2020年湖南雙季晚稻抽穗揚花期寒露風(fēng)及大氣環(huán)流異常特征

羅菁　羅瀟　朱明輝　黃雁　顏晟

摘要 利用湖南省97個臺站降水、氣溫資料、NCEP逐日再分析資料，分析了2020年9月湖南嚴(yán)重寒露風(fēng)天氣的時空分布及其同期大氣環(huán)流的異常特征。結(jié)果表明：寒露風(fēng)始于9月14日，28日基本結(jié)束;從發(fā)生范圍、持續(xù)時間、低溫強度等特征比較，2020年寒露風(fēng)略輕于1997年，但強于2002年。西太平洋副熱帶高壓偏強、西伸脊點明顯偏西、脊線偏南，850 hPa湖南上空偏南暖濕氣流輸送較常年異常偏強、盛行上升運動是引起嚴(yán)重寒露風(fēng)的直接原因。從南海到長江流域有一明顯的水汽輻合區(qū)，這種水汽輸送形勢有利于湖南陰雨天氣的持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而造成嚴(yán)重寒露風(fēng)災(zāi)害事件的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 寒露風(fēng);大氣環(huán)流;水汽輸送;異常

中圖分類號：S511.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）04–0065–04

晚稻抽穗揚花期正值湖南初秋時節(jié)，當(dāng)強冷空氣入侵時常造成劇烈降溫，當(dāng)氣溫降低至抽穗揚花的生物學(xué)零點溫度時，會造成抽穗揚花受阻，無法正常進(jìn)行授粉和受精，空殼率增加，從而造成晚稻大幅減產(chǎn)，這種雙季晚稻抽穗揚花期的低溫（低溫陰雨）危害，即所謂的寒露風(fēng)。例如，1997年9月中旬湖南省出現(xiàn)了有氣象記錄以來持續(xù)時間最長、危害最嚴(yán)重的寒露風(fēng)天氣，從9月中旬開始至月末，全省大部分地區(qū)持續(xù)了10～15 d的寒露風(fēng)天氣，導(dǎo)致當(dāng)年的晚稻產(chǎn)量減產(chǎn)達(dá)5%～10%，個別稻田出現(xiàn)絕收現(xiàn)象。2010年9月下旬，湖南發(fā)生了較為嚴(yán)重的寒露風(fēng)天氣，晚稻減產(chǎn)明顯。2020年9月中下旬正值湖南雙季晚稻抽穗揚花之際，湖南大部分地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)低溫陰雨天氣過程， 遭受了大范圍寒露風(fēng)的影響。由于連續(xù)低溫陰雨，使得抽穗揚花受阻，導(dǎo)致空秕粒增加，給湖南糧食生產(chǎn)和人們生活帶來了嚴(yán)重影響，造成很大的經(jīng)濟損失?？梢?，低溫（低溫陰雨）冷害是制約晚稻高產(chǎn)的關(guān)鍵氣象因子之一。

針對雙季晚稻抽穗揚花期的低溫冷害（亦稱寒露風(fēng)）時空演變及其對產(chǎn)量的影響與對策，國內(nèi)氣象工作者已進(jìn)行了研究。黃晚華等[1]根據(jù)寒露風(fēng)對水稻受災(zāi)影響機理，并考慮發(fā)生寒露風(fēng)的低溫程度和時段等因素，建立了寒露風(fēng)綜合氣象風(fēng)險指數(shù)，并應(yīng)用GIS和定量評估技術(shù)得到湖南省寒露風(fēng)綜合氣象風(fēng)險區(qū)劃。劉文英等[2]對江西省近50年寒露風(fēng)的發(fā)生情況、演變趨勢以及寒露風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)與空殼率的關(guān)系進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)江西省寒露風(fēng)有提前出現(xiàn)的趨勢，且寒露風(fēng)日數(shù)每增加1 d，可造成空殼率增加0.4%～3.0%。王慶國等[3]對南寧市近40年寒露風(fēng)的時空分布特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)晚稻空秕率與寒露風(fēng)日數(shù)呈明顯的正相關(guān)。謝暉[4]對廣西2002年出現(xiàn)的寒露風(fēng)天氣對晚稻的影響進(jìn)行了分析評價，結(jié)果表明：寒露風(fēng)可使晚稻結(jié)實率下降20%左右，嚴(yán)重時可造成晚稻大幅度減產(chǎn)。楊樂清等[5]統(tǒng)計分析了益陽市各縣（市、區(qū)） 1961—2010年“寒露風(fēng)”天氣的氣候概況，結(jié)果表明：雖然隨著全球氣候的變暖，“寒露風(fēng)”出現(xiàn)頻次在逐步減少，但一旦出現(xiàn)重度寒露風(fēng)天氣時，將雙季晚稻造成嚴(yán)重影響。例如，2008年9月25—30日和2010年9月22—30日分別出現(xiàn)了連續(xù)6 d和9 d的重度寒露風(fēng)天氣，導(dǎo)致全市范圍內(nèi)有8%左右的雙季晚稻受到影響，結(jié)實率下降20%左右，雙季晚稻產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響。其他研究[6-8]結(jié)果也表明，寒露風(fēng)常造成晚稻減產(chǎn)或失收，對晚稻的危害較大。

