引言

霜是贴近地面的空气受地面辐射冷却的影响而降温到霜点(指露点低于0℃)以下，在地面或物体上凝华而成的白色冰晶。霜是一种天气现象，属于中国地面气象观测内容。而霜冻是指植物生长季节里因土壤表面和植株体温度降低到0℃或0℃以下而引起植物冻害，是一种农业气象灾害。虽然霜、霜冻形成的主要原因均是降温，但发生霜冻时不一定出现霜，出现霜时也不一定发生霜冻。

就目前的研究情况来看，国内外绝大部分的研究主要限于对霜冻的研究，而对霜的研究还非常少。Meehl等^[1]利用数值实验和分析观测事实证明了全球变暖导致霜冻日数的普遍减少。Frich等^[2]的研究也表明，20世纪中后期，全球年霜冻日数存在不断减少的趋势，并且每年有霜冻出现的测站也在明显减少。Easterling^[3]以日最低气温小于0℃作为霜冻发生的条件，研究发现近50年来美国大陆霜冻日数有减少的趋势，减少的速率大致为0.8天/10年。Scheifinger等^[4]同样利用逐日最低气温≤0℃作为霜冻日，研究表明欧洲大陆的霜冻日数也有减少的趋势，下降趋势大致在0.2天/年(1951— 1997)。Zhai等^[5]通过分析日最低气温的变化揭示中国大部分地区的霜冻日数呈显著减少趋势。Qian等^[6]还发现中国北方地区的霜冻期在逐渐缩短。以上这些都说明，全球增暖背景下世界各地霜冻日数都存在不同程度的减少趋势。

上述多数研究中都将日最低气温或者地面最低温度低于零度的日数作为霜冻日数，这种做法存在着严重的缺陷。因为，霜冻是低温对农作物的一种危害，只有在植物生长季节里植株体本身温度降低到0℃或0℃以下才会引起植物冻害。所以，日最低气温或者地面最低温度低于零度时不一定会出现霜冻，而出现霜冻时日最低气温或者地面最低温度也未必低于零度。

霜和霜冻两者虽然有着明显的区别，但霜的出现标志着低温季节已经开始，如果继续降温，便很容易导致霜冻的发生。例如，种植常绿果树的地区，在霜期内的任何时间，只要霜的强度超过它们能够忍受的限度，都将发生霜冻。霜期长短的变化以及初、终霜日的提前或推迟，都会导致果树霜冻的发生^[7]。因此，研究霜期的变化特征对于预防霜冻具有一定的指导意义。迄今，受制于霜资料的整理及质量控制相对滞后，关于中国区域霜的研究还非常少。文中用经处理的国家气象站网累积多年的霜气象观测资料，研究近50年来全国霜期的空间分布情况以及全球增暖背景下霜期的变化趋势。

1 资料与处理方法

所用资料是由国家气象信息中心提供的1951—2004年756站逐日的霜气象观测资料，该资料来源于全国各地气象站网累积多年的霜气象观测资料。由于站点资料的时间长度不一致，文中选择1954—2003年实际的资料序列长度超过25年的站点(677个站)来研究霜期的空间分布及其变化趋势。

霜一般认为属于“冷季现象”，其统计是按照“年度”进行的，而不是通常意义的按“年”统计的(即以1月1日至12月31日为一年进行统计)。所谓冷季“年度”的统计，就是以本年7月1日至次年6月30日为本“年度”。在一个年度里(从7月1日算起)，第一次出现霜的日期，记为初霜日，最后一次发生霜的日期记为终霜日。将初霜日和终霜日在内的初终日期之间的日数记为霜期。但我们发现，在用这个统计方法处理一些高寒地区台站时出现了问题。在高寒地区，因为全年各月基本都有霜出现，所以初、终霜日就很难确定。为此，对于这些高寒地区的台站，初、终霜日的统计跳出了“6月30日”的限制。先从暖季中，挑选一个连续无霜日数最长的时段，然后以该时段的前一天为上年度的终霜日，该时段的后一天为本年度的初霜日。例如：某站某年7月11—29日连续无霜日数为最长，应挑7月10日为上年度的终霜日，7月30日为本年度的初霜日。

2 霜期的空间分布及其变化趋势分析 2.1 霜期的地理分布特征

从全国50年平均的霜期空间分布图(图 1)中可以看出，我国霜期是自北向南、自高山向平原依次缩短的。青藏高原、内蒙古北部和黑龙江北部是我国霜期最长的地区，霜期长达240天以上，其中青海省南部、西藏东部，霜期长达360天以上，是终年有霜的地区；华北、西北地区和黄河流域霜期为160～240天左右；长江中下游地区的霜期为120～160天左右；长江以南到南岭地区霜期维持在80～120天左右；而四川东部、东部沿海、两广地区、云南南部及福建南部霜期都在80天以下；华南沿海霜期不足40天；海南地区霜期为1天左右，全年几乎没有霜出现。对照《中国灾害性天气气候图集》^[8]的中国霜冻日数(日最低气温≤2℃的日数)分布图可以发现，由于统计方式、起讫时间及要素的不同，中国1961—2005年年平均霜冻日数比1954 —2003年年平均霜期日数少很多，但霜冻日数分布的基本特征与霜期的分布特征非常相似。传统上，将日最低气温或地面最低温度低于0℃的日数代表霜冻日数来研究霜冻，分析表明同样可以利用霜资料来研究霜冻，并且霜资料是观测得到的数据，利用它研究出的结果应更为可信。

