摘要 应用常规的气象资料，分析了1980—2012年临夏春季28例霜冻灾害，从形成强霜冻灾害的气候特征、霜冻灾害类型、灾害成因等方面，揭示当地春季霜冻灾害的特征，并提出了经济花果树类、农作物霜冻灾害防御对策，其中采用最有效的方法是栽培技术法、喷药法、烟幕法、灌水法、覆盖法等，近年来在当地春季农业霜冻防御实践中，其效果非常显著。
关键词 经济花果树类；农作物；霜冻灾害；形成条件；防御对策；甘肃临夏
中图分类号 S426 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）03-0283-03
霜冻是临夏地区春季突发性自然灾害之一，主要在春季（4月下旬至5月）花期依次为花椒、杏、樱桃、李、桃、苹果、梨、葡萄、核桃、枣等，同时农作物整个生育期间或某个生育期气温低于作物所需的临界温度，造成大范围严重减产，或者绝收。用临夏地区1980—2012年春季永靖县、东乡县、临夏市、广河县、和政县、康乐县、积石山县、临夏县等7个县1个市的霜灾资料，及其灾害对应同期的气象地面资料，结合8：00气象地面、低空、高空资料，从造成该地区霜灾的冷平流和天气系统，霜灾同期的气候特征，形成霜冻的环流形式，天气过程及引发系统等进行诊断分析。在该时段（农作物生育、生长期）气温较高，空气干燥。在该关键时期，强冷空气突然入侵后持续时间长，降温幅度大，连阴雨（雪）天气过程结束的当晚，高空冷平流入侵，冷空气团影响范围大。此时段当地花果树在蕾期及农作物正值发育、拔节，各种花果树现蕾期，气温降到临界值以下时，致使作物机体组织，花果树在蕾期受强冷冻害死亡，这种气候将给农业生产造成很大损失[1-2]。应因地制宜，采取各种有效防御措施，最大限度减少各种经济花果树类、农作物霜冻灾害的损失。
1 霜冻灾害的特征
如果临夏地区在4月下旬至5月遭受1次霜冻灾害，将会严重影响当地春季作物的生长，轻则减产，重则绝收。例如2004年5月5日，临夏地区遭受了1次强霜冻袭击[3]。这次过程致使全州正在发育苗期的玉米、洋芋、油菜、大豆等农作物，正值花果期的各种果类、花椒、花卉等经济林普遍遭受非常严重的冻害。这次过程涉及8个县（市）、118个乡（镇）、23.01万户、104.7万人。大面积的冻害造成直接经济损失9 800万元，给当地农业生产和农民增收带来巨大损失。经分析表明：临夏地区无霜期气候分布特征是：永靖县179 d，东乡县138 d，广河县142 d，临夏市152 d，和政县111 d，康乐县127 d，积石山县108 d，临夏县114 d。结果表明，临夏地区的无霜冻期随着海拔的降低，持续时间也越来越长，无霜冻的面积从太子山脉北麓至积石山脉北侧。部分地区某些年份的无霜期甚至可以达到200 d以上。从1943年的临夏地区的霜冻的历史数据来看，1984年4月21日是该地区出现最早的霜冻日期，1976年5月24日是该地区出现最晚的霜冻日期，2004年5月5日（地面最低气温-3.9 ℃）为该地区出现最强的霜冻日期。从以往年份的霜冻时间来看，5月上旬、中旬出现霜冻的几率非常大，占整个历史霜冻灾害的88%，充分说明临夏地区霜冻灾害给当地农业带来的损失是非常严重的[4-5]。
2 强霜冻灾害的类型
霜冻是指在春季4月下旬至5月上旬时段，地面附近的空气的温度小于或等于0 ℃时，空气中的水汽在地面或接近地面的物体上凝华而成的白色松脆冰晶。对农作物造成的冻害并非是白色的冰晶霜，而是气温降低到0 ℃以下时，由低温引起的农作物植株体茎叶的伤害或死亡的冻害为霜冻。霜易在晴朗、微风、湿度大的夜间形成。霜冻的形成直接与温度的降低有关，根据霜冻的成因，霜冻分为3种。
2.1 冷平流霜冻型
该种类型的霜冻主要是由于北方的强冷空气南下，造成大风降温。因此，该种类型的霜冻会导致空气中的温度低于地面温度，被称为风霜。冷平流霜冻型主要对经济花果树类造成一定影响。
2.2 辐射霜冻型
