2014年遼西朝陽地區(qū)玉米生長季降水特征及氣候成因分析

摘要：研究不同年型玉米生長季降水特征以及氣候成因，為提高氣候預(yù)測預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)能力提供科學(xué)依據(jù)。利用朝陽地區(qū)7個(gè)國家級氣象觀測站2014年氣象資料，分析玉米生長季降水特征及“夏旱”氣候成因。結(jié)果表明，2014年玉米生長季降水偏少且時(shí)空分布極不均勻，玉米出苗拔節(jié)期和成熟末期，降水偏多；抽穗開花期7～8月降水持續(xù)偏少，發(fā)生了自1952年有氣象記錄以來最嚴(yán)重的“夏旱”，給玉米開花授粉和灌漿造成嚴(yán)重影響，致使玉米產(chǎn)量降低；造成朝陽地區(qū)2014年嚴(yán)重“夏旱”的主要?dú)夂蛟蚴谴髿猸h(huán)流異常。

關(guān)鍵詞：朝陽地區(qū)；玉米；生長季；降水；氣候成因；大氣環(huán)流異常

中圖分類號：P461 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）17-4604-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.060

Abstract： This study was aimed at providing scientific reference to improve the accuracy of weather forecasting and the capacity of disaster prevention and reduction for agricultural production through studying the precipitation characteristics and climate causes in corn growing seasons. The study was based on the meteorological data of 2014 from seven national meteorological observation stations in Chaoyang. The results showed that the precipitation decreased and temporal-spatial distribution was very uneven in 2014 during the corn growing season. The precipitation was much more in corn emergence-jointing stage and last-mature stage， but it was continued decreasing in July and August and caused the most serious“summer drought” since 1952. The corn was just during heading stage and the corn pollination and grain filling were seriously affected， which resulted lower maize yields. The main reason of this serious \"summer drought\" was the anomalies of atmospheric circulation.

Key words： Chaoyang district； corn； growing season； precipitation； climate causes； atmospheric circulation anomalies

朝陽地區(qū)位于遼寧省西部，處于內(nèi)蒙古高原向沿海平原過渡的階梯近海分界地帶，屬于半濕潤半干旱的易旱氣候區(qū)，主栽大田作物是玉米。玉米生長季（4～9月）的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是：光熱資源豐富，降雨量偏少且時(shí)空分布不均[1]。諸多學(xué)者研究認(rèn)為，降水多少是大田玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要影響因子[2，3]，水分脅迫造成玉米植株滯長、發(fā)育期拖后，穗粒數(shù)受水分供給影響變幅最大、子粒重降低[4，5]，夏季降水量多少對玉米產(chǎn)量起著決定性的作用[6]。針對不同年型小區(qū)域玉米生長季降水特征以及氣候成因研究較少。本研究詳細(xì)分析了2014年朝陽地區(qū)玉米生長季降水特征對玉米生長發(fā)育的影響，闡明“夏旱”發(fā)生主要與高緯和極區(qū)大氣環(huán)流特征、長波槽脊的分布和活躍程度、西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度等密切相關(guān)[7-9]。研究不同年型玉米生長季降水特征以及氣候成因，對提升氣候預(yù)測預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)能力有重要指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選取玉米生長季（4～9月）朝陽地區(qū)7個(gè)國家級觀測站資料：朝陽市、建平縣、喀左縣、凌源市、北票市、羊山鎮(zhèn)、老建平縣站的2014年的降水資料，以下分別簡稱朝陽站、建平站、喀左站、凌源站、北票站、羊山站、老建平站。歷年氣候平均值取1980～2010年30年均值，氣候極值為1952年以來極值。

1.2 分析方法

采用距平分析和Excel作圖方法，分析氣象要素與歷年同期對比狀況。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米生長季降水概況

2.1.1 降水條件時(shí)空分布特征 2014年農(nóng)作物生長季全市平均降水量為357.9 mm，比歷年同期（419.1 mm）少61.2 mm，少15%。由圖1可知，降水時(shí)間、空間分布極不均勻，5、6、9月比歷年降水偏多，4、7、8月比歷年降水偏少。2014年各月降水有兩個(gè)時(shí)段明顯偏離歷年降水趨勢，5～6月為偏多時(shí)段，7～8月為偏少時(shí)段。5～6月降水量為195.8 mm，比歷年同期多63.8 mm，多48%；7～8月降水量為105.9 mm，比歷年同期偏少115.4 mm，少52%。

