引言

近百年来, 地球气候正经历着一次以全球气候变暖为主要特征的显著变化。近50年中国增暖尤其明显，全国年平均地表气温增加1.1 ℃，增温速率为0.22 ℃/10a，明显高于全球或北半球同期平均增温速率，其中北方和青藏高原增温比其他地区显著^[1]。我国北方气温的显著升高使该区干旱化^[2]、沙尘暴频数^[3]、冬小麦生产^[4]、沼泽地水位^[5]和大雾时空分布^[6]等都发生了改变。霜作为一个重要的天气现象也会受到气候变暖的影响^[7]。初终霜的出现日期及无霜期的长短，对合理安排农事活动至关重要，研究它们对气候变暖的响应方式不但能降低农业生产风险，而且可以保证农作物获取最佳经济效益。丁盛楠研究发现佳木斯地区50年平均初霜日为9月27日，终霜日为5月4日，无霜期144 d，平均每10年初霜日可推迟6.8 d，终霜日可提前4.6 d，无霜期可延长5.7 d^[8]。谷新波等统计分析了1971—2006年内蒙古阿尔山市霜的变化特点，结果表明该区初霜日呈平稳微弱上升趋势；终霜日呈平稳微弱下降趋势；无霜期呈平稳增长趋势^[9]。曹秋萍研究表明黑龙江20世纪60、70年代终霜较晚，初霜较早，无霜期较短；80年代以来，多数地区终霜日有所提前，初霜日推后，无霜期明显延长，90年代前期(1991—1995年)有的地区终霜又有所提前，各区及全省初霜日明显推后，无霜期延长^{[10, 13]}。唐志朝等对1961—2003年辽宁省无霜期进行了分析，结果显示60、70年代初霜早，终霜晚，无霜期偏短；80年代无霜期延长，初霜延迟，终霜提前；90年代变化更显著^[11]。辽宁省气候变暖的速度大于全球变暖的平均速度^[12]，那么这种明显的增温变化对辽宁省初终霜日和无霜期的长短会产生什么样的影响呢？有关方面研究较少^[11]，因此本文旨对辽宁省初、终霜日期和无霜期变化特征进行深入分析，并对气候变暖对该区霜的影响做初步探讨，以期对辽宁省农业生产和农事活动起到一定的指导意义。

1 资料选取和分析方法 1.1 资料选取

本文基于辽宁省35个站点1957—2006年霜的地面观测资料，提取了各站逐年初、终霜出现日期和无霜期，以此对辽宁省霜的变化特征进行分析。初霜日期为每年秋、冬季第一次出现霜的日期，终霜日期为次年春季最后一次出现霜的日期，无霜期为一年内终初霜期间的间隔天数。本文所使用的气候资料为1957—2006年各站点逐日平均气温、最高气温、最低气温、平均地面温度、最低地面温度等。

1.2 研究方法

本文采用趋势系数、回归分析等方法对辽宁省霜的长期变化的情况进行研究，并用Mann-Kendall进行了突变分析，同时采用相关分析探讨了气候变暖对初、终霜日期及无霜期影响。

2 初、终霜日期和无霜期气候特征分析 2.1 平均特征

辽宁各地平均初霜日期多出现在9月下旬至10月下旬。辽宁省的北部和东部地区出现的较早，在9月下旬，其中以清原最早平均为9月23日；黄海和渤海沿岸地区较晚，在10月中旬和下旬(大连出现最晚，为10月30日)；其他地区大多在10月上旬(图 1a)。

辽宁省的终霜日期多出现在4月上旬至5月上旬，其空间分布形式主要是呈经向分布(图 1b)。其中建平县、锦州以及大连终霜日期较早，在4月上旬(大连最早在3月30日)；辽宁东部山区地区的终霜日期较晚，终霜日期多在5月上旬，尤其以清原最晚，为5月11日；其他大部分地区的终霜日期在4月中旬。

辽宁省无霜期在134~213 d之间(图 1c)，主要是呈西南向东北递减。无霜期最长的地区位于辽东半岛南端(大连无霜期最长，为213 d)，最短的地区在辽东山区的东北部(清原无霜期最短，为134 d)。