该种类型的霜冻形成的原因主要是夜间既无云，又无风，使得地面或者是物体表面辐射降温，当离地面的距离越小，温度就越低，地面的温度低于空气中的温度，被称为底霜，该种类型的霜冻主要对农作物造成较严重影响。
2.3 平流辐射霜冻型
该种类型的霜冻发生的原因主要是由强冷空气和辐射共同作用而形成的，一般情况下是由冷空气先侵入，导致气温明显下降，到晚上天气转晴后，地面的辐射作用增强，使得地面的温度进一步下降，对经济花果树类、农作物同时造成影响，越是低凹处入侵造成冻害越严重[6-7]。
3 强霜冻形成的条件
3.1 气象条件
气象条件的好坏与霜冻的产生关系密切，可以根据当地的天气状况和地理位置来分析和推测霜冻的日期。一是看当地的天气实际情况。当该地区出现降雨或者是降雪天气后，如果白天刮偏北风，到傍晚时停下，且天空晴朗少云，下半夜出现霜冻的可能性就比较大。二是看地面的湿度。如果该地区连续数日都是晴天，地面干燥，就会导致接近地面的气温无法配合土壤温度的变化，降温会比较快，此时霜冻出现的时期必然会比较早；反之则霜冻出现的时期就会比较晚。三是看露水的大小。若夜晚晴朗无风，且无露水或者是露水很少的情况下，一旦温度持续降低，凌晨出现霜冻的可能性就会比较大；反之，则出现霜冻的可能性就会比较小[6-7]。特别是4月下旬至5月初，我国西北部的流场加强时，影响临夏地区上游的冷空气加强，该冷空气移动到哈密附近时，因地形作用移速减慢。其中分裂短波小槽下滑造成临夏地区连阴雨（雪）天气，表明以脊代槽的形势建立，冷锋快速东移出本地区，连阴雨（雪）天气结束。此时高空冷温度槽在该地区上空明显落后于高度槽。冷槽中的冷空气团在静风转晴的清晨，袭击临夏地区，造成大范围的强霜冻天气[8]。
3.2 大气流场对霜冻形成作用
在春季时段，乌拉尔山的右侧高压脊加时，促使脊前西风带急流轴（风速≥20 m/s）。霜冻是我国发生范围广、危害作物种类多、造成经济损失大的一种气象灾害。它是春秋过渡季节，白天气温高于0 ℃，夜晚气温短时间降至0 ℃以下，配合西伯利亚强冷空气迅速在巴尔喀什湖前部至我国北疆形成“C”型低涡。东移进入蒙古国中部后，由流体动力作用，以短波槽形式分裂冷空气，造成临夏地区连阴雨（雪）天气，这种天气过程结束时，该地区上游500 hPa斜压型流场很强[5]，在夜间这种冷平流和辐射共同作用下形成该地区强霜冻天气。这种冷害现象，在农业气象学中，指土壤表面或者植物株冠附近的温度短时间降至0 ℃以下，并使作物受害的降温现象。对于喜温果树，霜冻会使细胞原生质直接结冰，导致死亡；对于耐寒果树，会在降温中使原生质脱水至胞间结冰，而原生质在0 ℃以下不结冰，保持着过冷却状态，但若出现过强降温，植物细胞间隙水分结冰，并吸收细胞内部水分，冰晶体积膨胀，使植物细胞受到机械损伤，严重时导致植物死亡。一般霜后常常会出现急剧增温，使胞间冰晶迅速融化或蒸发，植株又会因失水而萎蔫[6]。
3.3 天气系统引发作用
经分析28例强霜冻出现的天气成因时表明，8：00 500 hPa天气图上，形成临夏地区霜冻灾害的天气成因，主要取决于春季当地的寒潮天气过程，或一次低温连阴雨（雪）天气结束时，在东经90°～105°，北纬30°～44°范围内，降水的高空槽过境东经96°～105°后，冷温度槽明显落后于高度槽，其中构成的等高线与等温线夹角越大，表明斜压大气越强。冷空气下滑逼近该地区的强度越大，此形势对应冷锋云系后的高层密卷云或者地面冷高压中心入侵该地[9]。而这种霜灾天气过程，出现在风速较小，甚至为静风阴雨（雪）天气突然转为晴空无云，此时北方入侵的冷平流（△T24≤-2 ℃）辐射较强时，临夏地区上游西风急流轴（风速≥20 m/s）向东南方向发展，而且北抬2个纬度，就预示着当夜清晨出现一次较为严重的农业霜冻灾害天气过程。
当高空冷平流作用形成该地区霜灾，主要是在空气水平方向输送产生的热量交换，促使降温的天气过程，在高空有较强的冷平流入侵，这种冷平流入侵的形势用热流量方程可以表示为：
■=-V·？荦T-（γd-γ）ω+■（■+V·？荦p）+■■
