涪江流域持續(xù)性暴雨對(duì)遂寧農(nóng)業(yè)影響---以2020年為例

楊雪肖微張渝杰張明毛單

(1.四川省遂寧市氣象局，四川 遂寧 629000；2.四川省攀枝花氣象局，四川 攀枝花 617000)

農(nóng)業(yè)是對(duì)天氣變化非常敏感的行業(yè)。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中由于不利的天氣或異常的氣候?qū)е伦魑镉忻黠@減產(chǎn)的總稱。隨著氣候變暖，極端、異常的天氣氣候事件頻繁出現(xiàn)，尤其夏季持續(xù)暴雨天氣給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了非常嚴(yán)重的影響，許多專家學(xué)者對(duì)暴雨洪澇農(nóng)業(yè)災(zāi)害做過(guò)深入研究[1-4]。

遂寧市地處盆地中東部，屬于大陸季風(fēng)氣候，雨熱同季，年降水量在930～980mm，耕地條件良好，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是當(dāng)?shù)刂匾慕?jīng)濟(jì)支撐。同時(shí)遂寧隸屬涪江流域，位于涪江中游，由于上游位于龍門(mén)山脈暴雨區(qū)，常常因?yàn)楦⒔嫌?綿陽(yáng)、德陽(yáng))等地持續(xù)性暴雨，造成干流的流域性洪災(zāi)。2020年8月11—18日涪江流域出現(xiàn)40a一遇的暴雨洪澇，給遂寧地區(qū)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。本文基于氣象角度，對(duì)該過(guò)程天氣形勢(shì)、水汽條件以及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)進(jìn)行分析，旨在合理利用氣象資源，以期對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)有所幫助。

1 降水概況

2020年8月11—18日，涪江上游(綿陽(yáng)、德陽(yáng))出現(xiàn)了歷史上最強(qiáng)的特大暴雨天氣，降水總量、特大暴雨站數(shù)、總體降水強(qiáng)度均創(chuàng)歷史極值。過(guò)程雨量250mm以上458站，500mm以上站286站，800mm以上站70站，超過(guò)1000mm以上13站。綿陽(yáng)全市平均累計(jì)雨量達(dá)463.6mm，比有氣象記錄以來(lái)的歷史極值多138.6mm。最大雨量為綿陽(yáng)安州區(qū)迎新鄉(xiāng)1266.9mm，最大1h雨量達(dá)131.5mm。8月11—18日8d中有6d出現(xiàn)了大暴雨或特大暴雨。連續(xù)大暴雨天氣致使7月下旬—8月24日共35d的平均累計(jì)降水量達(dá)811.6mm，超過(guò)綿陽(yáng)市常年汛期5—9月降水總量(799.7mm)，其中北川站達(dá)1186.8mm。

2020年8月12日夜間—13日白天(12日20∶00—13日20∶00)，遂寧出現(xiàn)一次區(qū)域性大暴雨天氣過(guò)程。170個(gè)測(cè)站中達(dá)到50mm及以上的有136個(gè)測(cè)站，占80.0%；達(dá)到100mm及以上的有99個(gè)測(cè)站，占58.2%，降水過(guò)程從12日16∶00開(kāi)始到13日10∶00，維持了18h，過(guò)程累計(jì)最大雨量出現(xiàn)在蓬溪城區(qū)228.6mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在13日00∶00的蓬溪城區(qū)85.2mm。

2 天氣形勢(shì)分析

2.1 第1階段降水(2020年8月11—13日)