2.2 霜期的变化趋势分布特征

为了分析霜期的长期演变特征，用线性趋势估计方法对1954—2003年度677个台站霜期的线性变化趋势进行分析(见图 2)。从图 2中可以看出，除少数地区外，我国霜期的总体趋势是缩短的，其中我国华北、西南以及华南三个区域缩短趋势非常显著。而华北地区霜期缩短的区域包括内蒙古的中部、河北、京津、山东北部，以及晋陕北部，该区域也是我国霜期缩短最快的地区，变化速率大致在1.0天/年左右。西南地区霜期缩短趋势较明显的地区包括贵州和云南东部，变化速率大致是0.5天/年。华南地区缩短趋势明显的地方包括广东北部、福建、广西北部地区，变化速率大致在0.5天/年。值得注意的是，新疆、甘肃、内蒙古西部、湖南以及江西的部分地区，霜期有略微延长的趋势。

3 霜期的年代际变化特征

从全国平均的霜期时间序列(图 3)中可以看出，总体上霜期呈缩短趋势。具体来看，20世纪50年代中期到20世纪70年代中期，霜期呈现出波动延长的趋势，20世纪70年代中期以后，霜期开始缩短。到了20世纪90年代霜期缩短更加明显。而从气温的变化情况来看，20世纪40年代后期到20世纪70年代我国气温是偏低的，20世纪70年代之后气温开始上升，到了20世纪90年代气温上升最为剧烈^[9-11]。不难发现霜期的变化与气温的变化有很好的相关性。

前文中已经提到霜期是初霜日和终霜日之间的日数，霜期的变化其实是初霜日和终霜日共同变化的结果。为了更好地了解全球变暖背景下中国各区域霜期的年代际变化特征，分别对中国东北、华北、西北、青藏高原、长江中下游、西南、华南这七个区域做了区域平均的初、终霜日期及日最低气温和日最低0cm地温的标准化时间序列(图 4、5)。从图中可以看到，七个区域的初霜日期曲线呈上升趋势，终霜日期曲线呈下降趋势，说明初霜日期在逐渐推迟，终霜日期在逐渐提前。七个区域的总体变化趋势一致，但各地区也有不同的地方。例如，华北地区，近50年来初(终)霜在不断推迟(提前)，而其他六个地区初(终)霜呈现出先提前(推迟)后推迟(提前)的趋势，并且20世纪90年代之后初霜推迟、终霜提前的趋势更加明显，这与图 3反映的霜期总体趋势是吻合的。另外，图中七个区域秋、春季平均的日最低气温、日最低0cm地温变化曲线分别呈不同程度的升高趋势，且各区域初(终)霜日期变化曲线与秋(春)季平均的日最低气温、日最低0cm地温变化曲线分别都呈明显的同(反)向变化特征。可以看出，近50年来全国大部分地区日最低气温和日最低0cm地温都有不同程度的升高，日最低气温、日最低0cm地温的不断升高可能是导致初霜日期的推迟和终霜日期的提前的原因。

全国七个区域初霜日期与秋季平均的日最低气温、日最低0cm地温的相关系数都为正，终霜日期与春季平均的日最低气温、日最低0cm地温的相关系数都为负，且大部分相关系数都通过了0.01的显著性水平，同时发现日最低气温与初、终霜日的相关系数都略高于最低0cm地温与初、终霜日的相关系数(见表 1)。

这进一步表明，近50年来初、终霜日和霜期的变化可能与日最低气温和日最低0cm地温的变化有关。日最低气温和日最低0cm地温的升高致使初霜日期的推迟和终霜日期的提前，最终导致霜期的不断缩短，并且霜期的这种变化受日最低气温的影响可能要大于受日最低0c m地温的影响。

4 结论

通过对近50年来全国霜期的空间分布情况及其长期变化趋势的详细分析，得出以下结论：

(1) 从全国年平均霜期的整体分布上来看，我国霜期是从北到南依次缩短的。霜期最长的地区在青藏高原和东部地区北部，四川东部和华南沿海等地的霜期较短，而海南地区基本无霜。

(2) 从霜期的趋势分布看，除少数地区外，我国霜期呈缩短的趋势。华北地区、西南地区东部和华南地区北部缩短趋势最为显著；而湖南、江西以及甘肃省部分地区霜期缩短的趋势不明显，甚至有延长的趋势。

(3) 近50年来，我国霜期总体趋势是缩短的。20世纪70年代以前霜期呈波动式延长的趋势，20世纪70年代之后开始出现缩短趋势，但是从20世纪70年代到20世纪90年代，霜期缩短得较缓慢，20世纪90年代之后缩短趋势变得异常显著。

(4) 近50年来，在全球增暖背景下全国大部分地区日最低气温和日最低0cm地温都有不同程度的升高。日最低气温、日最低0cm地温的不断升高可能是导致初霜日期的推迟和终霜日期提前的原因，而初霜日期逐渐推迟和终霜日期逐渐提前最终导致霜期的不断缩短。