设施农业低温寡照的影响

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1资料

选取吐鲁番农业气象试验站和鄯善气象站30a（1981—2010）秋冬季（前一年11月至当年2月）的逐日平均气温、日最低气温、日照时数、连续阴雪天数。吐鲁番农业气象实验站为吐鲁番盆地火焰山以南地区代表站，鄯善气象站是火焰山以北地区代表站，分别简称为吐鲁番盆地山南和山北地区。降温定义为2006年11月1日实施的国家标准《冷空气等级》和引自《新疆气象手册》[1]，弱冷空气是使某地的日最低气温48h内降温幅度＜6℃的冷空气；中等强度冷空气，使某地的日最低气温48h内≤6℃降温幅度＜8℃的冷空气是较强冷空气，使某地的日最低气温48h内降温幅度≥8℃，但未能使该地日最低气温下降到8℃或以下的冷空气；强冷空气，使某地的日最低气温48h内降温幅度≥8℃，而且使该地日最低气温下降到8℃或以下的冷空气；寒潮，使某地的日最低气温24h内降温幅度≥8℃，或48h内降温幅度≥10℃，或72h内降温幅度≥12℃，而且使该地日最低气温下降到4℃或以下的冷空气。寡照定义参照文献[2]，分为轻度、中度和重度三级。轻度寡照，以连续3d无日照，或4d中有3d无日照且另外一天日照时数≤3h；中度寡照，以连续4—7d无日照或连续7d日照时数≤3h；重度寡照，以>7d无日照或连续10d以上日照时数≤3h。

2吐鲁番地区近30a秋冬季温度变化特征

2.1秋冬季平均温度及其变化

秋冬季温度是影响设施农业作物生长的重要气象要素之一。不同作物以及同一种作物在不同生长发育阶段对温度的要求是不同的。吐鲁番盆地秋冬季气温受地形、地理环境的影响，年际间变化明显，同一年山南山北也存在差异。1981—2010年，吐鲁番盆地山南地区秋冬季平均气温-4.4℃，山北地区-6.2℃。其中，山南11月至次年2月的逐月平均气温分别为3.4℃、-6.0℃、-7.6℃和0.3℃，而山北秋冬季4个月的平均气温依次分别为1.4℃、-7.3℃、-9.2℃和-2.0℃。吐鲁番地区山南山北秋冬季气温的各年代平均值见。吐鲁番山南地区20世纪80年代秋冬季平均气温为-4.8℃，90年代为-3.6℃，2001—2010年为-4.9℃；山北地区20世纪80年代为-6.5℃，90年代为-5.5℃，2001—2010年为-6.6℃。山南与山北地区的秋冬季气温的年代际变化趋势相似，20世纪90年代较80年代明显上升，而21世纪第一个10a较前10a明显下降，接近20世纪80年代。吐鲁番盆地山南和山北地区的秋冬季平均气温在1981—1995年间呈上升趋势，2001—2010年变化较为平稳（图1）。山南地区秋冬季最高的平均气温为-1.9℃（1989年），最低的秋冬季平均气温为-7.3℃（1984年）。山北地区冬季最高的平均气温为-3.7℃（1998年），最低的秋冬季平均气温为-8.8℃（1984年）。

2.2冬季极端最低气温

极端最低气温是设施农业生产整体布局以及引种的重要气候参考指标。整个冬季吐鲁番山南地区温度高，而山北地区低，冬季平均气温相差1.5～2.0℃，极端最低气温相差1.4～3.3℃。在全球气候变暖的背景下，也会在暖冬季节出现阶段性低温[3]。吐鲁番地区山南和山北地区1981—2010年冬季最低温度变化见图2。山南地区日最低气温冬季平均值20世纪80年代为-17.7℃，90年代为-17.0℃，较前10年上升了0.7℃，2001—2010年为-18.5℃，较前10年下降1.5℃。1981—2010年冬季极端最低气温大部分在-17.0℃～-20.0℃之间波动；20世纪80年代最低值-22.7℃，90年代最低值-21.4℃，呈升高趋势，2001—2010年最低值-21.7℃，略低于前10年的最低值。1981—2010年30a极端最低气温-22.7℃（出现在1984年12月27、28、29、30日四天，4d的最低温度均是-22.7℃）。山北地区日最低气温冬季平均值在20世纪80年代为-19.3℃，90年代为-19.5℃，2001—2010年为-21.5℃，呈下降趋势。1981—2010年冬季极端最低气温大部分在-18～-21℃之间波动；20世纪80年代极值-24.1℃，90年代极值-24.7℃，较前10年的极值略有下降，2001—2010年极值-24.0℃，较前10a略上升，接近20世纪80年代。1981—2010年30a极端最低气温-24.7℃（1998年1月21日）。