500hPa呈現(xiàn)典型的先阻后移型暴雨形勢(shì)，11日08∶00亞歐中高緯呈現(xiàn)一槽一脊的環(huán)流形勢(shì)，巴湖北部有低渦存在，底部分裂小槽東移南下，青藏高原多短波槽活動(dòng)，短波槽與東移高原槽在川西高原東部合并疊加加深影響西部沿山。11日08∶00副高西伸點(diǎn)位于江西境內(nèi)，12日08∶00副高西進(jìn)至湖北境內(nèi)，使得川西高原低槽停滯，槽前強(qiáng)盛的西南氣流與副高外圍的暖濕氣流共同影響涪江上游，槽前正渦度平流使得低層低值系統(tǒng)發(fā)展加強(qiáng)，在500hPa高層氣流的作用下，低層系統(tǒng)持續(xù)作用盆地西部。13日02∶00副高略有東退，高空槽位置緩慢東移，槽前引導(dǎo)氣流影響綿陽(yáng)、德陽(yáng)南部以及遂寧大部。14日高空槽東移減弱，第1階段降水趨于結(jié)束。

700hPa上空，11日08∶00在陜甘南部—綿陽(yáng)西部沿山有切變線控制，并伴有一支西南低空急流，經(jīng)向風(fēng)速達(dá)到10m·s-1，見(jiàn)圖1a，暴雨區(qū)位于低空急流左側(cè)切變線右前側(cè)；12日08∶00切變線緩慢東移，控制綿陽(yáng)、德陽(yáng)西部，低空急流維持，暴雨區(qū)移至綿陽(yáng)、德陽(yáng)中部地區(qū)；13日02∶00，隨著北部冷式切變南下，西南暖濕氣流不斷加強(qiáng)，鋒生暖式切變，在遂寧附近形成低空切變線，西南低空急流移動(dòng)至盆地東部,經(jīng)向風(fēng)達(dá)到12m·s-1以上，見(jiàn)圖2b，造成遂寧以及周邊暴雨和大暴雨天氣。

圖1 涪江流域、遂寧市雨量圖

圖2 500hPa高度場(chǎng)(等值線，gpm)、700hPa經(jīng)向風(fēng)速(陰影,m·s-1)和850hPa流場(chǎng)(箭頭，m·s-1)

850hPa上11日08∶00盆地西部無(wú)明顯低值系統(tǒng)存在，但有一支顯著東風(fēng)氣流在盆地西部沿山輻合，受地形阻擋，強(qiáng)迫抬升，形成沿山暴雨，同時(shí)西部沿山屬于顯著濕區(qū)，也是形成暴雨的有利因素。12日08∶00在綿陽(yáng)—德陽(yáng)中部有切變線影響，與暴雨落區(qū)一致；13日02∶00偏南氣流加強(qiáng)達(dá)到急流，偏北風(fēng)與偏南風(fēng)在遂寧交綏，形成低渦。

2.2 第2階段強(qiáng)降水(2020年8月15—17日)

500hPa上本輪持續(xù)性暴雨過(guò)程為副高阻擋型，副高穩(wěn)定控制在湖北宜昌附近，東部脊線位于N30°～35°，川西高原有小槽與北方低值系統(tǒng)東移發(fā)展合并影響盆地西北部，涪江上游處于東高西低的環(huán)流形勢(shì)，副高的穩(wěn)定，使得低槽移動(dòng)緩慢或停滯，造成盆地西北部強(qiáng)降水天氣。

700hPa上15日08∶00甘肅南部有切變線影響，受孟灣西南氣流影響，在盆地西北部有風(fēng)速的輻合，15—16日切變線南下，呈東北—西南走向影響綿陽(yáng)—德陽(yáng)，西南風(fēng)加強(qiáng)達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)向風(fēng)達(dá)10～12m·s-1，見(jiàn)圖2c，良好的系統(tǒng)配置形成了131.5mm·h-1的降水。

850hPa上涪江上游受倒槽切變和南海輸送的東南急流影響，見(jiàn)圖2c、d，配合飽和濕區(qū)的作用，非常有利于低層抬升，增強(qiáng)降水量級(jí)；同時(shí)700hPa和850hPa的切變線水平距離較近，垂直結(jié)構(gòu)上更有利于深對(duì)流的發(fā)生，加強(qiáng)上升氣流的攻勢(shì)；另外，700hPa和850hPa低空急流交匯處，見(jiàn)圖2d，也是暴雨天氣發(fā)生的有利地區(qū)。

