一、低温冷害的致灾因子

从灾害学角度来讲，低温冷害与孕灾环境、致灾气象条件、承灾体状况及防灾能力有关。

低温冷害的致灾因子主要是低温。研究表明，东北地区作物生长季≥10℃活动积温距平在-70～-120℃·d左右或5—9月平均气温之和低于常年2～3℃时，会导致粮豆作物减产5%～15%，导致一般性冷害(王绍武等，2009)；若积温距平在-120℃·d以下或气温之和的距平达到-3～-4℃，则会引起严重低温冷害，减产15%以上，水稻等低温敏感作物会减产30%以上。水稻抽穗前后20余天内有连续2天以上平均气温低于19和17℃，则会分别产生一般或严重障碍型冷害，减产20%以上。

热量条件的地域差异导致冷害发生具有区域性。东北地区≥10℃积温，辽宁省大部在3200～3500℃·d之间，吉林省中、西部和黑龙江省西南部多在2800～3100℃·d之间，黑龙江省中部及吉林半山区多数市县为2400～2700℃·d，黑龙江省东部及吉林省东部长白山中山地带在2400℃·d以下，多数市县为2000～2300℃·d。东北地区5—9月平均气温之和，辽宁大部在100℃以上，吉林省中、西部及黑龙江省西南部为90～100℃，黑龙江省北部及吉林省东部山区为60～80℃左右，黑龙江省其它地区为80～90℃之间。整个东北地区，最热的地方和最冷的农业生产区域，积温极差达到1500℃·d，5—9月气温之和相差40℃·d左右。

作物生长季节温度的时间变化较大，以沈阳、长春、哈尔滨三站为例，其稳定≥10℃积温极差可达到700～800℃·d，稳定≥10℃初日和终日极差达到30多天。积温严重不足的北部及东部山区，积温变化更不稳定。如按平均条件选择作物品种，将有近50%的年份积温不足，将有20～30%的年份因低温冷害导致明显减产。5—9月平均气温之和也一样(图11.2)，用1882—2007年资料分析东北地区各地5—9月平均气温之和的时间变化，发现有以下几个主要特征(马树庆等，2000)：(1)不稳定性。近100多年来，长春5—9月平均气温之和的平均值为94.5℃，1949年以来的平均值为94.8℃，高温年正距平和低温年负距平分别达+8℃和-5℃左右，距平值在±2℃以外的年份占50%以上。(2)周期性和群发性。5—9月平均气温之和有较长的周期变化，1882—1920年为低温阶段，1921—1953年为高温阶段，1954—1976年为低温阶段，1977年至今为高温阶段。高、低温阶段一般持续23a左右，但最近一个暖期已持续25a。马树庆等(2000)对哈尔滨、长春、沈阳三站5—9月平均气温和进行周期分析，发现除了具有20～24a准周期外，还存在35～40a长周期和13～16a中短周期。用小波分析方法进行周期分析，发现长春5—9月气温有60a的超长周期，即分别持续30a的冷暖交替，在这一超长周期内又含有15a的中周期和3～4a的短周期。较长的周期变化说明冷害发生有群发性，建国以来的几次严重冷害年，如1957、1969、1972、1976年等，都是处于1954—1976年的冷期内，这期间冷害频繁且严重，而在暖期很少发生大范围的严重冷害。3～4a的短周期表明，每3～4a可能发生一次低温冷害。有的研究认为东北地区每2～3a会有一次一般性冷害。(3)气候变暖趋势。在气候变暖的大背景下，东北地区作物生长季也有变暖的趋势。统计分析表明，目前哈尔滨、长春、沈阳的积温分别较解放初期增加了40～120℃左右，初日提前了3～7d，终日推迟了2d左右，5—9月气温也稍有上升。

图11.2 长春市5～9月平均气温之和的距平值的逐年变化

二、冷害致灾指标

冷害致灾指标是用温度等条件界定作物是否发生冷害及其冷害程度的量化阈值。该类指标是基于作物生长和结实对环境温度等要素的反应原理，通过试验研究和历史数据统计分析提炼出来的，是作物冷害风险评估和区划的科学基础。

1、延迟型冷害指标

(1)5—9月平均气温距平

东北地区主要粮豆作物(粮食和大豆等作物的总称)都生长在5—9月份，因此人们常以5—9月各月平均气温之和()表示作物生长季的温度条件，并采用的距平()作为冷害年的温度指标。根据各地与减产率的关系，规定产量变率yd ≥ -5%为非冷害年，-5% ＞yd≥ -10%为轻度冷害，-10%＞yd ≥ -15%为中度冷害，yd ＜-15%为严重冷害，确定水稻延迟型冷害指标(如表11.2)。