2014年玉米生育期各月降水分布與歷年基本相似，都呈拋物線型分布。但是2014年降水量出現(xiàn)峰值時(shí)間是6月，月降水量為107.9 mm；歷年降水峰值出現(xiàn)在7月，為126.6 mm。2014年降水量出現(xiàn)峰值時(shí)間比歷年提前1個(gè)月。歷年降水最多的7～8月，2014年降水反而偏少突顯，致使朝陽地區(qū)發(fā)生了有氣象記錄以來最嚴(yán)重的“夏旱”。

朝陽地區(qū)玉米生長季降水空間分布（表1）是建平縣玉米生長季降水總量最多為436.0 mm，比歷年同期偏多28.4 mm，多7.0%；北票市降水總量最少為280.0 mm，比歷年同期偏少131.0 mm，少31.9%。北票市、凌源市、羊山鎮(zhèn)、喀左縣降水量比歷年同期偏少77.5～131.0 mm，為干旱災(zāi)較重的地區(qū)。

2.1.2 玉米生長季“夏旱”狀況分析 分析了7個(gè)國家級氣象觀測站逐日降水資料，結(jié)果顯示，進(jìn)入7月份，朝陽市共有3次較明顯的降水過程，最后一次大范圍降水出現(xiàn)在7月21日。7月21日～8月9日朝陽市無有效降水過程，并伴有持續(xù)高溫天氣。高溫少雨使全市氣象干旱快速發(fā)展。根據(jù)全市土壤墑情監(jiān)測結(jié)果，首先是凌源市、喀左縣、朝陽縣南部地區(qū)出現(xiàn)輕度-中度干旱。進(jìn)入8月后，干旱范圍繼續(xù)蔓延擴(kuò)大，干旱程度明顯加劇。8月8日凌源市、喀左縣、朝陽縣南部發(fā)展成為重度干旱，北票市、建平縣陸續(xù)出現(xiàn)了輕度-中度干旱。8月上中旬全市多雷陣雨天氣，但由于降水過程屬于分散的陣雨或者雷陣雨，雨量少且分布不均勻，大部分地區(qū)旱情沒有得到緩解。

綜合分析，2014朝陽市玉米生長季“夏旱”時(shí)段為7月1日-8月20日。該時(shí)段全市平均降水量創(chuàng)有氣象記錄（1952年）以來同期最少極值。全市平均降水量為75.3 mm，較常年同期（200.2 mm）偏少124.9 mm，少62%。較2013年同期（129.2 mm）偏少54.0 mm，少42%。表2為朝陽地區(qū)7月1日～8月20日國家級氣象觀測站站降水量統(tǒng)計(jì)及歷史排序表。

2.1.3 玉米生長季降水影響分析 2014年玉米生長季降水總體分布是前期后期降水偏多，中期降水偏少；玉米播種期4月份，凌源市、喀左縣等南部地區(qū)降水偏多，接墑?dòng)昙皶r(shí)，4月上、中旬即開始播種玉米。降水偏少的北票市、建平縣、朝陽縣大部分地區(qū)底墑差，春旱較重，玉米沒能在4月播種。5月11～12日全市普降第一場透雨，解除了干旱地區(qū)的旱情，朝陽市掀起了玉米播種高潮，5月23日大田玉米播種結(jié)束，比2013年提早了25d。

5～6月玉米苗期水分條件充足。朝陽市平均降水量為195.8 mm，比歷年同期（132.1 mm）偏多63.7 mm。此時(shí)段為玉米苗期至拔節(jié)期，水分供應(yīng)充足，玉米長勢良好，全市大部分地區(qū)玉米生長狀況為一類苗。

7～8月朝陽市降水偏少，平均降水量為105.9 mm，歷年同期為221.3 mm，偏少115.4 mm，少52%，創(chuàng)有氣象記錄以來同期最少極值，發(fā)生了自1952年以來最嚴(yán)重的“夏旱”。7～8月份為大田玉米開花授粉-灌漿期，是水分需求最多時(shí)期。降水少，使大部分地區(qū)玉米遭受嚴(yán)重的“卡脖旱”，玉米葉片枯黃、萎蔫，開花授粉受阻，果穗發(fā)育不良，直接影響產(chǎn)量形成，造成玉米大幅度減產(chǎn)。8月下旬～9月上旬出現(xiàn)2次較大范圍有效降水，逐步解除了前期嚴(yán)重“夏旱”，降水對作物后期灌漿成熟有一定的補(bǔ)償作用。