3 水汽條件

持續(xù)的水汽供應(yīng)是形成暴雨的必要條件之一，暴雨的維持要求在大尺度流場(chǎng)上有充足的水汽輸送和強(qiáng)烈水汽輻合[5]，而暴雨區(qū)水汽輻合主要集中在低層，850hPa以下的邊界層內(nèi)水汽通量輻合量約占整層輻合總量的56%，以偏南風(fēng)水汽輸送為主[6]。

此次過(guò)程中低層有2支水汽路徑，700hPa來(lái)自阿拉伯海偏西氣流，在孟加拉灣附近向北輸送，經(jīng)過(guò)云南到達(dá)四川盆地；850hPa來(lái)自南海偏南水汽，經(jīng)過(guò)貴州、重慶進(jìn)入四川。2支氣流均達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)(12m·s-1以上)，尤其是850hPa偏南氣流帶來(lái)充沛的水汽。2020年8月11日08∶00，如圖3a所示，涪江上游由一條16～18g·kg-1的等比濕線所包圍的，由西南向東北伸展的高濕區(qū)域，850hPa偏南急流向盆西輸送，提供了降水源源不斷的基礎(chǔ)，配合水汽通量強(qiáng)輻合區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)到-20×10-4g·cm-2·hPa-1·s-1，涪江上游普降暴雨，而-10×10-4g·cm-2·hPa-1·s-1所包括區(qū)域與暴雨區(qū)域重合。13日02∶00，隨著系統(tǒng)的東移，16～18g·kg-1高比濕區(qū)移至盆地東部，低空急流水汽輸送至盆地中東部，涪江上游水汽通道被截?cái)?，涪江中游處于大范圍的水汽通量輻合區(qū)，而涪江上游轉(zhuǎn)為水汽通量輻散區(qū)。從圖3c水汽綜合圖上看，涪江上游比濕第2次增強(qiáng)，達(dá)到16g·kg-1，偏南急流經(jīng)過(guò)盆地東部，在盆地西部沿山輻合，在廣元、綿陽(yáng)西部明顯水汽通量輻合，開(kāi)始第2階段降水。16日05∶00，涪江上游比濕有所下降，但隨著850hPa水汽的持續(xù)輸送，水汽通量輻合達(dá)到最強(qiáng)，中心值達(dá)-30×10-4g·cm-2·hPa-1·s-1，造成涪江上游最大24h雨量達(dá)到495.7mm。此次過(guò)程雨帶的移動(dòng)與水汽條件較為吻合，尤其是水汽通量散度的強(qiáng)度與雨帶的強(qiáng)度成正比。

圖3 850hPa比濕場(chǎng)(陰影，g·kg-1)、流場(chǎng)(箭頭，pa·s-1)以及水汽通量散度場(chǎng)(等值線，g·cm-2·hPa-1·s-1)

4 降水預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)分析

實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，主觀預(yù)報(bào)常參考數(shù)值模式產(chǎn)品，此次過(guò)程2020年8月11—12日、15—17日暴雨天氣數(shù)值模式把握較好，量級(jí)和落區(qū)定位較為明確，但12日20∶00—13日20∶00的降水與實(shí)況存在一定的偏差，從模式降水與實(shí)況的對(duì)比來(lái)看，EC降水落區(qū)明顯偏西，見(jiàn)圖4a、b。因此，本文著重分析12日20∶00—13日20∶00暴雨天氣預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。本文所用數(shù)值模式來(lái)自業(yè)務(wù)工作中最常使用的歐洲中心全球模式(簡(jiǎn)稱EC)，EC作為全球模式，物理參數(shù)化不完善，對(duì)中小尺度預(yù)報(bào)效果欠佳，尤其是四川盆地這種地形復(fù)雜并伴有對(duì)流性降水的預(yù)報(bào)具有一定的局限性，雨帶或落區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)位置偏差[7,8]。

