2021 年10 月2—7 日山西省連陰雨天氣分析及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

韓 普 薄燕青 申李文 班勝林

（1.山西省氣象臺，山西 太原 030006；2.山西省氣候中心，山西 太原 030006）

0 引言

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次評估報告指出，受氣候變化的影響，全球范圍內(nèi)極端天氣引起的氣象災(zāi)害已成為人類面臨的最為復(fù)雜的挑戰(zhàn)之一。在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中，洪澇（含暴雨、連陰雨）災(zāi)害是影響我國糧食生產(chǎn)的第二大自然災(zāi)害。顧西輝等研究發(fā)現(xiàn)，在我國中部、中西部及西北部，由極端降水引發(fā)的洪澇災(zāi)害發(fā)生率呈顯著上升趨勢，西部及北部地區(qū)糧食災(zāi)損率和災(zāi)損量顯著提升。

山西省地處中緯度地帶的內(nèi)陸，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。由于太陽輻射、季風(fēng)環(huán)流和地理因素影響，山西省具有四季分明、雨熱同步、光照充足、南北氣候差異顯著、冬夏氣溫懸殊、晝夜溫差大等氣候特點。連陰雨是一種持續(xù)時間長、影響范圍廣的降水現(xiàn)象，是山西省主要的災(zāi)害性天氣之一，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害較大。通過對連陰雨天氣過程的分析，探討其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，便于進(jìn)一步提高氣象為農(nóng)服務(wù)水平，對于保障糧食安全意義重大。

1 天氣過程概況及特征

受高空槽和副熱帶高壓的共同影響，2021 年10 月2—7 日山西省出現(xiàn)大范圍持續(xù)性降水天氣過程，降水從2 日夜間開始，7 日凌晨結(jié)束。2 日20:00 至7 日08:00，山西省降水量為15.4 ～273.3 mm，其中13 個國家站降水量≥200 mm，50 個國家站降水量為100 ～200 mm，27 個國家站降水量為50 ～100 mm。

2021 年10 月2 日，山西省中南部大部及北部局部有72 個國家站出現(xiàn)降水，2 站暴雨；3 日降水范圍擴大至山西省大部107 個國家站，2 站暴雨；4-6 日山西全省范圍（109 個國家站）均出現(xiàn)降水，其中4 日山西省中部等地有38 個國家站為暴雨，5 日山西省中部等地有1 站（榆社）大暴雨、37 站暴雨，6 日降水量明顯減少。

此次降水過程是典型的連陰雨過程，不僅持續(xù)時間長，而且累計雨量大，影響范圍廣，造成了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。在此次降水過程中，山西省有63 個國家站累計降水量超過歷史同期極值。10 月2—3 日降水過程伴有強對流，主要集中在山西中南部，出現(xiàn)雷電、風(fēng)雹和短時強降水，其中有2 站（河津，3 日02:00；大寧，3 日07:00）出現(xiàn)冰雹天氣，最大雨強達(dá)到44.4 mm/h；10 月4—6 日以穩(wěn)定性降水為主。

2 環(huán)流分析

2.1 高空形勢分析

2021 年10 月上旬，副熱帶高壓異常偏強。2 日20:00（見圖1a），500 hPa 亞歐大陸中高位呈“兩脊兩槽”環(huán)流型，中緯度環(huán)流較為平直，貝加爾湖西部為切斷低渦，中心高度低至530 dagpm，配合有-40 ℃的冷中心；低渦南部不斷有冷空氣南下，短波槽東移，影響山西?。坏途暥雀睙釒Ц邏浩珡?，控制華南大部分地區(qū)。3 日20:00（見圖1b），中高緯環(huán)流形勢維持穩(wěn)定，烏拉爾山至貝加爾湖西部存在阻塞高壓和切斷低壓，切斷低壓強度略微減弱，副高北抬西升加強，588線北界位于河南省至山東省一帶。4 日20:00（見圖1c）以后，貝加爾湖附近的高壓脊和其東部低壓槽減弱東移。5—7 日歐亞中高緯環(huán)流形勢調(diào)整為“一脊一槽”型，中緯度地區(qū)仍有短波槽活動和東移；5 日20:00（見圖1d）至6 日白天，短波槽加深發(fā)展，東移至河套地區(qū)，受槽前西南氣流輸送水汽和正渦度平流，山西省降水持續(xù)；6 日夜間低槽東移、副高東退南撤，山西省降水趨于結(jié)束。