2.2 玉米生長季“夏旱”成因分析

2.2.1 地理位置 朝陽地區(qū)地處北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，盡管東南部受海洋暖濕氣流影響，但由于從北部蒙古高原方向源源而來的干冷空氣長期占據(jù)區(qū)域上空，阻擋了南來的暖濕空氣，受干冷空氣控制，與同緯度地區(qū)相比，朝陽地區(qū)常年降水量偏少，干旱發(fā)生頻率高，各個(gè)季節(jié)均有干旱發(fā)生的可能。另外朝陽地區(qū)處于燕山山脈北坡及蒙古高原的下緣，地勢自西北向東南呈三階梯降低，北面受科爾沁沙漠的直接影響。南來的暖濕氣團(tuán)往往受燕山山脈阻擋，在南坡降水；西來的降水過程，往往因階梯遞減下滑，減少降水量；朝陽地區(qū)地理位置和獨(dú)特的地形地勢特點(diǎn)，導(dǎo)致常年降水偏少，每年都會(huì)發(fā)生不同程度的氣象干旱發(fā)生，是全省氣象干旱的易發(fā)區(qū)[10]。

2.2.2 大氣環(huán)流異常 依據(jù)2014年朝陽地區(qū)年7～8月份的大氣環(huán)流形勢分析可以看出，大氣環(huán)流異常是造成朝陽地區(qū)干旱的主要原因。主要包括高空西風(fēng)急流異常、副熱帶高壓位置異常、極區(qū)500 hPa高度場異常和850 hPa風(fēng)場異常等。大氣環(huán)流異常使得影響朝陽地區(qū)的冷空氣位置偏北，而西太平洋副高壓的平均位置明顯的偏東偏南，且強(qiáng)度偏弱，使北上的西南暖濕氣流又偏東、偏南，因此2014年7～8月份朝陽地區(qū)上空少有冷暖空氣交匯，造成降水異常偏少，導(dǎo)致發(fā)生了自1952年有氣象記錄以來最嚴(yán)重“夏旱”。

1）副熱帶高壓位置異常。有學(xué)者研究表明，對應(yīng)東北地區(qū)夏季干旱少雨，高緯和極區(qū)500 hPa高度場主要由負(fù)距平所控制、位勢高度較常年低[11，12]。表現(xiàn)為從巴爾喀什湖附近到俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)和日本北部這一廣闊的緯向帶狀分布的區(qū)域內(nèi)夏季異常高壓脊較為活躍。而在20°N至40°N之間的東亞沿岸和西太平洋地區(qū)則是非常明顯的負(fù)距平分布，負(fù)距平中心位于日本南部海面，即在東北地區(qū)旱年，西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱西太副高）位置容易偏南偏東，且強(qiáng)度偏弱[13]。2014年夏季西太平洋副高壓的平均位置來看，明顯的偏東偏南，所以西太平洋副高壓異常是當(dāng)年夏季朝陽地區(qū)極端干旱的原因之一。

2）高空西風(fēng)急流異常。東北“夏旱”對應(yīng)東亞沿岸地區(qū)高空西風(fēng)急流有明顯的分支，其原來位于中緯度的高空峰區(qū)明顯減弱，以東北地區(qū)為中心緯向分布的廣大區(qū)域內(nèi)由負(fù)距平所控制，而在其南北兩側(cè)的中國江南和西太平洋地區(qū)以及俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)緯向風(fēng)得到加強(qiáng)。前期北半球環(huán)狀模（NAM）、海表溫度（SST）與東北冷渦活動(dòng)強(qiáng)弱的關(guān)系：東北地區(qū)夏季降水與東北冷渦活動(dòng)存在顯著相關(guān)，研究表明東北冷渦活動(dòng)越頻繁、強(qiáng)度越強(qiáng)，則東北地區(qū)夏季降水越多，反之則越少[14]。前期2月NAM與夏季東北冷渦存在顯著的負(fù)相關(guān)，當(dāng)前期NAM偏強(qiáng)（弱）時(shí)，夏季東北冷渦往往偏弱（強(qiáng)），所以2014年朝陽市嚴(yán)重夏旱很可能與前期NAM偏強(qiáng)有關(guān)。