表11.2 东北水稻延迟冷害的5—9月温度指标(△T5-9，单位： ℃)(马树庆等，2013)

延迟型冷害指标随着各地积温多少而变化的关系方程为：

玉米一般冷害指标：

(11.1)

玉米严重冷害指标：

(11.2)

水稻一般冷害指标：

(11.3)

水稻严重冷害指标：

(11.4)

式中，为5～9月平均气温之和的距平值，为5-9月平均气温之和多年平均值。

(2)生长季积温指标

生长季≥10℃活动积温距平(△T10)，即是当年≥10℃活动积温与其多年平均值的差值，也是水稻全生长季延长型冷害年的界定指标。根据生长季积温与水稻成熟和产量的关系，确定△T10＜-70℃.d为水稻冷害发生阈值，其冷害等级界定标准为：

轻度冷害：-70＞△T10 ≥-100℃.d；

中度冷害：-100＞△T10 ≥-120℃.d；

严重冷害：△T10 ＜ -120℃.d。

(3)生长阶段积温差额指标

根据历史上冷害年内各时期活动积温与玉米生育期和减产情况的统计情况，结合多年农业气象服务经验，得到玉米主产区冷害动态评估的双重指标，即积温差额(某时期实际积温作物所需积温的差额)指标和发育期延迟指标。东北地区玉米冷害动态评估指标如表11.3。

表11.3 东北地区玉米低温冷害监测指标及风险程度判别(单位：℃·d , d, %)

注：⊿∑T：积温差额指标；⊿D：发育期延迟天数

马树庆等(2013)根据多年水稻生长观测资料和低温冷害资料，结合水稻生理特点，总结出不同生育期水稻延迟型冷害动态监测指标(表11.4)。

表11.4 水稻生长季≥10℃活动积温差值(⊿∑T10)冷害指标(单位：℃·d)

注：水稻生育期为普遍期，即50%的水稻达到该发育期的日期

(4)安全抽雄期延迟天数指标

水稻抽穗期的早晚是判断能否发生延迟型低温冷害的有效指标之一。王书裕(1995)研究结果表明，吉林省中西部地区(中熟和中晚熟地区)的水稻安全齐穗期(普遍期)是在8月7日前后，东部山区水稻安全齐穗期是在7月28日前后。近20多年来，尽管水稻品种生态特征发生明显的变化，但是由于气候变暖，热量资源明显改善，吉林省中熟和中晚熟水稻品种安全齐穗期已经推迟到8月10日前后，早熟品种区推迟到8月3日前后。根据水稻移栽至抽穗和抽穗至成熟所需的活动积温，结合各地积温(80%保证率)的多年平均状况，归纳出各地的安全抽穗期(表11.4)。在安全齐穗期前抽穗，则水稻不会发生延迟型低温冷害，否则，很可能发生延迟型冷害。现阶段水稻安全齐穗期指标为：

轻度冷害：当年水稻齐穗期比安全齐穗期延迟5d左右，约减产5～10%；

中度冷害：当年水稻齐穗期比安全齐穗期延迟6～7d左右；约减产10～20%；

严重冷害：当年水稻齐穗期比安全齐穗期延迟8d以上；约减产20%以上。

2、水稻障碍型冷害指标

(1)日平均气温及持续期指标。研究表明，水稻生殖生长对低温的反应有两个敏感期，一是穗分化期或称孕穗期，东北地区一般在7月中旬至7月下旬；二是抽穗开花期，东北地区一般处于7月8月上旬前后。这两个时期出现较强降温天气，会对生殖器官的形成、发育及结实造成严重影响，产生障碍型冷害，减产幅度10%以上，严重年份减产50%以上。在水稻孕穗期的20天内，如果有连续两天以上日平均气温低于17℃，则会发生一般程度的孕穗期障碍型冷害；水稻开花期间连续两天以上日平均气温低于18℃左右，也会发生一般程度的花期障碍型冷害。根据田间试验、人工控制试验和历史上典型障碍型冷害年温度与减产的对比分析，确定不同品种熟区水稻障碍型冷害指标(如表11.5)。

表11.5 水稻障碍型冷害日平均气温及其持续期指标(单位：℃)

注：Ta为抽穗前20天内的日平均气温，Tb为抽穗后10天内的日平均气温

(2)日最低气温及持续期指标。根据东北地区水稻冷害减产与孕穗和开花期最低气温的关系，建立不同品种区域不同程度水稻障碍型冷害评估指标(如表11.6)。

表11.6 不同区域不同程度水稻障碍型冷害评估指标(马树庆等，2013)