圖1 2021 年10 月2—5 日20:00 500 hPa 高空形勢場

2.2 地面形勢分析

海平面氣壓場顯示，2 日20:00（見圖2a），山西省處于高壓后部，低壓前部偏南風(fēng)氣流控制；3 日白天，地面冷鋒逐漸南壓，冷鋒加強，山西省仍受倒槽影響。3 日20:00（見圖2b），地面冷高壓中心由貝加爾湖西南側(cè)自西向東緩慢移動，山西省受冷高壓底部偏東氣流影響。4 日20:00（見圖2c），地面冷高壓南壓，鋒面過境。5日20:00（見圖2d），冷高壓主體繼續(xù)東移，冷高壓中心東移至東北地區(qū)，山西省逐漸轉(zhuǎn)受高壓底后部影響；6 日20:00，隨著高空槽過境，山西省受地面高壓環(huán)流控制，降水趨于結(jié)束。

圖2 2021 年10 月2—5 日20:00 海平面氣壓場

2.3 云圖資料分析

降水過程前期，受低空急流和切變線影響，以對流性降水為主。3 日07:00 紅外衛(wèi)星云圖（見圖3a）上，在山西省中南部上空有切變線云系發(fā)展，臨汾—晉中一帶云頂亮溫在240 K 以下，云頂發(fā)展高度較高，對流較強。4 日12:00 紅外衛(wèi)星云圖（見圖3b）上，降水云系以高空槽云系為主，云頂較低，主要為中低層云系；4—5 日，高空短波槽多次東移，長時間影響山西省，降水持續(xù)時間較長，累加降水量較大。

圖3 2021 年10 月3 日07:00、4 日12:00 紅外衛(wèi)星云圖

3 動力分析

從太原站垂直剖面圖（見圖4）可以看出，2—7日低層輻合，有上升運動存在；3 日夜間高空輻散增大，低層輻合增強，垂直上升運動發(fā)展，并持續(xù)到6 日，有利于強降水的出現(xiàn)。2 日20:00 至4 日08:00，對流行降水階段，上升運動劇烈，垂直速度達(dá)-1.5 Pa/s；之后上升運動有所減弱，但仍然達(dá)到-0.9 Pa/s。

圖4 2021 年10 月2—7 日太原垂直速度（等值線，單位10-1 Pa/s）和散度（陰影，單位10-5/s）的時間—高度垂直剖面圖

4 日08:00（圖略），位于高空急流南側(cè)的區(qū)域（110°～114°E、36°～40°N），存在明顯的高空輻散和低層輻合，有明顯的上升運動發(fā)展；4 日20:00至5日08:00，高空輻散、低層輻合的強度較前期減弱；5 日20:00，高空輻散、低層輻合的強度再次增強。

4 極端性分析

對10 月2—6 日08:00 500 hPa 平均位勢高度與近10 a 平均的高度場做距平（見圖5）看到，烏拉爾山切斷低渦異常偏強，比常年同期偏低1σ（1 倍標(biāo)準(zhǔn)差）以上，有利于冷空氣向下游擴散。同時，副高異常偏強偏北，比常年同期偏高2σ 以上，與冷空氣相遇，有利于在山西省產(chǎn)生極端性天氣。

圖5 2021 年10 月2—6 日08:00 500 hPa 平均位勢高度（等值線）及距平場（陰影）

就水汽通量（見圖6）來看，700 hPa 上異常偏強的西南風(fēng)將孟加拉灣的水汽向山西省輸送，山西省中南部大部在2σ 以上；850 hPa 上異常偏強的偏南風(fēng)將南海的水汽向山西省輸送，山西省中南部部分地區(qū)達(dá)2σ。異常偏強的水汽輸送為山西省降水提供源源不斷的水汽，有利于在山西省產(chǎn)生極端性降水。