圖4 四川2020年12日20∶00—13日20∶00降水分布圖

4.1 預(yù)報(bào)形勢(shì)和濕度場(chǎng)分析

從12日08∶00起報(bào)的數(shù)值模式來(lái)看，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段，13日02∶00EC模式?jīng)]有預(yù)報(bào)副高588線東退，高空低槽控制盆地西部，涪江中下游處于副高外圍584線暖濕氣流中，具有高能高濕的特點(diǎn)。700hPa上在遂寧地區(qū)附近有明顯低渦發(fā)展，并自西南到東北移動(dòng)，同時(shí)盆地東部西南低空急流建立，根據(jù)天氣學(xué)理論，低渦中心以及其移動(dòng)的右前側(cè)、低空急流左側(cè)最有利于暴雨發(fā)生。從850hPa的風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)分析，見(jiàn)圖5c、d，偏南急流位于川渝交界處，急流風(fēng)速達(dá)到16～20m·s-1，利于不穩(wěn)定能量和水汽的輸送，同時(shí)增加了層結(jié)不穩(wěn)定度，其左側(cè)100km易發(fā)生暴雨，同時(shí)，850hPa高度場(chǎng)與700hPa類似，在遂寧附近有低渦生成，這種中低層天氣尺度系統(tǒng)垂直分布，有利于環(huán)流中上升運(yùn)動(dòng)的加速，形成深對(duì)流，產(chǎn)生強(qiáng)降水。另外，低渦的生成與發(fā)展與降水的反饋?zhàn)饔糜嘘P(guān)，降水蒸發(fā)凝結(jié)作用使得低渦進(jìn)一步發(fā)展，低渦的加強(qiáng)使得降水增強(qiáng)[9]。因此，從EC形勢(shì)場(chǎng)的天氣學(xué)分析來(lái)看，預(yù)報(bào)中上升運(yùn)動(dòng)輻合區(qū)偏東，在遂寧地區(qū)附近有強(qiáng)動(dòng)力作用，并且中低層有低渦切變、低空急流等天氣系統(tǒng)配合，在客觀預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，主觀訂正考慮降水落區(qū)向東調(diào)整1～2經(jīng)度，有區(qū)域暴雨，部分地方有大暴雨或特大暴雨。

圖5 EC預(yù)報(bào)13日02∶00模式產(chǎn)品

從12日08∶00起報(bào)的比濕場(chǎng)來(lái)看，四川盆地東部屬于高比濕區(qū)，700hPa比濕大于12g·kg-1，850hPa比濕大于16g·kg-1，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)，已達(dá)到四川盆地暴雨標(biāo)準(zhǔn)，而涪江上游700hPa比濕為10g·kg-1，850hPa比濕僅12～14g·kg-1，比濕條件欠佳，不利于暴雨發(fā)生，比濕高值區(qū)位于四川盆地中東部，有利于強(qiáng)降水在涪江中下游發(fā)生。

4.2 不同時(shí)次模式降水

對(duì)于12日20∶00—13日20∶00降水預(yù)報(bào)，同一模式不同時(shí)次起報(bào)的降水不斷調(diào)整，從鄰近4個(gè)時(shí)次的降水預(yù)報(bào)連續(xù)性來(lái)看，10日08∶00起報(bào)的暴雨主要位于盆地西北部，涪江上游降水以大雨到暴雨為主，遂寧區(qū)域預(yù)報(bào)大雨量級(jí)，10日20∶00起報(bào)的降水范圍明顯擴(kuò)大，強(qiáng)度增強(qiáng)，預(yù)報(bào)盆地西部暴雨，部分地方大暴雨天氣，雨帶有所東擴(kuò)，遂寧區(qū)域大雨，局地暴雨。11日20∶00以及12日08∶00起報(bào)的降水預(yù)報(bào)，雨帶不斷向東調(diào)整，預(yù)報(bào)遂寧北部暴雨。從4個(gè)時(shí)次起報(bào)模式降水來(lái)看，模式對(duì)暴雨落區(qū)有向東調(diào)整的趨勢(shì)，有利于主觀預(yù)報(bào)向東訂正。