2.2 年际变化特征

辽宁省1957—2006年初霜日期明显推迟，50年来推迟近10 d。在20世纪80年代中期以前存在明显的年代际振荡，20世纪80年代中期以后则主要以显著的上升趋势为主(图 2a)。

辽宁省终霜日期主要是以显著的下降趋势为主(图 2b)，也即终霜日期明显提前，近50年来提前约为17 d。终霜期结束较早的阶段在2000—2004年(在这5年期间终霜期平均4月5日就结束了)，到2005—2006年有所推迟(推迟近10 d)。

辽宁省初霜日期的明显推迟和终霜日期的大幅度提前，直接导致了无霜期日数的增多，近50年增加了大约26 d(图 2c)。

2.3 趋势变化的空间分布

大部分地区(26个站)初霜日期是明显推后的，推迟率3 d/10a及3 d/10a以上的站主要分布在辽宁中部和辽宁西部地区以及辽东半岛的部分地区，趋势系数最大的站为鞍山(趋势系数为0.69，回归系数为0.56，即鞍山每10年初霜日期推迟5.6 d，近50年推迟近28 d)。仅有彰武、昌图、法库、清原、辽中、抚顺、绥中、熊岳、凤城等9个站没有明显变化趋势(图 3a)。

辽宁省大部地区的终霜日期是显著提前的，提前率5 d/10a及5 d/10a以上的地区主要集中在辽宁省的中部和西部地区以及辽东半岛的大部，趋势系数的绝对值最大的站点为瓦房店(趋势系数为-0.66，回归系数-0.78，即瓦房店每10年终霜日期提前7.8 d，近50年提前近39 d)。共有11个站没有明显的变化趋势，分别为彰武、昌图、法库、清原、抚顺、绥中、凤城、朝阳县、本溪市、兴城、宽甸(图 3b)。

全省大部分地区的无霜期是增多的(图 3c)，增加率6 d/10a及6 d/10a以上的站点主要分布在辽宁的中部和西部的部分地区以及辽东半岛的大部，趋势系数最大的站点为鞍山(趋势系数为0.74，回归系数1.4，即鞍山每10年终霜日期增加14 d，近50年增加近68 d)。辽宁东部和北部部分地区无霜期增加幅度较之其他地区小，甚至部分站点趋势变化不明显(彰武、昌图、法库、清原、抚顺、凤城、朝阳县、兴城)。

2.4 年代际变化特征

对辽宁省初、终霜日期以及无霜期进行了突变分析，发现初霜日期在1994年发生突变；终霜日期存在明显的突变，突变时间发生在1992年；无霜期在1991年发生突变(图 4c)。辽宁初、终霜日期以及无霜期在20世纪90年代初发生突变，这可能与加速增温有关，当然与研究时段的选择也有一定关系，这将在后面的研究进一步深入分析。

本文还给出了近50年辽宁省初、终霜日和无霜期每10年的平均值，以分析它们的年代际变化(表 1)。由表中可以看出，研究时间段内辽宁省平均初霜日为10月4日，20世纪60年代初霜日期明显早于平均日期为9月30日，50、70、80年代初霜日与平均值接近，20世纪90年代稍晚，而21世纪初的几年初霜日期明显晚于平均值为10月10日。

1957—2006年辽宁省多年平均终霜日为4月20日，20世纪80年代前终霜日期都较晚，80年代终霜日接近于近50年平均值为4月21日，90年代以后开始提前，尤其是21世纪初，终霜日为4月9日，较平均日期提前12 d。

辽宁省多年平均无霜期为165 d，20世纪50、60和70年代无霜期都为159 d，较1957—2007年平均天数少，为无霜期偏短时期，80年代无霜期为165 d，与平均值相等，90年代后无霜期明显延长，21世纪初长达184 d，较平均值延长近20 d，为无霜期显著偏长时期。

20世纪80年代前初霜日期较早，终霜日期较晚，无霜期短；80年代初、终霜以及无霜期与近50年平均值接近；90年代后初霜期偏晚，终霜期偏早，无霜期偏长；反映了80年代前温度较低，80年代变暖，90年代开始至21世纪持续升高的特点。