3）東亞副熱帶西風(fēng)急流異常。綜合分析東北地區(qū)夏季降水異常偏少年的合成圖中，200 hPa東亞副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度偏弱，急流中心風(fēng)速約為30 m/s，范圍偏小，30 m/s風(fēng)速線僅向東伸展到95°E，除了青藏高原上空的急流中心之外，在伊朗高原上空同時(shí)還存在一個(gè)急流中心，東北地區(qū)上空的急流軸與氣候平均的急流軸位置相比向東南方向傾斜。100 hPa南亞高壓中心強(qiáng)度偏弱、面積偏小，高壓中心位置偏西，東北地區(qū)上空高壓脊偏弱，對應(yīng)的其北側(cè)氣壓梯度力減弱，副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度減弱，會(huì)使東北地區(qū)降水異常偏少[15]。

4）850 hPa風(fēng)場異常。東北地區(qū)降水異常偏少年，850 hPa高度上中國東部地區(qū)的偏南風(fēng)較弱，同時(shí)中國東部地區(qū)有偏北的距平風(fēng)，東北地區(qū)有反氣旋距平風(fēng)環(huán)流，這樣使得南方輸送到北方的暖濕空氣減少，東北地區(qū)低層輻合減弱，不利于東北地區(qū)產(chǎn)生降水[16]。

5）黑潮冬季海溫異常。有學(xué)者研究表明，黑潮冬季海溫與東北夏季降水存在明顯的年代際變化，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)二者負(fù)相關(guān)的關(guān)系在不斷增強(qiáng)[17]。2013年黑潮冬季海溫存在異常，致使2014年夏季遼寧省7～8月降水異常偏少，西部朝陽地區(qū)發(fā)生了大范圍的嚴(yán)重夏季干旱。

3 結(jié)論與討論

1）綜合分析，2014年朝陽地區(qū)玉米生長季降水主要特征時(shí)空分布極其不均衡，時(shí)間上是前后期多，中期少。玉米前期長勢良好，中期旱情嚴(yán)重生長發(fā)育受阻，后期補(bǔ)償作用較大?？臻g上各地降水條件不一，玉米減產(chǎn)幅度不同。整體分析，2014年朝陽地區(qū)降水條件對玉米生長發(fā)育利弊各半。

2）近年來朝陽地區(qū)夏季干旱或者夏秋連旱頻發(fā)，如2009年夏秋連旱、2013年和2014年夏旱，干旱發(fā)生在玉米開花授粉灌漿成熟階段，對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成危害影響嚴(yán)重。因此，應(yīng)采取選擇抗旱玉米品種，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)等增加玉米生產(chǎn)抗旱能力。

3）受地理位置和大氣環(huán)流異常影響，朝陽地區(qū)容易發(fā)生干旱災(zāi)害。掌握玉米生長季干旱災(zāi)害發(fā)生規(guī)律[18]，密切關(guān)注大氣環(huán)流異常信號[19]，提高短期預(yù)報(bào)預(yù)測準(zhǔn)確率，及時(shí)采取有效的抗旱防災(zāi)應(yīng)對措施，是玉米生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)增收的重要保障。

4）朝陽地區(qū)玉米生長季降水多少，是玉米產(chǎn)量降低的主要因素。但玉米產(chǎn)量形成是整個(gè)生長季各種氣象條件匹配、綜合影響決定的，本研究只探討了特殊年份里降水一個(gè)主要影響因子的作用，其他氣象氣象因子綜合影響有待下一步研究探討。

5）朝陽地區(qū)2014年夏季極端干旱是海、陸、氣相互作用的綜合結(jié)果[20]，對于這樣的典型年份做詳細(xì)的個(gè)例分析總結(jié)，對于掌握影響區(qū)域降水變異的大氣環(huán)流特征和降水變異的關(guān)系[21，22]，提升區(qū)域氣象干旱災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確率以及防災(zāi)減災(zāi)能力具有重要意義。

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