目前，規(guī)避寒露風(fēng)危害的主要方法一是根據(jù)寒露風(fēng)不同安全保證率發(fā)生初日的多年平均時間安排晚稻的抽穗揚花期，二是在寒露風(fēng)出現(xiàn)時采取灌水和噴施谷粒飽、九二○等農(nóng)業(yè)技術(shù)措施。從天氣預(yù)報的角度來看，科學(xué)的避災(zāi)減災(zāi)方法首先是在晚稻播種時根據(jù)當(dāng)年秋季寒露風(fēng)來臨的早晚選擇適當(dāng)?shù)钠贩N和插秧期，使晚稻的抽穗揚花期避開寒露風(fēng)出現(xiàn)的時段。其次是中短期天氣預(yù)報，當(dāng)預(yù)報將出現(xiàn)寒露風(fēng)時，及時采取有關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)措施。擬對2020年9月發(fā)生在湖南地區(qū)嚴(yán)重寒露風(fēng)災(zāi)害天氣事件及其環(huán)流特征進(jìn)行研究，進(jìn)一步探究湖南地區(qū)寒露風(fēng)天氣發(fā)生的成因，從而為準(zhǔn)確地預(yù)報寒露風(fēng)天氣提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料

使用的資料包括1981—2020年9月NCEP逐日大氣環(huán)流資料，經(jīng)緯度分辨率為2.5°×2.5°，湖南省97個氣象臺站同期逐日降水和氣溫資料。其中，采用1981—2010年的平均值作為氣候平均態(tài)。

2 2020年湖南雙季晚稻抽穗揚花期寒露風(fēng)特征

2.1 低溫特征

2020年9月受南下冷空氣和西南暖濕氣流的共同影響，湖南省降水異常偏多，日照異常偏少，氣溫異常偏低。經(jīng)統(tǒng)計，2020年9月湖南全省平均氣溫22.3℃，較常年同期偏低1.5℃，位居1961年以來歷史同期第3低位。各縣（市）平均氣溫在19.6℃（保靖）～24.8℃（道縣）之間。與往年相比，除郴州的資興、桂東氣溫略偏高外，全省其他地區(qū)氣溫均偏低，其中，湘西州、懷化、張家界大部地區(qū)氣溫偏低2℃以上，保靖偏低超過3℃（圖1）。從2020年9月逐日平均氣溫演變圖（圖2）可見，除9月上旬部分時間段氣溫較常年同期略偏高外，月內(nèi)大部分時段逐日平均氣溫均較常年偏低，尤其是9月18—28日逐日平均氣溫較常年偏低顯著。

2.2 寒露風(fēng)時空分布與強度特征

2020年秋季寒露風(fēng)發(fā)生時間早。9月14日開始，湘北和湘中部分地區(qū)出現(xiàn)寒露風(fēng)天氣，9月17日向湘東、湘中及湘南北部大范圍擴展，其中，湘中一帶平均氣溫普遍降至20℃以下;9月21日湘北氣溫降至20℃以下，23日擴展至湘南南部;9月27日全省雙季稻區(qū)均出現(xiàn)中到重度寒露風(fēng)[9]，重度寒露風(fēng)影響范圍達(dá)到最廣，益陽南部、婁底、邵陽、湘潭中西部、衡陽北部及永州、郴州等24個縣（市）達(dá)到重度寒露風(fēng)（圖3）。9月28—30日氣溫自湘南、湘東至湘北緩慢升溫，寒露風(fēng)結(jié)束。

