隴縣煙草的自然降水條件及其災(zāi)害評(píng)估

趙 亮，王 哲

(隴縣氣象局，陜西隴縣 721200)

煙草對(duì)環(huán)境條件有廣泛的適應(yīng)性，但其對(duì)環(huán)境條件的變化又十分敏感。環(huán)境變化不僅能影響煙草的生長(zhǎng)形態(tài)，還能直接影響煙葉的化學(xué)成分和品質(zhì)。土壤、溫度、水分和光照是影響煙草生長(zhǎng)發(fā)育和質(zhì)量的重要生態(tài)因素。就煙草生長(zhǎng)所需的水分條件而言，煙草比較耐旱，但為盡可能提高其產(chǎn)量和質(zhì)量，煙草適宜種植在降水量充足而且分布較均勻的地區(qū)。不同生長(zhǎng)期煙草生長(zhǎng)耗水量不同，其中旺長(zhǎng)期耗水量最大，但雨量過(guò)多又會(huì)影響煙葉的正常發(fā)育，特別是多雨寡照天氣，對(duì)煙葉質(zhì)量的不良影響更大[1]。這不僅表現(xiàn)在對(duì)煙株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)的影響[2-3]，還對(duì)煙葉主要化學(xué)成分有影響[4]，并最終影響烤煙的感官評(píng)吸質(zhì)量[5]。此外，降水量與煙區(qū)病害的發(fā)生有明顯關(guān)系，一般煙區(qū)內(nèi)發(fā)病情況隨降雨量的增加而加重[6]，而干旱期內(nèi)降水減少，造成土壤、空氣中的相對(duì)濕度低，遏制了病害發(fā)生和蔓延程度[7]。

隴縣是寶雞市烤煙生產(chǎn)帶的重點(diǎn)建設(shè)地區(qū)。近年來(lái)，隴縣積極創(chuàng)新烤煙種植制度，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使烤煙業(yè)發(fā)展成為隴縣支柱產(chǎn)業(yè)之一，成為現(xiàn)階段農(nóng)民增收的重要途徑。因此有必要針對(duì)隴縣烤煙的降水條件及災(zāi)害進(jìn)行精細(xì)化分析研究，為今后建立煙草氣象災(zāi)害防御指標(biāo)庫(kù)提供一定參考。

1 資料和方法

1.1 資料

氣象數(shù)據(jù)來(lái)自隴縣國(guó)家氣象站1980—2016年日降水、日照、氣溫等常規(guī)觀測(cè)資料，其中0.0 mm降水按無(wú)降水處理。

1.2 方法

使用距平計(jì)算、功率譜分析、Morlet小波變換降水周期信號(hào)進(jìn)行分析。參考操筠[8]針對(duì)煙草與氣象條件關(guān)系研究設(shè)計(jì)的有效降雨量(Ri)及相對(duì)降水效應(yīng)(Re)分析隴縣煙草的自然降水條件。其中，相對(duì)降水效應(yīng)描述降水對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響，煙草在實(shí)際降水條件下生長(zhǎng)一天所完成的生育進(jìn)度與煙草在最適降水條件下生長(zhǎng)一天所完成的生育進(jìn)度的比值為相對(duì)降水效應(yīng)，取值0～1。由于降水不僅在當(dāng)日對(duì)植株有影響，也會(huì)在隨后幾日有持續(xù)影響。因此以每日有效降水量表示降水的多少，降水的持續(xù)影響時(shí)間為7 d，并對(duì)逐日降水賦予不同權(quán)重，最終累加得到有效降水量

(1)

Ri表示當(dāng)年第i天的有效降雨量(如，平年5月15日i=135，5月16日i=136；閏年5月15日i=136，5月16日i=137；以此類(lèi)推)，ri-j表示第i-j天實(shí)際降雨量，ai-j表示第i-j天實(shí)際降雨量的權(quán)重參數(shù)，根據(jù)隴縣當(dāng)?shù)責(zé)煵莘N植的實(shí)際狀況，并咨詢(xún)煙草種植專(zhuān)家分別對(duì)ai-6，ai-5，…，ai賦值為0.020、0.044、0.073、0.109、0.156、0.228、0.370。相對(duì)降水效應(yīng)Re計(jì)算公式為

(2)

Rs為降水敏感參數(shù)，Rs越大，表示煙草對(duì)降水的適宜范圍越大，對(duì)降水越不敏感；r0表示最適宜降雨量。由于還苗期一般持續(xù)時(shí)間較短(7～10 d)，因此將還苗期與大田伸根期合并為團(tuán)棵期進(jìn)行分析。參考操筠[8]的分析方法，并結(jié)合隴縣實(shí)際狀況，將團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期的Rs分別賦值為-0.523、-0.457、-0.502。團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期最適宜降雨量分別為100 mm/月、200 mm/月、100 mm/月。

暴雨指標(biāo)T：大田期日降水量>50 mm的累計(jì)降雨量。連陰雨指標(biāo)C：大田期連陰雨累計(jì)日數(shù)。連續(xù)5 d或5 d以上日降水量>1 mm且日照時(shí)數(shù)<2 h的天氣過(guò)程記為一次連陰雨。