5 持續(xù)暴雨對(duì)農(nóng)業(yè)影響

由于涪江上游持續(xù)性暴雨的發(fā)生，涪江遂寧段先后經(jīng)歷“8·12”、“8·13”、“8·16”等3次超警洪水過(guò)程。梓江、瓊江、沈水河等3條河流出現(xiàn)了超保洪水，芝溪河、荷葉溪、金家河等3條河流出現(xiàn)了超警洪水。特別是“8·16”涪江特大洪水，涪江射洪水文站洪峰流量達(dá)到24100m3·s-1，是近40a一遇洪水，在保證水位以上的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)58h，在警戒水位以上的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)78h，是1981年“7·14”特大洪水后，遂寧區(qū)域出現(xiàn)了量級(jí)最大、來(lái)勢(shì)最猛、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、波及范圍最廣的特大洪水。

圖6 EC模式不同時(shí)次對(duì)2020年8月12日20∶00—13日20∶00降水預(yù)報(bào)

暴雨洪澇的出現(xiàn)，致使土地排水不暢，土壤空隙被填，造成陸生植物根系活動(dòng)受限，導(dǎo)致缺氧，使得農(nóng)作物減產(chǎn)。另外，暴雨洪澇直接淹沒(méi)農(nóng)作物，植物新陳代謝呼吸受阻，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，淹沒(méi)高度越高，影響危害越嚴(yán)重。持續(xù)強(qiáng)降雨造成的“8.16”涪江特大洪水中，遂寧范圍內(nèi)，5個(gè)縣(市、區(qū))及經(jīng)開(kāi)區(qū)53個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)429個(gè)村14.1萬(wàn)人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)9353.3hm2、成災(zāi)5046.7hm2、絕收2333.3hm2，其中糧食作物受災(zāi)7133.3hm2、成災(zāi)4040hm2、絕收1667hm2，果園受災(zāi)340hm2，損毀大棚13.4hm2，種植業(yè)經(jīng)濟(jì)損失1.6億元；圈舍倒塌損毀1.04hm2，因?yàn)?zāi)死亡大牲畜3頭、小牲畜725只、家禽1.9萬(wàn)只，養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)損失0.07億元；魚(yú)塘受災(zāi)202.7hm2，漁業(yè)經(jīng)濟(jì)損失0.18億元；提灌站損毀187座8086kW，農(nóng)機(jī)行業(yè)經(jīng)濟(jì)損失0.26億元；船山區(qū)唐家鄉(xiāng)中藥材幾乎全被水淹，受災(zāi)54.7hm2，絕收7.3hm2；老池鎮(zhèn)蔬菜被水淹，受災(zāi)444hm2、成災(zāi)92hm2、絕收53.7hm2；射洪市洋溪鎮(zhèn)合眾農(nóng)業(yè)加工設(shè)施被淹，損失300～400萬(wàn)元；大英縣回馬鎮(zhèn)花園村、團(tuán)結(jié)村133.3hm2農(nóng)作物被淹；經(jīng)開(kāi)區(qū)新橋鎮(zhèn)順河村、順江村、小壩村、黃連沱村等9個(gè)村253.3hm2耕地被洪水沖毀；蓬溪縣荷葉鄉(xiāng)涪興壩村133hm2蔬菜被淹。