2.3强降温过程

按前述冷空气等级的统计标准，统计吐鲁番盆地山南、山北地区1981—2010年11—2月出现强降温次数（图3）。近30a，山南和山北地区出现各类降温共78和116次，平均每年出现2.6次和3.9次，最多年份山南5次（出现了3a），山北7次（2006年）；从年代际变化来看，山南：20世纪80年代20次，90年代21次，2001—2010年37次；山北20世纪80年代34次，90年代37次，2001—2010年45次，均呈增多趋势，出现次数山南明显少于山北地区。吐鲁番盆地山南、山北地区11—2月出现各中等强度冷空气出现次数最多，分别为30次、51次，占总次数的38.5%、44%，较强冷空气出现次数最少，山南未出现，山北地区出现7次，占总次数6%。山南地区出现弱冷空气和强冷空气入侵均为20次，占总次数的25.6%。山北地区出现寒潮22次，占总次数的19%，弱冷空气入侵21次，占总次数的18.1%。吐鲁番盆地在11月中至下旬基本入冬，到翌年的2月上、中旬结束。由于吐鲁番所处的地理环境，盆地热效应使得与只有一山之隔的北疆温差较大，在遇到较强的冷空气自西向东、自北向南活动的过程中，在天山北坡堆积，翻山后形成对吐鲁番影响范围最广的大风降温[4]。

3吐鲁番地区近30a日照变化特征

3.1日照时数变化特征

日照时数是表征太阳辐射强弱的气象要素之一，特别是每年11—2月的日照时间的长短，对日光温室果蔬生长有着直接影响。吐鲁番盆地山南、山北地区近30a冬季平均日照时数分别为457.2h和565.4h，光照条件相对较好，最多年份和最少年份变化幅度较大，山南冬季日照时数最多598.2h，最少251h（图4），冬季日照时数对设施农业温棚瓜果和蔬菜的生长影响较大。

3.2寡照变化特征

按前述寡照的统计标准[2]，统计吐鲁番盆地山南、山北地区1981—2010年寡照出现次数（图5）。吐鲁番盆地的寡照次数在20世纪80年代中后期较为频繁，90年代呈减少趋势，进入21世纪的10年间，前期又呈增多趋势，且强度较强，后期又略减少。吐鲁番盆地秋冬季节发生的寡照等级情况（）。山南地区的轻度寡照次数最多，出现21次，中度、重度均出现了12次；山北地区以中度寡照次数最多，出现了12次，轻度次之。从出现时间看，山南和山北地区同样以隆冬季节的12月、1月居多，11月较少，2月未发生。低温、寡照现象不是单独出现的。首先受较强的天气系统影响，其次伴随多种天气现象（大风、连续阴、降雪等）综合影响的结果。持续时间最长的低温、寡照事件出现在1990年11月28日—12月10日13d内日照时数仅5.3h，最低气温由-1.4℃下降到-13.2℃，1999年12月10日—21日12d内日照时数仅2.6h，伴有微量降雪。

4低温寡照对吐鲁番地区设施农业的影响

4.1温棚蔬菜生长对温度和光照的要求通过分析温室蔬菜各主要发育期对热量和光照的要求[5]，结合近几年来走访吐鲁番地区多处温室大棚种植户以及地区设施农业科技示范园的种植专家，总结归纳了吐鲁番地区温室大棚各类蔬菜的具体温度和日照指标（）。

