金衢盆地“倒春寒”時空演變特征及對雙季早稻的影響

汪晨 陳江鋒 毛程燕 潘欣

（衢州市氣象局，浙江 衢州 324000；第一作者：758988324@qq.com）

自古以來，金衢盆地就是浙江省重要的農(nóng)產(chǎn)品基地，素有“浙江聚寶盆”之稱?！暗勾汉睔庀鬄?zāi)害在金衢盆地并不鮮見，歷史上多次發(fā)生因“倒春寒”造成早稻大面積爛種爛秧的現(xiàn)象。自1975年以來，國內(nèi)學(xué)者對我國“倒春寒”的時空分布特征、大氣成因和對農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)造成的影響等方面進(jìn)行了多方位研究[1-10]。金衢盆地作為浙江省傳統(tǒng)單雙季秈稻主產(chǎn)區(qū)和“倒春寒”高發(fā)地區(qū)，該地區(qū)“倒春寒”災(zāi)害的時空演變特征、氣候成因及對雙季早稻的影響等均有必要進(jìn)一步研究，以便更好開展具有針對性的“倒春寒”氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警、災(zāi)害評估和防御等方面的工作。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象資料來源于位于金衢盆地的衢州市、金華市、東陽市、義烏市、蘭溪市和龍游縣基準(zhǔn)、基本氣象站1981—2020年春季逐日氣象觀測數(shù)據(jù)；早稻生育期觀測數(shù)據(jù)來源于龍游縣國家一級農(nóng)業(yè)試驗站；衢州市統(tǒng)計年鑒資料來源于衢州市統(tǒng)計局；水稻災(zāi)情資料來源于各地農(nóng)業(yè)農(nóng)村局和新聞通訊等；大氣環(huán)流信息來源于美國國家環(huán)境預(yù)報中心提供的1981—2018年2.5°×2.5°水平分辨率逐日再分析資料。

1.2 方法與標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 “倒春寒”氣象標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB/T 34816-2017“倒春寒”氣象指標(biāo)，定義“倒春寒”為每年春季3—5月出現(xiàn)的前期暖后期冷，且后期氣溫明顯低于常年平均氣溫的現(xiàn)象。計算公式：K＝δT1/4－δT2/2＋L/10。式中，K為“倒春寒”氣象指標(biāo)；δT1為春季某段時間的氣溫較常年偏低時，此前10 d的平均氣溫距平（δT1≥0）；δT2為春季某段時間平均氣溫較常年同期偏低，期間偏低程度最大的連續(xù)10 d的平均氣溫距平（δT2＜0）；L為倒春寒持續(xù)的天數(shù)（L＞3）。

1.2.2 “倒春寒”等級標(biāo)準(zhǔn)

對農(nóng)業(yè)部門和氣象部門“倒春寒”歷史災(zāi)情程度資料進(jìn)行統(tǒng)計和等級劃分，用“倒春寒”氣象指標(biāo)K的值表示“倒春寒”氣象等級，K≤3為輕度“倒春寒”，3＜K＜5為中度“倒春寒”，K≥5為重度“倒春寒”。

2 結(jié)果與分析

2.1 金衢盆地“倒春寒”的變化特征

2.1.1 “倒春寒”歷史發(fā)生概況

統(tǒng)計整理1981—2020年金衢盆地主要城市“倒春寒”災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)，并繪制年際分布圖（圖1）。根據(jù)“倒春寒”氣象指標(biāo)計算公式，計算得到每次“倒春寒”的氣象指標(biāo)K值，統(tǒng)計輕度、中度和重度“倒春寒”發(fā)生的次數(shù)（表1）。結(jié)果表明，近40 a金衢盆地幾乎每年都會發(fā)生“倒春寒”，但以輕度“倒春寒”為主，占“倒春寒”發(fā)生總次數(shù)的69%~88%，中度“倒春寒”占12%~16%，除蘭溪外其他各市重度“倒春寒”發(fā)生頻次較少，占“倒春寒”總發(fā)生次數(shù)的1%以下。20世紀(jì)80年代后期至90年代“倒春寒”災(zāi)害發(fā)生頻次較多；進(jìn)入21世紀(jì)后，由于全球氣溫變暖，“倒春寒”災(zāi)害發(fā)生頻率降低，但個別年份發(fā)生次數(shù)較多。