從寒露風(fēng)持續(xù)時間統(tǒng)計結(jié)果看。2020年9月，寒露風(fēng)在湘中及以北大部分地區(qū)持續(xù)時間達(dá)13～17 d，其中，日平均氣溫≤20℃的持續(xù)天數(shù)在湘中一帶達(dá)10～12 d，湘南達(dá)5 d，湘北為3～5 d;過程平均氣溫為19℃～20℃、最低氣溫為16℃～17℃。與1997年、2002年類似，但從發(fā)生范圍、持續(xù)時間、低溫強度等特征來看，2020年寒露風(fēng)略輕于1997年（持續(xù)時間達(dá)14～18 d、平均氣溫18.3℃），但強于2002年（持續(xù)時間11～14 d、平均氣溫19.8℃）。因寒露風(fēng)天氣發(fā)生時間早、持續(xù)時間長，由此造成湖南雙季晚稻嚴(yán)重減產(chǎn)。

3 2020年湖南嚴(yán)重寒露風(fēng)天氣成因

異常大氣環(huán)流形勢有利于持續(xù)低溫陰雨發(fā)展和長期維持，2020年秋季湖南出現(xiàn)嚴(yán)重寒露風(fēng)天氣事件，勢必與同期的大氣環(huán)流形勢持續(xù)異常有關(guān)。

3.1 500 hPa高度場異常特征

圖4是2020年9月14—30日500 hPa位勢高度場及距平場。由圖4可知，歐亞中緯度為兩槽兩脊環(huán)流型，東亞從低緯到高緯呈“+ - +”距平空間分布型，該環(huán)流型有利于引導(dǎo)地面冷空氣達(dá)到長江以南。與此同時，與常年相比，西太平洋副熱帶高壓偏強、西伸脊點明顯偏西、脊線偏南，并且華南沿海至南海有一副高中心，使得其西北側(cè)向我國長江及以南的水汽輸送明顯增強，有利于冷暖空氣在江南上空持續(xù)交匯，導(dǎo)致明顯的降溫降雨天氣，致使湖南出現(xiàn)嚴(yán)重的寒露風(fēng)天氣。

3.2 850 hPa風(fēng)場特征

2020年9月14—30日湖南地區(qū)氣流主要來自印度洋偏西氣流經(jīng)南海與中國臺灣南部西太平洋偏東氣流合并，并轉(zhuǎn)向向北流經(jīng)華南、江南西部（圖5a），在距平圖上（圖5b）上，菲律賓及其以東上空有一異常的反氣旋環(huán)流，印度洋—中南半島—華南江南一帶較常年有異常的西南氣流，湖南大部處于異常西南風(fēng)控制之下。從經(jīng)向風(fēng)距平場（圖6）亦可見，湖南大部分地區(qū)上空出現(xiàn)異常南風(fēng)，最大值達(dá)4.0 m/s，說明到達(dá)湖南的暖濕氣流輸送較常年異常偏強。綜合以上分析，2020年9月14—30日低層環(huán)流形勢有利于輸送由南向北的暖濕空氣，與常年相比，這種環(huán)流形勢有利于冷暖空氣在湖南地區(qū)相遇，而且水汽輸送也異常偏強，致使湖南省內(nèi)降水較常年異常偏多。

紅實線表示副熱帶高壓氣候平均位置，陰影區(qū)表示距平。單位：gpm

3.3 850 hPa垂直運動和水汽特征

比較分析9月14—30日850 hPa多年平均垂直速度場和2020年9月14—30日垂直速度距平場（圖7），發(fā)現(xiàn)9月常年受青藏高原大地形及熱力影響，青藏高原及西南大部為上升運動區(qū)，湖南省內(nèi)為微弱的下沉運動，而2020年9月14—30日垂直速度距平圖上，在湖南地區(qū)至廣西、貴州為負(fù)距平區(qū)域，表明湖南地區(qū)盛行上升運動，或上升運動較常年偏強，尤其是湖南西部地區(qū)，這有利于低溫陰雨持續(xù)和發(fā)展，是湖南大部地區(qū)低溫陰雨持續(xù)異常的原因之一。

從2020年9月14—30日整層（1 000 ～300 hPa）積分水汽輸送及輻合輻散場距平圖（圖8）可以看出，湖南上空出現(xiàn)了較強的西南向水汽輸送，從南海到長江流域有一明顯的水汽輻合區(qū)，表明與常年相比，來自南方的水汽輸送明顯增強，從而造成湖南降水的水汽輸送供應(yīng)大大增強，這種水汽輸送形勢對湖南持續(xù)陰雨提供了源源不斷的水汽條件。

4 結(jié)論

2020年9月湖南地區(qū)發(fā)生的嚴(yán)重寒露風(fēng)災(zāi)害天氣與同期的東亞大氣環(huán)流持續(xù)異常都有著很大的關(guān)系。