4.2近几年吐鲁番盆地秋冬季低温、寡照典型事例及其对温棚瓜果和蔬菜的影响

吐鲁番盆地秋冬季的低温、寡照事件时有发生，持续低温天气和连续阴雪天气对当地发展规模迅速的设施农业带来了危害，造成温棚瓜果和蔬菜不同程度冻害。以下列出了一些典型的低温寡照事件。2010年12月16—27日吐鄯托盆地出现持续低温。该次低温阴雪过程是自2003年冬季以来持续时间最长的一次连阴雪天气，日平均气温较历年同期值偏低8～10℃，日最低气温吐鲁番（山南）达到-11～-14℃之间，鄯善（山北）达到-14～-18℃之间，地面最低温度吐鲁番（山南）在-12.6～-21.2℃之间，鄯善（山北）在-17.9～-22.6℃之间。12月23—24日吐鲁番市出现小雪（0.7mm），积雪厚度为1cm，鄯善出现中雪（4.5mm），积雪厚度达4cm；25—27日各地普遍出现微到小雪天气。2011年1月3—23日吐鄯托盆地出现持续低温天气。2011年1月上、中旬吐鲁番盆地平均气温较历年同期值偏低5.6～7℃；日最低气温吐鲁番（山南）在-16.8～-21.7℃之间，鄯善（山北）在-19～-24.0℃之间，地面最低温度吐鲁番（山南）在-20.7～-25.4℃之间，鄯善（山北）在-20.5～-24.4℃之间。1987年11月24—26日吐鲁番盆地出现寒潮过程，伴随大风、降雪，最大风力10级（33m/s），25—26日大雪，降雪量8.7mm，气温突降，日平均气温从1.8℃降到-16.0℃，最低气温从-3.9℃降到-20.5℃，地面最低温度从-4.7℃降到-22.1℃。

5应对措施

5.1应对低温的措施

遇到冷空气入侵或连阴天时，应对低温可采取以下措施：（1）增设暖风炉或火道等增温设施，及时补温。（2）上午晚揭棉被，下午早盖棉被。（3）雪天注意及时清扫积雪，天晴后及时晾晒棉被，以便增加棉被的保暖性。（4）有条件的最好在棉被上面加盖一层旧棚膜，不但保护棉被不被淋湿，而且也可以提高温室内的温度。注意检查温室放风口及出入口的密封性。（5）适当保持土壤湿度有利于提高地温（控制灌水）。（6）有条件的温室可在温室内增加10～20盏日光灯或白炽灯，一方面增加光照另一方面可以提高温室内的温度（夜间控制10h不开灯，主要在早或晚补光增温）。（7）燃放烟熏剂，当遇到极端低温时可在室内每隔1～15m燃放一包烟熏剂，一方面可以防治虫害，另一方面可以防止农作物受冻。

5.2应对寡照的措施

连阴天注意掀放棉被，不要因为降温和光照弱而不掀棉被，阴天也要让菜苗见弱光，以免久阴乍晴，造成菜苗打蔫，影响蔬菜生长。

5.3加强田间管理

及时防治虫害和病害，科学合理整枝，多打除底部老叶，增加地面受光面积，增加地温和地面蓄热能力。

6结论

吐鲁番盆地山南与山北地区秋冬季平均气温的年代际变化趋势相似，20世纪90年代较前10年明显上升，21世纪第一个10年较前10年明显下降，接近20世纪80年代。山南和山北地区秋冬季极端最低温度的年代际变化趋势与秋冬季平均气温相似。1981—2010年吐鲁番盆地冬季强降温过程次数21世纪第一个10a较前10a明显增多，山北地区明显多于山南地区。吐鲁番盆地近30a秋冬季日照时数平均为460～570h，最多年份和最少年份变化幅度较大。近30a秋冬季出现寡照的次数以12月最多，1月次之，11月最少，2月份未发生。近30a秋冬季的寡照次数没有明显的趋势变化，但是进入21世纪以来，有一个相对高发阶段。火焰山以南地区出现寡照次数明显多于山北。吐鲁番地区秋冬季设施农业管理中，需做好增光、保温，重点加强对低温、寡照等极端天气气候事件的防御。