圖1 1981—2020年金衢盆地主要城市各年“倒春寒”發(fā)生次數(shù)年際分布

表1 1981—2020年金衢盆地“倒春寒”等級統(tǒng)計結(jié)果

2.1.2 “倒春寒”頻次和K值變化

在金衢盆地各主要城市中選擇衢州市為代表，采用Morlet小波分析方法對1981—2020年4月10日至5月20日衢州“倒春寒”次數(shù)和氣象指標(biāo)K展開進(jìn)一步分析研究。通過調(diào)整尺度因子獲取低頻或高頻信息，分析其概貌特征、揭示隱藏其中的多種變化周期。

由圖2可以看出，衢州“倒春寒”次數(shù)存在明顯的19 a左右的年代際周期變化和7 a左右的年際周期變化，7 a左右的年際周期變化呈現(xiàn)先延長后縮短的趨勢，2000年以后具有3 a左右的年際周期變化且強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；近40 a衢州“倒春寒”氣象指標(biāo)K存在明顯的20 a左右的年代際周期變化，20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)10年代前期存在8 a左右的年際周期變化且呈現(xiàn)縮短趨勢，1981年以來4 a左右的年際周期變化呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱再增強(qiáng)的趨勢。

圖2 1981（a）—2020年（b）“倒春寒”次數(shù)和氣象指標(biāo)K的Morlet時頻Coef時頻分布等高線圖（1）、Morlet時頻Coef時頻分布立體圖（2）和Morlet小波方差圖（3）

2.1.3 “倒春寒”氣象指標(biāo)K區(qū)域分布?xì)v史變化特征

圖3是金衢盆地1981—1990年（圖3 a）、1991—2000年（圖3 b）、2001—2010年（圖3 c）和2011—2020年（圖3 d）的“倒春寒”氣象指標(biāo)K時間閾值10 a平均區(qū)劃圖。

圖3 1981—2020年各年代金衢盆地“倒春寒”氣象指標(biāo)K歷史變化分布圖

20世紀(jì)80年代和90年代相似，蘭溪地區(qū)“倒春寒”氣象指標(biāo)為近40 a最高，K為8.157，金衢盆地東西兩側(cè)地區(qū)氣象指標(biāo)K值較低，大部地區(qū)為2.500~3.500。21世紀(jì)00年代和10年代，金衢盆地“倒春寒”發(fā)生次數(shù)和強(qiáng)度明顯下降，00年代金衢盆地“倒春寒”氣象指標(biāo)整體呈現(xiàn)東部低、中西部高的布局，蘭溪仍為金衢盆地“倒春寒”氣象指標(biāo)最高地區(qū)，但K值明顯下降至2.650；10年代金衢盆地“倒春寒”氣象指標(biāo)整體與00年代相反，呈現(xiàn)東部高、西部低的布局，“倒春寒”氣象指標(biāo)最高地區(qū)為義烏，K值為2.602。

2.2 “倒春寒”發(fā)生前期環(huán)流特征分析

2.2.1 “倒春寒”個例年氣候特征

整理分析1981年—2020年金衢盆地“倒春寒”災(zāi)害發(fā)生的時間、地點(diǎn)和影響程度，針對“倒春寒”災(zāi)害較強(qiáng)年進(jìn)行氣象要素統(tǒng)計分析（表2）。從表2可見，1996年3月17日至4月22日金華市出現(xiàn)持續(xù)37 d的重度“倒春寒”。據(jù)統(tǒng)計，3月7日至16日平均溫度為10.5℃，比常年同期偏高0.5℃。3月17日至26日平均溫度為6.5℃，比常年同期異常偏低4.6℃。據(jù)調(diào)查，受此次“倒春寒”災(zāi)害影響地區(qū)不僅是金華地區(qū)，衢州、麗水、溫州等地也大范圍受低溫陰雨影響，出現(xiàn)大面積早稻秧苗生長緩慢及爛秧死苗情況。

表2 金衢盆地倒春寒災(zāi)害較強(qiáng)年主要?dú)庀笠蜃痈艣r

2020年3月28日至4月7日衢州出現(xiàn)持續(xù)11 d的中度“倒春寒”。據(jù)統(tǒng)計，3月18日至27日平均溫度為18.7℃，比常年同期偏高6.9℃。3月28日至4月6日平均溫度為10.9℃，比常年同期偏低3.2℃。調(diào)查顯示，受此次“倒春寒”災(zāi)害影響，衢州市多處水稻秧苗出現(xiàn)生長緩慢、根系發(fā)育不良等現(xiàn)象，部分苗床還出現(xiàn)低溫冷害，發(fā)生水稻秧苗立枯病。