式中，对近地面层ω较强，可近似大于等于0，气压平流引起温度在该地区变化较大。局地冷平流形成取决于温度平流对非绝热因子作用。温度平流主要表现形式是冷空气的强度，非绝热因子主要考虑辐射，冷却凝结作用较强时形成霜灾的几率较高。分析表明，2004年5月4日、2005年5月15日的强霜冻等天气过程都是高空温度平流辐射，强冷却凝结作用下出现的，灾害是很严重的。
3.4 垂直运动作用
大范围的垂直运动使温度产生显著变化，其典型特点是，降水的天气系统过境后，冷空气受地形影响强迫下沉，在运动过程中引起绝热冷却，这种平流降温与辐射降温共同叠加作用，是造成临夏地区强霜冻的主要因素。显然不同地形对霜冻灾害的影响程度差异较大，由于冷空气的入侵是属于流体不稳定的结果，辐射降温中形成冷气团质量加大，在运动过程中向川区或者低凹处入侵，越是地势偏低处，堆聚的寒冷空气越强，霜冻灾害越严重[7]。例如，1981年5月16日、1987年5月2日、2004年5月4日等多次强霜冻过程，临夏州永靖县、临夏市、广河县、临夏县、积石山县等的川区和低洼地带造成冻害非常严重，而这些县（市）的山区和高海拔较高的斜坡冻害相对较轻[7]。
3.5 非绝热作用
由于长时间停留的天气过程中水汽作用及热量交换，空气是运动的，路过下垫面热力和动力的不均匀性，通过交换会发生变性而引起的局地气温改变，因而降温作用减小。根据临夏地区霜冻灾害出现的特点，霜冻出现当晚，大气层结稳定，临夏地区上游14：00地面图和8：00 700 hPa天气图上有≥4～10 m/s风速时，热量垂直向下输送形势加强，风速越强，垂直运动速度越快，近地面降温形势越小，造成冻害强度相对较弱。
4 防御对策
4.1 栽培技术法
三面环山、开口朝北的地形，冷空气易进难出，霜冻比山梁山坡地严重。而如果开口朝东南，则冷空气易出难进，危害就相对小。高地和北坡易受北风影响，平流霜冻比南坡重；低洼地和谷地，因积聚冷空气，辐射霜冻最严重；干松的砂土，因导热不良霜冻可能较重。坚实而湿润的土、黏土等，因导热性更好，霜冻危害较轻。建立防护林可以改善局地小气候和生态环境，还可以防风固沙、保持水土，防护林要设在果园迎风面。控制病虫害的发生，疏花疏果控制产量，合理施用有机肥、增加磷钾肥，保证树体健壮，促进枝条成熟度，可提高果树的抗寒能力。因二次或三次枝上的花芽形成的晚，翌年萌动和开放的时间也晚，有可能躲避晚霜的危害。树体涂白不仅可防止日灼病、减少病虫害的发生，而且还可以反射阳光，减慢树干增温速度，推迟开花期。涂白剂的配方是：水l8 kg，动物油100 g，食盐1 kg，生石灰6～7 kg，石硫合剂原液1 kg。配制方法：先将生石灰用少许水化开，食盐也化成食盐水，把化好的动物油倒进石灰水中充分搅拌，再把剩余的水加入，搅拌均匀，最后将盐水和石硫合剂加入，混合均匀即成，防霜、防病虫害发生效果很好[6]。
4.2 喷药技术法
一是防治冰核活性细菌。在自然界广泛存在着冰核活性细菌，它可在-3.5～-1.5 ℃诱发植物细胞水结冰而发生霜冻。无冰核活性细菌存在的植物，一般可耐-6～-5 ℃的低温而不发生霜冻。该细菌能使组织冰点提高2 ℃左右。因此，防治冰核活性细菌也是防御植物霜冻一项新措施。美国以羧酸酯化丙烯聚合物（商品名：CRYOTEO，Agru-k社产品）防除果树、蔬菜霜冻已实用化。河北农业大学研制的防霜剂3号，田间自然温度为-6 ℃时，与对照相比，防霜效果好。二是加强果园管理。积极进行树形改造，提高结果枝离地面的距离；加强田间管理，合理修剪，及时浇水，适时追肥，增施有机肥，以增强树势，提高树体抵抗冻害及恢复能力。三是果园生草。在果园内种植白、三叶草，或自然留草，改变果园内小气候，可提高果园应对气温突变的能力。四是适时进行果园灌水。在天气急剧降温期间，及时进行果园灌水，提高土壤湿度，增加热容量。冷空气来临时使热量缓慢释放，避免果园气温下降过快[6]。
4.3 烟幕法