6 加強(qiáng)預(yù)警預(yù)報(bào)與農(nóng)業(yè)防御措施

氣象預(yù)報(bào)在指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有重要作用，是防御和減輕氣象災(zāi)害的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提升天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和精細(xì)化水平是適應(yīng)“面向民生、面向生產(chǎn)、面向決策”公共氣象服務(wù)需求的根本保障[10]，依靠區(qū)域觀測(cè)站點(diǎn)、數(shù)值模式、集合預(yù)報(bào)、衛(wèi)星雷達(dá)等現(xiàn)代先進(jìn)手段，進(jìn)一步提高定量化、精細(xì)化氣象要素和災(zāi)害性短時(shí)臨近預(yù)報(bào)能力，切實(shí)細(xì)化天氣預(yù)報(bào)預(yù)警落區(qū)和時(shí)間，從短時(shí)、短期到中長(zhǎng)期氣候趨勢(shì)，氣象部門(mén)可結(jié)合不同農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育階段，開(kāi)展多形式多通道的農(nóng)業(yè)氣象特色服務(wù)，以確保糧食安全，確保農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

在全球氣候變暖的大背景下，極端災(zāi)害性天氣事件頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的順利開(kāi)展，可在天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，不斷提高人工影響天氣作業(yè)能力，加速完善農(nóng)業(yè)預(yù)警預(yù)報(bào)體系，加強(qiáng)氣象、農(nóng)業(yè)、水利和應(yīng)急管理部門(mén)之間聯(lián)系合作機(jī)制，共享氣象、水文等信息，提高災(zāi)害處置效率[11]。暴雨發(fā)生前，對(duì)涪江上游地區(qū)的連續(xù)性較強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行預(yù)警，提醒涪江沿岸蔬菜基地注意繼續(xù)防范洪水影響，暴雨發(fā)生后，堅(jiān)持分類指導(dǎo)，科學(xué)施策，及時(shí)排澇，防止農(nóng)作物長(zhǎng)時(shí)間受淹，抓住降水后晴好天氣，用藥防止病蟲(chóng)害[12]，對(duì)因?yàn)?zāi)倒伏、受災(zāi)相對(duì)較輕的糧食作物迅速扶直禾苗、清水洗苗、促進(jìn)作物恢復(fù)生長(zhǎng)，對(duì)因?yàn)?zāi)絕收的田地，指導(dǎo)搶種改種適銷(xiāo)對(duì)路、生育期適中的秋洋芋、秋玉米、秋大豆、秋紅薯、秋菜等晚秋作物。

7 小結(jié)

2020年8月11—18日涪江流域出現(xiàn)了歷史罕見(jiàn)的持續(xù)性暴雨天氣，過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，總雨量超過(guò)極值，范圍覆蓋廣，造成了涪江中游遂寧段嚴(yán)重暴雨洪澇災(zāi)害。

此次暴雨過(guò)程分為2個(gè)階段，第1階段為全川型，自東向西移動(dòng)性暴雨過(guò)程，是典型的先阻后移的形勢(shì)，配合低渦和低空急流的擺動(dòng)；第2階段屬于盆地西部典型阻擋型暴雨，中低層有切變線和低空急流的垂直疊加。

此次過(guò)程雨帶的移動(dòng)與水汽條件較為吻合，尤其是水汽通量散度的強(qiáng)度與雨帶的強(qiáng)度成正比。

EC模式降水與實(shí)況雨帶存在偏差，通過(guò)形勢(shì)動(dòng)力診斷、水汽條件對(duì)比、不同時(shí)次起報(bào)的降水趨勢(shì)，在客觀模式降水的基礎(chǔ)上，雨帶向東調(diào)整1～2經(jīng)度。

此次持續(xù)性暴雨對(duì)涪江遂寧段造成嚴(yán)重農(nóng)業(yè)災(zāi)害，合理運(yùn)用氣象資源，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)防災(zāi)能力，提高災(zāi)害處置效率，最大限度減輕洪澇暴雨對(duì)遂寧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的影響是服務(wù)的重要領(lǐng)域。