表1 不同氣象災(zāi)害的分級(jí)指標(biāo)

2 大田期降水變化特征

2.1 年變化特征

1980—2016年隴縣煙草大田期多年平均降水量360 mm左右，能基本滿(mǎn)足烤煙的正常生長(zhǎng)，但降水具有多尺度演變特征，階段性分布不均。從大田期多年降水距平來(lái)看(圖略)，20世紀(jì)80年代、2003—2013年為明顯的多雨期，20世紀(jì)90年代至2002年為明顯的少雨期。這種降水信號(hào)的強(qiáng)弱變化表明，大田期降水可能存在周期振蕩特征。為獲得多年大田期降水序列可能存在的振蕩周期，對(duì)其進(jìn)行功率譜分析(圖1)，取最大滯后長(zhǎng)度為12 a。由圖1可見(jiàn)，周期=2.40 a時(shí)通過(guò)了95%置信檢驗(yàn)，同時(shí)周期為8 a時(shí)連續(xù)功率譜雖未通過(guò)95%置信上限，但也出現(xiàn)了明顯的峰值。這說(shuō)明，1980—2016年隴縣煙草大田期降水序列存在顯著的2～3 a周期振蕩，同時(shí)存在較弱的準(zhǔn)8 a周期振蕩。

圖1 1980—2016年大田期降水量功率譜

2.2 日降水變化特征

為獲得隴縣煙草大田期逐日降水的季節(jié)內(nèi)及以下尺度的周期振蕩特征，同時(shí)避免大田期降水豐枯變化對(duì)逐日降水振蕩的可能影響，使用接近多年平均值的2007年數(shù)據(jù)進(jìn)行逐日降水周期分析。

對(duì)2007年隴縣煙草大田期逐日降水進(jìn)行功率譜分析(圖2)，取最大滯后長(zhǎng)度為40 d。由圖2可見(jiàn)，2007年大田期逐日降水未出現(xiàn)通過(guò)95%置信上限的振蕩周期，但周期為2.2、2.5、2.8、4.4、8.9、16.0 d時(shí)，連續(xù)功率譜雖未通過(guò)95%置信檢驗(yàn)，也有較明顯的峰值，說(shuō)明2007年隴縣煙草大田期逐日降水存在5 d及以下天氣尺度振蕩、準(zhǔn)單周振蕩和準(zhǔn)雙周振蕩特征。

對(duì)2007年大田期逐日降水進(jìn)行Morlet小波變換，分析其小波變換系數(shù)分布(圖3)。由圖3可見(jiàn)，團(tuán)棵期至成熟期前中期小波系數(shù)強(qiáng)弱振蕩明顯，表明2007年大田期降水主要發(fā)生在團(tuán)棵期至成熟期中前期。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)弱振蕩信號(hào)主要出現(xiàn)在團(tuán)棵期12～16 d尺度、旺長(zhǎng)期8 d尺度左右、旺長(zhǎng)期至成熟期前期18 d尺度左右、團(tuán)棵期至成熟期中期65 d尺度左右；同時(shí)，以上信號(hào)也在小波方差分布中表現(xiàn)為方差極大值的帶狀分布。此外，在5 d及以下尺度也存在連續(xù)強(qiáng)弱變化信號(hào)，但維持時(shí)間較短。以上信號(hào)在功率譜分析中也有所體現(xiàn)。

圖2 2007年大田期逐日降水量功率譜

圖3 2007年大田期逐日降水序列小波變換系數(shù)實(shí)數(shù)部

綜上所述，2007年大田期逐日降水雖在整個(gè)分析時(shí)段內(nèi)不存在穩(wěn)定振蕩周期，但表現(xiàn)出階段性振蕩特征。其中，團(tuán)棵期主要表現(xiàn)為周期14 d雙周振蕩，旺長(zhǎng)期表現(xiàn)為8 d準(zhǔn)單周振蕩，旺長(zhǎng)期至成熟期前期表現(xiàn)為16～19 d準(zhǔn)雙周振蕩。此外，團(tuán)棵期至成熟期中期也存在60～70 d季節(jié)內(nèi)振蕩。

3 相對(duì)降水效應(yīng)Re分析

3.1 典型年Re對(duì)比分析

分析1980—2016年大田期相對(duì)降水效應(yīng)可見(jiàn)，各年大田期日平均Re介于0.568 0～0.735 8，多年均值為0.647 8，表明隴縣自然降水并不能為煙草生長(zhǎng)持續(xù)提供最適宜的供水條件。

取日平均Re最高(低)年1987(1996)年為典型年，對(duì)比分析煙株自然供水的異常特征。由圖4可見(jiàn)，1987年逐日Re在大田期大部分時(shí)段內(nèi)均明顯高于1996年，其中，1987年團(tuán)棵期至成熟期中期自然降水條件明顯優(yōu)于1996年，成熟期中后期兩典型年自然降水條件互有優(yōu)劣，但此時(shí)降水條件的變化對(duì)煙草產(chǎn)量和質(zhì)量影響不大?？梢?jiàn)，1987年自然降水條件更有利于煙草產(chǎn)量與質(zhì)量的提高。