（1）作為影響湖南秋季天氣主要的大氣活動中心，500 hPa高度場上的西太平洋副熱帶高壓的強度、范圍及位置變化很大程度上決定著南方暖濕氣流和北方冷空氣交綏的位置和方式，2020年9月西太平洋副熱帶高壓偏強、西伸脊點明顯偏西、脊線偏南，華南沿海至南海有一副高中心，使得其西北側(cè)向我國南方的水汽輸送明顯增強，有利于冷暖空氣在江南上空持續(xù)交綏，導(dǎo)致一次次明顯的降溫降雨天氣，它無疑是造成這次持續(xù)低溫陰雨天氣最直接的原因。

（2）持續(xù)低溫陰雨同期的850 hPa風(fēng)場，菲律賓及以東上空有一異常的反氣旋環(huán)流，湖南大部處于異常西南風(fēng)控制之下，到達(dá)湖南的暖濕氣流輸送較常年異常偏強，對2020年9月湖南持續(xù)低溫陰雨提供了良好的水汽條件。

（3）850 hPa垂直速度場上，持續(xù)低溫陰雨期間湖南地區(qū)盛行上升運動，尤其是湖南西部地區(qū)，這有利于低溫陰雨持續(xù)和發(fā)展，是湖南大部陰雨持續(xù)異常的原因之一。

（4）2020年9月從南海到長江流域有一明顯的水汽輻合區(qū)，來自南方的水汽輸送明顯增強，從而造成湖南降水的水汽輸送供應(yīng)大大增強，這種水汽輸送形勢有利于湖南持續(xù)陰雨的形成與發(fā)展。

此處僅對同期大氣環(huán)流特征進(jìn)行了初步分析，針對湖南秋季嚴(yán)重寒露風(fēng)氣候?qū)W特征，以及其他異常環(huán)流因子與湖南寒露風(fēng)的可能聯(lián)系有待進(jìn)一步深入研究，同時將進(jìn)一步分析研究具有預(yù)報意義的物理因子，以此提高湖南秋季寒露風(fēng)預(yù)測預(yù)報業(yè)務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃晚華，黃仁和，袁曉華，等.湖南省寒露風(fēng)發(fā)生特征及氣象風(fēng)險區(qū)劃[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（15）：48-52.

[2] 劉文英，張顯真，簡海燕.江西近50年寒露風(fēng)演變趨勢及其對雙季晚稻的影響[J].氣象與減災(zāi)研究，2009，32（4）：67-71.

[3] 王慶國，黃增俊，黃歸蘭，等.南寧市近40年寒露風(fēng)演變趨勢及對晚稻的影響[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，44（3）：431-436.

[4] 謝暉.廣西2002 年寒露風(fēng)天氣對晚稻的影響與防御對策分析[J].廣西氣象， 2003，24（1）：37-39.

[5] 楊樂清，劉敬收，郭玲，等.寒露風(fēng)對益陽地區(qū)雙季晚稻的影響及對策[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2012，18（1）：148-149.

[6] 陳蔚.寒露風(fēng)對晚稻的危害及其防御對策[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（16）：281.

[7] 李克勤.湖南糧油作物生產(chǎn)與氣象[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[8] 朱壽燕，郭小弟.秋季低溫對雜交稻結(jié)實率的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，1999，20（3）：31-32.

[9] 陸魁東，帥細(xì)強，李文華，等.氣象災(zāi)害術(shù)語和分級 DB43/T 234—2004[S].長沙：湖南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2004.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Characteristics of Cold Dew Wind and Atmospheric Cir-culation Anomalies During the Heading and Flowering Stage of Double-cropping Late Rice in Hunan in 2020

LUO Jing et al（Hunan Climate Center Changsha， Changsha， Hunan 410118）

Abstract Using precipitation， temperature data and NCEP daily reanalysis data from 97 stations in Hunan province， the temporal and spatial distribution of severe cold dew winds in Hunan in September 2020 and the anomalous characteristics of atmospheric circulation during the same period were analyzed. The results showed that the cold dew wind started on September 14 and basically ended on September 28; from the comparison of the occurrence range， duration， low temperature intensity and other characteristics， the cold dew wind in 2020 was slightly lighter than that in 1997 but stronger than that in 2002. The western Pacific subtropical high was stronger， the westward extension ridge point was obviously westward， the ridge line was southward， and the 850 hPa southward warm and humid airflow over Hunan was abnormally stronger than normal， and the prevailing upward movement was the direct cause of the severe cold dew wind. From the South China Sea to the Yangtze River Basin， there was an obvious water vapor convergence area. This water vapor transport situation was conducive to the continuous development of the rainy weather in Hunan， which would lead to the occurrence of severe cold dew wind disasters.

Key words Cold dew wind; Atmospheric circulation; Water vapor transport; Abnormally