3 气候变暖对初、终霜日期和无霜期的影响 3.1 气候变暖对初、终霜日期以及无霜期长短的影响 3.1.1 初霜日期

计算了辽宁省1957—2006年初霜日期与当年1—12月以及下一年1、2月各温度因子的相关系数，发现其与当年9月份的相关性最好(图 5a)。初霜日期与9月份平均最低气温、平均最低地面温度、平均气温的相关系数分别为0.68、0.67、0.65，与9月份平均最高气温、平均地面温度的相关系数都是0.57。我们又对各站点初霜日期与9月份各温度因子的相关性进行了分析，发现内陆地区的义县、鞍山、北宁、开原与9月份各温度因子相关性较好，且与平均最低气温的相关性较与其他各因子的相关性高，如义县初霜日期与平均最低气温的相关系数是0.65。相对而言，沿海地区的丹东、熊岳、大连、庄河等与9月份各温度因子相关性较差(图略)，这可能与沿海地区温度受海面温度影响有关。

图 5b给出了辽宁省1957—2006年逐年9月份的与初霜日期相关性较高的平均最低气温和平均最低地面温度的年际变化图，由图中可看出平均最低气温和平均最低地面温度都随时间变化都呈线性增加趋势，递增率分别为0.0348 ℃/a、0.0383 ℃/a。并且平均最低气温和平均最低地面气温与初霜日在年际尺度上呈现出很好的对应关系，即温度高的年份初霜日晚，温度低的年份初霜日早。可见，辽宁省初霜日期的推迟主要是由该区温度的增加引起的，其中平均最低地面温度和平均最低气温的贡献较其他温度因子的大。

3.1.2 终霜日期

分析近50年来辽宁省终霜日期与当年12个月各温度因子的相关性，发现与4月份各温度因子相关性最好(图 6a)，其中与平均最低气温和平均地面温度的相关系数都为-0.72，与平均气温的相关系数是-0.7，与平均最低地面温度的相关系数是-0.69，与平均最高气温相关系数较低为-0.61(负号含义与上同)。终霜日期与5月、6月的平均最低气温和平均最低地面温度相关性也较好。本文还分析了辽宁省35个站点终霜日期与4月份各气温因子的关系，发现中部平原地区的台安、鞍山、营口、北宁等与4月份各温度因子相关性较高。台安终霜日期与4月份平均气温的相关系数达-0.74，鞍山、营口、北宁与4月份平均最低气温的相关系数分别为-0.67、-0.63、-0.62。辽宁南部的宽甸以及北部的彰武、开原、朝阳等地与4月份各温度因子相关性较其他各站弱。

为进一步说明气候变化对终霜日期的影响，这里给出了对终霜日期影响最大的1957—2006年逐年4月份的平均最低气温和平均地面温度的年际变化图(图 6b)。如图所示，平均最低气温和平均地面温度都呈现上升趋势，递增率分别是0.05 ℃/a和0.0559 ℃/a。平均最低气温和平均地面气温与终霜日呈现较好的年际尺度对应关系，温度高年终霜日早，温度低年终霜日晚。这表明温度的升高是造成终霜日期提前的主要原因，尤其是平均最低气温和平均地面温度的增加。

3.1.3 无霜期

图 7a给出了无霜期与逐年4—9月平均温度的相关系数，其中与平均最低地面温度和平均最低气温的相关性最高，相关系数都为0.816，与平均气温的相关性较好，相关系数为0.723，与平均地面温度的相关系数为0.637，与平均最高气温的相关性最低，系数为0.577。计算了各站点无霜期与逐年4—9月平均温度的相关系数，发现绥中、法库、熊岳、彰武等与各气温因子相关性较好，而沈阳、北宁、鞍山、瓦房店等与各气温因子相关性较差。

为进一步分析温度变化对无霜期的影响，我们计算了1957—2006年逐年4—9月平均最低气温和平均最低地面温度的年际变化趋势图(图 7b)，图中显示它们随时间变化都呈增加趋势，增加率分别为0.0317 ℃/a和0.0344 ℃/a。4—9月平均最低气温和平均最低地面温度与无霜期在年际尺度上也有很好的对应关系，温度高的年份无霜期长，温度低的年份无霜期短。可见，温度的上升是引起无霜期延长的重要因素，尤其平均最低地面温度、平均最低气温的增加对无霜期延长起到重要作用。