圖6 2021 年10 月2—6 日08:00 平均水汽通量（箭頭）及距平場（陰影）

5 連陰雨天氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響分析和防范措施

2021 年10 月2—7 日的連陰雨造成山西省多地土壤持續(xù)過濕。由2021 年10 月7 日山西省土壤相對濕度分布圖（見圖7）可以看出，山西省南部大部、陽泉及晉中大部、呂梁南部和西北部、大同和忻州東部、太原局部0 ～20 cm 土壤持續(xù)過濕，山西省中南部大部、忻州中部和東部、大同東部、朔州局部20 ～50 cm 土壤持續(xù)過濕。

圖7 2021 年10 月7 日0 ～20 cm、20 ～50 cm 土壤相對濕度分布圖

連陰雨天氣會造成作物因土壤濕度和空氣濕度加大而發(fā)育不良和易感染病害，會導(dǎo)致種子和果實發(fā)芽、霉變，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)受到影響。秋季連陰雨持續(xù)時間較長，對農(nóng)作物的影響范圍廣，且大多在秋收秋種關(guān)鍵期出現(xiàn)，對玉米等秋作物的生長發(fā)育和成熟收獲造成了不同程度的影響，降低了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。山西省臨汾市南部和運城市復(fù)播區(qū)部分夏玉米因連陰雨天氣不能正常成熟收獲。

山西省此次出現(xiàn)的連陰雨天氣導(dǎo)致部分農(nóng)田出現(xiàn)明顯積水（主要在汾河和黃河沿岸低洼地塊），導(dǎo)致收獲機械無法進(jìn)地，影響秋收進(jìn)度；同時，汾河沿線部分區(qū)域出現(xiàn)河道決口、農(nóng)田被淹現(xiàn)象，個別地塊無法播種。秋季連陰雨還阻礙了秋播秋種工作的順利開展，臨汾市南部和運城市復(fù)播區(qū)冬小麥播期較往年有所推遲。往年山西省秋收秋種從9 月下旬開始，10 月上中旬進(jìn)入高峰期。據(jù)山西省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳統(tǒng)計，2021 年10 月中旬后期山西省秋收進(jìn)度才開始加快，10 月下旬秋種進(jìn)度才開始略有加快，11 月11 日全省秋收完成；南部運城糧食主產(chǎn)區(qū)冬小麥在10 月末到11 月初集中大面積播種，11 月20 日全省秋種完成。

對此，一方面需要加強氣象服務(wù)，尤其是秋收秋種關(guān)鍵期需要及時發(fā)布連陰雨天氣預(yù)報預(yù)警信息，提高氣象服務(wù)水平，使農(nóng)民提前采取防范措施；另一方面，農(nóng)民需要合理采取防范措施。例如，降水偏多地區(qū)應(yīng)清理溝渠，確保能及時排出田間積水，以防農(nóng)作物受淹倒伏；抓住晴好天氣或降水間隙及時收獲晾曬，并注意通風(fēng)貯存，防止霉變。對于土壤過濕或仍有積水的麥播區(qū)，采取開溝排水、深耕瀝水等有效措施散墑降漬，以便盡早播種；晚播麥田要注意加大播種量，以密補晚，同時加強播后查苗和田間管理，及時查苗補苗，及時追肥，保證苗全苗齊，促進(jìn)麥苗茁壯生長，增強麥苗抵抗力，保障小麥安全越冬。

6 結(jié)語

2021 年10 月2—7 日，山西省出現(xiàn)了一次典型的連陰雨天氣，具有累計雨量大、持續(xù)時間長、極端性突出等特點。前期降水伴有雷電，并出現(xiàn)風(fēng)雹和短時強降水等強對流天氣，后期為穩(wěn)定性降水；有63 個國家站累計降水量超過歷史同期極值。

此次連陰雨天氣過程烏拉爾山切斷低渦異常偏強，有利于冷空氣向下游擴散，同時副高異常偏強偏北，與冷空氣相遇，有利于在山西省產(chǎn)生極端降水天氣。由于副高異常偏北，與低層切變線相互作用，形成的西南低空急流持續(xù)向山西省輸送水汽，為強降水的產(chǎn)生提供了有利的條件。

此次降水過程造成山西省多地土壤持續(xù)過濕，導(dǎo)致部分作物不能正常成熟收獲，影響了山西省的秋收秋種進(jìn)度。對此，在秋收秋種關(guān)鍵期，要及時發(fā)布天氣預(yù)報預(yù)警信息，提高氣象服務(wù)水平，使農(nóng)民提前采取防范措施，更好地為山西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。