圖4 1987與1996年大田期逐日Re差值

由1987、1996年及多年平均大田生長(zhǎng)期逐日Re在不同區(qū)間的概率分布(表2)可見(jiàn)：[0.0，0.1)區(qū)間，1996年Re出現(xiàn)概率明顯高于多年平均，為1987年的5倍；[0.5，0.8)區(qū)間，兩典型年及多年平均Re出現(xiàn)概率介于41.17%～44.56%，相差不大；而[0.9，1.0]區(qū)間，1987年較多年平均及1996年分別偏高46%和80%。

表2 1987、1996年及多年平均大田生長(zhǎng)期逐日Re在不同區(qū)間的概率分布 %

3.2 Re對(duì)不適宜供水條件的判定

由公式(2)可見(jiàn)，有效降水量Ri越偏離最適宜降水量，相對(duì)降水效應(yīng)Re越低。但由于Ri理論值域?yàn)榉秦?fù)有理數(shù)集，當(dāng)Ri為0時(shí)(連續(xù)無(wú)降水或干旱)，Re取值為Rs+1；當(dāng)Ri>r0+r0(-1/Rs)1/2時(shí)(降水偏多)，Re取值為0。即Re取值為0僅由降水偏多造成，這顯然是不合理的?？梢?jiàn)，Re對(duì)不適宜供水條件(Re=0)判定不足，僅反映漬澇而不反映干旱。

4 暴雨及連陰雨災(zāi)害評(píng)估

由于煙草耐旱不耐澇，且在實(shí)地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)5—9月隴縣煙區(qū)降水充沛，干旱并非該地區(qū)煙草種植的主要?dú)庀鬄?zāi)害。因此僅對(duì)暴雨和連陰雨災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估。

對(duì)2007—2016年暴雨及連陰雨災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估(表3)發(fā)現(xiàn)，近十年隴縣煙草受暴雨災(zāi)害影響概率及強(qiáng)度均高于連陰雨災(zāi)害，其中暴雨災(zāi)害出現(xiàn)概率40%，連陰雨災(zāi)害為10%；暴雨災(zāi)害以輕度災(zāi)害為主，但仍有低概率出現(xiàn)中度災(zāi)害。可見(jiàn)，隴縣煙區(qū)較易受暴雨災(zāi)害影響，且主要表現(xiàn)為輕度災(zāi)害；而連陰雨災(zāi)害不易出現(xiàn)。這可能與5—9月影響隴縣煙區(qū)的主要天氣系統(tǒng)活動(dòng)規(guī)律有關(guān)。5—9月造成隴縣降水的主要天氣系統(tǒng)為西太平洋副熱帶高壓系統(tǒng)外圍的不穩(wěn)定暖濕氣流，而連陰雨天氣需要相對(duì)穩(wěn)定的大氣環(huán)流配置的支撐，因此，不易出現(xiàn)連陰雨災(zāi)害。

表3 2007—2016年暴雨及連陰雨災(zāi)害的指標(biāo)和分級(jí)

5 結(jié)論與討論

(1)1980—2016年隴縣煙草大田期降水存在顯著的2～3 a周期振蕩，也表現(xiàn)出較弱的8 a周期振蕩現(xiàn)象。

(2)2007年隴縣煙草大田期逐日降水不存在穩(wěn)定振蕩周期，但不同階段表現(xiàn)出不同特征。團(tuán)棵期主要表現(xiàn)為周期14 d的雙周振蕩，旺長(zhǎng)期表現(xiàn)為8 d準(zhǔn)單周振蕩，旺長(zhǎng)期至成熟期前期表現(xiàn)為16～19 d準(zhǔn)雙周振蕩。此外，團(tuán)棵期至成熟期中期也存在60～70 d季節(jié)內(nèi)振蕩。

(3)隴縣自然降水不能為煙草生長(zhǎng)持續(xù)提供最適宜供水條件，年際供水條件差異較大。自然降水條件較好年份，高Re適宜供水條件占比偏高；而自然降水條件較差的年份，低Re不適宜供水條件占比則偏高。

(4)就煙草自然降水條件而言，隴縣煙區(qū)較易受暴雨災(zāi)害影響，且主要表現(xiàn)為輕度災(zāi)害，而連陰雨災(zāi)害不易出現(xiàn)。

(5)隴縣自然降水存在年際周期振蕩和階段性多尺度振蕩特征，且煙草易受暴雨及連陰雨災(zāi)害影響。可見(jiàn)，利用降水?dāng)?shù)據(jù)提取中長(zhǎng)期降水預(yù)測(cè)信號(hào)，或從天氣尺度系統(tǒng)演變精準(zhǔn)預(yù)測(cè)暴雨及連陰雨災(zāi)害，可能是科學(xué)提供煙草氣象服務(wù)的一種新方法。

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