3.2 气候变暖对初、终霜日期以及无霜期空间分布特征的影响

在初终霜以及无霜期的年际变化特征分析中，我们发现辽宁省初、终霜以及无霜期在20世纪90年代初都发生了突变，因此为说明初、终霜以及无霜期分布范围随气候变化的变化特征，我们给出了近50年初、终霜以及无霜期的平均值在突变前后的分布线。

从图 8a中可以看出，1957—2006年近50年辽宁省初霜平均发生日期约为10月4日。1957—1993年，既突变前10月4日初霜日等值线主要位于辽宁省西南部的沿海地区(实线)；而1994—2006年，既突变后10月4日初霜日等值线则位于辽宁中部沿东南—西北方向的一条曲线以及辽宁北部的一些地区(虚线)。利用相同的方法分析了各温度因子在相应时间段的分布特征，重点分析了9月份平均最低地面温度，结果与初霜变化特征相似，即突变前较突变后向西南方向偏移(图略)。由此可见，辽宁省初霜发生期随气温增加由西南向东北方向推移。

图 8b显示1957—2006年近50年辽宁省终霜平均发生日期约为4月20日。突变前(1957—1991年)4月20日终霜日等值线主要在辽宁省西南部沿海地区一线(实线)；突变后(1992—2006年)较突变前向东北方向偏移(虚线)。利用相同的方法分析了各温度因子在相应时间段的分布特征，重点分析了4月份平均最低气温，结果与初霜变化特征相似，即突变后较突变前向东北方向偏移。可见，随温度上升辽宁省终霜发生期由西南向东北方向推移。

与初、终霜相同，突变前(1957—1990年)近51年辽宁省平均无霜期等值线位于突变后(1991—2007年)的西南侧。4—9月间各温度因子在无霜期突变前后的分布特征与无霜期变化相似，从西南向东北方向推移。由此可见，辽宁省无霜期随气候的变化也由西南向东北方向推移(图 8c)。

由以上分析可知，随气候变暖辽宁省初、终霜以及无霜期的空间分布特征都表现出由西南向东北推移的特点。

4 结论

辽宁各地平均初霜日期多出现在9月下旬至10月下旬，由西南向东北提早。平均终霜日期多出现在4月上旬至5月上旬，其空间分布形式主要是呈经向分布的。平均无霜期在134~213 d之间，主要是由西南向东北递减。辽宁省近50年初霜日期明显推迟，50年来推迟近10 d；终霜日期明显提前，近50年来提前约为17 d；辽宁省初霜日期的明显推迟和终霜日期的大幅度提前，直接导致了无霜期日数的增多，近50年增加了大约26 d。辽宁省初、终霜日期和无霜期日数在20世纪90年代初发生突变。

从趋势系数的空间分布的情况来看，大部分地区(26个站)初霜日期是明显推后的，推迟3 d/10a及3 d/10a以上的站主要分布在辽宁中部和辽宁西部地区以及辽东半岛的部分地区，辽宁省大部地区的终霜日期是显著提前的，提前5 d/10a及5 d/10a以上的地区主要集中在辽宁省的中部和西部地区以及辽东半岛的大部。全省大部分地区的无霜期是增多的，增加6 d/10a及6 d/10a以上的站点主要分布在辽宁的中部和西部的部分地区以及辽东半岛的大部。

初霜日期与9月份各温度因子相关性较与其他各月高，且与平均最低地面温度和平均最低气温的相关性最强，与平均地面温度和平均气温相关性较好，与平均最高气温相关性较与其他因子弱；终霜日期与4月份各温度因子相关性较强，且主要受平均最低气温和平均地面温度的影响；无霜期主要受4—9月间各温度因子的影响，与平均最低地面温度和平均最低气温的相关性较强。初霜期的推迟、终霜期的提前以及无霜期的延长都主要是由温度的升高引起的，其中平均最低地面温度、平均最低气温是最重要的影响因素，平均地面温度、平均气温也起到重要作用，平均最高气温的作用较其他因子小, 且随气温的上升，辽宁省初、终霜发生日期以及无霜期长度的空间分布都显示出由西南向东北方向推移的特点。