2.2.2 “倒春寒”較強(qiáng)年大氣環(huán)流背景分析

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°水平分辨率逐日再分析資料，繪制1996年3月17日和2020年3月28日“倒春寒”災(zāi)害發(fā)生前2 d、前1 d和當(dāng)天的500 hPa平均高度場和溫度場（圖4），對“倒春寒”發(fā)生過程的前期形勢進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)分析。

圖4 1996年3月17日（a）和2020年3月28日（b）倒春寒發(fā)生前2 d（1）、前1 d（2）和當(dāng)天（3）500 hPa平均高度場和溫度場

從圖4可知，1996年3月15日金衢盆地上空為500 hPa高空槽底平直的偏西氣流，等溫線與等高線幾乎平行，冷中心位于貝加爾湖以東，中心值低于-40℃，非常有利于強(qiáng)寒潮天氣的暴發(fā)；16日南支西風(fēng)槽東移，金衢盆地處于弱的槽前；17日東北冷渦東移加深，冷渦中心強(qiáng)度為512 dgpm，強(qiáng)冷空氣范圍開始擴(kuò)大，長江中下游為緯向環(huán)流為主，天氣狀況較好，夜間輻射降溫明顯。

2020年3月26日金衢盆地上空為500 hPa高空槽前，東北冷渦位于內(nèi)蒙東部，等溫線和等壓線夾角較大，冷平流明顯，槽后冷平流不斷滲透，而此時華南到江南一帶均受西南暖濕氣流影響，氣溫較高；27日南支槽繼續(xù)東移，浙江省仍處于高空槽前，但東北冷渦中心已移出東北地區(qū)，后部冷平流逐漸影響江南地區(qū)；28日500 hPa南支槽已過境，金衢盆地處于槽后脊前冷空氣下擺影響，地面最低氣溫降至5.6℃。

3 結(jié)論與討論

經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，1981—2020年金衢盆地“倒春寒”發(fā)生概率較高，但以輕度為主，約占“倒春寒”發(fā)生次數(shù)的83%左右；進(jìn)入21世紀(jì)，全球氣候變暖，“倒春寒”發(fā)生頻率降低，但個別年份發(fā)生的次數(shù)較多、強(qiáng)度較大。從1981—2020年衢州市“倒春寒”次數(shù)和氣象指標(biāo)K的小波分析來看，存在明顯的3 a、7 a、19 a和4 a、8 a、20 a的年際和年代際周期變化規(guī)律，可充分利用已知周期規(guī)律進(jìn)行“倒春寒”災(zāi)害氣象服務(wù)。

20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)10年代，從金衢盆地“倒春寒”氣象指標(biāo)K歷史變化分布圖可以看出，“倒春寒”氣象指標(biāo)K整體呈現(xiàn)減弱趨勢，20世紀(jì)后20年和21世紀(jì)前20年差異較明顯，強(qiáng)度中心由金衢盆地的中部地區(qū)向東部地區(qū)移動，在今后的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中高風(fēng)險地區(qū)需進(jìn)一步加強(qiáng)對“倒春寒”災(zāi)害的預(yù)測預(yù)警能力。

對“倒春寒”較強(qiáng)年的前期大氣環(huán)流形勢進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)貝加爾湖附近強(qiáng)冷空氣東移南下，槽后冷平流不斷滲透影響江南地區(qū)，導(dǎo)致金衢盆地氣溫異常下降，容易發(fā)生較嚴(yán)重“倒春寒”氣象災(zāi)害?！暗勾汉钡陌l(fā)生，不僅會造成早稻出苗參差不齊、爛秧、死苗，還會因秧苗不足而影響全年水稻生產(chǎn)部署。因此，建議在早稻實(shí)際生產(chǎn)中密切關(guān)注中長期天氣預(yù)報，如遇“倒春寒”天氣，應(yīng)盡量抓住“倒春寒”過后的“冷尾暖頭”有利天氣進(jìn)行移栽和播種，減輕或避免因低溫陰雨而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。

目前針對“倒春寒”氣候特征和環(huán)流背景及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響和應(yīng)對措施已有諸多探討和研究[11-15]。為了減輕“倒春寒”氣象災(zāi)害對農(nóng)作物生長的影響，不僅僅需要定性的討論大氣環(huán)流形勢，還需進(jìn)一步提高EC等預(yù)報產(chǎn)品的預(yù)報時效和準(zhǔn)確性，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)民合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源，根據(jù)氣象要素進(jìn)行科學(xué)防護(hù)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。同時，如何減輕氣象因素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響等方面仍需進(jìn)一步探討和研究。