增大到 １００ ％ 。 二者拟合方程中的 b值分别为 ０畅２３ 和 ０畅１２ 。 因此 b值反映 G 随 N
而变的速率 。 G ＜ ０ ℃拟合方程中 b值的地区分布见图 ４ 。 高邮 — 南阳一线以南和山东西部为低值区 ，b 值在
第 ５期 钟秀丽等 ：黄淮麦区冬小麦拔节后霜冻温度出现规律研究 １９　
图 4 　 G ＜ 0 ℃ 拟合方程中 b值的地区分布
Fig畅４ 　 T he distribut ion o f b value in G ＜ ０ ℃ simula tion function in Huanghuai wheat product ion area
０畅１５ 以下 ，G ＜ ０ ℃ 随 N 变化较
慢 ；太行山东侧与华北平原西
侧 、陕西中部和北部 、山东东部
与苏北是 ３ 个高值区 ，b 值在
０畅２以上 ，G ＜ ０ ℃ 随 N 变化较快 。
G ＜ － １畅４ ℃ 的拟合方程中 b 值一
般比 G ＜ ０ ℃ 的小 ，其分布趋势相
似 ，惟规律性较差 。
G ＜ － １畅４ ℃ 所占份额的地区
分布 。 G ＜ － １畅４ ℃ ／ G ＜ ０ ℃ （ R）表
示重霜冻温度出现的累积频率
在全部霜冻温度出现累积频率
中所占的份额 。 拔节后 G ＜ ０ ℃
较高的地点 ，若 R 值较大 ，则霜
冻害和重霜冻害的发生机会都
将较大 ，是霜冻害的危险地区 ；
若 R 值很小 ，则霜害虽可能频
发 ，但重霜冻害却罕见 。 计算各
气象站 G ＜ ０ ℃ ＝ ５０ ％ 之日的 R
值 ，地区之间差异很大 ，山西临汾高达 ０畅５２ 而南阳仅为 ０畅１４ 。 太行山 — 陕北高原 、安康盆地和山东半岛为
R 值较高区 ，伏牛山南侧为低值区 。
3 　 小结与讨论
制定防御霜冻的宏观对策首先要找出霜冻的多发地区 。 将 G ＜ ０ ℃ 与小麦拔节期结合分析 ，可揭示霜
冻的主要多发地区 。 小麦拔节期是重要的农业物候期 ，与本文资料相同年代（１９８１ ～ ２０００ 年）的平均拔
节期［７］ ，可以用作各气象站相互比较的参照系 。 各气象站平均拔节期的 G ＜ ０ ℃ 值大表示该拔节期遇霜冻
低温的机率高 ，霜冰可能多发 ，反之则少发 。 本研究表明平均拔节期 G ＜ ０ ℃ 超过 ３０ ％ 的地区包括安康平
原 、黄淮平原西部 、淮河下游平原及山东半岛东部 ，这些地区是霜冻多发区 ，应列为防御霜冻的重点地区 。
其中安康平原 、豫中 、豫东 、苏北 、皖北和山东半岛东部还是 R 的高值区 ，应作为最重要的防霜地区 。
一个地区重点采取何种防御策略取决于该策略在当地的有效性 。 防霜策略之一是通过调整品种 、播期
以推迟小麦拔节期 ，从而减小遇到霜冻温度的频率 。 该策略的有效性可用指数方程中的 b值来评价 。 b值
较大且霜冻多发地区采用推迟拔节期的策略能取得较好防霜效果 ，可选作重要防霜策略 ；b值较小且霜冻多
发地区 ，推迟拔节期的防霜效果相对较小 ，可选作一般防霜策略 。
＜ ０ ℃ 基本终日之后仍可能出现霜冻温度 ，只是出现频率很小 。由于小麦拔节后抗霜力逐渐减弱 ，故霜冻
温度出现越晚 ，造成的损失越重 ，这种小频率事件的出现规律尚待进一步研究 。 华北大平原中 、北部地区 ＜ ０ ℃
的基本终日较早 ，而拔节期相对较晚 ，故拔节后遇 ＜ ０ ℃ 低温的频率极小 。若通过调整农业生产 ，使拔节期提早
５d ，遇到 ＜ ０ ℃ 温度的频率仍很低 ，而成熟期能够提早 ，有利于下茬生产 。 但这些地区冬季存在越冬冻害问题 ，
在调整种植品种时宜选用越冬抗寒力较强而拔节期较早的品种 ，促进复种指数提高 ，增加经济效益 。
参 　 考 　 文 　 献
１ 　 郭晓岚 ．大气之夜间辐射与地面温度之变化 ．气象学报 ，１９４７ ，１９（１） ：１４ ～ １９
２ 　 顾震潮 ．我国早霜和晚霜区域预报的初步研究 ．气象学报 ，１９５４ ，２５（１） ：２３ ～ ４６
３ 　 程纯枢 ．中国的气候与农业 ．北京 ：气象出版社 ，１９９１ ．１２１ ～ １２５
４ 　 冯玉香 ，何维勋 ，饶敏杰 ，等 ．冬小麦拔节后霜冻害与叶温的关系 ．作物学报 ，２０００ ，２６（６） ：７０７ ～ ７１２
５ 　 何维勋 ，冯玉香 ，朱巨龙 ．晴夜作物叶片温度的变化特点及其在霜冻防御上的应用 ．中国农业小气候研究进展 ，１９９３ （４） ：３２１ ～ ３２５
６ 　 陶祖文 ，琚克德 ．冬小麦霜冻气象指标的讨论 ．气象学报 ，１９６２ ，３２（３） ：２１５ ～ ２２３
７ 　 钟秀丽 ．黄淮麦区冬小麦拔节期的时空变化研究 ．中国生态农业学报 ，２００７ ，１５ （２） ：２２ ～ ２５
２０　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