一次低温连阴雨（雪）天气过程或寒潮天气过程结束后，在静风无云的凌晨（4：00—6：00），永靖县的黄河沿岸、东乡县的牛津河沿、广河县的广通河沿岸低洼峡谷区域，尽量多准备各种产生烟雾的柴草、柴油、硝酸铵、渣油、沥青、锯末、红磷等原料配制的易燃物，堆放在田间地头、果林园及花果树等喜温植物地下，5：30—8：30进行点燃放烟，产生热量和烟雾层，提高地表面的温度；同时烟幕里含有吸湿性的微粒，使地面空气里的水汽凝结释放大量潜热，提高空气的温度，保护农作物免遭霜冻灾害。据测定，经过烟熏的田间（表1），地表面层空气温度可提高1～2 ℃，在凹型小盆地有效气温高达3.0～3.5 ℃。
这种方法既科学，又经济，十分有效地防止局地强霜冻的侵袭，特别在果林、花椒种植区及庭院小区经济作物中，经防霜与非防霜区的对比，评估分析，陇中、陇东地区近几年用烟幕法进行局地防霜灾的办法，具有非常明显的经济效益。
主要经济花果树类、农作物区及果园等进行熏烟可提高园内气温2～3 ℃。燃料可选用锯末、麦衣皮、碎玉米秆、柴油等烟雾较浓的燃料。4：00左右点燃，控制火势，以暗火浓烟为宜。一般果园设燃火点45～60个/hm2，每个燃火点直径不小于1.5 m，把握防霜时间，燃放大面积烟幕，使山谷底烟雾覆盖整个斜坡，可减缓地面散热降温，并增加空气中的热量。冻后处理冻害发生后及时浇灌果园，追施氮肥，增施磷钾肥，喷植物生长调节剂、微肥、营养液，促进果树次花、边花分离和树势恢复能力；进行人工授粉，尽量提高坐果率；及时疏花疏果，控梢抹芽，降低树体营养损耗；加强病虫害防治，避免病虫害严重发生。
4.4 灌水增温法
通过大量实践表明，特别是喜温植物浇水不仅能防止寒害，同时能保护农作物免遭冻害，由于水的比热大于土壤的比热，浇水不仅可以提高土壤湿度，还可以释放潜热，使得近地面空气热量得到补充，从而减缓降温，提高近地面温度、露点温度。由于空气中水汽的增加，可减弱地面散热冷却过程，加强土壤导热率，有利于土壤深层热量向上传递，不断补充上层土壤辐射散热，地表气温传热中增大了抗冻效应。据测定，灌水后的田间温度可提高3 ℃左右，叶面温度可提高1.5～2.5 ℃。收到霜冻预警预报后，各大河谷及川塬灌溉区，在霜冻侵袭的前一天下午至当夜，进行有关喜温作物的大量灌溉，是大面积用水防霜灾的一种方法，可以在很大程度上减轻作物的冻害。
4.5 覆盖法
覆盖也是一种有效防霜灾的方法，当收到当地气象台发布的霜冻预警信号后，在霜冻入侵当夜至凌晨，将一切花卉、小果树等经济价值较高的喜温植物，用塑料大棚、软草、牲畜粪、篷布、细软土等覆盖在作物上，可以在很大程度上减弱地面热量的散失，起到保温效应。据测定，利用覆盖法可提高温度3.0～4.5 ℃，可以完全防止强霜冻的袭击，有效保护各类经济作物[6-7]。
5 结语
临夏地区的霜冻灾害出现在4月下旬至5月，给当地的农业生产造成很大危害。无霜期气候分布特征，从北侧海拔较低的永靖为179 d，向西南侧海拔较高的积石山递减为108 d，其中中南部4个县（东乡县、各政县、康乐县、积石山县）平均为121 d。霜灾的分布表明，越是低凹的地方，造成霜灾的程度越重。为了防御这种气象灾害，主要从气象资料入手，分析形成霜灾的天气系统、热力与动力的分布特征、冷空气发展的强度和范围，总结出形成霜冻灾害的原因。
进入4月后，透雨（≥10.0 mm）区域性降水比历年同期偏迟，大部分地方气温比历年同期偏高2.5～3.5 ℃。3—4月，冷空气入侵临夏地区的次数少，使得各类农作物及经济作物生育、生长期提前7 d左右。此时段有强冷空气入侵，形成
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当地连阴雨（雪）天气时间较长。天气过程结束后，在静风转晴的清晨，由高空冷平流和辐射急剧降温作用，造成当地的强霜冻灾害。
6 参考文献
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